LNG低溫儲罐開發(fā)技術(shù)研究

摘要：隨著現(xiàn)代化社會的飛速發(fā)展，各行各業(yè)都迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。與此同時(shí)，對于能源的需求也在不斷增長，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，是社會公認(rèn)的清潔能源。主要探討LNG低溫儲罐開發(fā)技術(shù)，通過全面分析LNG儲罐的特點(diǎn)，從耐久性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等幾個(gè)方面探討儲罐開發(fā)中存在的問題，最后針對儲罐開發(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)一步提升儲罐開發(fā)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：LNG低溫儲罐；開發(fā)；優(yōu)化措施

對天然氣進(jìn)行冷卻，將溫度降低至-162 ℃，就會形成液化天然氣，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進(jìn)行運(yùn)輸和存儲，所以必須要進(jìn)一步加大對低溫儲罐技術(shù)的研究力度。

1LNG儲罐特點(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)天然氣資源的儲存。一般廠家都會將其存儲環(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)以及儲存條件，LNG儲罐能夠滿足極強(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，就會直接被氣化，如果天然氣資源在儲存過程中儲罐破損，就很有可能會導(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安全。

（3） 具備良好的耐腐蝕性。在儲存過程中，儲罐除了會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)對這種狀況，也要求LNG儲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儲罐開發(fā)中存在的問題

2.1耐久性

如果將材料長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儲罐使用壽命。此外，LNG儲罐在使用過程中還有可能會出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，與此同時(shí)也會伴隨著應(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儲罐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2經(jīng)濟(jì)性

儲罐的整體建設(shè)和運(yùn)行時(shí)間相對較長，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)間也相對較長，在LNG儲罐投入運(yùn)行的前期階段，需要使用較長的周期才能夠?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，市場的波動性也會對LNG儲罐的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生直接影響。受到國際市場沖擊、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)格也會不斷的波動，這些因素也會在一定程度上影響LNG儲罐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.3安全性

LNG低溫儲罐在開發(fā)過程中，還隨時(shí)可能會面臨火災(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，儲罐內(nèi)積聚的能量就會在短時(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)部存儲的天然氣泄露，這不僅會對周圍環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染，還會造成資源的浪費(fèi)，甚至?xí)霈F(xiàn)火災(zāi)爆炸等意外事故。

3LNG低溫儲罐開發(fā)技術(shù)要點(diǎn)

3.1選型

LNG低溫儲罐是儲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，因此針對低溫儲罐進(jìn)行開發(fā)建造時(shí)，必須要結(jié)合企業(yè)的實(shí)際狀況，選擇合適的儲罐類型，做好基礎(chǔ)施工工作以滿足天然氣存儲需求。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LNG低溫儲罐進(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、真空絕熱儲罐、子母罐為主，重點(diǎn)需要根據(jù)相關(guān)企業(yè)的存儲要求以及生產(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罐類型以后，還需要根據(jù)儲罐的外形建造基礎(chǔ)。在大型平底圓筒的儲罐基礎(chǔ)建設(shè)過程中，一般會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，不會過多的產(chǎn)生冷凍膨脹現(xiàn)象。所以，進(jìn)行LNG低溫儲罐開發(fā)過程中，大多會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下方設(shè)置柱腿，用于對整個(gè)儲罐進(jìn)行支撐，同時(shí)還能夠確?，F(xiàn)場空氣的流動性，在儲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過程中的溫度［1］。

3.2選擇低溫材料

LNG低溫儲罐開發(fā)過程中，在選擇儲罐材料時(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的需求。結(jié)合目前的實(shí)際狀況來看，儲罐開發(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較高，為了能夠從根本上提升儲罐運(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罐的安全性、實(shí)用性。

3.3內(nèi)膽設(shè)計(jì)

LNG低溫儲罐是對天然氣進(jìn)行存儲和運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，所以加強(qiáng)對儲罐內(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，確保儲罐運(yùn)行的穩(wěn)定性。（3） 充分考慮天然氣的膨脹性，對儲罐內(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，避免儲罐內(nèi)部壓力過大導(dǎo)致儲罐破裂。（4） 保溫設(shè)計(jì)。一般來說內(nèi)膽的保溫層大多會選擇多層隔熱材料，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)苛的儲存環(huán)境要求。一般來說，LNG低溫儲罐的隔熱層都會設(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罐運(yùn)行的實(shí)際需求，從根本上提升LNG儲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)。低溫儲罐在工作過程中，絕熱層可能會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)該定期對其進(jìn)行必要的檢測和維護(hù)。

3.5組裝

組裝環(huán)節(jié)也是LNG低溫儲罐開發(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，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低溫儲罐作為液化天然氣存儲和運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，對其開發(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)長遠(yuǎn)發(fā)展。通過不斷的創(chuàng)新和研發(fā)，未來低溫儲罐也必然會向著高效節(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)。

參考文獻(xiàn)：

［1］張小軍，瞿仲華.LNG低溫儲罐抽真空加熱爐的研究與應(yīng)用［J］.工業(yè)爐，2021，43（6）：4851，55.

［2］吳樹勤.LNG低溫儲罐的設(shè)計(jì)及建造技術(shù)要點(diǎn)分析［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2021，47（9）：145146.