LNG低溫儲罐的設(shè)計及建造技術(shù)要點(diǎn)分析

王龍剛

天津大港油田集團(tuán)建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 天津 300280

1 LNG低溫儲罐的發(fā)展現(xiàn)狀

由于LNG儲存在低溫儲罐中，過去儲罐的儲罐形式為單壁形式，單壁罐頂蓋采用塊體隔熱，但缺少防潮層，易受風(fēng)影響。為了解決這一問題，采用了雙壁雙頂罐。儲罐在兩壁之間的隔熱空間中充滿干燥的純氣體，以防止加濕空間吸入潮濕空氣。隨著儲罐容量的增加，干純氣體的供應(yīng)成本也隨之增加。

液化氣產(chǎn)生的蒸汽很容易引起罐內(nèi)的超壓，為此，在LNG低溫儲罐施工中引入了懸頂技術(shù)，形成了雙壁單頂儲罐。儲罐采用懸掛隔熱天花板形成獨(dú)立的環(huán)形空間，使LNG蒸汽順利進(jìn)入空間，有助于防止潮濕空氣進(jìn)入，降低內(nèi)容器的壓力。此外，雙壁單頂罐還可以利用外壁防止潮濕空氣進(jìn)入，減少罐頂?shù)呢?fù)擔(dān)。

2 LNG低溫儲罐的特殊要求

LNG低溫儲罐的設(shè)計由于介質(zhì)的低溫和深冷而具有其獨(dú)特的特點(diǎn)：（1）耐低溫性。液化天然氣在常壓下的沸點(diǎn)為-161℃，因此，LNG要求儲液罐體必須具有良好的耐低溫性能和良好的蓄冷性能。（2）安全要求高。由于罐體儲存低溫液體，一旦罐體意外發(fā)生，冷凍液將大量揮發(fā)，氣化量約為原冷凍狀態(tài)的300倍，并在大氣中形成自動引爆的氣團(tuán)。因此，BS規(guī)范要求儲罐采用雙壁結(jié)構(gòu)，采用密封概念，當(dāng)?shù)谝粚觾扌孤r，第二層儲罐可完全封堵泄漏液體和排出氣體，確保儲存安全。這種材料很特殊，內(nèi)罐壁要求耐低溫，外罐壁要求較高的抗拉強(qiáng)度。（3）保溫措施嚴(yán)格。由于罐內(nèi)外溫差最高可達(dá)200℃，要使罐內(nèi)溫度保持在-160℃以下，罐體須具有良好的保冷性能，因此在內(nèi)罐和外罐間填充高性能的保冷材料，罐底保冷材料還要有足夠的承壓性能[1]。（4）抗震性能要求高。為了保證儲罐在非預(yù)期荷載作用下的安全，儲罐必須具有良好的抗震性能。（5）施工要求嚴(yán)格。罐體焊接必須進(jìn)行100%磁粉試驗（MT）和100%真空氣密性試驗（VBT），嚴(yán)格控制罐體壁垂直度。

3 LNG低溫儲罐設(shè)計中的難點(diǎn)

LNG低溫儲罐設(shè)計中存在以下困難：LNG由于內(nèi)部壓力、地震和風(fēng)荷載引起儲罐體不穩(wěn)定，罐壁和罐底的角焊縫應(yīng)力值高，受力復(fù)雜。此外，應(yīng)力值隨著液位的變化而變化，如果上述區(qū)域有缺陷，很容易引起事故。底邊板與罐體壁的受力也較大，罐體壁應(yīng)予以足夠的重視，在計算罐體強(qiáng)度時，腐蝕裕度僅為罐體內(nèi)介質(zhì)均勻腐蝕時的安全裕度，不考慮沉積。

4 大型LNG低溫儲罐建造技術(shù)要點(diǎn)

大型LNG儲罐體積大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲罐施工工藝已基本完成。因此，在油罐施工過程中，采用了國內(nèi)先進(jìn)的施工技術(shù)，保證了安全經(jīng)濟(jì)，自行設(shè)計，優(yōu)化了低溫儲罐的施工工藝，下面重點(diǎn)介紹大型LNG儲罐的施工工藝：

4.1 LNG低溫儲罐的材料要求

液化天然氣是低溫液化后儲存在常壓絕緣容器中的液體，當(dāng)使用時，它被蒸發(fā)，以降低天然氣的溫度且低于沸點(diǎn)。天然氣為液化天然氣，是原1/600液化天然氣低溫儲罐容積的設(shè)計，溫度為-165℃，設(shè)計時考慮了氮?dú)饫淠龝r可能發(fā)生的溫度變化，因此在實際設(shè)計過程中溫度將控制在-165℃到-196℃之間。從具體的材料要求來看，首先要有足夠的耐低溫性，一般選用9Ni鋼。外層材料為鋼筋混凝土，抗拉強(qiáng)度應(yīng)保持在20 kPa以上[2]。此外，由于液化天然氣低溫儲罐是低溫液體，如果發(fā)生液體損壞，這些液體更有可能在大氣中爆炸，儲罐內(nèi)外溫差接近200℃，因此LNG低溫儲罐需要具有良好的保溫性能和足夠的承壓能力。為防止過度破壞，施工前應(yīng)進(jìn)行壓力和抗震試驗，合理選用施工材料，嚴(yán)格按照施工程序保證儲罐的垂直度。

4.2 LNG儲罐的承壓性

LNG儲罐的壓力必須在1．5～30kPa之間，與石油或液體化工儲罐相比，壓力值并不大，但液化天然氣儲罐的承壓結(jié)構(gòu)主要是混凝土結(jié)構(gòu)，特別是存儲介質(zhì)是一種超低溫液化天然氣液體，因此承壓結(jié)構(gòu)的儲罐需要壓力承載力處于超低溫度。

4.3 LNG嚴(yán)防泄漏性

與其他危險化學(xué)品儲存一樣，泄漏是非常重要的，液化天然氣尤其突出。液化天然氣泄漏不僅會造成能源浪費(fèi)，而且還會引起火災(zāi)和爆炸。由于LNG儲運(yùn)環(huán)境與外部環(huán)境的季度差異，LNG泄漏后還會對環(huán)境造成很大程度的破壞，以及短時間內(nèi)物理性質(zhì)的變化對周圍環(huán)境造成的影響[3]。因此，在設(shè)計中，有必要降低液化天然氣泄漏的可能性通過嚴(yán)格的設(shè)計選擇的設(shè)備和密封材料，同時需要自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，確保及時發(fā)現(xiàn)和及時控制液化天然氣泄漏，以避免發(fā)生大面積泄漏。

5 結(jié)語

近年來，隨著LNG低溫儲罐在設(shè)計、材料、施工等方面技術(shù)的進(jìn)步，增大LNG低溫儲罐的尺寸成為可能，大型儲罐是大勢所趨。由于其規(guī)模大，具有以下優(yōu)點(diǎn)：大型儲罐占地面積小，蒸發(fā)速率低，總儲罐比等容積少，便于儲罐面積的運(yùn)行管理和維護(hù)。