LNG接收站薄膜型儲罐技術研究

宋忠兵，徐岸南，劉 恒

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

LNG接收站薄膜型儲罐技術研究

宋忠兵，徐岸南，劉 恒

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）接收站儲罐技術不僅決定著LNG接收站的規模，還直接影響LNG接收站的建造周期和投資成本。概述 LNG接收站薄膜型儲罐技術的構成、材料及容量等，對比不同 LNG接收站儲罐技術的優缺點。研究發現，薄膜式儲罐具有容積大、占地面積小、建造周期短和建造成本低等特點，是未來建造LNG接收站儲罐的首選。

LNG接收站儲罐；9鎳鋼式；薄膜式

0 引 言

天然氣的開發利用由一條環環相扣的供應鏈實現，包括液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）開采、LNG運輸、LNG儲藏及LNG利用等。從上游的天然氣開采、生產、液化、運輸、儲存及再氣化，到下游的發電和城市燃氣利用等，目前已形成包括LNG生產、儲存、運輸、接收、再氣化及冷量利用等在內的完整的產、運、銷LNG工業體系。

LNG接收站中的儲罐與LNG船運輸環節緊密配套，船運來的LNG經卸船裝置輸送到LNG接收站中的儲罐內進行儲存，并加以氣化后通過管道輸送給下游用戶，或通過槽車直接運輸給衛星站、調峰站[1]。

當前日本、美國及韓國等發達國家的LNG接收站建設技術已非常成熟，而我國尚處于高速成長期。LNG接收站中的儲罐主要可分成9鎳鋼型儲罐（見圖1）和薄膜型儲罐2種，其中9鎳鋼型儲罐主要分為混凝土外罐和9鎳鋼內罐[2]。

國內的LNG接收站全部采用9鎳鋼儲罐，容積均為16萬m3，無薄膜型儲罐應用的案例。本文重點介紹薄膜型儲罐技術。

1 薄膜型儲罐基本構成

薄膜型儲罐是法國GTT公司開發設計的，該技術已在LNG船上得到大量應用，且已有多個在國外的LNG接收站應用的案例。此外，目前菲律賓和馬來西亞正在建造薄膜型LNG接收站儲罐。薄膜型LNG儲罐示意見圖2。

薄膜型儲罐系統的設計基于各功能分離的原則。從混凝土外罐到主層薄膜，每個組件的設計都保證具有一種功能。薄膜型儲罐內部實景見圖3。

1.1 正常操作情況

1) 混凝土外罐（1）保證承受液貨負荷、LNG蒸發氣壓力負荷及抵抗外界的結構抗力。外層混凝土外罐在室溫下工作，因此不受過高熱應力的影響。混凝土外罐的結構類似于 9鎳鋼罐，由圓筒壁組成，置于鋼筋混凝土面板上，且頂層覆蓋鋼筋混凝土拱頂。混凝土外罐的內壁是有56個面的多面體。

2) 混凝土罐底和罐頂（2）及鋁吊頂（4）都采用與9鎳鋼型儲罐相同的結構。

3) 不銹鋼薄膜內罐（3）兼具液密性和氣密性。內層薄膜并非該系統的結構組成部分（只具有密封功能）；內層薄膜的形態為雙層正交波紋網格，作用類似于風箱，使之可在受熱條件下雙向收縮/擴張。內層薄膜由不銹鋼薄膜片組成，焊在隔熱板上，且薄膜片之間通過嵌入的方式搭接焊。內層薄膜通過嵌入板（6）的方式固定在墻面上。

4) 拱頂內側的碳鋼內襯（5）、墻面上的受壓環及內層薄膜全部致密焊接，以保證該圍護系統的氣密性。

5) 混凝土外罐的內側底座和側墻上全部涂有防潮層，以防止使用過程中液態水或水蒸氣從混凝土內滲透至隔熱層。

6) 薄膜與混凝土墻之間的隔熱結構（7）保證混凝土外罐結構處在室溫下。隔熱層在某種意義上具有“承載力”，因為其將 LNG的質量從內層儲罐傳遞到混凝土外罐。隔熱空間從內層（內層薄膜）到外層（防潮層）全部具有密封性，且永久置于氮氣層中，使之便于監測。隔熱空間可認為是獨立空間。氮氣監測可保證對圍護系統內層密封性的持續控制。

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7) 上層具有隔熱性的懸橋通過充分隔熱使拱頂溫度保持在可接受的范圍內。該懸橋由覆蓋有玻璃棉或玻璃纖維毯的鋁片構成，安裝在初級圍護層的上半部分，設計上與應用在9%鎳鋼罐上的技術相似。隔熱厚度取決于每日蒸發率的控制要求，原理與9%鎳鋼罐相同。懸橋上有排氣孔，保證所儲存的氣態形式產品可通過懸橋。

8) 所有的管道和儀表（管筒結構和隔熱空間監測系統）都是通過儲罐拱頂與儲罐連接，確保薄膜無穿透。管筒結構固定在罐頂，只在儲罐底部的部分進行導引。

1.2 內層薄膜出現泄漏情況

1) 隔熱空間中的氮氣采樣系統可檢測到任何進入其中的氣體產品（氣體樣品連續采樣并自動分析，以確保膜外沒有可燃氣體）。一旦發生甲烷泄漏，氮氣清掃模式便被激活，使得隔熱空間中的氣體濃度保持在30%的可燃下限以下。

2) 二級薄膜確保儲罐底部倒角，即垂直側墻與底板之間連接部位的密閉性，使之在一定時間內不受低溫造成的熱冷卻的影響，使系統可安全關閉（也可在必要情況下停用）。該系統被稱為熱保護系統。由此，可保證薄膜型儲罐的功能要求與9鎳鋼罐相同。

2 薄膜型儲罐主要部件

薄膜型儲罐的主要部件包括主層薄膜、次層薄膜和預制泡沫板（見圖4）。

2.1 主層薄膜

主層薄膜應用于罐壁和罐底，材質為 1.2mm厚的不銹鋼（304L型），采用雙層正交波紋網絡，允許熱負荷下雙向自由收縮/擴張。主層薄膜由預制泡沫板焊接而成，確保了密封性。

2.2 次層薄膜

次層薄膜應用于5m以下的罐壁和罐底，材質為約0.7mm厚的復合材料，這種復合材料通過在2層玻璃布之間插入鋁片制得。鋁片保證了材料的密封性，而玻璃布保證了材料的機械抗拉力。次層薄膜由預制泡沫板粘接而成，確保了密封性。

2.3 預制泡沫板

2.4 熱保護區域

當內罐發生泄漏時，為保證外罐免于低溫的影響，專門在罐底及距罐底 5m高的范圍內安裝熱保護系統。

3 薄膜型儲罐的優點

與9鎳鋼儲罐相比，薄膜型儲罐具有以下特點：

1) 由于薄膜并非儲罐的結構部件，而是作為液體容器，不論容量大小，薄膜板都不需要增加厚度，其設計都是一樣的，因此可建造25萬m3的LNG儲罐和32萬m3的LNG儲罐等，甚至更大的LNG儲罐，從而節約土地，提高土地的利用率。

2) 由于薄膜型儲罐的絕緣層較薄，在外罐相同的情況下，容積平均可增大10%以上。

3) 薄膜型儲罐不采用價格很高的9鎳鋼，而是采用普通的不銹鋼、聚氨酯泡沫板等材料，建造成本可節約10%～30%。

4) 由于薄膜及聚氨酯泡沫板等都是預制件，且焊接相對簡單，薄膜型儲罐的建造周期可縮短3個月左右。

5) 由于絕緣材料性能優越，在0.05%蒸發率情況下，9鎳鋼儲罐的絕緣厚度為1m，而薄膜型儲罐的厚度只有0.35m。

6) 薄膜型儲罐采用預制的泡沫板和不銹鋼薄膜等部件，焊接工作量較少，拼接工作量較大[2]。

7) 薄膜型儲罐的絕緣層內充滿氮氣，絕緣層內的壓力自動控制，一旦有泄漏，可立即監測到，保證系統的安全[3]。

4 應用情況

薄膜型儲罐已在法國、日本及韓國等國家得到廣泛應用。當前全球已建成33座薄膜型儲罐。印度尼西亞和菲律賓正在新建薄膜型儲罐。

最早在法國建造的薄膜型儲罐已安全運營44a，證明其技術是可靠的，且在2011年日本福島地震中，該地區的薄膜型儲罐完好無損，更加證明了其安全性。

此外，根據初步收集到的資料，國內已建、在建及擬建的LNG接收站共計約26個，其中，6個項目的一期工程已建成投產，8個項目的一期工程在建；已投產項目的二期工程、三期工程正在積極籌劃之中。考慮到薄膜型儲罐的優點，擬建和擴建項目若都采用薄膜型儲罐，將帶來極大的經濟效益和社會效益。隨著天然氣的需求量不斷增加，LNG接收站的數量將不斷增多，薄膜型儲罐的應用前景是可觀的[4]。

5 結 語

隨著LNG的需求量不斷增加，LNG接收站儲罐的建造量會越來越多。薄膜型儲罐由于其自身的優點，既可保證經濟、安全、可靠地供氣，也能促進LNG接收站儲罐技術優化和成本降低。

[1]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.

[2]孫法峰. FPSO-LNG儲罐儲存特性及安全技術[D]. 青島：中國石油大學，2015.

[3]孫青峰，趙德貴. LNG接收站儲罐配置[J]. 油氣儲運，2009, 28 (3): 17-18.

[4]王冰，陳學東，王國平. 大型低溫LNG儲罐設計與建造技術的最新進展[J]. 加工利用，2010, 30 (5): 108-112.

Technical Study on the Membrane Type Storage Tanks of LNG Receiving Station

SONG Zhong-bing，XU An-nan，LIU Heng

（Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

The technologies of the storage tank for Liquefied Natural Gas (LNG) receiving station not only determines the size of the station, but also directly influences its construction period and investment cost. This paper summarizes the structure, material and capacity of the membrane type storage tanks for LNG receiving stations, and compares the advantages and disadvantages of different technologies. As a result it is found though the study that the membrane type storage tanks have the characteristics of large volume, small footprint, short construction period and low construction cost.It is the first choice for building LNG storage tanks of receiving stations in the future.

LNG receiving station storage tank; 9 nickel steel type; membrane type

U674.13+3.3

B

2095-4069 (2017) 06-0017-03

2016-11-11

宋忠兵，男，工程師，1987年生。2011年畢業于江蘇科技大學輪機工程專業，現主要從事LNG船、LNG-FSRU、FLNG、LNG接收站和LNG動力船等的液貨系統研發工作。

10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.004

DOI：10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.005