船用液化天然氣儲罐結(jié)構(gòu)與設(shè)計

顧建輝

摘 要：液化天然氣儲存罐是一種重要的特種設(shè)備，顧名思義，這種儲罐主要是用來對液化形態(tài)的天然氣進(jìn)行儲存，在將這種儲罐進(jìn)行使用之前，技術(shù)人員需要對其進(jìn)行多種現(xiàn)場測試，以保證其能夠?qū)崿F(xiàn)安全存儲天然氣的使用目的。船舶之中應(yīng)用的存放液化天然氣資源的儲罐與常規(guī)的容器有所不同，船舶系統(tǒng)對儲罐提出了更多的設(shè)計需求，因此技術(shù)人員需要與設(shè)計人員進(jìn)行積極配合，優(yōu)化儲罐的基本結(jié)構(gòu)，使其儲罐可以被更好的應(yīng)用，本文對其結(jié)構(gòu)以及其他部分的設(shè)計情況進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：船用LNG儲罐；動力船；結(jié)構(gòu)；設(shè)計

中圖分類號：TE972 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

船舶事業(yè)的發(fā)展目標(biāo)不斷改變，船舶設(shè)計人員不僅需要提升船舶的運輸速度，同時還需要對船舶系統(tǒng)的使用性能不斷進(jìn)行改進(jìn)，降低船舶運行過程之中產(chǎn)生的污染，更換原有船舶應(yīng)用燃料，通過清潔能源來凈化船舶的運行環(huán)境，常用的能源之一就是液化天然氣，雖然這種燃料起到降低污染的運行目的，但是對其進(jìn)行儲存的時候，需要借助專業(yè)的容器，否則無法有效儲存液化狀態(tài)的天然氣，本文根據(jù)對這種儲罐的設(shè)計經(jīng)驗，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計工作情況進(jìn)行研究，希望可以給液化天然氣資源儲罐的設(shè)計工作提供參考。

1 結(jié)構(gòu)概述

船舶系統(tǒng)之中應(yīng)用的LNG儲罐的結(jié)構(gòu)比較特殊，從儲罐的整體來看，其屬于一種臥式容器，主要結(jié)構(gòu)包括兩部分，即外殼與內(nèi)部容器。這種容器與常規(guī)的用來儲存粉末物質(zhì)的絕熱儲存槽具有一定的相似之處。其加層部位被放置了帶有絕熱性質(zhì)的珠光砂，借助抽取真空來實現(xiàn)絕熱功能。其內(nèi)部容器主要的作用使對介質(zhì)進(jìn)行存儲，是承受壓力的主要部件，一般為不銹鋼材質(zhì)，設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)用的材料必須要達(dá)到相關(guān)的設(shè)計規(guī)范給出的標(biāo)準(zhǔn)。

為了對存儲介質(zhì)出現(xiàn)的晃動情況進(jìn)行預(yù)防，內(nèi)容器的內(nèi)部需要安裝防波板，降低介質(zhì)的沖擊力。結(jié)構(gòu)之中的外殼主要是對外壓進(jìn)行承受，設(shè)計人員需要將操作管路體系設(shè)計好，將各種管道進(jìn)行合理排布，同時將測真空口、抽真空口以及外殼防爆口設(shè)計好。

2 設(shè)計流程

對于船用的儲存LNG的儲罐的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，可以直接參考常規(guī)的儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，但是需要在開展安全監(jiān)測活動的時候，對溫度情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測工作一般是借助遠(yuǎn)程操作完成的。

充裝流程：從 CZ-2 開始，可從 AV-1 與 AV-2進(jìn)行上下或同時充液，根部閥常開；自增壓流程：CZ-4 接增壓器入口，CZ-1 接增壓器出口；排液流程：液體從儲罐底部進(jìn)行排液，通過 CZ-5 與外部汽化器進(jìn)行連接；排放流程：安全排放包括手動與自動放空排放，手動為 V-5，自動主要通過兩個獨立安全閥進(jìn)行；溢流流程：溢流主要通過閥門 V-7，當(dāng)設(shè)置有冷箱時，宜為氣動緊急切斷閥；液位壓力流程：其主要是就地顯示儲罐中的液位與壓力參數(shù)，為流程中的 LI 與 PG 顯示，以及進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示與控制而預(yù)留的 j-1～j-4 接口。進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示與控制而預(yù)留的 j-1～j-4 接口。

3.設(shè)計要點

對于這種儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計情況有所了解之后，設(shè)計人員需要對具體的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計部分進(jìn)行明確，其結(jié)構(gòu)設(shè)計要點主要有以下幾個方面，設(shè)計人員只有先打到結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，才能保證儲罐在船舶系統(tǒng)之中能夠有更好的應(yīng)用。

3.1 材質(zhì)要求

設(shè)計人員在對儲罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的時候，首先需要對結(jié)構(gòu)應(yīng)用的材料進(jìn)行確定，選用符合相關(guān)的設(shè)備規(guī)范的材料，避免將劣質(zhì)的材料添加到儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計之中。在對結(jié)構(gòu)之中的外殼部分進(jìn)行選擇的時候，設(shè)計人員需要注意內(nèi)部容器給外殼帶來的影響，由于內(nèi)容器的幾個常用開口都會比儲罐的最高液位更高，因此設(shè)計人員需要盡量避免使用耐低溫材料，設(shè)計人員需要按照設(shè)備設(shè)計規(guī)范來進(jìn)行儲罐的材料采集工作。

3.2 工作壓力設(shè)定

對于海船，其MARVS不大于 1.0MPa；對于內(nèi)河船，其MARVS則不大于 1.2MPa，依據(jù)此規(guī)定，可知相應(yīng)船舶的最大允許工作壓力，從而可確定其初步設(shè)計壓力值。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)力應(yīng)力分析

設(shè)計人員還需要對材料的幾方面應(yīng)力情況進(jìn)行明確。其應(yīng)力設(shè)計項目包括材料的基本許用應(yīng)力與儲罐的基本應(yīng)力。

設(shè)計人員需要根據(jù)船舶運行的基本情況，對罐體的各種情況進(jìn)行研究，包括罐體內(nèi)部應(yīng)用的支撐件以及其他部件的基本使用情況，需要測試的內(nèi)容有疲勞情況、有限元強(qiáng)度等，設(shè)計人員還需要對管道在特殊的低溫環(huán)境之下的熱應(yīng)力情況進(jìn)行研究，可以將溫度調(diào)節(jié)到-110℃。

3.4 荷載設(shè)計

儲罐在船舶之中需要承受的荷載是多方面的，包括外壓、內(nèi)壓以及相應(yīng)的熱載荷情況等，同時還會受到船體搖晃的影響，船舶在運行的時候，船體難以維持絕對的穩(wěn)定，橫傾的靜態(tài)荷載也會給儲罐帶來一定的影響，設(shè)計人員需要將儲罐受到的來自水平方向、垂直向下以及垂直向上的載荷情況都考慮到。

3.5 絕熱層設(shè)計

在儲罐的主體結(jié)構(gòu)之中，設(shè)計人員還需要對絕熱層展開設(shè)計，船舶使用的儲罐需要對船舶體系提出的使用要求進(jìn)行滿足，需要滿足常規(guī)運行情況之下的額定沖撞率以及工作壓力，如果主要推進(jìn)的氣體燃料沒有保持持續(xù)供應(yīng)，儲罐內(nèi)部的壓力就需要被控制好，需要使其保障在壓力釋放閥給定的特殊壓力之下，這種維持活動需要開展15天。開展絕熱層設(shè)計工作的時候，設(shè)計人員必須要對材料的沉降問題進(jìn)行避免，防止船舶在出現(xiàn)大幅度震動之后，給儲罐的絕熱層造成影響，常見的絕熱層問題包括局部結(jié)霜以及局部結(jié)露情況。

3.6 管路基本結(jié)構(gòu)分析

儲罐內(nèi)部的管路設(shè)計工作也是一項重點內(nèi)容，管路首先需要對溫度差異應(yīng)力設(shè)計要求進(jìn)行滿足，還需要對管路結(jié)構(gòu)的特殊注意要求有所明確，一些被應(yīng)用于其他環(huán)境之中的容器可以直接將接管承插與管座進(jìn)行焊接，但是儲存液化天然氣儲罐是不能如此使用的，只能采取對接結(jié)構(gòu)，在管路之中應(yīng)用的閥門部件也不選取具有螺紋結(jié)構(gòu)的，一般會選用法蘭這種紅連接方法進(jìn)行連接。如果使用螺紋結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員需要選用外徑不大于25mm的儀表管路以及輔助型的管路。

3.7 閥門儀表設(shè)計分析

對于船用 LNG 儲罐的氣相、液相管路，應(yīng)設(shè)計為手動截止閥與緊急切斷閥串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，或一只具備手動操作和自動切斷功能的組合閥。當(dāng)采用串聯(lián)閥組時，其截止閥盡可能靠近儲罐。同時，對于其溢流閥結(jié)構(gòu)，不允許就地直接排放，需引至安全地帶進(jìn)行排放。儲罐設(shè)置需兩套獨立的壓力釋放閥。

3.8 其他系統(tǒng)設(shè)計

由于儲罐之中儲存的物質(zhì)極為特殊，液化狀態(tài)的天然氣還有易爆、易燃的性質(zhì)，因此監(jiān)控工作必須要到位，主要是為了保證船員的安全，以此保證儲罐的溫度、液位以及壓力情況都被有效鎖定，監(jiān)控方法一般選用遠(yuǎn)程監(jiān)測法。

結(jié)語

天然氣作為重要的清潔能源，在很多行業(yè)之中都被大量應(yīng)用，液化天然氣使其應(yīng)用范圍被進(jìn)一步擴(kuò)展，船舶之中使用的LNG儲罐具有的結(jié)構(gòu)相對比較特殊，設(shè)計人員需要將這種儲罐與常規(guī)的儲罐進(jìn)行區(qū)分，按照設(shè)計規(guī)范對專門被應(yīng)用于船舶的之中的LNG儲罐進(jìn)行優(yōu)質(zhì)設(shè)計，使儲罐在被使用時可以保持更高的可靠度，當(dāng)前應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法還有一定的缺陷，設(shè)計人員可以對相關(guān)的設(shè)計技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使其結(jié)構(gòu)更加適合存儲LNG，從而使船舶在完成運輸任務(wù)的時候，能夠具有更高的環(huán)保水平。

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