LNG低溫儲罐發展研究

蔣 洋

（吉林工業職業技術學院，吉林吉林 132000)

LNG低溫儲罐發展研究

蔣 洋

（吉林工業職業技術學院，吉林吉林 132000)

隨著能源需求的日益增大，比石油更為清潔、經濟的天然氣必將成為主要能源。簡述了液化天然氣（LNG）的優勢，耐低溫LNG儲罐的特殊要求、設計難點及儲罐的類型，對LNG的現狀進行了分析，說明了LNG儲罐大型化的優勢，為LNG的工程建設提供參考。

LNG；低溫儲罐；發展趨勢

液化天然氣（LNG）是經凈化、壓縮、升溫后得到的液態天然氣，經液化其體積可縮小為原來的1/600[1]。天然氣因其具有低污染、低消耗、燃燒完全、抗爆性好，液化后方便長距離運輸、儲存率高、占地少等優點而受到世界各國青睞，近年LNG項目進入大規模建設時期。LNG低溫儲罐是LNG儲存運輸過程中關鍵的核心設備，也是投資最多的設備。隨著世界各國對LNG需求量的日益增加，為兼顧儲罐的經濟性和其建造技術，LNG儲罐的大型化是必然的趨勢。然而因LNG的超低溫性能和可燃性，加之LNG低溫儲罐建造的復雜性和施工困難性，其建造技術一直被國外少數企業壟斷[2]。因此，增加LNG低溫儲罐的知識儲備，在我國現已投產的LNG低溫基礎上，總結大型低溫大型LNG低溫儲罐建造技術，對加快我國自主大型LNG低溫儲罐的建造有重要意義。

1 LNG低溫儲罐的要求

1.1 耐低溫

天然氣儲存可大致分為兩種，一種是常壓低溫，另一種是高壓常溫。與高壓儲存相比，常壓低溫的安全性較高，且可大大降低罐體的厚度，所以通常選擇常壓低溫的儲存方式。常壓下LNG的沸點為-162℃，這就要求儲罐要具備良好的耐低溫和保冷性能。

1.2 安全性高

冷藏的LNG一旦發生泄露，其氣化量約為液態下的300倍，在空氣中形成自動引爆的氣團，非常危險。所以，LNG低溫儲罐的相應設計標準中都對其安全性作出了嚴格要求。

1.3 抗震性好

大型LNG低溫儲罐屬于重點設防類建筑，對其要求為在地震載荷作用下既不裂也不倒，這就要求更為嚴格的抗震實驗和更為可靠的罐體結構。

1.4 施工要求嚴格

儲罐所有焊縫除需要進行100%的MT檢測外還要附加100%真空氣密性檢測，此外，內罐的罐壁板焊縫還要求100%的RT檢測。對于混凝土外罐要求能抵御一般性擊打和較高的抗壓及抗拉性能。

2 LNG低溫儲罐設計中的難點

LNG低溫儲罐設計中存在以下難點：LNG由于內壓、地震和風載荷引起的舉升力導致儲罐管體不穩定；罐壁與罐底的角焊縫處應力值較高、受力情況復雜，而且應力值隨著液位高度的變化而發生變化。如上述區域存在缺陷，極容易導致發生事故[4]。此外，罐壁底邊緣板和罐壁板的受力也較大，應引起足夠重視；罐體強度計算中的腐蝕余量僅為罐內介質均勻腐蝕時的安全裕度，而沒有考慮沉積在罐底介質中所含雜質所造成的腐蝕。

3 LNG低溫儲罐的形式

大型LNG低溫儲罐一般可分為四種類型：單容罐、雙容罐、全容罐及薄膜罐。單容罐的結構示意圖見圖1，單容罐又可分為單壁罐和雙壁罐，雙壁罐的內壁材質一般為含9%的合金鋼，外壁為普通碳鋼，中間為保冷層，外壁不耐低溫僅起到保護保冷層的作用，在內壁發生泄漏后不能起到防護作用。因此，雙壁罐易泄露。雙壁罐對裝卸LNG時參數穩定性和檢測要求較高，而且罐間必須保持較大的安全距離，還需另設置圍堰，以控制內罐泄漏時LNG的擴散。這就增加了雙壁罐的運營成本和占地面積。該種儲罐在早期的LNG工程中大量采用，目前已較少使用。

圖1 單容罐示意圖

雙容罐的結構示意圖見圖2，雙容罐的內外罐壁均耐低溫，當內罐發生泄漏時，外罐壁能夠有效阻止氣體泄漏到大氣中，安全性較單容罐有較大提升。此外，罐與罐、罐與其他設備間的安全距離也大大縮短，減少了占地面積。但因雙容罐結構較單容罐復雜的多，其制造、安裝周期也較單容罐長，造價較單容罐高。

圖2 雙容罐示意圖

全容罐的結構如圖3所示，全容罐按其外罐和罐頂材質的不同又可分為雙金屬全容罐和預應力混凝土全容罐。兩種全

容罐的內罐材質均為9%Ni鋼，雙金屬全容罐外壁和頂蓋為鋼結構，預應力混凝土全容罐外壁和頂蓋為預應力混凝土。當內罐發生泄漏時，外罐可以儲存泄漏的LNG及蒸發氣，起到了雙層保護的作用。且該種罐的氣密性較好，LNG及蒸發氣的揮發量小，使得其安全距離也較小。此外，又因為預應力混凝土罐操作壓力較高，操作方便，所以較雙金屬全容罐，預應力混凝土罐應用更為普遍。

圖3 全容罐示意圖

薄膜儲罐是多用于地下罐，其結構示意圖見圖4，內罐壁為不銹鋼薄膜，外罐為預應力混凝土，中間層為保冷層。與全容罐不同的是內罐體為盛LNG的薄膜，壓力由預應力混凝土外罐壁承受。薄膜儲罐的抗震和安全性校核，但其成本相對較高，施工周期也比較長[5]。國內LNG儲罐選址一般避開地震帶，薄膜罐的使用案例在國內并不多見。

4 LNG儲罐發展趨勢

近年來，隨著LNG低溫儲罐在設計、材料、施工等技術方面取得了長足進步，使得LNG低溫儲罐的大型化成為可能。儲罐的大型化是大勢所趨，因其大型化有以下優勢：大型儲罐較等容積的多個小型儲罐占地面積小、蒸發率低，罐總數少，方便罐區的運行管理及維修，同時儲罐的大型化還能節約材料，降低成本。此外，LNG運輸船的容積和數量的增加也迫使儲罐必須大型化。

圖4 薄膜罐示意圖

[1] 李建軍.LNG儲罐的建造技術[J].焊接技術，2006，35（4）：54-56.

[2] 王冰，陳學東，王國平.大型低溫LNG儲罐設計與建造技術的新進展[J].天然氣工業，2010，30（5）：108-112.

[3] 張月，王為民，李明鑫，等.大型液化天然氣儲罐的發展狀況[J].當代化工，2013（9）：1323-1325.

[4] 敬加強，梁光川，蔣宏業.液化天然氣技術問答[M].北京：化學工業出版社，2007.

[5] 駱曉玲，齊長勇，程換新.大型液化天然氣儲罐的發展研究[J].機械設計與制造，2009，（9）：255-257.

Study on Development of LNG Low Temperature Storage Tank

Jiang Yang

With the increasing demand for energy，cleaner than oil，the economy will become the main energy of natural gas.This paper summarizes the advantages of liquefied natural gas（LNG），the special requirements，the design difficulty and the type of storage tank of cryogenic LNG storage tank.The present situation of LNG storage tank is analyzed，and the advantages of large-scale LNG storage tank are described.Construction reference.

LNG；low temperature storage tank；development trend

TE972

B

1003–6490（2017）11–0218–02

2017–08–25

蔣洋（1988—），男，吉林吉林人，助教，主要研究方向為油氣儲運技術。