2020新版液化天然气储罐形式和选型

( 安全管理 )

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2020新版液化天然气储罐形式

和选型

Safety management is an important part of production management. Safety and production are in

the implementation process

2020新版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20×104

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储罐的建造技术已经成熟，最大的地下储罐已达到25×104

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容量。

由于LNG具有可燃性和超低温性(-162℃)，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3.4～30kPa，储罐的日蒸发量一般要求控制在0.04%～0.2%。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)。

(一)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1m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、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-162℃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14×104

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，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200m厚的聚氨酯泡沫隔热材料，内壁紧贴耐-162℃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。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。

(二)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(17～20)kPa，操作压力一般为12.5kPa。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14kPa，如储罐直径为70～80m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.全容罐

图4-4是全容罐结构示意图[1]

。全容罐的结构采用9%镍钢内筒、9%镍钢或混凝土外筒和顶盖、底板，外筒或混凝土墙到内筒大约1～2m，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-165℃。由于全容罐的外筒体可以承受内筒泄漏的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