詳解LNG低溫儲罐,你想知道的都在這!

摘 要

詳解LNG低溫儲罐,你想知道的都在這!——常壓下液化天然氣的沸點為-160℃。LNG選擇低溫常壓儲存方式,將天然氣的溫度降到沸點以下,使儲液罐的操作壓力稍高于常壓,與高壓常溫儲存方式相比,可以大大降低罐壁厚度,提高安全性能。

 

 

   LNG低溫儲罐有哪些特殊要求?


1. 耐低溫

常壓下液化天然氣的沸點為-160℃。LNG選擇低溫常壓儲存方式,將天然氣的溫度降到沸點以下,使儲液罐的操作壓力稍高于常壓,與高壓常溫儲存方式相比,可以大大降低罐壁厚度,提高安全性能。

因此,LNG要求儲液罐體具有良好的耐低溫性能和優異的保冷性能。

2. 安全要求高

由于罐內儲存的是低溫液體,儲罐一旦出現意外,冷藏的液體會大量揮發,氣化量大約是原來冷藏狀態下的300倍,在大氣中形成會自動引爆的氣團。

因此,API、BS等規范都要求儲罐采用雙層壁結構,運用封攔理念,在第一層罐體泄漏時,第二層罐體可對泄漏液體與蒸發氣實現完全封攔,確保儲存安全。


3. 材料特殊

內罐壁要求耐低溫,一般選用9Ni鋼或鋁合金等材料,外罐壁為預應力鋼筋混凝土。


4. 保溫措施嚴格

由于罐內外溫差最高可達200℃,要使罐內溫度保持在-160℃,罐體就要具有良好的保冷性能,在內罐和外罐之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。


5. 抗震性能好

一般建筑物的抗震要求是在規定地震荷載下裂而不倒。為確保儲罐在意外荷載作用下的安全,儲罐必須具有良好的抗震性能。對LNG儲罐則要求在規定地震荷載下不倒也不裂。

因次,選擇的建造場地一般要避開地震斷裂帶,在施工前要對儲罐做抗震試驗,分析動態條件下儲罐的結構性能,確保在給定地震烈度下罐體不損壞。


6. 施工要求嚴格

儲罐焊縫必須進行100%磁粉檢測(MT)及100%真空氣密檢測(VBT)。要嚴格選擇保冷材料,施工中應遵循規定的程序。為防止混凝土出現裂紋,均采用后張拉預應力施工,對罐壁垂直度控制十分嚴格。

混凝土外罐頂應具備較高的抗壓、抗拉能力,能抵御一般墜落物的擊打。由于罐底混凝土較厚,澆注時要控制水化溫度,防止因溫度應力產生的開裂。

 

   LNG低溫儲罐的構件特點?


1. 內罐壁

內罐壁是低溫儲罐的主要構件,由耐低溫、具有較好機械性能的鋼板焊接而成,一般選用A5372級、A516 Gr.60、Gr18Ni9、ASME的304等特種鋼材。

如某罐內罐底板和環板選用厚16 mm、材質為A537 CL2的鋼板,其余板則可選用厚6.35 mm、材質為A537 CL1的鋼板。


2. 保冷層


罐壁保冷

外罐襯板內側噴涂聚氨酯泡沫,一般要求聚氨酯泡沫導熱系數≤0.03 W/(m·K),密度40~60 kg/m3,厚度150 mm左右。

罐頂保冷

內罐頂采用懸吊式巖棉保冷層,如某罐罐頂設置了4層玻璃纖維保冷層,每層厚100 mm,玻璃纖維棉的密度為16 kg/m3、導熱系數為0.04 W/(m·K)。

罐底保冷

罐底保冷比較復雜,除了鋼板下噴涂聚氨酯泡沫外,還要設計防水結構。下圖是某罐罐底的保冷結構,包括65 mm厚的墊層,60 mm厚的密實混凝土,2 mm厚的防水油氈,2層各100 mm厚的發泡玻璃,最后用70 mm厚混凝土覆蓋,以保護外罐混凝土不受過低溫度的影響。


3. 混凝土外罐

混凝土外罐壁、外罐頂由預應力鋼筋混凝土及耐低溫鋼襯板構成?;炷翉姸葢?ge;25 MPa。外罐頂和罐壁要能承受氣體意外泄漏產生的內壓力,因此,鋼筋混凝土要具備足夠的抗拉強度。

對于大型儲罐,為使預應力混凝土罐壁均衡受力,可采用等強不等厚或等厚不等強的設計方法。


   LNG的儲罐都有哪些種類


不同形狀

圓柱形:用于工業燃氣氣化站,小型LNG生產裝置、衛星式液化裝置、民用燃氣氣化站、LNG汽車加注站。


大型圓柱形:用于基本負荷型、調峰型液化裝置、LNG接收站。


球形:用于民用燃氣氣化站,LNG汽車加注站。

不同設置方式

地上


半地下


地下


不同的結構型式

單包容罐、雙包容罐及全包容罐。

不同容量

  • 5~50 m3:常用于民用LNG 汽車加注點   及民用燃氣液化站等。

  • 50~100 m3:多用于工業燃氣液化站。

  • 100~1000 m3:適用于小型LNG 生產裝置。

  • 10000~40000 m3:用于基本負荷型和調峰型液化裝置。

  • 40000~200000 m3:用于LNG 接收站。


   LNG的儲存問題


液體分層

LNG是多組分混合物,因溫度和組分的變化,液體密度的差異使儲罐內的LNG可能發生分層。一般罐內液體垂直方向上溫差大于0.2、密度大于0.5kg/m3時,即認為罐內液體發生了分層。

老化現象

LNG是一種多組分混合物,在儲存過程中,各組分的蒸發量不同,導致LNG的組分和密度發生變化,這一過程稱為老化。

分層LNG各自的對流循環    LNG儲罐內自然對流循環圖

翻滾現象

翻滾現象是指兩層不同密度的LNG在儲罐內迅速上下翻動混合,瞬間產生大量氣化氣的現象。此時罐內LNG的氣化量為平時自然蒸發量的10~50倍,將導致儲罐內的氣壓迅速上升并超過設定的安全壓力,使儲罐出現超壓現象。如果不及時通過安全閥排放,就可能造成貯槽的機械損傷,帶來經濟上的損失及環境污染。

翻滾現象發生的根本原因是儲罐中不同層的液體密度不同,存在分層(圖1),組分對于蒸發、翻滾產生的時間和嚴重性具有重要的影響。

LNG儲罐在長期儲存中,因其中較輕的組分(主要是N2和CH4)首先蒸發,自發形成翻滾。LNG儲罐中原來留有LNG,在充裝密度不同、溫度不同的新LNG一段時間(幾個小時甚至幾十天)后,突然產生翻滾的現象。對于連續生產運營的接收站,儲罐產生翻滾的現象主要屬于第二類。

上部的LNG密度小,而儲罐底部LNG密度大。當儲罐內LNG產生分層后,隨著外部熱量的導入,底層LNG溫度升高,密度變小。頂層LNG由于BOG的揮發而變重。經過傳質,下部LNG上升到上部,壓力減小,成為過飽和液體,積蓄的能量迅速釋放,產生大量的BOG,即產生翻滾現象。

值得注意的是,LNG分層是引發翻滾的前提。


   檢測與消除分層的方法

  • 溫度監控

  • 密度監控

  • BOG監測

儲罐一旦產生分層后,在外輸時首先泵出儲罐底部的LNG。


LNG分層后,應采用頂部進入裝置進行循環作業,以促進儲罐內LNG的混合,避免發生翻滾。但同時增加了蒸發氣量以及處理這些增加的蒸發氣的費用(如圖4)。

卸船時,當船上的LNG密度比儲罐內LNG密度重時,從頂部卸料管進罐。反之,從底部卸料管進罐,這樣可以促進不同密度的LNG在儲罐內自行混合,消除分層。