第三章 液化天然气的储运

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液化天然气利用技术

第三章液化天然气的储运储运工程系李玉星王武昌2目录一、液化天然气储罐(槽)二、LNG船三、液化天然气槽车3

在液化天然气LNG工业链中，LNG的储存和运输是两个上要环节。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。45按围护结构的隔热分类

1)真空粉末隔热。常见于小型LNG储罐。

2)正压堆积隔热。广泛应用于大中型LNG储罐和储槽。

3)高真空多层隔热；很少采用，限用于小型LNG储罐。6按储容(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KKK公司建造的5000m3储罐。7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隔热。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。8910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，有利于获得最佳的隔热保温效果；3)球罐的球形持性具有最佳的耐内外用力性能。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。11球罐的使用范围为200～1500m3，工作压力为0.2～1.0MPa。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，这时制造的最大困难是外罐而非内罐。12

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15OOm。LNG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O．42MPa，设计温度一196℃，公称体积1500m。，球壳直径142O0mm，球壳材料选用ocr18Ni9板，名义厚度14mm。132)圆柱形罐(槽)，广泛用于各种容量的储罐和储槽。14按耀(槽)的放置分类地上型：地下型：半地下型、地下型、地下坑型

15地下储罐16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，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。17地上罐18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台金。192)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。1、LNG储罐介绍－单容罐单容TANK—早期、价格低、工期短，占60%。罐间距大、外界火灾影响大按罐(槽)的围护结构分类2、LNG储罐介绍－双容罐双容TANK—单容+预应力混凝土外罐事故下可储存液体，但不储存气体3、LNG储罐介绍－全容罐全容TANK—外罐既可容纳液体，也可容纳气体全容TANK具有本质安全型，周围火灾的影响大大减小混凝土顶全容TANK的特点：大大减小外部撞击、飞弹对罐的威胁此类罐的消防可不需要覆盖整个罐顶的喷淋混凝土顶TANK可以设计更高的内压，减少BOG的量，减少了操作费用。而且由于此压力高于LNG船舱压，BOG返回船舱不需要增压机，减少了设备投资和操作费。但工期比单容、双容长4、LNG储罐介绍－薄膜罐薄膜TANK—类似全容TANK，没有公认的标准只有单壁受力支撑有少量的LNG泄漏有更多的BOG多用于地下罐，有利于降低视角污染费用更高、工期更长欧洲过去10年多用全容，日、韩多用薄膜TANK全容可按BS7777建造，而薄膜TANK只有各家专利薄膜罐和全容罐的区别最早的LNG储罐－1940美国俄亥俄州1944年有一LNG储罐破裂，128人死亡，3.5%Ni钢改为9%Ni钢、铝合金、不锈钢1978年一15万方的LNG罐（单容）发生事故，从此SHELL全部采用全容，LNG储罐的开口全部在罐顶自1978年以后，没有大的事故发生LNG储罐已超过420座，总容量超过3000万方60%单容，但总容量小于全容LNG储罐已超过8000罐年的安全记录5、LNG储罐的发展史28292、液化天然气储罐(槽)立式LNG储罐3031100m3储罐参数℃32立式LNG子母型储槽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；子罐通常为立式园筒形，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。隔热方式为粉末(珠光砂)堆积隔热。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3～7只，因此可以纽建300—1250m3的大型储槽。3334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。35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以上保温性能与真空粉末隔热球罐相比较差。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300～1000m3；工作压力为0.2~1.0MPa范围。36国产立式600m3LNG子母型贮罐外罐：16MnR；Φ13000×17444，操作温度40℃；操作压力3kPa；内罐：0Cr18Ni9，Φ3200×14558，8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，并充保持N2保持内部处于正压状态。日蒸发率：≤0.3%16万方LNG储罐储罐内罐的低温钢：参数：9％Ni进口原因：目前国内太钢/南钢/鞍钢均可生产,太钢已经于2011年7月投用,进一步观察中。-储罐类型：全容混凝土罐-罐容:160,000(m3)

-设计压力：-1.5/29.0(KPaG)

-设计温度：-170/60(0C)

-结构尺寸：直径/高度:83.6/49.9(m)

-材料（内壳）:9Ni不锈钢板

38引进的第一代16万m3全容罐结构示意图1.结构组成框架地上全容罐罐壁罐顶罐底承台桩基础罐基础底层罐底二层罐底内罐底9Ni内罐TCPPC外罐保温吊顶钢顶混凝土顶保温罐底泡沫玻璃砖罐壁膨胀珍珠岩吊顶玻璃棉罐壁弹性玻璃棉罐底承压环梁2.罐基础桩基础—根据不同的地质情况，选择打桩方法。承台形式–-架高式和座地加热式架高式：承台架高保证地表最低温度>0度；建设投资高，运营操作成本低。座地加热式：防止冻土需要在承台内安装2套电加热设施（1用1备）；建造费用省且节约工期，但运营成本和维修风险高。桩基与承台的连接图3.罐底内罐底—9%Ni钢，搭接焊，与内罐壁连为一体；二层罐底–-9%Ni钢，与热拐角保护（TCP）连为一体；底层罐底–碳钢，与外罐内衬连为一体，最小厚度5mm铺设原则：先环后中，由中心向环边4.罐壁9%Ni钢内罐壁：盛装LNG冷液，9%Ni钢板3.5-4米宽，下厚上薄；环缝采用自动单面或双面，纵缝手工焊。热拐角保护（TCP)：9%Ni钢材质，防止内罐泄漏时储液外泄；最小厚度5mm，最小高度5m。外罐内衬：碳钢钢条板，防止蒸发气外泄，最小厚度3.5mm。PC外罐：预应力钢筋混凝土罐壁，起承重受力和防冲击作用压缩环：厚碳钢圈板，PC外罐与罐顶的连接(详图见下）5.罐顶混凝土罐顶：增加罐内压和保护作用，2次浇筑。钢顶：碳钢结构，最小厚度5mm，其防止蒸发气外泄作用。保温吊顶：9%Ni/AL/不锈钢，最小厚度3.5mm，开有4个气相压力平衡孔，上铺玻璃棉保温，起保温作用。6.保温吊顶玻璃棉：多层铺设，每层最大厚度150mm，最小密度11kg/m3。罐壁膨胀珍珠岩：现场发泡填充，密度48-66kg/m3，导热系数不超过0.044W/m/oKat0oC，含水量小与0.5%。罐壁弹性玻璃棉：减小膨胀珍珠岩对内罐壁的压力。罐底泡沫玻璃砖：至少2层，每块之间间距小于2mm，每层水平误差+/-3mm，玻璃砖操作条件下承压安全系数FS=3.0。承压环梁：承受内罐罐重，可不连续，内埋低温钢筋，推荐使用珍珠岩混凝土。典型全容罐结构图三、储罐材料罐结构材料和规范罐结构材料和规范内罐外罐罐壁9%nickel~EN10028-4GrX7Ni9/A553MTYPE1外罐内衬CS~S235J2G3/A516MGr.415罐壁加强筋9%nickel~EN10028-4GrX7Ni9/A553MTYPE1底层罐底CS~S235J2G3/A516MGr.415罐底9%nickel~EN10028-4GrX7Ni9/A553MTYPE1压缩环CS~S235J2G3/A516MGr.415罐底环圈9%nickel~EN10028-4GrX7Ni9/A553MTYPE1钢罐顶CS~S355J2G3/A516MGr.415吊顶SS~A240Type304/AL~ASTMB209罐顶梁架CS~S355J2G3/A36MMod.1吊杆SS~A479Type304二层罐底9%nickel~EN10028-4GrX7Ni9/A553MTYPE1土建施工材料热拐角保护9%nickel~EN10028-4GrX7Ni9/A553MTYPE1桩基础钢筋混凝土C35承台钢筋混凝土C30支撑CS~S235J2G3/A516MGr.415PC外罐预应力钢绞线19STRANDS管嘴套管SS~A312-TP304LPC外罐混凝土钢筋混凝土C40泵井SS~A312-TP304L罐顶钢筋混凝土C35法兰/螺栓SS/CS~B7/2H&B8/8四、储罐建造过程—STAGE1施工队进场和人员机具动员安装混凝土桩基表面地基处理安装填塞石和土工布层储罐建造过程—STAGE2安装承台基础钢筋浇筑承台边缘环板安装沉降监测设备和电加热设备（座地式）分块浇筑承台混凝土储罐建造过程—STAGE3混凝土壁浇筑3米高安装壁加强钢筋安装预应力钢绞线胀紧管混凝土表面开孔安装第一层滑模板第一层滑模浇筑硬化安装加强钢筋和第二层滑模板安装预埋件和壁面修补安装内部钢底防护栏准备表面混凝土浇筑提升模板储罐建造过程—STAGE4竖立钢顶和吊顶混凝土滑模板2升至罐壁顶点A安装钢筋束顶点A上安装局部拉力柱储罐建造过程—STAGE5建造罐钢顶梁架和压缩环碳钢顶拼装和安装吊顶碳钢罐顶管嘴、开口和螺栓等预制气顶升顶前关闭临时洞口储罐建造过程—STAGE6气顶碳钢罐顶和吊顶压缩环与钢罐顶焊接安装钢筋和浇灌混凝土到B点铺设底层罐底外圈将外罐内衬挂装在罐混凝土内壁铺设底层罐底安装TCP水平腱罐底外圈安装泡沫玻璃砖保温和二层9%Ni钢罐底制作内罐承压环梁穿拉A和B间的预应力钢绞线储罐建造过程—STAGE6（附图）储罐建造过程—STAGE7安装罐顶混凝土钢筋分两次浇筑罐顶混凝土储罐建造过程—STAGE8TCP和外罐壁间垫装泡沫玻璃安装9%Ni钢TCP铺设内罐承压环梁铺装罐底泡沫玻璃砖铺沙找平铺设第二层9%Ni钢底预应力罐壁柱浇筑储罐建造过程—STAGE8（附图）储罐建造过程—STAGE99%Ni内罐壁安装吊焊焊装罐顶平台安装罐顶走廊、平台和逃生通道安装罐顶吊装设备设计和安装外输管线储罐建造过程—STAGE9（附图）储罐建造过程—STAGE10内罐构件安装内罐水压试验外罐气压试验填装弹性玻璃棉安装罐内仪表关闭混凝土罐壁临时出口现场膨胀灌装珍珠岩铺装吊顶膨胀玻璃棉安装在线仪表穿拉外壁的预应力钢绞线储罐建造过程—STAGE11安装罐内泵和所有仪表附件氮气吹扫氮气置换预冷63A罐：正在进行第八层储罐墙体施工。（储罐EPC）作业内容总量单位已完成墙体钢筋1000吨779墙体预埋件259吨250墙体模板1040块728墙体混凝土浇筑7800立方5077B罐：正在进行第七层储罐墙体施工。作业内容总量单位已完成墙体钢筋1000吨618墙体预埋件259吨250墙体模板1040块624墙体混凝土浇筑7800立方4327（储罐EPC）C罐：正在进行第三层储罐墙体施工。作业内容总量单位已完成墙体钢筋1000吨219墙体预埋件259吨230墙体模板1040块150墙体混凝土浇筑7800立方1565（储罐EPC）67膜型固定式LNG储罐内部68LNG储罐内部观察装置6970观察到的LNG罐内液体层71卧式低温储罐72LNG储罐的增压原理图7374二、液化天然气船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日全球投入运营的液化天然气船突破300艘大关。2011年前全球还有89艘已经订购的液化天然气船要交付。75液化天然气船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隔热方式。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90年代前，在已建造的87艘LNG船中，以MOSS型和GTT型建造得最多，分别是总艘数的37.9％和28.7％。76777879MOSS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30～169mm之间。隔热采用300mm的多层聚苯乙烯板。80球型液舱（MossTank）特点独立于船体，不容易被损坏。液舱系统可以分开制造，使建造周期缩短。球形结构使液面晃动效应小。液舱可承受一定的压力（0.2MPa）。在卸货泵失灵情况下，用压力输送也有可能卸货。装卸阶段如发生紧急情况，随时都可离港。风阻面积比较大。

81球型液舱（MossTank）

82LNG船大型球罐的制造工艺流程。它由备料、分段焊接、组件合成及液罐总成四大阶段组成。83采用Moss型舱LNG船84GTT型LNG船薄膜型LNG船的开发者GazTansport和Technigaz已合并为GTT。故对该型船称为GTl型。薄膜围护系统的概念：该围护系统是内双层船壳、主薄膜、次薄膜和低温隔热所组成。薄膜内应力是出静应力、动应力和热应力三部分组成。85薄膜型液舱(Membranetank)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（0.7～1.2）mm的不锈钢或殷钢制作，殷钢是一种高镍合金，热膨胀系数非常低。86薄膜型液舱（Membranetank）

87GTTNO.96型LNG船88SPB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。8990薄膜型液舱(Membranetank)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（0.7～1.2）mm的不锈钢或殷钢制作，殷钢是一种高镍合金，热膨胀系数非常低。91薄膜型液舱（Membranetank）

92采用SPB舱的船93三种液舱的比较94总体布局总体布局既要保证液化流程的紧凑、高效，又要考虑火炬辐射对设备的影响、液化天然气储槽的安全性以及系泊系统、卸货系统的可靠性等诸多问题｡日本拥有建造液化天然气运输船的丰富经验，在此基础上，日本国家石油公司开发了采用MOSS储槽的浮式液化天然气生产装置--单点系泊方式｡基于安全性和可靠性的考虑，美孚石油公司开发了具有驳舱外形的浮式液化天然气生产装置：主体呈矩形，在混凝土主体外布置有四个互相联结的驳舱，从而加强了稳定性｡模型经海浪实验表明，驳舱的横摇在一般海况下小于1°，风暴中小于3°，百年一遇的澳大利亚西北海域台风情况下也不会超过6°，可以确保该装置在环境恶劣的海域进行生产作业｡95LNGFPSO布局要求充分利用系统的余热，整个生产过程不要采用明火加热器，提高热利用效率，降低二氧化碳泄漏，提高了装置的安全性｡拥有零配件仓库和维修站｡标准化的设备降低了对零配件和维修的要求，一旦出现故障，维修人员可立即进行维修，不再需要等待直升机运送零配件。压载系统:避免横摇和纵摇，这对液化天然气的卸货非常有利｡卸货作业完全避免了风向的影响｡9697典型LNG船的货舱分布9899100我国LNG船情况大鹏昊大鹏月大鹏星101102103104三、液化天然气槽车LNG槽车的隔热方式槽车采用合适的隔热力式，以确保高效、安全地运输。用于LNG槽车隔热主要有三种型式：真空粉末隔热；真空纤维隔热；高真空多层隔热。105高真空多层隔热与真空粉末隔热相比具有如下特点：1)高真空多层隔热的夹层厚度约为100mm，而真空粉末隔热的夹层厚度200mm以上。由此，对于相同容量级的外筒，高真空多层隔热槽车的内筒容积比真空粉末隔热槽车的内简容积大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，采用高真空多层隔热可以大大减少槽车的装备重量。3)采用高真空多层隔热，可以避免因槽车行驶所产生的振动，使隔热材料沉