低温储存储罐设计基础

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2.3 2.3.1 1)
常压低温储存储罐的分类 按储罐的基础板标高对建造的地面标高 区分 地上式 可分为两种: 基础平板(Slab)贴地式和 基础平板架空式 地下式 可分为半地下式与地下式
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按储罐的主要建造材料区分 2.3.2 1) 钢板金属(Metal Sheet) 外罐与内罐主要构件均采用金属钢板制 造 2) 混凝土(Concrete) 一般外罐筒体采用预应力混凝土加外罐 内壁金属薄板寸里，拱顶采用钢筋混凝 土加内壁寸里。内罐采用与介质低温 相适应的金属板材制造。 3) 薄膜式(Membrane) 0.7~1.2mm的35Ni钢薄板贴于硬绝热 材料上,设计、建造难度计极高，也用于 LNG 运输船上，世界上掌握该技术的国 家为数不多。
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1.2 常压与低温的一般界限 1) 常压 ~15kPa G (一般) (有一种真空绝热的双壁金属储罐,设计压力在 0.1MPa G 以上,其储存温度比常压下的液化烃沸 点略高,按GB50180-92定义，可以称之为半冷 冻式液化烃储罐，按NFPA 59A 定义，属于 ASME压力容器规范控制的容器范畴。这次 讲 课，不包括此内容。)
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2.2 主要标准规范简介 1) API 620_1996，附录Q 是目前低温储罐的材料、设计与建造的标 准依据，国内尚无相应标准。 适用于单壁保冷与双壁的冷冻罐。 温度适用于 -51~ -1680C（-60~ -2700F） 范围，可满足LNG、液态乙烯等上述 液态烃的 设计要求。
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2） BS 7777_1997， 标准由三部分组成： （1）第1部分 设计、建造、安装与操作一般准则 （Part 1，Guide to general provisions applying for design, construction, installation and operation）. （2）第2部分 储存温度-1650C以上液化气的单包容、双包 容和全包容金属储罐的设计与建造规定 （Part 2, Specification for the design and construction of single, double and full containment metal tanks for the storage of liquefied gas at temperatures down to -1650C.
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5) 满载后液体溢出 6) 工艺超压 7) 翻滚 8) 主要金属材料失效, 如脆性断裂 9) 金属材料部分事故, 如泄漏 10) 材料疲劳 11) 腐蚀 12) 与罐底、罐体或罐顶相连接的配管失效 13）储罐基础情况
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3) 爆炸极限 可燃气体，无空气参与就不会燃烧。即使有空 气而不在与空气的混合比例范围之内也不会引 起燃烧。将能引起燃烧的混合比例范围，用燃 烧气体与空气的体积百分比% 表示称为燃烧范 围。 在燃烧范围内引起爆炸的范围称为爆炸范围。 燃烧范围与爆炸范围几乎相同。 A 可燃气体在空气中刚刚维持火焰蔓延的最低 浓度称为气体的爆炸下限。 B 可燃气体在空气中足以使火焰蔓延的最高 浓度称为气体的爆炸上限。
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10）储罐的最低与最高设计金属壁温 11）在储罐寿命期内以及水压试验时，预期 的基础最大总的沉降量与差异沉降量 12）所有要安装的附件、平台与楼梯的尺 寸、数量、形式与布置位置。 13）储存介质的最大充装与送出速率，以及 其他排气的配置。 14）水压试验所需用水量
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3.2 设计单位或承包商与业主之间可选择而由设 计单位或承包商提供的其他条件 1) 周边可能发生所影响的爆炸强度与仃留时间. 2) 上空飞行物的重量与速度. 3) 内罐突然事故造成的冲击载荷. 4) 地震载荷条件, 包括静力分析与动力分析. NFPA 59A 中的抗震设计，对LNG储存储罐 引入了OBE及SSE概念. ○ 不影响操作的基本地震[Operating Basis Earthquake (OBE)] OBE发生时和之后, LNG储罐的构筑物与系 统, 仍可维持操作。 ○ 安全仃车地震[Safe Shutdown Earthquake (SSE)] SSE发生时和之后，储罐所包容的容量没有
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常压低温储存储罐的 主要相关标准与分类
2.1 标准 1) API 620_1996, 大型、低压焊接储罐设计与建造标准 （Design and Construction Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks.） API 620_1996（附录Q）， 液态烃气体低压储存储罐 （Low-Pressure Storage Tanks for Liquefied Hydrocarbon Gases）
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（3）第3部分 预应力混凝土与钢筋混凝土储罐及其基础的设 计与建造推荐性规定；以及储罐绝热、寸里与 储罐涂层的设计与安装推荐性规定 （Part3, Recommendation for the design and construction of pre-stressed and reinforced concrete tanks and tank foundations, and for the design and installation of tank insulation, tank liners and tank coatings） 是目前常压低温液态烃储罐分类的主要依据标 准 比API 620 附录Q 与 NFPA 59A更具体化
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2.3.3
按对介质的拦截程度区分 (以LNG 储存为例)
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单包容储罐(Single Containment)
内罐储存低温液体，外罐只是承担保存 绝热材料 的功能。内罐如果破裂，对低 温液体与气相物 料均不能截留，内罐万 一破裂，流出的低温 液体将由设置在储 罐周围的防油堤进行截留控 制，气相物 料则扩散至大气。
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5）防止罐内液体翻滚（Roll Over）的措施 ○ 翻滚（Roll Over）现象 由于进料密度的差异，或随着外界热量 不断由外向内的传递，当储罐内某一区 域的大块团液体温度与周围发生一定差 异时，温度较高的‘大块团’液体由于密 度较高而发生向上串升，温度较低的液 体则迅速填补‘大块团’液体，此时就发 生所谓的翻滚（Roll Over）现象。此 现象会造成液位表面的液体迅速蒸发， 蒸发率的剧增会造成泄压装置的超负荷 而来不及排放，储罐压力会超过设计压 力而造成危险。 ○ 防止的一般措施有： 设置密度计，监视不同液位密度， 两种进料方式，上部与下部进料，
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3）NFPA 59A_2001 是世界上LNG液化、储存与装卸工程设计中应用 最广，最全面并最有权威性的一部防火设计规 范。 1971年初版，已经有35年历史，目前已经第8 版，2006版也即将发布。 国内所建LNG基地生产型装置、LNG调峰站，大 型LNG接收终端均以该标准作为设计的主导标 准。 主要内容有：
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单包容储罐
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2） 双包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐破裂后流出的低温液 体，但对气相物料不能截留，气相物料扩散至 大气。储罐外可不设防油堤。
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双包容储罐
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全包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐流出的低温液体和气相 物料，因此内罐如果破裂，对气液两相均可由 外罐截留。储罐外可不设防油堤。
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绪论 LNG站场的厂址选择和布置 工艺设备 固定式LNG储罐 气化设备 配管系统及部件 仪表与电气设施 LNG与冷剂的输送 防火、安全与保安 采用固定式ASME储罐的补充规定 操作、维护与人员培训
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4） GB 50160_92 (1999年版) 是国内石油化工工程设计防火最主要的规范， 5） GB 50183_2004 随着国内天然气工业的发展与大型LNG接收 终端的建设，原来的GB 50183未 包括LNG 液化天然气站，2004版增加了第10章液化天 然气站场，原则上引用了NFPA 59A。
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全包容储罐
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2.3.4 2.3.4.1 2.3.4.2 2.3.4.3
BS 7777的分类举例 单包容储罐 见图4- A、B、C、D 双包容罐 见图5- A、B、C 全包容罐 见图6- A、B、C
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图4 单包容罐
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图5 双包容罐
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图6 全包容罐
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低温储罐的设计条件
3.1 设计单位或承包商与业主之间需沟通的基本条件 1） 储罐建造的地点 2) 确定储罐类型 3) 储罐的直径、高度或容积 4） 外罐的直径与高度 5） 基础的类型与基础底板的加热方式 6） 储罐的合同范围与交接 7） 对所确定的储罐类型，确定设计的载荷与条件 8） 有关储存介质的性质，包括密度、温度、腐蚀 裕度以及允许的蒸发量（BOG rate） 9） 内罐的设计正压与负压值，以及外罐或外罐壁 的设计值。
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2) BS 7777_1997, 立式平底圆筒型低温储罐标准 （Flat-bottomed, vertical, cylindrical storage tanks for low temperature service） 3) NFPA 59A_2001, 液化天然气（LNG）生产、储存、装卸标准 （Standard for the Production, Storage and Handling Liquefied Natural Gas (LNG) 4) GB 50160_92 (1999年版) 石油化工企业设计防火规范 5）GB 50183_2004 石油天然气工程设计防火规范
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1.5 液态烃的火灾危险性分类 1) 液态烃的气化气体 属可燃气体，上表所列的液态烃由于空气 混合物的辨证下限均 <10%, 因此属甲类 可燃气体。 2) 液态烃 上表所列液态烃，由于其在150C时 的饱和蒸气压均 >0.1MPa, 因此属 于甲A类. 3) 火灾危险性分类类别，是工厂布置、 建筑等防火设计的主要依据。
低温储存储罐设计基础
金 国强 中国石化集团 上海工程有限公司
SSEC 2006-7-18
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内容
1 基础知识 2 常压低温储存储罐的主要相关标准与分 类 3 低温储罐的设计条件 4 设计载荷 5 低温储罐的材料 6 结构简介 7 防火要求及布置
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基础知识
1.1 低温储存储罐的概念 一般可以定义为在环境温度下，常压、低温 储存液态烃的储罐，或者 GB50160-92（1999 版）石油化工企业设计防火规范所划分的称之为 全冷冻式液化烃储罐，通常也俗称为“冷罐”，其 特征是储存压力为常压、储存温度在液化烃的沸 点以下。
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152.01/134 58.12/58.12 .98 ~ 82* ~4.53*
1.4 几种性质定义 1) 临界温度 某种气体，当气体超过一定温度时，无论加 多大压力都不能使其液化，这一温度称为该气 体的临界温度。 2） 临界压力 在某气体的临界温度时，给气体加压使其液 化所需的最低压力，称为该气体的临界压力。
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2) 低温
几种液态烃常压的沸点
沸点（@760mmHg）0C -161.5 -88.3 -103.9 -42.17 -47.7 -0.5/-11.73 ~ -162
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低温储存物料 1 2 3 4 5 6 7 甲烷 乙烷 乙烯 丙烷 丙烯 正/异丁烷 LNG
1.3 几种液态烃的其他重要物理性质
低温 储存物料 1 2 3 4 5 6 7 甲烷 乙烷 乙烯 丙烷 丙烯 正/异丁烷 LNG 临界温度 0C -82.1 32.27 9.9 96.81 91.89 临界压力 MPa A 4.54 4.73 9.9 4.12 4.45 爆炸极限 V% 5.3/14 3.2/12.5 3.05/28.6 2.4/9.5 2.0/11 1.6/8.5 5.3/14*
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6）在内外罐之间的环形空间设置液体泄漏探测与 排除设施。 3.3 储罐类型的选择准则 不设限制的控制项 3.3.1 1) 地震 2) 风、雪、气候条件 3） 来自工厂以外的危险 需设限制的控制项 3.3.2 1) 厂内飞行物 2) 厂内爆炸的压力波 3) 维修时的危险性防止
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临近储罐或工厂的火灾