低温储罐详解专业知识讲座课件

内容1 基础知识2 常压低温储存储罐的主要相关标准与分类3 低温储罐的设计条件4 设计载荷5低温储罐的材料6 结构简介7 防火要求及布置1内容1 基础知识11 基础知识1.1低温储存储罐的概念 一般可以定义为在环境温度下，常压、低温储存液态烃的储罐，或者GB50160-92（1999版）石油化工企业设计防火规范所划分的称之为全冷冻式液化烃储罐，通常也俗称为“冷罐”，其特征是储存压力为常压、储存温度在液化烃的沸点以下。21 基础知识1.1低温储存储罐的概念21.2常压与低温的一般界限

1) 常压 ~15kPaG(一般) (有一种真空绝热的双壁金属储罐,设计压力在0.1MPaG以上,其储存温度比常压下的液化烃沸点略高,按GB50180-92定义，可以称之为半冷冻式液化烃储罐，按NFPA59A定义，属于ASME压力容器规范控制的容器范畴。这次 讲课，不包括此内容。)31.2常压与低温的一般界限32)低温 几种液态烃常压的沸点低温储存物料沸点（@760mmHg）0C1甲烷-161.52乙烷-88.33乙烯-103.94丙烷-42.175丙烯-47.76正/异丁烷-0.5/-11.737LNG~-16242)低温 几种液态烃常压的沸点低温储存物料沸点（@1.3几种液态烃的其他重要物理性质低温储存物料临界温度0C临界压力MPaA爆炸极限V%1甲烷-82.14.545.3/142乙烷32.274.733.2/12.53乙烯9.99.93.05/28.64丙烷96.814.122.4/9.55丙烯91.894.452.0/116正/异丁烷152.01/134.9858.12/58.121.6/8.57LNG~82*~4.53*5.3/14*51.3几种液态烃的其他重要物理性质低温临界温度临界压力爆炸1.4几种性质定义1)临界温度某种气体，当气体超过一定温度时，无论加 多大压力都不能使其液化，这一温度称为该气 体的临界温度。2）临界压力在某气体的临界温度时，给气体加压使其液 化所需的最低压力，称为该气体的临界压力。61.4几种性质定义63)爆炸极限可燃气体，无空气参与就不会燃烧。即使有空气而不在与空气的混合比例范围之内也不会引起燃烧。将能引起燃烧的混合比例范围，用燃烧气体与空气的体积百分比%表示称为燃烧范围。在燃烧范围内引起爆炸的范围称为爆炸范围。燃烧范围与爆炸范围几乎相同。

A可燃气体在空气中刚刚维持火焰蔓延的最低 浓度称为气体的爆炸下限。

B可燃气体在空气中足以使火焰蔓延的最高 浓度称为气体的爆炸上限。73)爆炸极限71.5液态烃的火灾危险性分类

1)液态烃的气化气体 属可燃气体，上表所列的液态烃由于空气混合物的辨证下限均<10%,因此属甲类可燃气体。

2)液态烃上表所列液态烃，由于其在150C时 的饱和蒸气压均>0.1MPa,因此属 于甲A类.

3)火灾危险性分类类别，是工厂布置、 建筑等防火设计的主要依据。81.5液态烃的火灾危险性分类8常压低温储存储罐的

主要相关标准与分类2.1标准1)API620_1996, 大型、低压焊接储罐设计与建造标准 （DesignandConstructionLarge, Welded,Low-PressureStorage Tanks.）

API620_1996（附录Q）， 液态烃气体低压储存储罐 （Low-PressureStorageTanksfor LiquefiedHydrocarbonGases）9常压低温储存储罐的

主要相关标准与分类2.1标准92) BS7777_1997, 立式平底圆筒型低温储罐标准 （Flat-bottomed,vertical,cylindrical storagetanksforlowtemperature service）3) NFPA59A_2001, 液化天然气（LNG）生产、储存、装卸标准（StandardfortheProduction,Storage andHandlingLiquefiedNaturalGas (LNG)4) GB50160_92(1999年版) 石油化工企业设计防火规范5）GB50183_2004 石油天然气工程设计防火规范102) BS7777_1997, 102.2主要标准规范简介1)API620_1996，附录Q是目前低温储罐的材料、设计与建造的标准依据，国内尚无相应标准。适用于单壁保冷与双壁的冷冻罐。温度适用于-51~-1680C（-60~-2700F）范围，可满足LNG、液态乙烯等上述 液态烃的设计要求。112.2主要标准规范简介112）BS7777_1997，标准由三部分组成：（1）第1部分 设计、建造、安装与操作一般准则 （Part1，Guidetogeneral provisionsapplyingfordesign, construction,installationand operation）.（2）第2部分 储存温度-1650C以上液化气的单包容、双包 容和全包容金属储罐的设计与建造规定 （Part2,Specificationforthedesignand constructionofsingle,doubleandfull containmentmetaltanksforthe storageofliquefiedgasat temperaturesdownto-1650C.122）BS7777_1997，12（3）第3部分 预应力混凝土与钢筋混凝土储罐及其基础的设 计与建造推荐性规定；以及储罐绝热、寸里与 储罐涂层的设计与安装推荐性规定 （Part3,Recommendationforthedesign andconstructionofpre-stressedand reinforcedconcretetanksandtank foundations,andforthedesignand installationoftankinsulation,tank linersandtankcoatings）

是目前常压低温液态烃储罐分类的主要依据标准比API620附录Q与NFPA59A更具体化13（3）第3部分133）NFPA59A_2001是世界上LNG液化、储存与装卸工程设计中应用最广，最全面并最有权威性的一部防火设计规范。1971年初版，已经有35年历史，目前已经第8

版，2006版也即将发布。国内所建LNG基地生产型装置、LNG调峰站，大型LNG接收终端均以该标准作为设计的主导标准。主要内容有：143）NFPA59A_200114- 绪论 - LNG站场的厂址选择和布置 - 工艺设备 - 固定式LNG储罐 - 气化设备 - 配管系统及部件 - 仪表与电气设施 - LNG与冷剂的输送 - 防火、安全与保安 - 采用固定式ASME储罐的补充规定 - 操作、维护与人员培训15- 绪论154） GB50160_92(1999年版) 是国内石油化工工程设计防火最主要的规范，5） GB50183_2004 随着国内天然气工业的发展与大型LNG接收 终端的建设，原来的GB50183未 包括LNG 液化天然气站，2004版增加了第10章液化天 然气站场，原则上引用了NFPA59A。16162.3 常压低温储存储罐的分类2.3.1 按储罐的基础板标高对建造的地面标高 区分 1) 地上式 可分为两种:基础平板(Slab)贴地式和 基础平板架空式 2) 地下式 可分为半地下式与地下式172.3 常压低温储存储罐的分3.2 按储罐的主要建造材料区分

1) 钢板金属(MetalSheet) 外罐与内罐主要构件均采用金属钢板制 造

2) 混凝土(Concrete) 一般外罐筒体采用预应力混凝土加外罐 内壁金属薄板寸里，拱顶采用钢筋混凝 土加内壁寸里。内罐采用与介质低温 相适应的金属板材制造。

3) 薄膜式(Membrane) 0.7~1.2mm的35Ni钢薄板贴于硬绝热 材料上,设计、建造难度计极高，也用于 LNG运输船上，世界上掌握该技术的国 家为数不多。202.3.2 按储罐的主要建造材料区分2021212222232324242.3.3 按对介质的拦截程度区分 (以LNG储存为例)1) 单包容储罐(SingleContainment)

内罐储存低温液体，外罐只是承担保存 绝热材料的功能。内罐如果破裂，对低 温液体与气相物料均不能截留，内罐万 一破裂，流出的低温液体将由设置在储 罐周围的防油堤进行截留控制，气相物 料则扩散至大气。252.3.3 按对介质的拦截程度区分25单包容储罐26单包容储罐262） 双包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐破裂后流出的低温液 体，但对气相物料不能截留，气相物料扩散至 大气。储罐外可不设防油堤。2727双包容储罐28双包容储罐283) 全包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐流出的低温液体和气相 物料，因此内罐如果破裂，对气液两相均可由 外罐截留。储罐外可不设防油堤。2929全包容储罐30全包容储罐302.3.4 BS7777的分类举例 2.3.4.1 单包容储罐 见图4-A、B、C、D 2.3.4.2 双包容罐 见图5-A、B、C 2.3.4.3 全包容罐 见图6-A、B、C312.3.4 BS7777的分类举例31图4单包容罐32图4单包容罐32图5双包容罐33图5双包容罐33图6全包容罐34图6全包容罐343 低温储罐的设计条件3.1设计单位或承包商与业主之间需沟通的基本条件 1） 储罐建造的地点 2) 确定储罐类型 3) 储罐的直径、高度或容积 4） 外罐的直径与高度 5） 基础的类型与基础底板的加热方式 6） 储罐的合同范围与交接 7） 对所确定的储罐类型，确定设计的载荷与条件 8） 有关储存介质的性质，包括密度、温度、腐蚀 裕度以及允许的蒸发量（BOGrate） 9） 内罐的设计正压与负压值，以及外罐或外罐壁 的设计值。353 低温储罐的设计条件3.1设计单位或承包商与业主之间需

10）储罐的最低与最高设计金属壁温 11）在储罐寿命期内以及水压试验时，预期 的基础最大总的沉降量与差异沉降量 12）所有要安装的附件、平台与楼梯的尺 寸、数量、形式与布置位置。 13）储存介质的最大充装与送出速率，以及 其他排气的配置。 14）水压试验所需用水量36 363.2设计单位或承包商与业主之间可选择而由设 计单位或承包商提供的其他条件 1) 周边可能发生所影响的爆炸强度与仃留时间. 2) 上空飞行物的重量与速度. 3) 内罐突然事故造成的冲击载荷.4)地震载荷条件,包括静力分析与动力分析. NFPA59A中的抗震设计，对LNG储存储罐 引入了OBE及SSE概念.

○

不影响操作的基本地震[OperatingBasis Earthquake(OBE)] OBE发生时和之后,LNG储罐的构筑物与系 统, 仍可维持操作。

○

安全仃车地震[SafeShutdown Earthquake(SSE)] SSE发生时和之后，储罐所包容的容量没有 损失，且能保持储罐的性能。373.2设计单位或承包商与业主之间可选择而由设 计单位或 5）防止罐内液体翻滚（RollOver）的措施 ○ 翻滚（RollOver）现象 由于进料密度的差异，或随着外界热量 不断由外向内的传递，当储罐内某一区 域的大块团液体温度与周围发生一定差 异时，温度较高的‘大块团’液体由于密 度较高而发生向上串升，温度较低的液 体则迅速填补‘大块团’液体，此时就发 生所谓的翻滚（RollOver）现象。此 现象会造成液位表面的液体迅速蒸发， 蒸发率的剧增会造成泄压装置的超负荷 而来不及排放，储罐压力会超过设计压 力而造成危险。 ○ 防止的一般措施有： 设置密度计，监视不同液位密度， 两种进料方式，上部与下部进料，38 5）防止罐内液体翻滚（RollOver）的措施38 6）在内外罐之间的环形空间设置液体泄漏探测与 排除设施。3.3 储罐类型的选择准则 3.3.1 不设限制的控制项

1) 地震

2) 风、雪、气候条件

3）来自工厂以外的危险 3.3.2 需设限制的控制项

1) 厂内飞行物

2) 厂内爆炸的压力波

3) 维修时的危险性防止

4) 临近储罐或工厂的火灾39 6）在内外罐之间的环形空间设置液体泄漏探测与 排除设施。3

5) 满载后液体溢出

6) 工艺超压

7) 翻滚

8) 主要金属材料失效,如脆性断裂

9) 金属材料部分事故,如泄漏

10) 材料疲劳

11) 腐蚀

12) 与罐底、罐体或罐顶相连接的配管失效

13）储罐基础情况40 403.3.3必须控制项

1) 临近的其他工厂

2) 工厂内与储罐临近的控制室、办公室与其他 建筑物

3）工厂外的临近的居民区

4）国家与当地主管部门要求

5）规范要求413.3.3必须控制项414 设计载荷4.1 正常载荷4.1.1静载荷

1) 储罐自重

2) 绝热材料重量

3) 罐顶重量

4) 悬顶重量(当采用此种结构时),包括绝热材 料与支承结构重量

5) 附属件重量,如管道、阀门、平台、通道、 楼梯等

6）混凝土基础重量

7）混凝土罐壁重量(当采用此种结构时)424 设计载荷4.1 正常载荷424.1.2外载荷 1)一般载荷○固定式罐顶均布载荷1.2kN/m2(~120kg/m2)○罐顶集中载荷, 任意位置的300x300mm面积上5kN(~500kg)○罐顶操作平台、通道作用于罐顶上的均布载荷 2.4kN(~250kg)

上述一般载荷已计入了雪载荷与罐内负压载荷， 含义是可以不再计入雪载荷与罐内负压载荷。○悬顶的最小均布载荷 1.0kN/m2(~100kg/m2)

此载荷可以作为临时载荷，也可以作为永久载 荷，载荷最终会作用到罐顶上。434.1.2外载荷432)雪载荷 ○不需另行考虑，已经包括在上述1)中。3）内部负压

○除固定罐顶以外的储罐构件 -6mbar.G(0.6kPa.G)

○固定罐顶,只需按1)规定载荷设计4)绝热材料施加的压力载荷 ○对松散型绝热材料(膨胀珍珠岩),会对内罐、外罐 壁施加压力。 在内罐、外罐壁环形空间的松散型绝热材料(膨胀 珍珠岩)，作用于内罐的载荷为外压，作用于外罐 的载荷为内压。 ○可以采用弹力棉毯（ResilientBlankets）贴附于 内罐外壁，降低对内罐壁的外压作用力。442)雪载荷445） 内压载荷 ○ 内压确定首先是根据设计要求。 ○ 对悬顶式双壁储罐，注意内压作用于内罐，也 作用于外罐。 ○ 内压会由于液体的气化压力或吹扫气体压力引 起。 ○ 内压一般按不大于140mbarG（14kPaG） 设计6） 地震载荷 ○ 计算储罐整个使用寿命期（包括施工、水压试 验、投料试运转及操作）内、预期的包括储罐 及其基础在内的总沉降和差异沉降的控制值。 ○ 差异沉降控制值(见下表):455） 内压载荷45沉降类型差异沉降举例1储罐的倾斜沉降1/500高度20m时，4cm2储罐底部基板，中心至圆周的半径方向1/300直径30m时，半径方向5cm3沿圆周方向的沉降1/500，但不超过总沉降量直径30m时，沿圆周任意两点，6cm46沉降类型差异沉降举例1储罐的倾斜沉降1/500高度20m时， ○ 总沉降值控制，以不危及与储罐相连 接的配管、阀门、支架、平台、楼梯 等所有附件的安全操作为原则。 ○ 当储罐为引进设计时，外方的要求可 能会比上述数据高，例如对总沉降量 控制在2cm。7） 外力载荷 ○ 配管、阀门及其他附件施加于罐体、 罐顶及罐底的外力。例如重量及弯 矩。47 ○ 总沉降值控制，以不危及与储罐相连 接的配管、阀4.1.7储存液体载荷1) 内罐 ○ 按最低设计温度时的液体密度计算储存 液体的载荷。 ○ 储存液体的最高液体液面标高，应在内 罐筒体顶面标高0.5m以下。2) 外罐 ○ 对双包容与全包容罐，外罐按内罐储存 液体的最低设计温度时的液体密度及储 存容积，计算其液面高度来计算液体载 荷。3) 外包储罐 ○ 指单包容储罐的外罐，不需计算按储存 液体的载荷，但要计算绝热材料施加的 载荷、吹扫气体或储存液体气化气体的 压力。484.1.7储存液体载荷484.1.4风载荷

1) 钢制储罐

○ 按50年一遇、3sec瞬时风速计算2) 混凝土储罐

○ 直径50m以下，按5sec瞬时风速计算

○ 直径50m以上，按15sec瞬时风速计算

以上是BS规定，国内尚无低温储罐的风载荷计算规定，可参照国内其他规范和国外标准经分析后作为设计数据。49494.1.5 水压与气压试验载荷

1) 内罐充水高度，按相当于充装液体最高液位以密度折算成水的高度进行试验。

2) 钢制外罐的充水高度，按内罐储存的最高液位时的液体容积，计算包括内罐在内的容积，得出的液位高度再以液体与水的密度比，折算成水的高度。因此对充水高度而言，外罐充水高度必然低于内罐充水高度。

3)预应力混凝土与钢筋混凝土外罐，不需进行水压试验。

4)单包容储罐的外包式外罐，其储罐壁的计算，可按4.1.5,2)进行强度计算，但不需水压试验。

5)内罐罐顶、以及外罐罐顶与罐体，进行气压试验。50504.1.6二次引发载荷

1) 热应力载荷 由于温差引起热胀冷缩构件的位移产生 的载荷。

2) 冷凝液产生的载荷 液体蒸发，在悬挂吊顶上方产生的冷凝 液，积聚于吊顶上凝液会增加吊顶的受 力。514.1.6二次引发载荷515低温储罐的材料5.1 金属材料5.1.1 储罐分类型与一般适用储存的低温液体 1) BS的低温材料分级分级钢材类型钢板纵向V形缺口试验1TypeI正火碳锰钢27J,-500C2TypeII改善冲击韧性的碳锰钢27J,-500C-ΔT*3TypeIII低镍钢27J,-500C-ΔT*4TypeIV9Ni%钢35J,-1960C5TypeV改良9Ni%钢100J,-1960C6TypeVI奥氏体不锈钢(*ΔT是对过渡热影响区的温度要求)525低温储罐的材料5.1 金属材料分级钢材类型钢板纵向2)与BS低温材料分级对应的典型应用储存液体单包容储罐双/全包容储罐典型液体储存温度1丁烷TypeIITypeI-100C2液氨TypeIITypeI-350C3丙烷/丙烯TypeIIITypeII-500C4乙烷/乙烯TypeIVTypeIV-1050C5LNGTypeV或VITypeIV-1650C532)与BS低温材料分级对应的典型应用储存液体单双/全典3) API620附录Q的材料规定 ◎ 储罐材料的选择原则是先将储罐的组成 构件划分为主要构件和次要构件。 ○ 主要构件： 主要构件指储罐的一些部件，与低温液 体相接触，所受应力达到一定程度后引 起的破坏会造成低温液体的泄漏的那些 部件。

-与冷冻低温液体相接触

-低温液体温度范围为 -51~-1680C （-60~-2700F）

-构件的失效会造成液体的泄漏543) API620附录Q的材料规定54-主要构件有： 罐体板、 罐底板、 罐顶板、 过渡板、 压缩环(承压环)、 罐体加强圈、 通道 接管，包括加强圈 储罐地脚锚件 配管（内） 锻件 螺栓紧固件-当罐顶板、过渡板、压缩环、通道、接管及其加强圈等主要构件经受大气温度时，可按次要构件选择材料。55-主要构件有：55○ 次要构件 次要构件指储罐的一些部件，与低温液体相接 触，所受应力达到一定程度后引起的破坏不会 造成低温液体的泄漏的那些部件。与液体的气 相蒸气接触的部件，其设计金属温度一般取 -510C（-600F）以上。56○ 次要构件56

4）API620附录Q所推荐的主要构件材料(部分)板及构件管道锻件螺栓连接1A353A333,Gr.8A522-2A553，Type1A334,Gr.8-3A6454A240,Type304A213,Gr.TP304A182Gr.F304A320Gr.B8,B8C,B8M,B8T5A240,Type304LA213,Gr.TP304LA182Gr.F304L57 4）API620附录Q所推荐的主要构件材料(部分)板及构· SA353，9Ni%钢，正火+回火，-1950C· SA553，TypeI 9Ni%钢,淬火+回火 -1950C TypeII 9Ni%钢,淬火+回火 -1700C· SA645，5Ni%钢，特殊处理，-1700C58· SA353，9Ni%钢，正火+回火，-1950C585.2 金属材料选用举例5.2.1LNG储罐 内罐,553TypeI, 9Ni%钢 罐内构件 304

外罐 16MnDR

罐顶板 16MnDR5.2.2丙烯罐 内罐,A537Cl2, 碳-锰-硅钢 外罐 16MnR

罐顶板 16MnR595.2 金属材料选用举例595.3 各种型式LNG低温储罐的应用材料材料单包容罐双包容罐全包容罐内罐外罐罐顶内罐外罐罐顶内罐外罐罐顶9Ni钢XXXXXX预应力钢筋混凝土XX*X*预应力混凝土X碳钢XXX605.3 各种型式LNG低温储罐的应用材料材料单包容罐双包容罐6 结构简介6.1 单包容双壁金属低温罐(LNG)结构举例6.1.1结构组成

1) 内罐

· 罐底

· 罐壁

· 罐壁加强圈

· 悬吊顶

2) 外罐

· 罐底

· 罐壁

· 罐壁加强圈

· 承压圈616 结构简介6.1 单包容双壁金属低温罐(LNG)结3) 绝热材料

· 内罐底板下/外罐底板上 泡沫玻璃

· 内罐/外罐环形空间 膨胀珍珠岩

· 悬吊顶

玻璃棉毡

· 内罐外壁外 玻璃弹性棉毡

· 内罐罐壁与内罐底板下方环形梁 304包复珍珠岩 混凝土4) 外罐底板下方、混凝土基础板上 均衡层5） 混凝土基础承台 钢筋混凝土623) 绝热材料62

6）内罐内附件

· 内梯与内部通道、平台

· LNG罐内液下泵泵柱（pump column）

· LNG罐内液下泵

· 液态烃喷淋管

7) 外罐附件

· 吹扫管

· 楼梯、操作平台、管道与设备支架

· 液下泵维修电动葫芦63 6）内罐内附件637） 控制与安全元件 （1）温度测量控制

· 外罐底 · 内罐底

· 内罐壁 · 罐内温度控制(2)压力控制

· 安全阀 · 真空阀(3)密度计(4)液位计8） 消防(1)火灾与可燃气体探测(2)水喷淋/水喷雾(3)干粉灭火647） 控制与安全元件646.1.2结构特点

1) 关于进出料口(1)LNG储罐

·A 应采用罐内液下泵、上进上出

·B 容量小的储罐，也有采用罐外泵上进下 出料方式(2)液态乙烯

·按储量大小，采用上述A或B方式

2) 结构上应考虑各个构件的温差补偿

3) 管口布置

· 尽可能全部布置在罐顶656.1.2结构特点6566666767

7 防火要求及布置

7.1LNG储罐的遵循规范 优先次序可为 NFPA59A -GB50183 -GB501607.2液态烃储罐的遵循规范

GB5016068 7 防火要求及布置688 国内目前LNG低温储罐的技术水平8.1 引进情况 液化天然气的常压低温储存技术，目前仅掌握在少数几个发达国家的专业公司中。国内众多的液态烃如低温乙烯、丙烯和LNG的储存系统与储罐，几乎全部依赖于引进技术，常压低温储罐即我们通常称之谓“冷罐”，目前全部采用了引进详细工程设计文件与图纸。 LNG的储存，国内已建成的仅2座，一座是新疆广汇的30,000m3LNG储罐(单包容)，一座是上海LNG调峰站的20,000m3LNG储罐(全包容)，分别从德国Tractebel和法国SofreGaz公司。698 国内目前LNG低温储罐的技术水平698.2 国内目前掌握的LNG储存技术，

1) 采用了基于压力容器为基础的所谓“子母罐”的储存 技术，不能形成规模储存。“子罐”采用1MPaG的 设计压力，容积大致在100m3~250m3左右，若 干个子罐并联起来，外面加上一个大罐“母罐”罩住 全部子罐，子罐与母罐之间空间全部充以膨胀珍 珠岩进行绝热保冷。中原濮阳的15万方/d的LNG 液化装置，贮存容积1200m3，即采用了子母罐 储存技术，其中200m3的子罐即需6台。

2)常压低温双壁金属内拱顶储罐

(1)储存LN2,LO2,可达2000m3. (2)拟设计用于LNG,容积3500m3.708.2 国内目前掌握的LNG储存技术，708.3国外情况

1)LNG全包容储罐容量已达200,000m3

国内几个大型LNG接收终端LNG储罐几乎 全部为160,000m3容积

(国内在建的低温液态乙烯罐,最大为80,000m3)2)从抗风险角度考虑,外罐多采用预应力混凝土 地下式储罐

3)计算技术进一步发展

○ 地震计算OBE,SSE ○ 事故蒸气云模型计算,周边热辐射计算

4)膜式储罐技术

5)9Ni钢

718.3国外情况71海南海然,1750m3LNG子母罐2台,72海南海然,1750m3LNG子母罐2台,72北海新奥,LNG子母罐73北海新奥,LNG子母罐73上海浦东5号沟20000m3全包容LNG储罐74上海浦东5号沟20000m3全包容LNG储罐74D:\广汇\最终初步设计\6附图附表\2总图\xj-pl-07.18.dwg75D:\广汇\最终初步设计\6附图附表\2总图\xj-pl-0内容1 基础知识2 常压低温储存储罐的主要相关标准与分类3 低温储罐的设计条件4 设计载荷5低温储罐的材料6 结构简介7 防火要求及布置76内容1 基础知识11 基础知识1.1低温储存储罐的概念 一般可以定义为在环境温度下，常压、低温储存液态烃的储罐，或者GB50160-92（1999版）石油化工企业设计防火规范所划分的称之为全冷冻式液化烃储罐，通常也俗称为“冷罐”，其特征是储存压力为常压、储存温度在液化烃的沸点以下。771 基础知识1.1低温储存储罐的概念21.2常压与低温的一般界限

1) 常压 ~15kPaG(一般) (有一种真空绝热的双壁金属储罐,设计压力在0.1MPaG以上,其储存温度比常压下的液化烃沸点略高,按GB50180-92定义，可以称之为半冷冻式液化烃储罐，按NFPA59A定义，属于ASME压力容器规范控制的容器范畴。这次 讲课，不包括此内容。)781.2常压与低温的一般界限32)低温 几种液态烃常压的沸点低温储存物料沸点（@760mmHg）0C1甲烷-161.52乙烷-88.33乙烯-103.94丙烷-42.175丙烯-47.76正/异丁烷-0.5/-11.737LNG~-162792)低温 几种液态烃常压的沸点低温储存物料沸点（@1.3几种液态烃的其他重要物理性质低温储存物料临界温度0C临界压力MPaA爆炸极限V%1甲烷-82.14.545.3/142乙烷32.274.733.2/12.53乙烯9.99.93.05/28.64丙烷96.814.122.4/9.55丙烯91.894.452.0/116正/异丁烷152.01/134.9858.12/58.121.6/8.57LNG~82*~4.53*5.3/14*801.3几种液态烃的其他重要物理性质低温临界温度临界压力爆炸1.4几种性质定义1)临界温度某种气体，当气体超过一定温度时，无论加 多大压力都不能使其液化，这一温度称为该气 体的临界温度。2）临界压力在某气体的临界温度时，给气体加压使其液 化所需的最低压力，称为该气体的临界压力。811.4几种性质定义63)爆炸极限可燃气体，无空气参与就不会燃烧。即使有空气而不在与空气的混合比例范围之内也不会引起燃烧。将能引起燃烧的混合比例范围，用燃烧气体与空气的体积百分比%表示称为燃烧范围。在燃烧范围内引起爆炸的范围称为爆炸范围。燃烧范围与爆炸范围几乎相同。

A可燃气体在空气中刚刚维持火焰蔓延的最低 浓度称为气体的爆炸下限。

B可燃气体在空气中足以使火焰蔓延的最高 浓度称为气体的爆炸上限。823)爆炸极限71.5液态烃的火灾危险性分类

1)液态烃的气化气体 属可燃气体，上表所列的液态烃由于空气混合物的辨证下限均<10%,因此属甲类可燃气体。

2)液态烃上表所列液态烃，由于其在150C时 的饱和蒸气压均>0.1MPa,因此属 于甲A类.

3)火灾危险性分类类别，是工厂布置、 建筑等防火设计的主要依据。831.5液态烃的火灾危险性分类8常压低温储存储罐的

主要相关标准与分类2.1标准1)API620_1996, 大型、低压焊接储罐设计与建造标准 （DesignandConstructionLarge, Welded,Low-PressureStorage Tanks.）

API620_1996（附录Q）， 液态烃气体低压储存储罐 （Low-PressureStorageTanksfor LiquefiedHydrocarbonGases）84常压低温储存储罐的

主要相关标准与分类2.1标准92) BS7777_1997, 立式平底圆筒型低温储罐标准 （Flat-bottomed,vertical,cylindrical storagetanksforlowtemperature service）3) NFPA59A_2001, 液化天然气（LNG）生产、储存、装卸标准（StandardfortheProduction,Storage andHandlingLiquefiedNaturalGas (LNG)4) GB50160_92(1999年版) 石油化工企业设计防火规范5）GB50183_2004 石油天然气工程设计防火规范852) BS7777_1997, 102.2主要标准规范简介1)API620_1996，附录Q是目前低温储罐的材料、设计与建造的标准依据，国内尚无相应标准。适用于单壁保冷与双壁的冷冻罐。温度适用于-51~-1680C（-60~-2700F）范围，可满足LNG、液态乙烯等上述 液态烃的设计要求。862.2主要标准规范简介112）BS7777_1997，标准由三部分组成：（1）第1部分 设计、建造、安装与操作一般准则 （Part1，Guidetogeneral provisionsapplyingfordesign, construction,installationand operation）.（2）第2部分 储存温度-1650C以上液化气的单包容、双包 容和全包容金属储罐的设计与建造规定 （Part2,Specificationforthedesignand constructionofsingle,doubleandfull containmentmetaltanksforthe storageofliquefiedgasat temperaturesdownto-1650C.872）BS7777_1997，12（3）第3部分 预应力混凝土与钢筋混凝土储罐及其基础的设 计与建造推荐性规定；以及储罐绝热、寸里与 储罐涂层的设计与安装推荐性规定 （Part3,Recommendationforthedesign andconstructionofpre-stressedand reinforcedconcretetanksandtank foundations,andforthedesignand installationoftankinsulation,tank linersandtankcoatings）

是目前常压低温液态烃储罐分类的主要依据标准比API620附录Q与NFPA59A更具体化88（3）第3部分133）NFPA59A_2001是世界上LNG液化、储存与装卸工程设计中应用最广，最全面并最有权威性的一部防火设计规范。1971年初版，已经有35年历史，目前已经第8

版，2006版也即将发布。国内所建LNG基地生产型装置、LNG调峰站，大型LNG接收终端均以该标准作为设计的主导标准。主要内容有：893）NFPA59A_200114- 绪论 - LNG站场的厂址选择和布置 - 工艺设备 - 固定式LNG储罐 - 气化设备 - 配管系统及部件 - 仪表与电气设施 - LNG与冷剂的输送 - 防火、安全与保安 - 采用固定式ASME储罐的补充规定 - 操作、维护与人员培训90- 绪论154） GB50160_92(1999年版) 是国内石油化工工程设计防火最主要的规范，5） GB50183_2004 随着国内天然气工业的发展与大型LNG接收 终端的建设，原来的GB50183未 包括LNG 液化天然气站，2004版增加了第10章液化天 然气站场，原则上引用了NFPA59A。91162.3 常压低温储存储罐的分类2.3.1 按储罐的基础板标高对建造的地面标高 区分 1) 地上式 可分为两种:基础平板(Slab)贴地式和 基础平板架空式 2) 地下式 可分为半地下式与地下式922.3 常压低温储存储罐的分3.2 按储罐的主要建造材料区分

1) 钢板金属(MetalSheet) 外罐与内罐主要构件均采用金属钢板制 造

2) 混凝土(Concrete) 一般外罐筒体采用预应力混凝土加外罐 内壁金属薄板寸里，拱顶采用钢筋混凝 土加内壁寸里。内罐采用与介质低温 相适应的金属板材制造。

3) 薄膜式(Membrane) 0.7~1.2mm的35Ni钢薄板贴于硬绝热 材料上,设计、建造难度计极高，也用于 LNG运输船上，世界上掌握该技术的国 家为数不多。952.3.2 按储罐的主要建造材料区分2096219722982399242.3.3 按对介质的拦截程度区分 (以LNG储存为例)1) 单包容储罐(SingleContainment)

内罐储存低温液体，外罐只是承担保存 绝热材料的功能。内罐如果破裂，对低 温液体与气相物料均不能截留，内罐万 一破裂，流出的低温液体将由设置在储 罐周围的防油堤进行截留控制，气相物 料则扩散至大气。1002.3.3 按对介质的拦截程度区分25单包容储罐101单包容储罐262） 双包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐破裂后流出的低温液 体，但对气相物料不能截留，气相物料扩散至 大气。储罐外可不设防油堤。10227双包容储罐103双包容储罐283) 全包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐流出的低温液体和气相 物料，因此内罐如果破裂，对气液两相均可由 外罐截留。储罐外可不设防油堤。10429全包容储罐105全包容储罐302.3.4 BS7777的分类举例 2.3.4.1 单包容储罐 见图4-A、B、C、D 2.3.4.2 双包容罐 见图5-A、B、C 2.3.4.3 全包容罐 见图6-A、B、C1062.3.4 BS7777的分类举例31图4单包容罐107图4单包容罐32图5双包容罐108图5双包容罐33图6全包容罐109图6全包容罐343 低温储罐的设计条件3.1设计单位或承包商与业主之间需沟通的基本条件 1） 储罐建造的地点 2) 确定储罐类型 3) 储罐的直径、高度或容积 4） 外罐的直径与高度 5） 基础的类型与基础底板的加热方式 6） 储罐的合同范围与交接 7） 对所确定的储罐类型，确定设计的载荷与条件 8） 有关储存介质的性质，包括密度、温度、腐蚀 裕度以及允许的蒸发量（BOGrate） 9） 内罐的设计正压与负压值，以及外罐或外罐壁 的设计值。1103 低温储罐的设计条件3.1设计单位或承包商与业主之间需

10）储罐的最低与最高设计金属壁温 11）在储罐寿命期内以及水压试验时，预期 的基础最大总的沉降量与差异沉降量 12）所有要安装的附件、平台与楼梯的尺 寸、数量、形式与布置位置。 13）储存介质的最大充装与送出速率，以及 其他排气的配置。 14）水压试验所需用水量111 363.2设计单位或承包商与业主之间可选择而由设 计单位或承包商提供的其他条件 1) 周边可能发生所影响的爆炸强度与仃留时间. 2) 上空飞行物的重量与速度. 3) 内罐突然事故造成的冲击载荷.4)地震载荷条件,包括静力分析与动力分析. NFPA59A中的抗震设计，对LNG储存储罐 引入了OBE及SSE概念.

○

不影响操作的基本地震[OperatingBasis Earthquake(OBE)] OBE发生时和之后,LNG储罐的构筑物与系 统, 仍可维持操作。

○

安全仃车地震[SafeShutdown Earthquake(SSE)] SSE发生时和之后，储罐所包容的容量没有 损失，且能保持储罐的性能。1123.2设计单位或承包商与业主之间可选择而由设 计单位或 5）防止罐内液体翻滚（RollOver）的措施 ○ 翻滚（RollOver）现象 由于进料密度的差异，或随着外界热量 不断由外向内的传递，当储罐内某一区 域的大块团液体温度与周围发生一定差 异时，温度较高的‘大块团’液体由于密 度较高而发生向上串升，温度较低的液 体则迅速填补‘大块团’液体，此时就发 生所谓的翻滚（RollOver）现象。此 现象会造成液位表面的液体迅速蒸发， 蒸发率的剧增会造成泄压装置的超负荷 而来不及排放，储罐压力会超过设计压 力而造成危险。 ○ 防止的一般措施有： 设置密度计，监视不同液位密度， 两种进料方式，上部与下部进料，113 5）防止罐内液体翻滚（RollOver）的措施38 6）在内外罐之间的环形空间设置液体泄漏探测与 排除设施。3.3 储罐类型的选择准则 3.3.1 不设限制的控制项

1) 地震

2) 风、雪、气候条件

3）来自工厂以外的危险 3.3.2 需设限制的控制项

1) 厂内飞行物

2) 厂内爆炸的压力波

3) 维修时的危险性防止

4) 临近储罐或工厂的火灾114 6）在内外罐之间的环形空间设置液体泄漏探测与 排除设施。3

5) 满载后液体溢出

6) 工艺超压

7) 翻滚

8) 主要金属材料失效,如脆性断裂

9) 金属材料部分事故,如泄漏

10) 材料疲劳

11) 腐蚀

12) 与罐底、罐体或罐顶相连接的配管失效

13）储罐基础情况115 403.3.3必须控制项

1) 临近的其他工厂

2) 工厂内与储罐临近的控制室、办公室与其他 建筑物

3）工厂外的临近的居民区

4）国家与当地主管部门要求

5）规范要求1163.3.3必须控制项414 设计载荷4.1 正常载荷4.1.1静载荷

1) 储罐自重

2) 绝热材料重量

3) 罐顶重量

4) 悬顶重量(当采用此种结构时),包括绝热材 料与支承结构重量

5) 附属件重量,如管道、阀门、平台、通道、 楼梯等

6）混凝土基础重量

7）混凝土罐壁重量(当采用此种结构时)1174 设计载荷4.1 正常载荷424.1.2外载荷 1)一般载荷○固定式罐顶均布载荷1.2kN/m2(~120kg/m2)○罐顶集中载荷, 任意位置的300x300mm面积上5kN(~500kg)○罐顶操作平台、通道作用于罐顶上的均布载荷 2.4kN(~250kg)

上述一般载荷已计入了雪载荷与罐内负压载荷， 含义是可以不再计入雪载荷与罐内负压载荷。○悬顶的最小均布载荷 1.0kN/m2(~100kg/m2)

此载荷可以作为临时载荷，也可以作为永久载 荷，载荷最终会作用到罐顶上。1184.1.2外载荷432)雪载荷 ○不需另行考虑，已经包括在上述1)中。3）内部负压

○除固定罐顶以外的储罐构件 -6mbar.G(0.6kPa.G)

○固定罐顶,只需按1)规定载荷设计4)绝热材料施加的压力载荷 ○对松散型绝热材料(膨胀珍珠岩),会对内罐、外罐 壁施加压力。 在内罐、外罐壁环形空间的松散型绝热材料(膨胀 珍珠岩)，作用于内罐的载荷为外压，作用于外罐 的载荷为内压。 ○可以采用弹力棉毯（ResilientBlankets）贴附于 内罐外壁，降低对内罐壁的外压作用力。1192)雪载荷445） 内压载荷 ○ 内压确定首先是根据设计要求。 ○ 对悬顶式双壁储罐，注意内压作用于内罐，也 作用于外罐。 ○ 内压会由于液体的气化压力或吹扫气体压力引 起。 ○ 内压一般按不大于140mbarG（14kPaG） 设计6） 地震载荷 ○ 计算储罐整个使用寿命期（包括施工、水压试 验、投料试运转及操作）内、预期的包括储罐 及其基础在内的总沉降和差异沉降的控制值。 ○ 差异沉降控制值(见下表):1205） 内压载荷45沉降类型差异沉降举例1储罐的倾斜沉降1/500高度20m时，4cm2储罐底部基板，中心至圆周的半径方向1/300直径30m时，半径方向5cm3沿圆周方向的沉降1/500，但不超过总沉降量直径30m时，沿圆周任意两点，6cm121沉降类型差异沉降举例1储罐的倾斜沉降1/500高度20m时， ○ 总沉降值控制，以不危及与储罐相连 接的配管、阀门、支架、平台、楼梯 等所有附件的安全操作为原则。 ○ 当储罐为引进设计时，外方的要求可 能会比上述数据高，例如对总沉降量 控制在2cm。7） 外力载荷 ○ 配管、阀门及其他附件施加于罐体、 罐顶及罐底的外力。例如重量及弯 矩。122 ○ 总沉降值控制，以不危及与储罐相连 接的配管、阀4.1.7储存液体载荷1) 内罐 ○ 按最低设计温度时的液体密度计算储存 液体的载荷。 ○ 储存液体的最高液体液面标高，应在内 罐筒体顶面标高0.5m以下。2) 外罐 ○ 对双包容与全包容罐，外罐按内罐储存 液体的最低设计温度时的液体密度及储 存容积，计算其液面高度来计算液体载 荷。3) 外包储罐 ○ 指单包容储罐的外罐，不需计算按储存 液体的载荷，但要计算绝热材料施加的 载荷、吹扫气体或储存液体气化气体的 压力。1234.1.7储存液体载荷484.1.4风载荷

1) 钢制储罐

○ 按50年一遇、3sec瞬时风速计算2) 混凝土储罐

○ 直径50m以下，按5sec瞬时风速计算

○ 直径50m以上，按15sec瞬时风速计算

以上是BS规定，国内尚无低温储罐的风载荷计算规定，可参照国内其他规范和国外标准经分析后作为设计数据。124494.1.5 水压与气压试验载荷

1) 内罐充水高度，按相当于充装液体最高液位以密度折算成水的高度进行试验。

2) 钢制外罐的充水高度，按内罐储存的最高液位时的液体容积，计算包括内罐在内的容积，得出的液位高度再以液体与水的密度比，折算成水的高度。因此对充水高度而言，外罐充水高度必然低于内罐充水高度。

3)预应力混凝土与钢筋混凝土外罐，不需进行水压试验。

4)单包容储罐的外包式外罐，其储罐壁的计算，可按4.1.5,2)进行强度计算，但不需水压试验。

5)内罐罐顶、以及外罐罐顶与罐体，进行气压试验。125504.1.6二次引发载荷

1) 热应力载荷 由于温差引起热胀冷缩构件的位移产生 的载荷。

2) 冷凝液产生的载荷 液体蒸发，在悬挂吊顶上方产生的冷凝 液，积聚于吊顶上凝液会增加吊顶的受 力。1264.1.6二次引发载荷515低温储罐的材料5.1 金属材料5.1.1 储罐分类型与一般适用储存的低温液体 1) BS的低温材料分级分级钢材类型钢板纵向V形缺口试验1TypeI正火碳锰钢27J,-500C2TypeII改善冲击韧性的碳锰钢27J,-500C-ΔT*3TypeIII低镍钢27J,-500C-ΔT*4TypeIV9Ni%钢35J,-1960C5TypeV改良9Ni%钢100J,-1960C6TypeVI奥氏体不锈钢(*ΔT是对过渡热影响区的温度要求)1275低温储罐的材料5.1 金属材料分级钢材类型钢板纵向2)与BS低温材料分级对应的典型应用储存液体单包容储罐双/全包容储罐典型液体储存温度1丁烷TypeIITypeI-100C2液氨TypeIITypeI-350C3丙烷/丙烯TypeIIITypeII-500C4乙烷/乙烯TypeIVTypeIV-1050C5LNGTypeV或VITypeIV-1650C1282)与BS低温材料分级对应的典型应用储存液体单双/全典3) API620附录Q的材料规定 ◎ 储罐材料的选择原则是先将储罐的组成 构件划分为主要构件和次要构件。 ○ 主要构件： 主要构件指储罐的一些部件，与低温液 体相接触，所受应力达到一定程度后引 起的破坏会造成低温液体的泄漏的那些 部件。

-与冷冻低温液体相接触

-低温液体温度范围为 -51~-1680C （-60~-2700F）

-构件的失效会造成液体的泄漏1293) API620附录Q的材料规定54-主要构件有： 罐体板、 罐底板、 罐顶板、 过渡板、 压缩环(承压环)、 罐体加强圈、 通道 接管，包括加强圈 储罐地脚锚件 配管（内） 锻件 螺栓紧固件-当罐顶板、过渡板、压缩环、通道、接管及其加强圈等主要构件经受大气温度时，可按次要构件选择材料。130-主要构件有：55○ 次要构件 次要构件指储罐的一些部件，与低温液体相接 触，所受应力达到一定程度后引起的破坏不会 造成低温液体的泄漏的那些部件。与液体的气 相蒸气接触的部件，其设计金属温度一般取 -510C（-600F）以上。131○ 次要构件56

4）API620附录Q所推荐的主要构件材料(部分)板及构件管道锻件螺栓连接1A353A333,Gr.8A522-2A553，Type1A334,Gr.8-3A6454A240,Type304A213,Gr.TP304A182Gr.F304A320Gr.B8,B8C,B8M,B8T5A240,Type304LA213,Gr.TP304LA182Gr.F304L132 4）API620附录Q所推荐的主要构件材料(部分)板及构· SA353，9Ni%钢，正火+回火，-1950C· SA553，TypeI 9Ni%钢,淬火+回火 -1950C TypeII 9Ni%钢,淬火+回火 -1700C· SA645，5Ni%钢，特殊处理，-1700C133· SA353，9Ni%钢，正火+回火，-1950C585.2 金属材料选用举例5.2.