液化天然气储罐形式和选型.docx

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1、安全管理/行业安全液化天然气储罐形式和选型LNG储存是LNG工业链中的重要一环。LNG储罐虽然只是LNG工业链中的一种单元设备，但是由于它不仅是连接上游生产和下游用户的重要设备，而且大型储罐对于液化工厂或接收站来说，占有很高的投资比例，因而世界各国都非常重视大型LNG储罐的设计和建造。随着全球范围天然气利用的不断增长和储罐建造技术的发展，LNG储罐大型化的趋势越发明显，单罐容量20104m3储罐的建造技术已经成熟，最大的地下储罐已达到25X104m3容量。由于LNG具有可燃性和超低温性(-162C),因而对LNG储罐有很高的要求。储罐在常压下储存LNG,罐内压力一般为3.430kPa,储罐的日

2、蒸发量一般要求控制在0.04%0.2虬为了安全目的，储罐必须防止泄漏。一、LNG储罐形式低温常压液化天然气按储罐的设置方式及结构形式可分为：地下罐及地上罐。地下罐主要有埋置式和池内式；地上罐有球形罐、单容罐、双容罐、全容罐及膜式罐。其中单容罐、双容罐及全容罐均为双层罐(即由内罐和外罐组成，在内外罐间充填有保冷材料)。(-)地下储罐如图4-1所示，除罐顶外，地下储罐内储存的LNG的最高液面在地面以下，罐体坐落在不透水稳定的地层上。为防止周围土壤冻结；在罐底和罐壁设置加热器。有的储罐周围留有Im厚的冻结土，以提高土壤的强度和水密性。LNG地下储罐采用圆柱形金属罐，外面有钢筋混凝土外罐，能承受自重、

3、液压、地下水压、罐顶、温度、地震等载荷。内罐采用金属薄膜，紧贴在罐体内部，金属薄膜在T62C时具有液密性和气密性，能承受LNG进出肘产生的液压、气压和温度的变动，同时还具有充分的疲劳强度，通常制成波纹状。日本川崎重工业公司为东京煤气公司建造了目前世界上最大的LNG地下储罐。其容量为14X104m3,储罐直径64m,高60m,液面高度44m,外壁为3m厚的钢筋混凝土，内衬20Om厚的聚氨酯泡沫隔热材料，内壁紧贴耐762。C的川崎不锈钢薄膜，罐底为7.4m厚的钢筋混凝土。地下储罐比地上储罐具有更好的抗震性和安全性，不易受到空中物体的碰击，不会受到风载的影响，也不会影响人员的视线，不会泄漏，安全性高

4、。但是地下储罐的罐底应位于地下水位以上，事先需要进行详细的地质勘察，以确定是否可采用地下储罐这种形式。地下储罐的施工周期较长，投资较高。(-)地上储罐目前世界上LNG储罐应用最为广泛的是金属材料地面圆柱形双层壁储罐。LNG地上储罐分为以下五种形式：1.单容罐单容罐是常用的形式，它分为单壁罐和双壁罐(由内罐和外容器组成)，出于安全和隔热考虑，单壁罐未在LNG中使用。双壁单容罐的外罐是用普通碳钢制成，它不能承受低温的LNG,也不能承受低温的气体，主要起固定和保护隔热层的作用。单容罐一般适宜在远离人口密集区，不容易遭受灾害性破坏(例如火灾、爆炸和外来飞行物的碰击)的地区使用，由于它的结构特点，要求有

5、较大的安全距离及占地面积。图4-2是单容罐结构示意图1。其中，a、C采用座底式基础，b、d采用架空式基础。单容罐的设计压力通常为(1720)kPa,操作压力一般为12.5kPa0对于大直径的单容罐，设计压力相应较低，BS7777规范中推荐这种储罐的设计压力小于MkPa,如储罐直径为7080m时已经难以达到，其最大操作压力大约在12kPa因设备操作压力较低，在卸船过程中蒸发气不能返回到LNG船舱中，需增加一台返回气风机。较低的设计压力使蒸发气体的回收压缩系统需要较大的功率，将增大投资和操作费用。单容罐的投资相对较低，施工周期较短；但易泄漏是它的一个较大的问题，根据规范要求单容罐罐间安全防护距离较

6、大，并需设置防火堤，从而增加占地及防火堤的投资。周围不能有其他重要的设备。因此对安全检测和操作的要求较高。由于单容罐的外罐是普通碳钢，需要严格地保护以防止外部的腐蚀，外部容器要求长期的检查和油漆。由于单容罐的安全性较其他形式罐的安全性低，近年来在大型LNG生产厂及接收站已较少使用。2 .双容罐双容罐具有能耐低温的金属材料或混凝土的外罐，在内筒发生泄漏时，气体会发生外泄，但液体不会外泄，增强了外部的安全性，同时在外界发生危险时其外部的混凝土墙也有一定的保护作用，其安全性较单容罐高。根据规范要求，双容罐不需要设置防火堤但仍需要较大的安全防护距离。当事故发生时，LNG罐中气体被释放，但装置的控制仍然

7、可以持续。图4-3是双容罐结构示意图1。其中，a外罐采用金属材料，b外罐采用预应力混凝土，罐顶加吊顶隔热，c外罐采用预应力混凝土并增加土质护堤，罐顶加吊顶隔热。储罐的设计压力与单容罐相同（均较低），也需要设置返回气鼓风机。双容罐的投资略高于单容罐，约为单容罐投资的110%,其施工周期也较单容罐略长。3 .金容耀图4-4是全容罐结构示意图1。全容罐的结构采用9%银钢内筒、9%银钢或混凝土外筒和顶盖、底板，外筒或混凝土墙到内筒大约l2m,可允许内筒里的LNG和气体向外筒泄漏，它可以避免火灾的发生。其设计最大压力为30kPa,其允许的最大操作压力25kPa,设计最小温度T65C.由于全容罐的外筒体可

8、以承受内筒泄漏的LNG及其气体，不会向外界泄漏。其安全防护距离也要小得多。一旦事故发生，对装置的控制和物料的输送仍然可以继续，这种状况可持续几周，直至设备停车。当采用金属顶盖时，其最高设计压力与单壁储罐和双壁储罐的设计一样。当采用混凝土顶盖（内悬挂铝顶板）时，安全性能增高，但投资相应的增加。因设计压力相对较高，在卸船时可利用罐内气体自身压力将蒸发气返回LNG船，省去了蒸发气（BOG）返回气风机的投资，并减少了操作费用。全容罐具有混凝土外罐和罐顶，可以承受外来飞行物的攻击和热辐射，对于周围的火情具有良好的耐受性。另外，对于可能的液化天然气溢出，混凝土提供了良好的防护。低温冲击现象即使有也会限制在

9、很小的区域内，通常不会影响储罐的整体密封性。4 .膜式罐膜式罐采用了不锈钢内膜和混凝土储罐外壁，对防火和安全距离的要求与全容罐相同。但与双容罐和全容罐相比，它只有一个筒体。膜式罐的操作灵活性比全容罐的大，因不锈钢内膜很薄，没有温度梯度的约束。膜式罐适用的规范可参照EN1473（液化天然气设备与安装）。该类型储罐可设在地上或地下，建在地下时，当投资和工期允许，可选用较大的容积，这种结构可防止液体的溢出，提供了较好的安全设计，且有较大的罐容。该罐型较适宜在地震活动频繁及人口稠密地区使用。但投资比较高，建设周期长。由于膜式罐本身结构特点，它的缺点在于有微量泄漏。5 .球形罐LNG球形储罐（见图4-5

10、）的内外罐均为球状。工作状态下，内罐为内压容渊，外罐为真空外压容器。夹层通常为真空粉末隔热。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现场组装。球壳板的成形需要专用的加工工装保证成形，现场安装难度大。球罐的优点是由于球体是在同样的体积下，具有最小的表面积，因而所需的材料少，设备质量小；球罐具有最小的表面积，因此传热面积也最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的隔热保温效果；内外壳体呈球形，具有最佳的耐压性能。但是球壳的加工需要专用设备，精度要求高；现场组装技术难度大，质量不易保证；虽然球壳的净质量最小，但成形材料利用率最低。球罐的容积一般为2001500m3,工作压力0.2LOMPa

11、。容积小于200m3的球罐尽可能在制造厂整体加工后出厂，以减少现场安装工作量。容积超过1500m3的，不宜采用球罐，因为此时外罐的壁厚过大，制造困难。二、LNG储罐的比较及选择LNG罐型的选择要求安全可匏、投资低，寿命长，技术先进，结构有高度完整性，便于制造；并且要求能使整个系统的操作费用低。地卜罐投资非常高、交付周期长。除非有特殊的要求，设计一般不选用。双容罐和全容罐比较，有差不多的投资和交付周期，但安全水平较低，现在对LNG储罐设计来说，比较陈旧，也不被选用。单容罐显然有一个较低的投资，相对与其他罐型，节余的费用可用来增加其他设备和安全装置来保证安全性。全容罐和膜式罐的投资和其他形式储罐比

12、较稍高，但其实际的安全性更好。它们是现在接收站普遍采用的罐型，另外混凝土顶经常被看作是能提供额外保护和具有工艺优势（较高的操作压力）。膜式地上罐理论上投资和交付周期较全容罐和地下罐是有优势的，但膜式罐的制造商很少。单容罐、双容罐与全容罐相比罐本身的投资较低，建设周期较短：但是，因为单容罐、双容罐的设计压力和操作压力均较低，需要处理的BoG量相应增加较多，BoG压缩机及再冷凝器的处理能力也相应增加，卸料时BOG不能利用罐自身的压力返回输送船，必须增加配置返回气风机。因此，LNG罐及相应配套设备的投资比较，单容罐、双容罐反高于全容罐，其操作费用也大于全容罐。详见表4-1表4-3。表4TLNG储罐比

13、较罐型单容罐双容罐全容罐膜式地上储罐膜式地下储罐安全性中申高由高占地多中少少少技术可靠性低中高由由结构完整性低由高由中投资（罐及相关设备）80%85%需配回气风机95%100%需配回气风机100%不配回气风机95%需配回气风机150%180%需配回气风机操作费用中中低低低施工周期/月28323034323630344252施工难易程度低中中高高观感及信誉低中高由高表4-2LNG罐的造价及建设周期比较LNG储罐造价建设周期/月单容罐80%85%2832双容罐95%-100%3034膜式罐95%3034全容罐100%3236地下罐150%-180%4252池内罐170%200%4860造价系指罐容

14、IoXK）4m3以上储罐，建设周期为罐容12X104m3以上储罐。表4-3采用不同罐形时罐及相应设备的投资费用及运营费用比较X106美元项目单容罐双容罐全容罐投资费用LNG罐（4台）80%85%95%100%100%侬费200%250%100%100%场地平整费150%200%100%100%道路围墙费用110%120%100%100%管线管廊费用100%-180%250%300100%BOG压缩及回气系统费用250%300%110%120%100%总计费用110%-120%110%120%100%运营费用450%500%450%500%100%近年来，为了更有效地利用土地资源，减少建造费用，

15、LXG储罐的单罐容量不断加大，而对储罐的安全性要求愈来愈高，雄的选型也逐渐转向安全性更高的全容罐及地下罐019952008年新增的LNG储罐共120台其中全容罐共77台，占64%,地下罐共20台，占17%,详见表4-4。表4-41995-2008年新建的大型LNG储罐(12X10418Xl04m3)LNG储罐建设位置小计罐型结构液化厂接收站单容罐双金属壁，地上1818膜式罐膜式预应力混凝土罐，地上44全容罐9Ni钢内罐，预应力混凝土外罐，地上294877全容罐92钢污罐，预应力混凝土外罐，地上掩埋式11池内罐9Xi钢内罐，预应力混凝土外罐，地下池内33地下罐92钢内罐，预应力混凝土外罐，地下1717合计3090