摘 要:介紹LNG接收站儲罐形式,分析LNG儲罐大型化的發(fā)展趨勢,對3種不同罐容的LNG儲罐進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較,探討了LNG儲罐大型化的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:液化天然氣; 接收站; LNG儲罐;?大型化
Types of Tanks in LNG Receiving Station and Development Trend of Large-scale Tanks
Abstract:The types of tanks in LNG receiving station storage are introduced.The development trend of large-scale LNG tanks is analyzed.LNG tanks with 3 different capacities are compared economically.The advantages of LNG tanks are discussed.
Keywords:liquefied natural gas(LNG);receiving station;LNG tank;large scale
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LNG產(chǎn)業(yè)鏈主要包括天然氣的液化、儲存、運輸、接收、氣化等,其中LNG的儲存是非常重要的環(huán)節(jié),對于LNG液化工廠和LNG接收站而言,LNG儲罐均是關(guān)鍵核心設(shè)備。LNG儲罐作為儲存LNG的低溫常壓容器,設(shè)計溫度一般為-165℃左右。由于使用大型儲罐具有造價低、占地少、方便管理和操作等優(yōu)點,世界上許多國家對大型常壓LNG儲罐的設(shè)計與建造都非常重視[1-3],特別是隨著LNG運輸船的大型化發(fā)展(船容從常規(guī)的14.5×104m3逐步發(fā)展至21×104m3和26×104m3),LNG接收站儲罐也逐步朝大型化(LNG有效儲存容積為16×104m3以上)發(fā)展。
1 液化天然氣接收站LNG儲罐形式
對LNG接收站而言,LNG儲罐按對氣、液的包容性可分為單容罐、雙容罐、全容罐和薄膜罐;根據(jù)儲罐的放置方式,又可分為地上罐和地下罐。地下罐多采用薄膜罐,而地上罐多采用單容罐、雙容罐和全容罐[4-5]。
①單容罐
單容罐(結(jié)構(gòu)見圖1)是LNG儲罐最初使用的形式,在大型LNG儲罐建設(shè)的早期,單容罐占據(jù)了非常重要的地位,其分為單壁罐和雙壁罐。出于安全和絕熱考慮,單壁罐僅應(yīng)用于液化天然氣初期發(fā)展階段,目前已很少在LNG產(chǎn)業(yè)中使用。雙壁罐的外壁是用普通碳鋼制成,不能承受低溫LNG和低溫氣體。
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易泄漏是單容罐的一個較大的風(fēng)險和隱患,因此單容罐安全防護(hù)距離較大,對安全檢測和操作的要求較高。單容罐設(shè)計壓力較低,一般小于14kPa,最大操作壓力約為12kPa。由于操作壓力低,卸船過程中產(chǎn)生的BOG不能利用儲罐與船上儲罐的壓差返回到LNG船上儲罐中,需增加一臺返回氣風(fēng)機(jī),增大了LNG接收站的造價和運行費用。單容罐造價較低,但罐間安全距離較大,并需設(shè)置圍堰,也增大了接收站占地面積及造價。
②雙容罐
雙容罐(結(jié)構(gòu)見圖2)的內(nèi)罐和外罐均能單獨包容LNG,一旦內(nèi)罐泄漏,氣體會外泄,而液體將由外罐包容不會泄漏,安全性較單容罐高。吊頂上、下的氣相空間通過吊頂上的孔洞相連接。
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與單容罐相比,雙容罐的主要優(yōu)勢在于一定程度上提高了泄漏時的安全性;罐與罐、罐與其他建構(gòu)筑物或設(shè)備之間的安全距離小于單容罐。但雙容罐較單容罐造價高、施工周期長。雙容罐的設(shè)計壓力與單容罐相近,也需要設(shè)置返回氣風(fēng)機(jī)。雙容罐目前在國外應(yīng)用較多。
③全容罐
全容罐(預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐結(jié)構(gòu)見圖3)由外罐和內(nèi)罐組成。內(nèi)罐采用9%Ni鋼,而罐頂和外罐有鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)兩種類型(對應(yīng)雙金屬全容罐和預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐)。內(nèi)罐用于儲存LNG,外罐可作為BOG的主容器,當(dāng)內(nèi)罐泄漏時,外罐可儲存全部的泄漏液體,并保持結(jié)構(gòu)上的氣密性,避免LNG及BOG泄漏至周圍環(huán)境中,其安全防護(hù)距離較小。
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雙金屬全容罐操作壓力低,一般為12~15kPa:預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐設(shè)計壓力為29kPa,其允許的最大操作壓力為25kPa,設(shè)計溫度為-165℃。由于預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐操作壓力較高,在卸船時可利用全容罐與LNG船上儲罐的壓差,使卸船過程中產(chǎn)生的BOG返回到LNG船上儲罐中,不需要返回氣風(fēng)機(jī)。因此,相比預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐,雙金屬全容罐應(yīng)用較少。前已投產(chǎn)的最大容積的地上式全容罐LNG有效儲存容積達(dá)20×104m3,LNG有效儲存容積為27×104 m3的全容罐正在韓國建設(shè)。
④薄膜罐
薄膜罐(結(jié)構(gòu)見圖4)由一個薄的鋼質(zhì)主容器(即薄膜,材質(zhì)為36Ni鋼或不銹鋼)、絕熱層和一個預(yù)應(yīng)力混凝土罐組成,作用在薄膜上的全部靜壓荷載及其他荷載均通過絕熱層傳遞至預(yù)應(yīng)力混凝土罐上,蒸發(fā)氣儲存在儲罐頂部。
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⑤LNG儲罐綜合比較
LNG儲罐綜合比較見表1。由表1可知,預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐和地下薄膜罐的造價比其他形式高,但安全性好,是現(xiàn)在LNG接收站普遍采用的形式。
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大型LNG單容罐一般適宜在遠(yuǎn)離人口密集區(qū)、不容易遭受災(zāi)害性破壞(如火災(zāi)、爆炸和外來飛行物碰擊)、可占用面積較大的地區(qū)使用。在早期的LNG儲罐工程中,大部分大型LNG儲罐為單容罐,2000年以后除了國內(nèi)外一些小型液化工廠有較廣泛使用外,大型液化工廠和接收站已較少使用單容罐,但單容罐由于技術(shù)成熟性和施工周期短等特點依然具有較強(qiáng)的生命力。例如我國西部地區(qū)在施工周期、費用為約束條件且不受占地限制時,一般采用單容罐。