大型液化天然气储罐的发展状况.pdf

第 4 2卷第 9期 2 0 1 3年 9月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 2 ，N o ． 9 S e p t e mb e r ，2 0 1 3 大型液化天然气储罐的发展状况 张 月，王为民，李明鑫，郝 晶，曹彦青 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院 ， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘 要 随着液化天然气的需求量 日益增加，它的储存运输问题也得到了越来越大的重视。液化天然气 储罐是储存液化天然气的一种重要设备。主要简介了液化天然气的优点， 液化天然气储罐的分类，国内外现状， 以及建造时可能遇到的问题 ，并简单总结了液化天然气储罐的发展趋势。 关键词 液化天然气；储罐 ；发展趋势 中图分类号 T E 8 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 3 0 9 1 3 2 3 0 3 De v e l o p me n t S t a t u s o f L a r g e s c a l e L i q u e fi e d Na t u r a l Ga s L NG T a n k s ZHANG r u e ，WANG We i mi n， LIM i n g - xi n， HAO Ji n g， CAO Y an qi n g Co l l e g e o f P e t r o l e u m a n d Na t u r a l Ga s E n g i n e e r i n g ， Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , Li a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t W i t h t h e i n c r e a s i n g o f L NG d e ma n d ， i t s s t o r a g e a n d t r a n s p o r t a t i o n p r o b l e m h a s g o t mo r e a n d mo r e a t t e n t i o n ． Th e l i q u i d n a t u r a l g a s s t o r a g e t a n k i s a k i n d o f i mp o rt a n t e q u i p me n t t o s t o r e l i q u e fi e d n a t u r a l g a s ．I n t h i s a rti c l e ， a d v a n t a g e s o f l i q u e fi e d n a t u r a l g a s we r e i n t r o d u c e d a s we l l a s c l a s s i fic a t i o n o f L NG s t o r a g e t a n k s ．T h e C O T n ／ T I O N p r o b l e ms d u r i n g b u i l d i n g t h e l i q u i d n a t u r a l g a s s t o r a g e t a n k we r e d i s c u s s e d ，a n d t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f LNG s t o r a g e t a n k s wa s p u t f o r wa r d ． K e y wo r ds Li q u i d n a t u r a l g a s ； S t o r a g e t a n k； De v e l o p m e n t t r e n d 】 ▲ ～ 1 月 lJ吾 1 ． 1 液化天然气的优点 液化天然气 L i q u e fi e d N a t u r a l G a s ，简称 L N G 作为 目前世界公认的最洁净 ，最环保的能源在煤 、 石油等重要能源行列 中有着不可小觑的位置。它的 主要成分是 甲烷 ，无色 ，无味，无毒 ，而且还没有 腐蚀性 。同时体积约为同量气态天然气体积的 1 ／ 6 0 0。 天然气液化主要是便于其储存与运输 ，且节约 成本 。天然气在低温液化过程 中已经脱除 了硫等有 害杂质 ，因此在燃烧过程 中基本不排放二氧化硫和 硫化氢等影响呼吸系统健康的气体及可吸入的悬浮 微粒 ， 其它有 害气体的排放量也比石油和煤少很多。 液化天然气的重量更是仅仅为同体积水的4 5 ％左右， 其临界温度为 1 9 0 ． 5 8 K，L N G 储存在温度为 1 1 2 K 一 1 6 1℃、 压力为 0 ． 1 MP a 左右的低温储罐 内， 其密 度为标准状态下 甲烷 的6 0 0 多倍， 体积能量密度为汽 油的 7 2 ％。燃烧时对空气污染程度小 ，且释放 出的 热量大。所以说液化天然气是不可或缺的好能源。 1 ． 2 大型液化天然气储罐简介 液化天然气 的储存是液化天然气工业链中至关 重要 的一个环节 ，而液化天然气储罐是储存和运输 L N G的一种重要的设备 。随着各 国 L N G项 目的逐 渐兴起 ， 大型液化 天然气储罐也得 到了广泛 的 应用 。世界上许多国家对大型常压 L N G 储罐的设 计 与建造都非常重视。液化天然气储罐作为存储 、 运输液化天然气的装置， 属于低温压力容器。 L N G储 罐的设计温度一般为一 1 6 5 o C 左右，由于设计时需 考虑到用氮气冷凝时可能出现的温度 ，所以设计温 度 范围在一 1 6 5 o C 与一 1 9 6℃之间。 大型 L N G储罐 的 属于低温常压下的设计， 一般为 1 0 ～ 2 0万 m 。大 型储罐具有节省钢材 、投资小 、占地少和方便管理 和操作等优点 。 2 大型液化天然气储罐的分类 2 ． 1 按罐的安装位置分类 1 地上型 地上型又分为落地式和高架式。 2 地下型 地下型又分为半地下型 、地下 型 和地 下坑 型 。 2 ． 2 按罐的形状分类 1 球形罐一般用于中容量和小容量的储 罐 ，很少用于大型液化天然气储罐。 2 圆柱形罐各种容量储罐均可适用。 2 ． 3 按罐 的材料分类 1 双金属型内罐和外壳均采用金属材料。 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 3 - 2 6 作者简介 张月 1 9 8 8 一 ，女 ，辽宁阜新人 ，在读硕士研 究生，研究方向从事 L N G大型储罐研究。E - m a i l 8 3 9 2 4 0 9 7 9 q q ． C O rn 。 化 工 内罐一般采用耐低温 的不锈钢或铝合金外壳采用黑 色金属。 2 预应力混凝土型 一般大型储罐采用预 应力混凝土外壳 ，而内筒采用低温的金属材料 。 3薄膜型 指内筒采用厚度为 0 ． 8～1 ． 2 m m 的 3 6 N i钢 又称殷钢 。 2 ． 4按罐的容量分类 1 小型储罐容量 5 ～5 0 n l 。常用于民用 燃气气化站 ，液化天然气汽车加注站等场合。 2 中型储罐容量 5 0 l O 0 r r l 常用于卫星 式液化装置，T业燃气气化站等场合。 3 大型储罐容量 1 0 0～ 4 0 0 0 0 1T I 常用于 L N C生产装置和调峰型液化装置等场合 。 4特大型储罐容量 4 0 0 0 0～2 0 0 0 0 0 lrn 常 用于液化天然气进 出口码头“ 。 2 ． 5 按绝热结构分类 1 真空粉末绝热型 常用于小型 L N G储罐。 2 正压堆积绝热型 广泛用于大中型储罐 及储槽。 3 高真空多层绝热型 一般很少采用 ，限 用于小型 L N G储罐。 2 ． 6 按罐的结构分类 1 单容式型 如图 1 所示 ，它的特点为在 金属罐外侧有一个 比罐高低很多的，容积与罐容积 相等的混凝土围堰， 主要是 为了防止内容器发生事 故时液化天然气外溢扩散。此类储罐的安全性能较 差 ，同时造价很低 ，占地面积很大 ，在接收站储罐 设计中很少应用。 2 双容式型 如图 2 所示 ， 它的特点是在它 的金属罐外，设有一个储罐简体高度相近，并与内 容器分开的圆柱形混凝土围护墙 ，设有它的 目的是 加强防止 L N C的泄露 。即便泄露 ， 也不至于大面积 泄露 ，只有少量 L N G向上空扩散蒸发 ， 它的安全性 能较单容式储罐要好 。 3 全容式型如图 3 所示 ，它的特点是 内 外罐筒均由 9 ％镍钢经特殊加工和设计而制成 ，外 罐设计为全封闭式 ， 并加有混凝土材料。 所 以， L N G 及其蒸发气被双重保 护 ，不 易外漏 ，少量泄漏 的 L N G也只能在混凝土外罐内，不至于外泄。并能抵 抗外来荷载， 子弹穿击和热辐射等脚 。 因为这j种容器各有利弊 ，所以如何选用这三 种容器 ，应综合考虑技术 、经济 、安全性能 、主要 应该从安全方面 、 经济方面 、 地理位置、占地面积 、 以及周边环境等因素考虑 。 图 2 双容式储罐 Fi g． 2 Doub l e c a pa c i t anc e t a nk 图 3 全容式储 罐 Fi g ． 3 The c apa c i t a nc e t a nk 3 大型液化天然气储罐国内外现状 3 ． 1 国外大型 L NG储罐的设计发展现状 液化天然气储罐的设计与建造主要依靠外国技 术 ，像美 国，英国，日本等工业发的国家都先后制 成 L N G储罐 ，由于对天然气的需求量越来越大 ， 尤 其亚洲很多国家更是大量使用天然气 。所 以，L N G 储罐的设计与建造得到了世界各国相关领域的重视 与关注。1 9 4 0年 ， 俄亥俄天然气公司在克利夫兰建 了处理量为 1 ． 1 3 X 1 0 5 r i 1 ／ d天然气T厂， 制成 3台直 径为 1 7 ． 3 7 m的 L N G球形储罐 。 1 9 5 4年出现了第一 台用于液氧的不锈钢双壁绝热平底低温储槽。1 9 5 8 年 ，在路易安美国芝加哥桥梁钢铁公司建造了第一 座工业规模的 L N G储罐 ，容积为 5 5 5 0 m 。 世界上建造大型 L N G储罐 国家属 日本设计最 多。目前世界上最大的地下 L N G 储罐容量已达到 2 5 万 m 。在 2 0 0 1 年 ，日本 配管技术 报道 ，日 前世界上 ，建有 6 2处液化天然气接受基地和液化 基地 ，其中共有 3 0 9座 L N G 储罐 ，而 日本就占有 第 4 2卷第 9期 张月， 等 大型液化天然气储罐的发展状况 1 3 2 5 1 6 8 座， 其它国 家地区 1 4 1 座。 接 收终 端要 求 L N G 4 液化天然气储罐设计和建造时需注 储罐容量越来越大 ， 2 0世纪 7 0年代以前 ， 大部分 储罐都在 6万 r n 以下；到了 9 0年代后期 ， 储罐 的存储容量超过 1 0万 m ，而其中 4 4 ％的储罐容 量达到 1 2万 m 以上 ，H本 的根岸 L N G 接收终端 和扇岛 L N G 接收终端的地下储罐属于最大容量 ， 其容量高达 2 O万 r n 。到 1 9 9 2年为止 ，只有 日本 建造了 1 2 9台 L N G储罐 H 。 3 ． 2 国内大型 L N G低温储罐设计发展现状 随着我国经济的迅速发展 ，对石油的需求量是 H益增加 ，我 国近年来要进 口 1 ． 6亿 t 左右石油 ， 以满足国民经济高速发展的需，加快发展大型储罐 的建设 ，提高我国石油储备能力成为我国战略发展 的方向。 我国拥有丰富的天然气资源 ，是世界天然气大 国之一 ，但 我国还没有大规模液化天然气系统工程 实践 ，西部地 区的天然气低成本走向东 、南部沿海 地 区主要依靠天然气技术发展来实现。从而 ，改善 了我 国不均匀的天然气资源分布 ，同时东部沿海地 区的能源紧缺 问题也能得到相应 的改善 。与世界 发达 国家相 比，我国的大型 L N G 储罐设计技术还 刚刚起步，正处于摸索阶段 ，目前我国还没有 自主 设计的大型常压 L N G储罐 ， 液化天然气核心技术还 未完全掌握 ， 但 随着液化天然气 的需求量逐渐正大， L N G贮存 问题也越来越为国家 的重视。目前 ，由法 国／ 意大利 S T T S集团承建的广东深圳两 台 1 6万 m 的 L N G储罐 ，美国 C B I 公 司承建的福建湄州两 台 1 6 万 m 的 L N G储罐，由法国索菲公司承建的上海 浦东容量为 1 0万 m 的预应力钢筋混凝土 L N G储 罐。 由林德公 司承建的新疆广汇容量为 3 万 m 的圆 筒双层壁 L N G储罐 ； 从 2 0世纪 8 0年代起 ，四川 I 空 分设备倮 团 有限公司开始汲取国外的设计理念和先 进的建造技术。 最近几年来 ， 独 自研发了很多大型低 温液体储罐。同时， 许多沿海省市，如浙江省等部分 也在积极准备研究 L N G引进有关事项，并建设了储 罐接收站。在大型低温液体储罐领域 ， 如液氧、液氮 储罐国内已有 日益成熟的设计和建造技术同 。 国内近几年 已建造 了不少小型 L N G 储罐 ，但 基本上都是以压力罐的方式出现，如四J I 『 空分设备 公 司最早建造的用于中原油 田的 6 0 0 m 子母罐 。 压 力罐在容量小的情况 6 0 0 m 以下是可行的， 但随 着容量的增大其投资成本会 随之增大 ，因此发展大 型常压 L N G 储罐 ， 尤其是 l O万 r n 。 以上 L N G 储 罐 已经是大势所趋 。 意 的问题 4 ． 1 L NG的材料选择 问题 L N G 储罐中储罐材料的选择是设计中最重要的 一 个技术经济问题 。由于 L N G 储罐在超低温状态 一 1 6 2 o C 条件下工作 ， 再由于 L N G的可燃性和超 低温l 生，选择 L N G储罐材料时首要考虑材料在低温 下的力学性能 ，主要是要求材料有足够 的强度 包 括疲劳强度 和在使用温度范 围内具有足够大的韧 性 ，以免发生脆性破坏。其次还要考虑 L N G储罐 的 保冷材料应满足导热系数小、化学性能稳定等特点。 同时还要考虑 良好的加工性和可焊性。此外 ，低温 保冷对保冷材料还有一些特殊要求 ，主要包括吸湿 性小 、水蒸汽透湿系数低 、低温线膨胀系数小和阻 燃性能好等 。最后也是实际问题 ，应该考虑材料 的 价格 ，和采购问题 ，要做到，价格低廉 ，采购方便。 4 ． 2 L N G出现密度差的问题 在半充满的 L N G储罐 内， 注入密度不同的 L N G 会产生分层 ，主要 因为 L N G 组分产地和温度 的差 异 ，以及 L N G由于老化而使组分发生变化的原因。 当储罐 内发生密度差时会引起分层现象 ，上部较轻 的液层可正常对流 ，并蒸发释放热量。但是 ，下层 由于对流太弱 ，不能使下层较重液体到达上层 ，下 层处于一种 内部对流状态 。 上下两层对流独立进行 ， 直到两层密度接近时发生快速混合 ，下层被抑制蒸 发的液体将大量蒸发气化。 同时， 表面蒸发率剧增， 从而导致压力增大 ，超过其安全设计压力 ，这给储 罐的安全运行带来严重威胁，同时，大量的天然气 排空 ，也造成了资源浪费。 4 ． 3 储罐的腐蚀问题 由于设计计算时可能只考虑到了介质的均匀腐 蚀 ，没有考虑 L N G内还含有水 ，和其他杂质 ， 它们 大部分堆积在储罐底部 ，这样会造成底圈壁板局部 腐蚀 ，所以，设计时应注意此类问题 ，可适 当增加 底圈壁板的厚度 。 其它还有很多应注意的问题 ，像风载荷和地震 载荷引起的罐体向上抬升，和罐体在罐壁底圈壁板 和罐底边缘板上受力时 ， 除了承受液体的静压力外 ， 还承受着较大的边缘应力 。 5 结论与展望 液化天然气储罐大型化是必然趋势 ，主要因为 大型 L N G储罐 占地面积小 ， 投资较小 ， 还可以节省 所用钢材等很多优势 的存在。 下转第1 3 5 0页 1 3 5 0 当 『 弋 化 工 2 0 1 3年 9月 表 1 水力计算公式中幂指数为 1 _ 7 5时所得 值 Ta bl e 1 W h en t he po we r i nde x i s 1 ． 7 5． t he va l ue o f of wa t e r c ons e r va nc y f o r mul a 支管数 Y ／ 0 O ． 5 0 5 1 0．6 7 4 0 5 9 0 ．5 0 ． 5 6 2 如用公式△ 尸KQ ， 计算， 所得 列于表2 。 表2 水力计算公式中幂指数为 2 ． 0时所得馆 Tabl e 2 W he n t he po we r i nde x i s 2． 0， t he v al ue of of wa t e r c ons e r va nc y f o r m u l a 支管 数 ／／ 0 0 ．5 0 5 0 ． 5 0 5 0 5 0 ．5 0 ． 5 8 2 0 ． 5 3 8 0 5 3 4 0 ．5 2 8 0 ． 5 2 8 l 0 7 0 7 0 ． 6 0 6 0 ． 5 9 2 0 ．5 7 7 0 ． 5 7 7 从上述两表 中所得数值可以看出，水力计算公 式中幂指数等于 1 ． 7 5 ～ 2 ． 0时 ， 的变化并不大， 实际计算中均可采用平均值a O ． 5 5 。 故天然气分配管道的计算流量公式为 Q0 ．5 5 Q 1 Q 2 8 式中Q管道的计算流量； Q 一管道的途泄流量 ； Q 管道的输转流量。 有些情况下 ，在管网计算 中也有取a O ． 5的， 在给水管网计算中就是如此。天然气管网中从分配 管道接出的用气点较多 ，而从调压站到管网的末端 n 用户间的管段数量较少 ，通常 0 ． 3 ～1 ． 0 ，即管 Ⅳ 段途泄流量 占管段总流量 的比例较大。而给水管网 的特点则相反 ，其 值更小 ，即管段转输流量 占 管段总流量 的比例甚大 ，故用 Q O ． 5 Q Q 2 公式进 行计算 ，其误差不太大。而对于天然气管网，如取 a O ． 5进行计算 ，实际上所得的管段计算流量是偏 小的，故应采用a O ． 5 5 。 [ 例 3] 管网已知参数与 [ 例 2 ] 相同， 求管网 中各条管道 的计算流量 Q。 解 根据天然气分配管道的计算流量公式 QO ． 5 5 Ql Q2 所以，各条管道的计算流量分别为 N ， m ／ h ； Q 0 ．5 5 Q 1l ～ 4 8 0 Q ～0 ． 5 5 ～1 6 3 Q 0 ． 5 5 ～9 4 Q ～0 ． 5 5 一 2 4 0 ． 5 Q 0 ． 5 5 1 2 1 ． 5 4 结 论 在城市天然气长输管道的输送中，管道建筑用 户相连 ，中途有流量分出，从介绍途泄流量和输转 流量的角度入手，利用计算公式来计算管段 的计算 流量，确定其压力降，并进行了举例说明，为输气 管道的设计工作提供 了一定 的参考。 参考文献 [ 1 ]伍钦，蔡梅琳，曾朝霞等 等直径流量分配管的计算l J ll 华南理 【 ． 大学学报 ，2 0 0 0 。 2 8 79 4 9 8 [ 2 ] 缪正清 多孔分配管与汇管单相流体的流动特 [d E l J ] ． 【 海交通大学学 报，1 9 9 9 3 3 32 9 7 3 0 0 ． [ 3 ]马良涛． 燃气输配『 M 1 北京中国电力出版社 ，2 0 0 4 ． 上 接 第 1 3 2 5页 但大型化也要适中，安全合理的设计可以更多 的节省所用的人力和物力。我国相关领域应该加大 对 L N G储罐的设计与建造技术的研究 ， 争取早 日研 制 一台完全属于我们 自主理念和技术的液化天然 气储罐。 参考文献 [ 1 ]李兆慈． 我国 L N G储运设备的发展状况 [ J ]石油1 业技术监督 ， 2 0 0 5 5 5 5 5 8 ． [ 2]骆晓玲大型液化天然储罐的发展研究 [ J ]． 机械设计 与制造 ， 2 0 0 9 9 2 5 5 2 5 7 ． [ 3 ] 王冰． 大型低温 L N G储罐设计与建造技术的新进展 [ J ] ． 天然气T 业 ，2 01 0 ． 3 0 5 1 0 8 1 1 2 ． [ 4 ]吕昌海．大型 L N G储罐结构与保冷性能研究 [ D]． 青岛 青岛科 技大学，2 O l 0 [ 5]引最良． 大型 L N C低温储罐设计理论与方法研究 【 D J ． 西安 西 安 石油大 学 ，2 0 1 1 ． [ 6] 张抗世界液化天然气发展现状 与展望I J J ． 当代石油石化 2 0 0 6 ，1 4 f 4 1 31 3 4 ． [ 7] 黄帆． 我国液化天然气现状及发展前景分析 [ J ]天然气技术，2 0 0 7 1 6 8 71 ． [ 8] 郭揆常． L N G接受站建设 [ J ]． f 海电力，2 0 0 9 6 4 9 2 4 9 4 ．