摘要:隨著現(xiàn)代化社會(huì)的飛速發(fā)展,各行各業(yè)都迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。與此同時(shí),對(duì)于能源的需求也在不斷增長(zhǎng),其中天然氣作為一種重要的自然資源,引起了人們的高度關(guān)注。天然氣以甲烷作為主要成分,是社會(huì)公認(rèn)的清潔能源。主要探討LNG低溫儲(chǔ)罐開發(fā)技術(shù),通過全面分析LNG儲(chǔ)罐的特點(diǎn),從耐久性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等幾個(gè)方面探討儲(chǔ)罐開發(fā)中存在的問題,最后針對(duì)儲(chǔ)罐開發(fā)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的探討和分析,希望能夠進(jìn)一步提升儲(chǔ)罐開發(fā)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:LNG低溫儲(chǔ)罐;開發(fā);優(yōu)化措施
對(duì)天然氣進(jìn)行冷卻,將溫度降低至-162 ℃,就會(huì)形成液化天然氣,目前在交通供暖以及發(fā)電等領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用。天然氣使用過程中不可避免的會(huì)進(jìn)行運(yùn)輸和存儲(chǔ),所以必須要進(jìn)一步加大對(duì)低溫儲(chǔ)罐技術(shù)的研究力度。
1LNG儲(chǔ)罐特點(diǎn)
(1) 天然氣具備極強(qiáng)的耐低溫特點(diǎn)。所謂的液化天然氣就是指在常溫狀態(tài)下以及極低溫度條件下,對(duì)天然氣進(jìn)行氣態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)化,能夠更好地實(shí)現(xiàn)天然氣資源的儲(chǔ)存。一般廠家都會(huì)將其存儲(chǔ)環(huán)境溫度下降至-162 ℃以下,也正是由于天然氣液化的形成特點(diǎn)以及儲(chǔ)存條件,LNG儲(chǔ)罐能夠滿足極強(qiáng)的抗低溫要求。
(2) 具備良好的塑性和抗壓能力。通過對(duì)液化天然氣產(chǎn)生的原因以及所處的環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行全面的分析,可以發(fā)現(xiàn)液化天然氣在使用過程中一旦遇到熱量,就會(huì)直接被氣化,如果天然氣資源在儲(chǔ)存過程中儲(chǔ)罐破損,就很有可能會(huì)導(dǎo)致液化天然氣直接暴露在自然環(huán)境下,一旦遇到火星就有可能產(chǎn)生爆炸事故,存在極大的安全隱患。所以,LNG儲(chǔ)罐制作過程中必須要選擇具備極強(qiáng)抗壓和塑性能力的材料,只有這樣才能夠更好地保障天然氣資源的存儲(chǔ)安全。
(3) 具備良好的耐腐蝕性。在儲(chǔ)存過程中,儲(chǔ)罐除了會(huì)受到來自其他物品的壓強(qiáng)以及自身材料硬度變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)以外,很有可能會(huì)遭到腐蝕性物質(zhì)的損壞,例如硫酸溶液。為了能夠有效應(yīng)對(duì)這種狀況,也要求LNG儲(chǔ)罐必須要選擇輕軟且具備一定耐腐蝕性能的材料,一旦天然氣暴露在自然環(huán)境下,就有可能會(huì)出現(xiàn)火災(zāi)爆炸等意外事故,帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
2儲(chǔ)罐開發(fā)中存在的問題
2.1耐久性
如果將材料長(zhǎng)期放置在極低溫度的狀態(tài)下,很容易導(dǎo)致罐內(nèi)的材料失去自身的韌性,在后續(xù)使用環(huán)節(jié)就有可能產(chǎn)生質(zhì)量問題,引發(fā)意外事故。因此,在LNG儲(chǔ)罐進(jìn)行開發(fā)時(shí),必須要選擇具備良好韌性的材料,確保其能夠更好地適應(yīng)極低的溫度狀態(tài),切實(shí)提高LNG儲(chǔ)罐使用壽命。此外,LNG儲(chǔ)罐在使用過程中還有可能會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象,與此同時(shí)也會(huì)伴隨著應(yīng)力的變化,這使材料的使用壽命大打折扣。所以,在實(shí)際開發(fā)過程中還應(yīng)該選擇具備良好抗疲勞性能的材料,確保LNG儲(chǔ)罐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2.2經(jīng)濟(jì)性
儲(chǔ)罐的整體建設(shè)和運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),所以在開發(fā)階段必須要重點(diǎn)考慮資本回收的問題。通常情況下一個(gè)低溫儲(chǔ)罐的建設(shè)需要投入數(shù)年的時(shí)間,而且其運(yùn)行時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng),在LNG儲(chǔ)罐投入運(yùn)行的前期階段,需要使用較長(zhǎng)的周期才能夠?qū)崿F(xiàn)資本的回收,這在一定程度上加大了投資的風(fēng)險(xiǎn)。此外,市場(chǎng)的波動(dòng)性也會(huì)對(duì)LNG儲(chǔ)罐的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生直接影響。受到國際市場(chǎng)沖擊、能源政策以及供需關(guān)系等多種因素的影響,液化天然氣的價(jià)格也會(huì)不斷的波動(dòng),這些因素也會(huì)在一定程度上影響LNG儲(chǔ)罐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
2.3安全性
LNG低溫儲(chǔ)罐在開發(fā)過程中,還隨時(shí)可能會(huì)面臨火災(zāi)以及爆炸等風(fēng)險(xiǎn)因素。天然氣在低溫狀態(tài)下能夠迅速氣化,是可燃性氣體,一旦出現(xiàn)爆炸等意外事故,儲(chǔ)罐內(nèi)積聚的能量就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速暴發(fā),進(jìn)而產(chǎn)生爆炸事故。LNG低溫儲(chǔ)罐在實(shí)際運(yùn)行過程中,還隨時(shí)面臨著泄漏的風(fēng)險(xiǎn),在極低溫度狀態(tài)下,液化天然氣可能會(huì)導(dǎo)致材料出現(xiàn)收縮或者變形的問題,產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫,致使內(nèi)部存儲(chǔ)的天然氣泄露,這不僅會(huì)對(duì)周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染,還會(huì)造成資源的浪費(fèi),甚至?xí)霈F(xiàn)火災(zāi)爆炸等意外事故。
3LNG低溫儲(chǔ)罐開發(fā)技術(shù)要點(diǎn)
3.1選型
LNG低溫儲(chǔ)罐是儲(chǔ)存液化天然氣的重要設(shè)施,其自身就具備極強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)因素,因此針對(duì)低溫儲(chǔ)罐進(jìn)行開發(fā)建造時(shí),必須要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際狀況,選擇合適的儲(chǔ)罐類型,做好基礎(chǔ)施工工作以滿足天然氣存儲(chǔ)需求。實(shí)際工作過程中必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)規(guī)范,對(duì)LNG低溫儲(chǔ)罐進(jìn)行合理的開發(fā)利用,結(jié)合目前的實(shí)際狀況,我國大部分產(chǎn)業(yè)以常壓罐、真空絕熱儲(chǔ)罐、子母罐為主,重點(diǎn)需要根據(jù)相關(guān)企業(yè)的存儲(chǔ)要求以及生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行選擇。一般來說,常壓罐的選擇居多,常壓罐也可以分為單容、雙容、全容等3種不同的類型,具體來說需要根據(jù)企業(yè)具體的投資規(guī)模、占地面積以及安全性等方面的要求,選擇具體的類型。確定好合適的低溫儲(chǔ)罐類型以后,還需要根據(jù)儲(chǔ)罐的外形建造基礎(chǔ)。在大型平底圓筒的儲(chǔ)罐基礎(chǔ)建設(shè)過程中,一般會(huì)選擇落地式或者高架式兩種方式,如果選擇高架式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),其流通效果相對(duì)較好,不需要增加隔熱設(shè)施,而且結(jié)構(gòu)使用過程中,不會(huì)過多的產(chǎn)生冷凍膨脹現(xiàn)象。所以,進(jìn)行LNG低溫儲(chǔ)罐開發(fā)過程中,大多會(huì)選擇高架式的混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),在實(shí)際施工過程中需要在承臺(tái)下方設(shè)置柱腿,用于對(duì)整個(gè)儲(chǔ)罐進(jìn)行支撐,同時(shí)還能夠確保現(xiàn)場(chǎng)空氣的流動(dòng)性,在儲(chǔ)罐的底部額外增加隔熱層,應(yīng)盡量選擇具備較小導(dǎo)熱系數(shù)的材料,能夠更好地控制天然氣在存儲(chǔ)過程中的溫度[1]。
3.2選擇低溫材料
LNG低溫儲(chǔ)罐開發(fā)過程中,在選擇儲(chǔ)罐材料時(shí),必須嚴(yán)格按照國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,再結(jié)合儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)以及具體的技術(shù)類型,確保能夠更好地滿足存儲(chǔ)工作的實(shí)際需求。在篩選材料時(shí),需要特別注意不同類型的材料在接觸到天然氣以后發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),例如在極低的溫度狀態(tài)下,碳鋼材料會(huì)喪失原有的延展性,增加了材料的脆性。此外,還應(yīng)該注意所選擇的管道材料與其他的接觸設(shè)備,確保能夠滿足天然氣存儲(chǔ)的需求。結(jié)合目前的實(shí)際狀況來看,儲(chǔ)罐開發(fā)過程中常用的材料包括不銹鋼、鋁、高鎳含量的鋼材料,這些材料都能有效減少催化現(xiàn)象的產(chǎn)生,但是這類材料其成本相對(duì)較高,為了能夠從根本上提升儲(chǔ)罐運(yùn)行的安全性,需要結(jié)合其實(shí)用性能進(jìn)行綜合考慮。例如將不銹鋼和9%的鎳進(jìn)行復(fù)合形成高合金材料,將其應(yīng)用到儲(chǔ)罐的內(nèi)部,再配合切實(shí)有效的安全設(shè)計(jì),就能夠從根本上提升儲(chǔ)罐的安全性、實(shí)用性。
3.3內(nèi)膽設(shè)計(jì)
LNG低溫儲(chǔ)罐是對(duì)天然氣進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備,所以加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)膽的設(shè)計(jì)有十分重要的意義,具體來說需要滿足以下幾點(diǎn):(1) 能夠滿足極低溫度下運(yùn)行的需求,一般來說低溫儲(chǔ)罐在開發(fā)過程中,應(yīng)盡量選擇低溫鋼材或者其他具備低溫性能的材料,包括鎳合金等。(2) 充分考慮液化天然氣在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中的壓力和密度,要求內(nèi)膽材料必須要具備足夠的強(qiáng)度和剛度,有效承受天然氣的壓力,確保儲(chǔ)罐運(yùn)行的穩(wěn)定性。(3) 充分考慮天然氣的膨脹性,對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)膽進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),還需要綜合天然氣體積的膨脹系數(shù),提前為其預(yù)留好足夠的膨脹空間,避免儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力過大導(dǎo)致儲(chǔ)罐破裂。(4) 保溫設(shè)計(jì)。一般來說內(nèi)膽的保溫層大多會(huì)選擇多層隔熱材料,例如玻璃棉、泡沫塑料等,這樣都能夠有效減低熱量的損失。(5) 結(jié)合低溫儲(chǔ)罐的施工需求進(jìn)行綜合考慮。進(jìn)行內(nèi)膽設(shè)計(jì)和安裝環(huán)節(jié)應(yīng)以操作簡(jiǎn)單、安裝便利為前提。(6) 耐腐蝕性能。進(jìn)行內(nèi)膽設(shè)計(jì)時(shí),還必須要選擇具備良好耐腐蝕性能的材料,主要是內(nèi)膽直接與液化天然氣材料進(jìn)行接觸,其中可能含有部分腐蝕性的物質(zhì)[2]。
3.4絕熱層設(shè)計(jì)
LNG低溫儲(chǔ)罐在開發(fā)過程中絕熱層也是重要的組件之一,進(jìn)行絕熱層設(shè)計(jì)的目的是為了能夠最大限度地降低熱量的損失,確保儲(chǔ)罐內(nèi)部始終處于低溫環(huán)境,這樣能夠更便于天然氣的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。要實(shí)現(xiàn)這一目的,首先應(yīng)該做好隔熱材料的選擇,目前建材市場(chǎng)上常用的隔熱材料包括泡沫玻璃及氨酯泡沫等,這些材料都具備非常低的導(dǎo)熱系數(shù),能夠有效減少熱量的損失。將這些材料應(yīng)用到LNG儲(chǔ)罐的開發(fā)環(huán)節(jié),由于其具備極強(qiáng)的機(jī)械性能、耐腐蝕和耐低溫的特點(diǎn),能夠更好地滿足液化天然氣嚴(yán)苛的儲(chǔ)存環(huán)境要求。一般來說,LNG低溫儲(chǔ)罐的隔熱層都會(huì)設(shè)置為多層結(jié)構(gòu),包括中間的防潮層以及內(nèi)外層的隔熱材料,因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還必須要結(jié)合運(yùn)行需求,精確設(shè)計(jì)材料的厚度以及密度,確保其能夠更好地滿足儲(chǔ)罐運(yùn)行的實(shí)際需求,從根本上提升LNG儲(chǔ)罐的隔熱和絕熱性能。防潮層的設(shè)計(jì),主要是為了有效減少潮氣的入侵,避免水分在儲(chǔ)罐內(nèi)累積,而且也能夠有效避免隔熱層受潮。在實(shí)際施工環(huán)節(jié),進(jìn)行絕熱層安裝時(shí),需要充分考慮絕熱材料的使用性能以及具體的安裝便利,一般都會(huì)使用預(yù)制絕熱板進(jìn)行安裝,然后再利用專業(yè)的膠水和接頭進(jìn)行有效的連接,以此來提升絕熱層的完整性和連續(xù)性。在安裝過程中還必須重視儲(chǔ)罐壁和絕熱層,要具備足夠的貼合度,這樣能夠有效避免出現(xiàn)絕熱層脫落的現(xiàn)象,阻止產(chǎn)生熱橋效應(yīng)。低溫儲(chǔ)罐在工作過程中,絕熱層可能會(huì)受到物理沖擊或者溫度濕度等方面的影響,所以在實(shí)際工作過程中還應(yīng)該定期對(duì)其進(jìn)行必要的檢測(cè)和維護(hù)。
3.5組裝
組裝環(huán)節(jié)也是LNG低溫儲(chǔ)罐開發(fā)過程中最為關(guān)鍵的步驟之一,需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范進(jìn)行有效的操作。組裝過程中,要求設(shè)計(jì)單位和施工單位都必須全面了解標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求,確保儲(chǔ)罐的強(qiáng)度、密封性能等均滿足天然氣運(yùn)輸工作的需求。進(jìn)行組裝時(shí),避免出現(xiàn)形變、減少焊接熱應(yīng)力的產(chǎn)生是非常關(guān)鍵的。由于液化天然氣需要在極低的溫度狀態(tài)下進(jìn)行存儲(chǔ),所以在焊接過程中需要控制好局部的溫度,避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。所以,進(jìn)行儲(chǔ)罐組裝時(shí),必須要注重焊接順序,嚴(yán)格按照預(yù)熱、后熱、焊縫處理的順序進(jìn)行規(guī)范化操作,盡量減少形變和應(yīng)力的產(chǎn)生。
4結(jié)語
LNG低溫儲(chǔ)罐作為液化天然氣存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?,?duì)其開發(fā)技術(shù)進(jìn)行深入的研究和探討,能夠促使液化天然氣行業(yè)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。通過不斷的創(chuàng)新和研發(fā),未來低溫儲(chǔ)罐也必然會(huì)向著高效節(jié)能、安全可靠的方向不斷發(fā)展,成為清潔能源開發(fā)利用的重要環(huán)節(jié),為推廣清潔能源作出重大的貢獻(xiàn)。
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