大型液化天然氣儲罐的發展研究

陳棟+王亞倩

摘 要：隨著工業化發展水平不斷提升，我國對天然氣需求量逐漸增加，液化天然氣的使用能夠有效促進天然氣運輸效率提高。應用儲罐可以實現對天然氣的存儲與運輸，隨著科學技術的發展，大型天然氣儲罐在工業中應用逐漸變得普遍。根據其需求不同天然氣儲罐性質也有所不同。本文針對大型天然氣儲罐應用特點以及類型進行分析，對其發展形勢進行了簡單總結，為液化天然氣儲罐的發展提供參考。

關鍵詞：液化天然氣；儲罐；發展趨勢

中圖分類號：TE821 文獻標志碼：A

經濟的發展使石化能源變得更加緊張，同時也對生態環境造成嚴重的污染。為緩解社會發展與環境保護間的矛盾，有必要開發新的能源。天然氣的開發利用有利于生態環境保護，與煤炭、石油等能源相比，其有害物排放量較小，不具有腐蝕性，是所有能源中最潔凈的環保能源。為實現運輸效率提升，需要對天然氣進行液化。液化天然氣與氣態相比體積更小，便于運輸與儲存，且成本更低。在應用低溫方式對天然氣進行液化時，其中含有的雜質已經得到有效去除，與氣態天然氣相比更加潔凈環保。應用大型液化天然氣儲罐是儲存液態天然氣的主要壓力容器，因此需要對其進行全面分析，促進運輸存儲過程中效率的提升，為其應用安全性提供保障。

0 概述

為保證運輸效果，提高天然氣應用安全性，需要采取有效方式對其進行存儲。天然氣儲罐在能源的存儲與應用中起著重要作用。工業的發展使其對天然氣需求量不斷增大，為滿足應用需求，液化天然氣開始出現。將天然氣進行液化，可以將其中存在的有害物質進行排出，減少存儲體積，具有重量輕、體積小的優勢。為實現有效存儲與運輸，液化天然氣儲罐得到飛速發展與進步。LNG儲罐屬于壓力容器的一種，主要通過低溫方式對天然氣進行液化并儲存，其液化溫度在零下165℃上下。這種低溫常壓儲罐的設計能夠有效減少存儲面積，具有投資成本低、占地面積小、操作簡便等優點，能夠在保證天然氣存儲安全的同時節約鋼材資源，促進經濟效益提升。

1 儲罐類型

根據儲罐形狀、材料、應用范圍等的不同，可以將其分為不同類型。

1.1 安裝位置

依據安裝位置不同，儲罐有地上型與地下型兩種類型。其中，地上型又包括高架式與落地式；地下型中根據所處深度不同可分為地下坑型、地下以及半地下型。

1.2 儲罐形狀

儲罐形狀通常有圓柱形與球形兩種。在實際應用中，圓柱形儲罐可以適應多種容量，因此在大型液化天然氣儲罐中應用普遍。球形罐通常應用于小中容量的儲罐中。

1.3 儲罐材料

（1）預應力混凝土：使用預應力混凝土作為儲罐外殼，并使用低溫金屬制作儲罐內筒。

（2）雙金屬：儲罐的內部與外殼全部使用金屬材料，通常使用黑色金屬作為外殼，應用低溫鋁合金或者不銹鋼材料作為內壁。

（3）薄膜型：使用殷鋼制作儲罐內筒，且鋼材厚度在0.8mm～1.2mm，這種方式被稱為薄膜型。

1.4儲罐容量

根據容量不同，儲罐通常有小型、中型、大型以及特大型這4種。可以依據實際化工需求對其進行選擇。

（1）小型儲罐：容量在5m3～50m3。因容量較小，通常應用于民用加氣站等地。

（2）中型儲罐：容量在50m3～100 m3。多出現于工業氣化站以及衛星液化裝置中。

（3）大型儲罐：容量為100m3～40000 m3。是常用LNG生產裝置，在調峰型液化設備中應用較為普遍。

（4）特大型儲罐：容量為40000m3～200000 m3，主要應用于碼頭運輸，便于液化天然氣的進出口。

2 國內天然氣儲罐發展現狀

隨著社會經濟的不斷發展，我國對能源的需求量逐漸提升。石油、煤炭等資源的開發利用不斷增加，為滿足日益增長的需求量，提高石油儲備能量，急需進行大型儲罐的建設。天然氣是世界最清潔的能源之一，我國天然氣資源豐富，與石油相比更具有環保性，且應用范圍廣，在工業生產中有著良好的發展潛力。但受技術水平等因素的限制，我國天然氣尚未形成生產開發體系，導致液化天然氣發展受到阻礙。我國天然氣資源存在分布不均勻問題，西部地區天然氣豐富，且應用成本低，東南地區需求量大，但天然氣資源匱乏，若由西部地區向東南沿海地帶進行運輸，會使其成本增加，不利于工業發展。大型液化天然氣儲罐的生產與應用能夠有效解決以上問題。但我國儲罐設計技術水平與世界平均水平相比始終處于落后階段，且缺乏自主研發能力。在液化天然氣需求量逐漸提升的形勢下，天然氣的存儲問題日益突出，急需尋求有效方式進行解決。東南沿海地區部分企業與國外先進團隊合作，建設符合自身發展需求的LNG儲罐，還有部分企業不斷學習其他國家先進的儲罐設計與制作技術，對實踐經驗進行總結，吸收高素質人才，從而實現了對LNG儲罐的獨立研發與生產。近年來，受天然氣需求量增長以及科學技術進步等影響，我國LNG儲罐研發水平得到有效提升，低溫液體儲罐在天然氣存儲中得到廣泛應用。

3 LNG儲罐設計與建設關鍵點

3.1 材料的選擇

儲罐材料選擇的合理性影響著儲罐應用質量與效果，是其設計與建設中的關鍵環節。在LNG儲罐應用過程中，由于利用低溫實現對天然氣的液化，因此儲罐要始終處于超低溫狀態；且液化天然氣本身具有超低溫性質與可燃性，因此要重點關注材料的耐低溫能力。為避免因溫度過低而使儲罐出現脆性破壞，需要應用具有高強度與極強韌性的材料，以保證儲罐應用安全。在設計建造過程中同樣要求儲罐材料具有穩定的化學性能，保證其有較好的隔熱性，從而提高其保冷能力。為提升儲罐建造效率，要保證所選擇材料的可焊性與加工性較好。儲罐的低溫保冷性能主要依靠保冷材料實現，因此在選擇保冷材料時，要求材料具有良好的阻燃性能，吸濕性小、低溫膨脹系數小等。需要在保證材料符合建設需求、保障建造質量的同時降低采購成本。

3.2 LNG出現密度差的問題

在半充滿的LNG儲罐內，注入密度不同的LNG會產生分層，主要因為LNG組分產地和溫度的差異，以及LNG由于老化而使組分發生變化的原因。當儲罐內發生密度差時會引起分層現象，上部較輕的液層可正常對流，并蒸發釋放熱量。但是，下層由于對流太弱，不能使下層較重液體到達上層，下層處于一種內部對流狀態。上下兩層對流獨立進行，直到兩層密度接近時發生快速混合，下層被抑制蒸發的液體將大量蒸發氣化。同時，表面蒸發率劇增，從而導致壓力增大，超過其安全設計壓力，這給儲罐的安全運行帶來嚴重威脅，同時，大量的天然氣排空，也造成了資源浪費。

3.3 腐蝕問題

LNG儲罐在長期應用過程中受水以及天然氣中其他雜質的影響極易受到侵蝕，腐蝕問題的出現會嚴重影響儲罐的使用壽命，不利于其存儲效果的發揮，給儲罐應用造成安全隱患。因此要著重關注易腐蝕部位的設計，采取有效措施以避免腐蝕問題的發生。儲罐底部是腐蝕常出現部位，在設計時可以通過對底部壁板厚度的增加提高防范能力。

結語

大型LNG儲罐具有投資成本低、占地面積小等優勢，能夠實現鋼材的有效節約，促進液化天然氣存儲效果提高。市場經濟形勢的變化使大型LNG儲罐的應用更加普遍，為促進液化天然氣的發展，滿足社會生產生活需求，需要對LNG儲罐擴大化。要求對其應用特性進行深入分析，不斷吸收先進設計與建造經驗，從而提高自主研發水平，使其市場競爭力提升，為社會經濟發展提供便利條件。

參考文獻

[1]王冰.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.

[2]呂昌海.大型LNG儲罐結構與保冷性能研究[D].青島：青島科技大學，2010.

[3]王振良.大型LNG低溫儲罐設計理論與方法研究[D].西安：西安石油大學，2011.

[4]王振良，李臻.國內外大型液化天然氣儲罐發展現狀[J].河南化工，2010，27（10）：2-3.

[5]吳旭維，李晉，陶宗寶，等.大型液化天然氣儲罐拱頂氣升關鍵技術研究[J].石油化工設備，2013（5）：89-93.