超级冷库——液化天然气储罐

2025-01-24 15:38:00

说液化天然气(LNG)储罐为超级冷库,一是因为其储存温度低,在-160℃左右;二是因为其储存容量大,当今世界最大的LNG储罐已经达到27万立方米;三是因为其无需配置制冷设备。LNG储罐内的低温,一方面,来自于它的保冷结构设计;另一方面,罐内有少量LNG液体会自然蒸发成气体,这是一个吸热过程,客观上具有一定的制冷作用。

液化天然气产业的发展,带动了大型液化天然气储罐的发展:在卡塔尔、澳大利亚、美国、印度尼西亚、文莱、阿尔及利亚等LNG输出国,以及日本、英国、法国等LNG输入国,都建设了大量LNG储罐。在中国,随着LNG接收站的不断建设,LNG储罐建造也得到长足发展,截至目前,中国自主设计建造的单个LNG储罐容积达到22万立方米。

如此庞然大物,一旦发生意外,大量超低温液体挥发到大气中,形成的气团可自动引爆,十分危险,因此,LNG储罐在技术上的要求非常高。大型LNG储罐内外温差最高应控制在200℃左右,为了保障罐体的保冷性能,通常采用双层结构,包括不同材质的内罐、外罐,并在内、外罐之间的环形空间使用膨胀珍珠岩、弹性玻璃棉毡等隔热材料进行填充,罐底则采用具有一定承压能力的泡沫玻璃砖和沥青毡作为保冷材料,最大限度保障罐体的保冷性能。

内罐。内罐直接与低温液体接触,具备极好的耐低温性能,通常选用热膨胀系数较低的9%Ni钢,即一种镍含量为9%的合金钢,其在很宽的温度范围内基本不随温度变化而胀缩,在极低温度下具有良好的韧性和高强度,使用温度最低可达-196℃。自1960年研究证明不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用以来,9%Ni钢就成为用于制造大型LNG储罐的主要材料之一。内罐顶部为敞开结构,设置铝合金材质的吊顶,但不与内罐相连,而是通过不锈钢拉杆与外罐罐顶连接,同时设计有保冷结构,用于减少吊顶上下传热,以确保外罐穹顶温度不会冷却至其设计温度以下,但应允许吊顶上下气体流通,以使吊顶上下保持在设计压差范围内。

外罐。外罐由承台、墙体、穹顶组成,为钢筋混凝土结构,穹顶和墙体、墙体和承台之间均采用整体式连接。承台边缘需要承受墙体载荷,因此承台边缘厚、中间薄。为了保证储罐的气密性,在整个外罐内侧会安装一层碳钢衬里,而穹顶衬里作为穹顶浇筑的模板,还可以为罐顶提供额外的加强作用。

储罐基础。储罐基础有坐地式和高架空两种形式,坐地式需配置底部加热装置,维护困难,且易使土壤结构因低温遭受破坏,形成冰晶组织而使土壤膨胀,给储罐运行带来潜在风险。高架空方式利用若干又长又粗的桩基础将储罐架离地面,可以有效避免上述问题。桩基础通常深入地下几十米,露出地面只有1米多,含有多层钢筋的承台搭设在这些桩基础上,将储罐结构载荷及其中的LNG载荷传送和分配到桩基础上。

LNG接收站,LNG船卸料过程及LNG储罐储存期间,都不可避免有LNG蒸发气(BOG)产生,那么BOG都跑去哪里了呢?正常运行工况下,主要是两个去向:一是直接进入外输管道,输送给用户;二是通过低压泵进入再冷凝器,利用LNG储罐来的LNG使其重新液化,再与LNG一起进入气化器,气化后外输。如果出现LNG储罐超压等异常工况,LNG则直接气化进入燃烧火炬。

2006年,欧洲标准确认了一种薄膜型LNG储罐与9%NiLNG储罐具有相同的安全等级,自此,薄膜型LNG储罐逐渐获得认可,迄今全球已建成近百座薄膜型LNG储罐。其外罐结构与9%Ni钢储罐基本相同;绝缘保温层为独立系统,置于氮气环境中;内罐是1.2毫米厚的不锈钢薄膜容器,自身具有良好的气密性。这种储罐的设计理念是将结构、绝缘保温和气密性功能明确分离,使得每个部分都得以优化,具有节省钢材、施工简单、建设周期短、有效容积大等优点,值得进一步探索应用。

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