第四章 液化天然气的储运-gei

1、2 目录 4.1 LNG储罐(槽) 4.2 LNG船 4.3 LNG槽车 在液化天然气LNG工业链中，LNG的储存和运输是两个主 要环节。无论基本负荷型LNG装置还是调峰型装置，液化 后的天然气都要储存在液化站内储罐或储槽内。 在卫星型液化站和LNG接收站，都有一定数量和不同规模 的储罐或储槽。世界LNG贸易主要是通过海运，因此LNG 槽船是主要的运输工具。 从LNG接收站或卫星型装置，将LNG转运都需要LNG槽 车。 3 4 4.1 LNG储罐(槽) 按容量分类 1）小型储罐容量550m3。常用于民用燃气汽化站，LNG 汽车加 注站等场合。 2）中型储罐容量50100m3。常用于卫星式液化装

2、置，工业燃气 汽化站等场合。 3）大型储罐容量100 1000m3 。常用于小型LNG生产装置。 4）再）再大型储槽容量1000 40000m3 。常用于基本负荷型和调峰型液 化装置。 5） 特大型储槽。容量40000 200000m3。常用于LNG接收站。 1、型式分类 按围护结构的绝热分类 1)真空粉末绝热。常见于小型LNG储罐。 2) 高真空多层绝热。主要用于小型LNG储罐。 3) 正压堆积绝热。广泛应用于大中型LNG储罐和储槽。 6 按储罐(槽)的形状分类 1)球形罐： 一般用于中小容量的储罐，但有些工程的 大型LNG储槽也有采用球形的，目前最大的有林德公司 制造的40000m3和日本

3、NKK公司建造的5000m3储罐。 7 8 2)圆柱形罐(槽)，广泛用于各种容量的储罐和储槽。 9 按罐（槽）的放置分类 地上型： 地下型：半地下型、地下型、地下坑型 9 按罐（槽）的材料分类 1)双金属。内罐和外壳均用金属材料。一般内罐采用耐 低温的不锈钢或铝合金，见下表。外壳采用黑色金属。 10 11 2)预应力混凝土型。大型储槽采用预应力混凝土外壳， 内筒采用低温的金属材料。 按罐（槽）的围护结构分类 1）单围护系统。单围护系统的特点是储槽只有一个流 体力学承载层A，所以必须在储槽周围预留出一块安全空 间B。 12 2）双围护系统。内外罐体都是低温材料，储槽具有两个 流体力学承载层A1和

4、A2。此类储槽无需另外预留空间。 13 3）全封闭围护系统：其特点如下：内外罐体均是低 温材料；储槽具有两个流体力学承载层A1和A2， 外罐还应加上附加的内压和外压安全承载；此类储槽 无需另外预留空间。 14 4）薄膜型围护系统。其特点如下：内外罐体均是低 温材料；该类储槽实质上是没有流体力学承载的全封 闭围护系统，只有一个流体力学承载层A；外罐还应 加上附加的内压和外压安全承载； 此类储槽无需另 外的预留空间。 15 16 2、LNG储罐（槽）结构）结构 立式LNG储罐 17 指夹层容积 18 100m3储罐参数 项目单位内筒外筒备注 容器类别 贮存介质 三类 LNG,LN2 -0.1 -0

5、.1 “-” 指外压 “-” 指外压 最高工作压力 设计压力 强度试验压力（气） 0.5 0.75 0.93 0.2* 常温 常温 42000* *内筒同时持 压 0.1MPa * 气密性试验压力 管路气密性试验压力 安全阀启跳压力 最低工作温度 设计温度 几何容积 有效容积 0.75 0.75 0.55 -196 -196 105280 100000 直筒 封头 mm 设计厚度 腐蚀裕量 主体材质 主体焊材 焊接接头系数 8.94 8.93 0 0Cr18Ni9 H0Cr21Ni10 1.0 11.2 10.2 1 20R H08A 0.8 空重 满 重 Kg 39390 85000LNG

6、MPa L 19 立式LNG子母型储罐 子母罐是指拥有多个（三个以上）子罐并联组成的内罐， 以满足低温液体储存站大容量储液量的要求。多只子罐 并列组装在一个大型外罐（母罐）之中；子罐通常为立式 圆筒形，外罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐形状尺 寸过大等原因，不耐外压而无法抽真空，外罐为稳压罐。 绝热方式为粉末（珠光砂）堆积绝热。 单只子罐的几何容积通常在100-150m3之间。单只子罐 的容积不宜过大，过大会导致运输吊装困难。子罐的数量 通常为37只，因此可以组建300-1250m3的大型储槽。 20 子罐可以设计成压力容器，最大工作压力可达 1.8MPa，通常为0.2-1.0MPa，视用户使

7、用压 力要求而定； 子母罐的优势如下： 1)依靠容器本身的压力，可采用压力挤压的办法对外排 液，而不需要输液泵排液，因此操作简便和可靠性提高。 2)容器具备承压条件后，可采用常压储存方式，减少储存 期间的排放损失。 3)子母罐的制造安装较球罐容易实现。制造安装成本较 低。 21 22 子母罐的不足之处在于： 1)由于外罐的结构尺寸原因，夹层无法抽真空。夹层厚度 通常选择800mm以上，导致保温性能与真空粉末绝热球罐 相比较差。 2)由于夹层厚度较厚，且子罐排列的原因，设备的外形尺 寸庞大。 3)子母罐通常适用于容积3001000m3；工作压力为 0.21.0MPa范围。 国产立式600m3LN

8、G子母型储罐的参数： 外罐：16MnR；1300017444，操作温度40；操 作压力3kPa； 内罐：0Cr18Ni9，320014558，7个，单个有效容 积88.5m3，设计温度-162；操作温度-146；设计压 力0.42MPa；操作压力0.2MPa； 内外罐之间：填充珠光砂绝热，并充N2保持内部处于正压 状态。 日蒸发率：0.3% 23 球形LNG储罐 低温液体球罐的内外罐均为球状。工作状态 下，内罐为内压力容器，外罐为真空外压容 器。夹层通常为真空粉末绝热。球罐的内外球 壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现 场组装。球壳板的成形需要专用的加工工装保 证成形，现场安装难度大。 4

9、3 44 46 球罐的优势如下： 1)在相同容积条件下，球体具有最小的表面积，设备的净重最 小。 2)球罐具有最小的表面积，则意味着传热面积最小，加之夹层可 以抽真空，有利于获得最佳的绝热保温效果； 3)球罐的球形特性具有最佳的耐内外压力性能。 球罐的不足之处在于： 1)加工成形需要专用加工工具，加工精度难以保证。 2)现场组装技术难度大，质量难以保证。 3)球壳虽然净重最小，但成形时材料利用率最低。 球罐的使用范围为2001500m3，工作压力 为0.21.0MPa。容积小于200m3时，应当选 用在制造厂整体制造完工后的圆筒罐产品出厂 为宜。容积超过1500m3时，外罐的壁厚太 厚，这时制

10、造的最大困难是外罐而非内罐。 47 48 兰州蓝亚石油化工装备工程有限公司在山西晋城成功地 建造了容积1 500m3LNG不锈钢球罐，此球罐为国内首台自 行设计、制造的体积最大的不锈钢球罐，设计压力0.42MPa， 设计温度-196 ，球壳直径14200 mm，球壳材料选用 0cr18Ni9板，名义厚度14mm。 16 卧式卧式LNG储罐 16 50 LNG储罐的增压原理图 25 地下储罐 全封闭围护系统的LNG储罐 日本国内用量最大，24个已经建成的接收站中，142个储罐中地下罐 65个，最大罐容20,0000m3, 74mdiaX46.6ht。 最常用的是圆柱形薄膜罐 抗震性能比地上罐好，

11、强风暴的冲击力小，对飞行物的影响小， 视觉效果比地上罐好,适合建在地震多发区和人口稠密区。 在确定使用地下罐前应该进行大范围内的地质调查，如果地质条 件容许，基岩埋藏浅。则可以避免大范围人工地基。 地下罐需要大量的地下挖掘，增加了安全风险。 由于大量的挖掘工作，地下罐施工工期比地上罐长。 地下罐投资比地上罐多。 26 27 地上罐 28 单容罐 29 结构为圆柱形碳钢外罐，9%镍钢内罐。 是最常用的LNG罐型。 事实证明罐体相对安全，通常使用条件是它远离人口稠密区， 并且不存在外部安全隐患 设计压力通常在170-200mbarg，操作压力125mbarg。 罐周围设有围堰，用于储罐内以液体发生

12、溢出时能够容纳罐内 所有液体。当内罐发生故障时LNG液体和蒸发气会泄漏到罐外。 罐的尺寸由9%镍钢的焊接厚度以及罐的高宽比，实际建造的最 大罐容为140,000m3。 过去在Qatar曾发生过LPG储罐泄漏，事故发生后单容罐应用受 到影响,被信誉更好的罐型取代。 30 双容罐 30 双容罐 31 结构为圆柱形耐低温的金属材料或混凝土外罐，9%镍钢内罐。 当内罐发生泄漏事故时液体流入外罐，蒸发气会泄漏到周围环 境里 。 最大罐容160,000m3，设计压力与单容罐相似。 由于LNG燃烧池的表面积小，储罐间的安全距离小于单容罐。 在发生事故时设备控制系统可以继续工作，但是蒸发气会释 放。 在系统关

13、断以前，操作系统可以继续工作一段时间。 32 全容罐 LNG -162 C NG NG GLASSWOOL 9% Ni STEEL + CONCRETE ROOF SUSPENDED DECK 9% Ni STEEL INNER TANK NG POST TENSIONNED CONCRETE TANK PERLITE COMPACTION BLANKET 9 % Ni STEEL THERMAL CORNER PROTECTION CELLULAR GLASS9% Ni SECONDARY BOTTOM CONCRETE SLAB 30 全容罐 33 罐体：外罐为圆柱形9%镍钢或混凝土，内罐

14、为9%镍钢。 当内罐发生泄漏事故时外罐能够容纳LNG液体和蒸发气，避免火 灾危害。 最大罐容和与单容罐相似（180,000m3)。 混凝土外罐设计压力可以增加到290mbarg（操作压力250mbarg), 金属外罐设计压力可以参照单容罐和双容罐 在发生事故的情况下，设备的控制和天然气供应可以维持。在 系统关断以前，操作系统可以继续工作一周时间。 35 38 引进的第一代16万m3全容罐结构示意图 40 LNG储罐内部观 察装置 4.2 LNG船 1959年，美国船厂利用一艘战时标准船改装成世界第一艘 LNG船 1964年，英国建造出世界上第一艘LNG船。 2008年12月29日，全球投入运营

15、的LNG船突破300艘大关。 2011年，全球有89艘LNG船交付船交付。 52 LNG船的发展史：船的发展史： LNG货舱的围护系统 LNG货舱的围护系统 LNG货舱的汽化率的高低取决于货舱的漏热性能。 不同的货物围护系统采用不同的绝热方式。目前有 三种LNG货舱货物围护系统，即法国的GTT型；挪 威的MOSS型及日本的SPB型。GTT型是薄膜舱， MOSS型是球形舱，SPB型是棱形舱。 20世纪世纪90年代前，在已建造的年代前，在已建造的87艘艘LNG船中，船中，以以 MOSS型和型和GTT型建造得最多，型建造得最多，分别是总艘数的分别是总艘数的 37.9和和28.7。 53 54 54

16、54 57 MOSS型LNG船 MOSS球罐采用铝板制成。 组分中含质量分数为4.0 - 4.9的镁和0.4-1.0% 的锰。板厚按不同部位在 30169mm之间。隔热 采用300mm的多层聚苯 乙烯板。 58 球型液舱（Moss Tank）特点 MOSS型船舶的优点是： l 结构简单，应力分析容易； l 铝合金结构牢固，只要不发生直接碰撞，不会损伤； l 安装也简单，能单独建造并缩短施工周期，检查质量容易，安全 性好； l 液面晃动效应少，不受装载限制； l 初期投资较少。 缺点是： l 船舶有较大的尺寸，甲板有大开口，甲板结构不连续，应力集中 点多； l 液货重心高； l 操作困难，特别是

17、在甲板上部受风面积大，在大船上，尽管尾楼 比油船要高出好几层，但驾驶台视线仍不理想。 62 GTT型LNG船 薄膜型LNG船的开发者Gaz Tansport 和Technigaz已合并 为GTT。故对该型船称为 GTT 型。 薄膜围护系统的概念：该围护 系统是由双层船壳、主薄膜、 次薄膜和低温隔热所组成。 薄膜内应力是由静应力、动应 力和热应力三部分组成。 薄膜型液舱(Membrane tank)特点 舱体结构紧凑、形状灵活、液舱有效容量大； 完全的双层舱体，安全性高、强度好； 风力影响面小，操作性能好 甲板平坦，能见度好； 薄膜型液舱用（0.71.2）mm的不锈钢或殷钢制作， 殷钢是一种高镍

18、合金，热膨胀系数非常低。 63 SPB型LNG船 SPB型的前身是棱形舱Conch。是由日本IHI公司开发的。 该型大多应用在LPG船上，建造并已运行的LNG船仅二 艘。 67 68 双体舱， 造价成本较高。 76 典型LNG船的货舱分布 45000m3 77 78 79 LNG船的技术新进展 1、具有热阻滞新型舱裙结构 在MOSS型船的球形储槽中。 沿舱裙结构的漏热量常要占储 槽总漏热量的30，如果采 用新型的热阻滞，可使漏热明 显减少。特点是用一块不锈钢 板嵌插在铝和钢质裙之间，可 使日汽化率从通常的0.2降 至0.1。 80 2、再液化系统 在以前运营的LNG船上， 将蒸发蒸气直接作为动

19、力 燃料消耗掉而不再回收液 化，基本上还没有再液化 装置。为了船舶的经济运 行，在LNG船上装备再液 化装置，对此已开始了可 行性研究，且已进入研究 模拟阶段。 81 3、强制气化系统 主要是为了给LNG船 能在一个宽广范围内 提供优化能耗的选 择。它包括一台在液 货舱内的水泵和一个 强制式蒸发器。 82 83 我国LNG船情况 大鹏昊 大鹏月 闽榕 闽鹭 大鹏星 84 83 大鹏昊情况 我国首制的LNG船，由沪东中华造船（集团）有限公司制造， 投资1.6亿美元，装载量为14.721万m3，具有“高技术、高可靠 性和高附加值”的“三高”产品。 1）船体必须能承受40年疲劳的长寿命；（普通25年

20、） 2）船舱的油漆要求保证25年，而目前制造要求最高的LPG船仅需 15年； 3）全船液货舱区的殷瓦钢板总焊缝长度达100公里，要保证无一 点泄漏； 4）它还有庞大的低温报警网络，仅低温报警点就达3000多个。 87 4.3 LNG槽车 LNG槽车的绝热方式 槽车采用合适的绝热力式，以确保高效、安全地运输。 用于LNG槽车绝热主要有二种型式： 真空粉末绝热； 高真空多层绝热。 高真空多层绝热与真空粉末绝热相比具有如下特点： 1)高真空多层绝热的夹层厚度约为100mm，而真空粉末绝热的夹层厚 度200mm以上。由此，对于相同容量级的外筒，高真空多层绝热槽车 的内筒容积比真空粉末绝热槽车的内简容积

21、大27左右。这样，可以 在不改变槽车外形尺寸的前提下，提供更大的装载容积。 2)对于大型半挂槽车，由于夹层空间较大，粉末的重量也相应增大，从 而增加了槽车的装备重量，降低载液重量。因此，采用高真空多层绝热 可以大大减少槽车的装备重量。 3)采用高真空多层绝热，可以避免因槽车行驶所产生的振动，使绝热材 料沉降。高真空多层绝热比真空粉末绝热的施工难度大，但在制造工艺 逐渐成熟适合批量生产后，广泛应用的前景是好的。 88 89 LNG槽车的安全设计 防止超压 消除燃烧的可能性(禁火、禁油、消除静电)。 设置安全阀、爆破片等超压泄放装置。储罐上必须有两套安 全阀在线安装的双路系统。 公路运输泄放阀。

22、90 防止槽车超压的手段：防止槽车超压的手段： 91 83 大鹏昊情况 我国首制的LNG船，由沪东中华造船（集团）有限公司制造， 投资1.6亿美元，装载量为14.721万m3，具有“高技术、高可靠 性和高附加值”的“三高”产品。 1）船体必须能承受40年疲劳的长寿命；（普通25年） 2）船舱的油漆要求保证25年，而目前制造要求最高的LPG船仅需 15年； 3）全船液货舱区的殷瓦钢板总焊缝长度达100公里，要保证无一 点泄漏； 4）它还有庞大的低温报警网络，仅低温报警点就达3000多个。 92 LNG槽车的输液方式 LNG槽车有两种输液方式： 压力输送(自增压输液) 泵送液体。 压力输送是利用在

23、增压器中气化LNG返回储罐增压，借助 压差挤压出LNG，这种输液方式较简单，只需装上简单的 管路和阀门。这种输液方式有以下缺点： 1)转注时间长。主要原因是接收LNG的固定储槽是带压 操作，这样使用转注压差有限，导致转注流量降低；又 由于槽车空间有限，增压器的换热面积有限，使转注压 差下降过快。 2)罐体设计压力高，槽车空载重量大，使载液量与整车 重量比例(重量利用系数)下降，导致运输效率的降低。 93 94 泵送液体 槽车采用泵送液体是较好的方法。它采用配置 在车上的离心式低温泵来泵送液体，这种输液 方式的优点如下： 1)转注流量大，转注时间短。 2)泵后压力高，可以适应各种压力规格的储槽。

24、 3)泵前压力要求低，无需消耗大量液体来增压。 4)泵前压力要求低，因此槽车罐体的最高工作压力和设 计压力低，槽车的装备重量轻，重量利用系数和运输效率高。 95国产27m3槽车 98 LNG槽车的发展方向 大型化 列车化 高速化 JB/T6898-1997规定：一级公路Vmax60Km/h 转弯时速： Vmax20Km/h 第四章 低温装置的绝热技术 4.1 绝热的目的和方法 4.2 低温装置用的绝热材料 4.3 堆积绝热 4.4 高真空绝热 4.5 真空粉末绝热 4.6 高真空多层绝热 4.7 高真空多屏绝热 4.8 五种绝热方法的比较78 4.1 绝热的目的和方法 绝热：减少或抑制从环境介

25、质传入的热量(由导热 、对流和辐射引起) 绝热在低温技术中有特殊的重要性 得到低温液体的功耗很大 低温液体与环境温度的温差大，周围环境是个 很大的热源； 低温试验中创造低温环境时，为排除周围环境 的影响也要用绝热技术 绝热方法分类 堆积绝热 高真空绝热 真空粉末绝热 高真空多层绝热 高真空多屏绝热 79 真空技术真空技术 4.2 低温装置用的绝热材料 除高真空绝热外都要应用绝热材料。 80 泡沫型泡沫型 种类种类聚氨脂、聚苯乙烯、橡胶、硅、玻璃聚氨脂、聚苯乙烯、橡胶、硅、玻璃 优点优点成本低，有一定的机械强度，不需要真空罩成本低，有一定的机械强度，不需要真空罩 缺点缺点 热膨胀率大。热导率会随

26、时间变化。当容器中输入低温液体时，热膨胀率大。热导率会随时间变化。当容器中输入低温液体时， 泡沫会收缩泡沫会收缩 措施措施为防止低温下收缩开裂，在泡沫中放置防收缩裂开的连接为防止低温下收缩开裂，在泡沫中放置防收缩裂开的连接 粉末型粉末型种类种类珠光砂珠光砂(膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩)、气凝胶、软木、气凝胶、软木 纤维型纤维型种类种类玻璃纤维、矿棉、石棉玻璃纤维、矿棉、石棉 粉末型与粉末型与 纤维型的纤维型的 共性共性 优点优点成本低、易用于不规则形状，不会燃烧成本低、易用于不规则形状，不会燃烧 缺点缺点 水蒸气和空气能通过绝热层渗入到冷表面，需防潮层。粉末沉降水蒸气和空气能通过绝热层渗入到冷表面，

27、需防潮层。粉末沉降 易造成热导率增大易造成热导率增大 措施措施在绝热层中充入高于大气压的干氮气以防止水分的渗入在绝热层中充入高于大气压的干氮气以防止水分的渗入 堆积绝热材料的种类堆积绝热材料的种类 4.3 堆积绝热 定义：选用导热系数小的绝热材料装填在需要绝热的部位上 以达到绝热的目的。 基本要求：坚固不易脱落；足够的厚度；防“热桥”；防潮 主要漏热：导热 适用场合：大型低温装置或对绝热性能要求不高的场合。 绝热结构的性能计算：按形状分为平壁和圆筒壁。绝热机 构的形状不规则时可折合成一个规则形状，或分成若干个近 似规则形状的局部。 绝热层厚度的计算：限定外表面温度不得低于环境空气的 露点温度，

28、以防结露；限定绝热结构的传热系数或冷量损失 。 81 4.4 高真空绝热 定义 将绝热空间抽至1mPa的真空度，以消除绝热空间的气体对 流换热和绝大部分气体导热的一种绝热型式。 结构中的主要漏热 壁面间的辐射换热 残余气体导热： 根据克努森公式 82 4 1 4 2 1 100100 TT FCQ oor 1 11 1 22 1 1 F F o 112 FTTpQ ifm 影响其性能的因素及采取的措施 真空度：（影响导热和传热）防漏，夹层中安 放低温吸附剂、活性炭或分子筛以吸附水分等 以保持真空度 辐射传热量：表面镀银 适用场合 实验室规模的小型杜瓦容器中 优缺点 优点：易于对形状复杂的表面绝热，预冷损失 小，真空夹层可做得很小 缺点：需持久的高真空，要求辐射率小 83 在绝热空间填充多孔性绝热材料(粉末或纤维)，再将绝 热空间抽到一定真空度(10.1Pa)的绝热型式 传热机理 有效导热系数近似认为是 固体及气体的导热系数、 辐射导热系数、接触导热 系数三部分之和 84 crie 4.5