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一文详解LNG常压低温储罐

文章出处:东方 发表时间:2019-04-08 14:07:48

天然气是公认的洁净、环保、安全的优质能源。经液化后的天然气,体积约缩小600倍,这给贮存带来了极大的益处。贮存液化天然气(LNG)是用常压低温储罐。这里为大家讲讲这些LNG储罐有哪些独特之处。

LNG低温储罐有哪些特殊要求?

1耐低温

常压下液化天然气的沸点为-160℃。LNG选择低温常压储存方式,将天然气的温度降到沸点以下,使储液罐的操作压力稍高于常压,与高压常温储存方式相比,可以大大降低罐壁厚度,提高安全性能。

因此,LNG要求储液罐体具有良好的耐低温性能和优异的保冷性能。

2安全要求高

由于罐内储存的是低温液体,储罐一旦出现意外,冷藏的液体会大量挥发,气化量大约是原来冷藏状态下的300倍,在大气中形成会自动引爆的气团。

因此,API、BS等规范都要求储罐采用双层壁结构,运用封拦理念,在第一层罐体泄漏时,第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气实现完全封拦,确保储存安全。

3材料特殊

内罐壁要求耐低温,一般选用9Ni钢或铝合金等材料,外罐壁为预应力钢筋混凝土。

4保温措施严格

由于罐内外温差最高可达200℃,要使罐内温度保持在-160℃,罐体就要具有良好的保冷性能,在内罐和外罐之间填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料还要有足够的承压性能。

5抗震性能好

一般建筑物的抗震要求是在规定地震荷载下裂而不倒。为确保储罐在意外荷载作用下的安全,储罐必须具有良好的抗震性能。对LNG储罐则要求在规定地震荷载下不倒也不裂。

因次,选择的建造场地一般要避开地震断裂带,在施工前要对储罐做抗震试验,分析动态条件下储罐的结构性能,确保在给定地震烈度下罐体不损坏。

6施工要求严格

储罐焊缝必须进行100%磁粉检测(MT)及100%真空气密检测(VBT)。要严格选择保冷材料,施工中应遵循规定的程序。为防止混凝土出现裂纹,均采用后张拉预应力施工,对罐壁垂直度控制十分严格。

混凝土外罐顶应具备较高的抗压、抗拉能力,能抵御一般坠落物的击打。由于罐底混凝土较厚,浇注时要控制水化温度,防止因温度应力产生的开裂。

LNG低温储罐的构件特点?

1内罐壁

内罐壁是低温储罐的主要构件,由耐低温、具有较好机械性能的钢板焊接而成,一般选用A5372级、A516 Gr.60、Gr18Ni9、ASME的304等特种钢材。

如某罐内罐底板和环板选用厚16 mm、材质为A537 CL2的钢板,其余板则可选用厚6.35 mm、材质为A537 CL1的钢板。

2保冷层

罐壁保冷

外罐衬板内侧喷涂聚氨酯泡沫,一般要求聚氨酯泡沫导热系数≤0.03 W/(m·K),密度40~60 kg/m3,厚度150 mm左右。

罐顶保冷

内罐顶采用悬吊式岩棉保冷层,如某罐罐顶设置了4层玻璃纤维保冷层,每层厚100 mm,玻璃纤维棉的密度为16 kg/m3、导热系数为0.04 W/(m·K)。

罐底保冷

罐底保冷比较复杂,除了钢板下喷涂聚氨酯泡沫外,还要设计防水结构。下图是某罐罐底的保冷结构,包括65 mm厚的垫层,60 mm厚的密实混凝土,2 mm厚的防水油毡,2层各100 mm厚的发泡玻璃,最后用70 mm厚混凝土覆盖,以保护外罐混凝土不受过低温度的影响。

3混凝土外罐

混凝土外罐壁、外罐顶由预应力钢筋混凝土及耐低温钢衬板构成。混凝土强度应≥25 MPa。外罐顶和罐壁要能承受气体意外泄漏产生的内压力,因此,钢筋混凝土要具备足够的抗拉强度。

对于大型储罐,为使预应力混凝土罐壁均衡受力,可采用等强不等厚或等厚不等强的设计方法。

LNG的储罐都有哪些种类

不同形状

圆柱形:用于工业燃气气化站,小型LNG生产装置、卫星式液化装置、民用燃气气化站、LNG汽车加注站。

大型圆柱形:用于基本负荷型、调峰型液化装置、LNG接收站。

球形:用于民用燃气气化站,LNG汽车加注站。

不同设置方式

地上

半地下

地下

不同的结构型式

单包容罐、双包容罐及全包容罐。

不同容量

5~50 m3:常用于民用LNG 汽车加注点 及民用燃气液化站等。

50~100 m3:多用于工业燃气液化站。

100~1000 m3:适用于小型LNG 生产装置。

10000~40000 m3:用于基本负荷型和调峰型液化装置。

40000~200000 m3:用于LNG 接收站。

LNG的储存问题

液体分层

LNG是多组分混合物,因温度和组分的变化,液体密度的差异使储罐内的LNG可能发生分层。一般罐内液体垂直方向上温差大于0.2、密度大于0.5kg/m3时,即认为罐内液体发生了分层。

老化现象

LNG是一种多组分混合物,在储存过程中,各组分的蒸发量不同,导致LNG的组分和密度发生变化,这一过程称为老化。

分层LNG各自的对流循环 LNG储罐内自然对流循环图

翻滚现象

翻滚现象是指两层不同密度的LNG在储罐内迅速上下翻动混合,瞬间产生大量气化气的现象。此时罐内LNG的气化量为平时自然蒸发量的10~50倍,将导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的安全压力,使储罐出现超压现象。如果不及时通过安全阀排放,就可能造成贮槽的机械损伤,带来经济上的损失及环境污染。

翻滚现象发生的根本原因是储罐中不同层的液体密度不同,存在分层(图1),组分对于蒸发、翻滚产生的时间和严重性具有重要的影响。

LNG储罐在长期储存中,因其中较轻的组分(主要是N2和CH4)首先蒸发,自发形成翻滚。LNG储罐中原来留有LNG,在充装密度不同、温度不同的新LNG一段时间(几个小时甚至几十天)后,突然产生翻滚的现象。对于连续生产运营的接收站,储罐产生翻滚的现象主要属于第二类。

上部的LNG密度小,而储罐底部LNG密度大。当储罐内LNG产生分层后,随着外部热量的导入,底层LNG温度升高,密度变小。顶层LNG由于BOG的挥发而变重。经过传质,下部LNG上升到上部,压力减小,成为过饱和液体,积蓄的能量迅速释放,产生大量的BOG,即产生翻滚现象。

值得注意的是,LNG分层是引发翻滚的前提。

检测与消除分层的方法

温度监控

密度监控

BOG监测

储罐一旦产生分层后,在外输时首先泵出储罐底部的LNG。

LNG分层后,应采用顶部进入装置进行循环作业,以促进储罐内LNG的混合,避免发生翻滚。但同时增加了蒸发气量以及处理这些增加的蒸发气的费用(如图4)。

卸船时,当船上的LNG密度比储罐内LNG密度重时,从顶部卸料管进罐。反之,从底部卸料管进罐,这样可以促进不同密度的LNG在储罐内自行混合,消除分层。

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