大型LNG低温储罐建造技术综述

大型L NG 低温储罐建造技术综述

吕娜娜　谢剑　杨建江

(天津大学建筑工程学院　300072)

(School of Civil Engineering ,T ianjin University ,300072)

[摘要]针对目前我国大型LNG 低温储罐建造技术较落后的情况,对LNG 储罐相关知识,特别是大型储

罐的建造技术进行了综述。文章主要介绍了LNG 低温储罐的发展过程及大型LNG 低温储罐的主要结

构形式(单容式储罐、双容式储罐和全容式储罐),在此基础上,结合我国几个工程实例,重点介绍了大型LNG 低温储罐的建造技术,可为储罐自主建造的研究提供参考。[关键词]LNG 储罐　低温　建造技术

ABSTRACT :According to the backward situation o f the building technology o f large 2sized LNG low 2temperatur e tanks in

our country ,a summary knowledge o f LNG low 2temperatur e tanks ,especially the building technology o f LWG large 2sized LNG tanks ,is provided.The development process o f LNG tanks and the main structural forms o f large 2sized low 2temperatur e tanks (single containment tanks ,double containment tanks and full containment tanks )ar e introduced r espectively.On this basis ,several domestic LNG project cases ar e pr esented to mainly describe the constructive technology o f large 2sized LNG low 2temperatur e tanks.It will be r e fer ential for the studies o f constructing large 2sized LNG tanks independently.

KE YWOR DS :LNG Tank Low temperature Constructive technology

前言

液化天然气(LNG,即Liquefied Natural G as )是将天然气净化处理之后,经压缩升温,在混合制冷剂的作用下,除去其中的N 2、C O 2、H 2O 以及硫化物、固体杂质等,最终得到-162℃液态形式的天然气。经过上述液化过程,使天然气的体积缩小了600倍[1]。目前,国际原油价格攀升,国内外天然气的需求急剧增长。由于LNG 本身的特性,使天然气远距离运输的难题得到解决,LNG 越来越受到世界各国的青睐。

LNG 通常储存在-162℃、压力为011MPa 左右的低温储罐内。大型LNG 储罐容量一般为4～20万m 3,主要应用于LNG 接收站[2]。随着各国LNG 项目的兴起,大型LNG 储罐也得到了广泛应用。然而,它的设计与建造技术一直由国外少数几家企业垄断。我国已建或在建的几台大型LNG 储罐均利用了国外技术。这些项目投资金额巨大,如果能自主设计,不但能减少我国大量的外汇支出,还能开拓海外设计施工市场。因此,深入了解和认识LNG 储罐,并结合我国已建储罐,总结大型LNG 储罐的建造技术,对打破国际垄断、推进我国LNG 储罐自主设计施工有重要意义。1　大型L NG 储罐的主要结构形式

111LNG 低温储罐的发展过程

如前所述,LNG 是储存在低温储罐内的。早

期的储罐都是采用单壁形式,如图1a 所示。单壁储罐顶盖及底部采用块体绝热,但存在许多缺点,例如没有防潮层、易受风灾危害等。为了消除这些缺点,后来提出了双壁双顶储罐,见图1b 。它是将干燥的纯气体充入两壁间的环形绝热空间内,保持正压以防止吸入潮湿空气。但是,随着储罐容量的增大,供应干燥纯气体的费用显著增大。此外,由于液化气体是接近其正常沸点储存,很容易产生蒸汽造成罐内超压。这就促使了悬挂式顶盖技术的发展,并最终形成了双壁单顶储罐。这种储罐取消了纯气体系统,用悬挂的绝热吊顶取代了内容器的顶盖,形成一个独立的穹顶空间,其中双壁单顶敞口储罐是将内容器的顶部做成敞口,使LNG 蒸汽可以进入环形空间,如图1c 所示[2]。这样既阻止了潮湿空气的进入,又可让内容器减压。双壁单顶储罐的另一种形式是采用具有气密性的外壁来防止潮湿空气的进入,改用穹顶空间盛装LNG 蒸汽减压,这样还可起到减少罐顶自重负担的效果。

112大型LNG 低温储罐的主要结构形式

对于大型的LNG 储罐,一般均采用双壁悬挂

第27卷　第1期2010年2月

特　种　结　构

V ol.27　N o.1

Feb.2010

顶盖的形式。根据LNG 泄漏后泄漏的液体和蒸

汽收集情况的不同,储罐又可以分为单容罐、双容罐和全容罐三种结构形式[3]

。

单容罐为不考虑收集液体和蒸汽泄漏物的情

况,只由一个双壁单顶的罐体独立组成。该罐体的内容器为自立式的钢制圆柱形壳体。单容罐只能盛放液态的LNG,正常使用时产生的蒸汽将盛放于穹顶空间(见图2a )或内外壁之间的空间(见图2b )[4]。尽管不需考虑收集泄漏物,但为了保证安全,每个单容罐均应由堤墙包围。单容罐的投资相对较低,但安全性相对也低,近年来在接收站储罐设计中已很少使用

。

双容罐为考虑收集液体泄漏物的情况,由一个独立的双壁单顶主容器及一个具有液密性的外围次容器组成,其结构见图3。双容罐的主容器与单容罐结构类似,内部的钢罐盛放LNG 液体,正常使用时产生的蒸汽将盛放于穹顶空间或主容器内外壁之间的空间。次容器为能耐低温的钢制或混凝土结构,在顶部为敞口,故只收集液体泄漏物,不能盛装气体泄漏物。在主容器与次容器之间的上部空间可以加盖一个防雨罩以防止落入雨、雪或尘土。双容罐安全性较单容罐高,造价约为单容罐的111倍。

全容罐为考虑同时收集液体和气体泄漏物的情况,由一个主容器和一个次容器组成。与双容器不同,主、次容器并非独立存在,而是完整一体的结构,如图4所示。同样,主容器(即内罐)为自立式钢制罐,用于盛放LNG 液体。LNG 的蒸汽盛装在主、次容器之间的空间或穹顶空间。次容器(即外罐)为钢制或预应力混凝土结构,当发生泄漏时,它既能收集液体泄漏物,也能收集气体泄漏物。主容器与次容器之间的间距不应大于2m 。全容式储罐的造价最高,但安全性也最好,所以在近年来得到了广泛的应用。2　储罐建造技术

通过对大型LNG 储罐结构形式的了解可知,储罐体积大,内部结构复杂,又要考虑超低温(-165℃左右)状态下的工作能力,要保证其安全经济使用颇具难度。一直以来,大型LNG 储罐的建造技术被日、法等国的少数几家企业所垄断,我国首批LNG 接收站大型储罐的建造均依赖于国外技术。为了早日实现自主设计,并能优化设计,我们应结合已建成的工程实例,对大型LNG 储罐的建造技术进行总结。211广东LNG 储罐

2007年9月10日,中国海洋石油总公司广东LNG 接收站第三台16万m 3的LNG 储罐安装工程正式竣工,这标志着国内首个LNG 储罐工程顺利完工。

广东LNG 接收站位于深圳市东部大鹏湾东岸秤头角。该工程始于2004年,一期工程设两台16万m 3储罐;二期工程增加一台同容量的储罐。其中,一期工程于2006年5月完成。储罐采用全容式,外罐外直径为8316m ,为预应力混凝土结构,内罐材料为9%镍钢,直径80m ,罐体总高达51m 。外罐穹顶结构内设有碳素钢内衬板,其做

S PS T 特　种　结　构2010年第1期