LNG储存技术大全

第六章LNG储存技术液化天然气（LNG）技术第二节LNG储罐（槽）一、储罐型式分类按容量分类①小型储罐：容量5～50m3。②中型储罐：容量50～100m3。③大型储罐：容量100～1000m3。④大型储槽：容量1000～40000m3。⑤特大型储槽：容量40000～200000m3。按隔热分类①真空粉末隔热：常用于小型LNG储罐。②正压堆积隔热：广泛用于大中型储罐及储槽③高真空多层隔热：很少采用，用于小型LNG储罐。罐（槽）的形状分类①球形罐：一般用于中小型容量的储罐，某些大型LNG储槽也采用球型罐。②圆柱形罐（槽）：广泛用于各种容量的储罐和储槽。按罐（槽）的材料分类①双金属：内罐和外壳均采用金属材料，一般内罐采用耐低温的不锈钢或铝合金，外壳采用黑色金属，目前采用较多的是压力容器用钢。②预应力混凝土罐：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。③薄膜型：内筒采用厚度为0.8～1.2mm的36Ni钢。第二节LNG储罐（槽）二、常用小型储罐立式LNG储罐双金属壁结构，储存方式为带压储存，隔热方式主要采用真空粉末隔热。

LNG的理论计算日蒸发率为≦0.27%/d。流程包括:进、排液系统，进、排气系统，自增压系统，吹扫置换系统，仪表控制系统，抽真空系统，测满系统，安全系统等。

第二节LNG储罐（槽）图6.1100m3立式LNG储罐结构及流程示意图立式LNG子母型储罐

子母罐----三个以上。隔热方式为粉末（珠光砂）堆积隔热。第二节LNG储罐（槽）优点缺点依靠容器自身压力，可采用压力挤压的办法对外排液，而不需要输液泵排液，因此操作简单和可靠性提高。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隔热球罐相比较差。容器具备承压条件后，可采用常压储存方式，减少储存期间的排液损失。由于夹层厚度较厚，且子罐排列的原因，设备的外形尺寸较大。子母罐的制造安装较球罐容易实现，制造安装成本低。子母罐通常适用于300～1000m3，工作压力为0.2～1.0MPa范围。子母罐的优缺点第二节LNG储罐（槽）球形LNG储罐球罐的使用范围为200～1500m3，工作压力0.2～1.0MPa。容积超过1500m3，外罐的壁厚太厚，制造的最大困难是外罐。第二节LNG储罐（槽）优点缺点在相同容积条件下，球体具有最小的表面积，设备的净重最小。加工成形需要专用加工工具，加工精度难以保证。球体具有最小的表面积，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。现场组装技术难度大，质量难以保证。球罐的球形特性具有最佳的耐内外压力性能。球壳虽然净重最小，但成形时材料利用率最低。球形储罐的优缺点第二节LNG储罐（槽）第二节LNG储罐（槽）三、LNG大型储罐1.地上圆柱形储罐

地上圆柱形LNG储罐均为双层金属罐，一般采用含镍9%的合金钢，可分为单容积式、双容积式、全容积式、三重式和薄膜式。第二节LNG储罐（槽）图6.3单容罐的基本结构定义是：由内罐和外罐设计建造而成，仅要求内罐符合储存产品所需的低温延展性。外罐主要用于隔热层的稳固和保护，以及约束吹扫蒸汽的压力，而不用于储存意外从内罐泄漏的冷冻液体。自立式耐用低温钢（9%镍钢），外壁材料为碳钢，内外壁之间填充保温材料。在金属罐外加有混凝土围堰，用于防止在主容器发生事故时LNG外溢扩散，围堰的高度取决于罐容的大小和围堰距罐壁的距离等。该型式储罐造价最低，但安全性稍差，占地较大。（1）单容储罐

（2）.双容罐定义是：双容罐的内罐和外罐均设计建造为能够独立储存冷冻液体。为了使溢出液体达到最小泄漏，外罐或罐壁与内罐的距离不得超过6m。

双容罐内壁为9%镍钢，外壁材料可为9%镍钢或预应力混凝土，内外壁之间填充保温材料。由于当其内壁破裂时，外壁仍具有足够强度承担储罐的设计载重，所以考虑不设围堰。图6.4双容罐的基本结构第二节LNG储罐（槽）（3）.全容罐定义为：内、外罐均设计建造为能独立储存冷冻液体的罐。外罐或罐壁与内罐的距离应在1～2m之间。

全容罐内壁为含镍9%的合金钢、不锈钢薄膜(全容薄膜罐)或预应力混凝土，外壁为预应力混凝土。此类储罐在金属罐外有一带顶的全封闭混凝土外罐，金属罐泄漏的LNG只能在混凝土外罐内而不致于外泄。在以上三种地上式储罐中安全性最高，造价也最高，流行于欧美。图6.5全容罐的基本结构

第二节LNG储罐（槽）（4）.薄膜式储罐

薄膜式储罐的内罐为不锈钢薄膜，外罐为预应力混凝土，这种形式储罐的优点是内罐只起到“包容”LNG的作用，外罐承受LNG的压力。由于这种罐安全性能较好，且单罐容量可以很大（最大可达20万m3），目前在地上式储罐中应用最为广泛。

图6.7薄膜罐的基本结构第二节LNG储罐（槽）第二节LNG储罐（槽）（5）三重式储罐三重式储罐的主要内罐和第2层内罐皆为自立式耐低温钢（9%镍钢），最外层壁为碳钢或预应力混凝土，这种形式储罐最大的优点是当主要内罐破裂时，第2层内罐仍可发挥内罐的功能，而且罐体外壁仍不产生冻结现象。2.地下式储罐

图6.8地下式储罐第二节LNG储罐（槽）3.地下坑储罐在地下坑储罐的设计中，要完成一座大型混凝土挖掘，在内部安装全容罐或薄膜罐.地下罐设计中必须考虑土壤的稳定性，可通过载重型底板或排水来解决。图6.9地下坑储罐的基本结构

第二节LNG储罐（槽）第二节LNG储罐（槽）

4.大型储罐类型的比较（1）单容罐

单容积是历史上最早投入使用的罐。随着低温的材料，特别是镍钢冶金技术的进步、制造商的设计、安装和焊接工艺的提高，从60年代开始单容罐并未发生重大事故。优点：①低成本；②交货时间短。缺点：①低的(或缺乏)抵抗外部危险的能力；②一旦内罐发生泄漏，外罐肯定出故障；③终端站的面积非常大；④对于大直径储罐，全钢设计限制了操作压力达到相对较低的值。受限因素有锚和压缩环。⑤需要对外腐蚀采取保护。第二节LNG储罐（槽）（2）双容罐

双容罐就好比是单容罐主要缺点的一种补救，一旦内罐发生泄漏，将是完全损失。正因如此，需要设计二次容器储存液体。优点：①一旦内罐发生泄漏，安全程度增加了；②对外界危害安全程度增加了，尤其是混凝土或土壤覆盖罐壁的情况；③终端的设计更为紧凑。缺点：①费用比单容罐稍高；②交货时间较单容罐更长；③与单容罐同样的低操作压力限制；④除了罐壁被混凝土或土壤覆盖外，拱顶仍是金属的，因此易受外部危险的伤害。⑤和单罐一样需要对外部进行抗腐蚀保护，不过由于有次级罐，它的实现要比单罐复杂。双容罐的使用很受限，被大致相同费用但更有效的全容罐替代。第二节LNG储罐（槽）（3）全容罐安全水平进一步增加。作为储罐本身一部份的二次容器，和绝缘容器联合能保持或控制操作中气体和意外情况。优点：①一旦内罐发生泄漏，具有更高的安全等级；②如果采用混凝土罐壁和拱顶，操作压力可更高；③如果采用混凝土罐壁设计，对抗外部危险的安全水平增加；④由于罐与罐间的距离降到了最低，接收终端的设计更为紧凑。⑤如果钢筋混凝土覆盖层厚度足够且选择适当的水泥，就没有必要保护混凝土外表面。缺点：①成本和交货时间大致与双容罐相等，但比单容罐高。第二节LNG储罐（槽）（4）薄膜罐储气罐技术促成了薄膜罐的使用。优点：从操作观点来看，薄膜罐比全容罐更灵活，因为储罐冷却下来时没有温度梯度约束。设计较全容罐的费用稍微低一些，差距随着容积的增大而增大。缺点：在风险分析中，薄膜罐的安全等级比全容罐稍微低一些；薄膜罐蒸发率通常比自支撑内罐设计更高；内容单容罐双容罐（混凝土外壁）双容罐（金属外壁）全容罐（混凝土顶）全容罐（金属顶）安全性中高高高中占地多中中少中技术可靠性高高高高高结构完整性低高中高高投资（罐及相关设备）低中高中低操作费用中中中高中施工周期长中中短中施工难易度高中中中中各种类型的LNG储罐选型比较第二节LNG储罐（槽）第二节LNG储罐（槽）（5）地下罐优点：①接收终端设计紧凑；②地下不需要高的结构，仅需留出拱顶的水平海拔高度；③LNG不易发生泄漏；④安全距离最短；⑤由于储罐进口喷嘴比地上罐的更低，运输船卸船就更为容易。缺点：①与全容罐相比，价格增加的更多；②建造时间增加8～16个月；③土壤稳定性不易获取，所有解决措施均有缺点。④如果土壤冻结，储罐的退役就非常棘手，因为在未冻结时土壤破坏就已经发生了；⑤不可能进行混凝土的外部检查。第二节LNG储罐（槽）（6）地下坑储罐优点：①采用具有最小安全距离的紧凑设计；②在灾难性情况下LNG泄漏也不会发生；③避免高结构设计，运输船卸船更容易。缺点：①成本高；②交货时间周期在1～1.5年，比全容罐长；③仍然存在稳定性问题，但土壤冻结不可适用，仅能使用载重型底板或者排水设备。第二节LNG储罐（槽）（7）注意事项1）高空底板地上型储罐，底板可直接放在地上，或升高约1.5～2m。底板升高，下表面能可视检查，很容易检测出沉降，绝热故障。不需要底板加热.图6.10地上型储罐底板第二节LNG储罐（槽）2）拱顶上的喷嘴规范允许经过壳体安装旁喷嘴甚至底部喷嘴，过去许多储罐上都安装有。然而，特别是大型储罐上，喷嘴被认为是虚弱点，有可能是失效的根源。浸没于罐内的泵已得到发展，现在已完全可靠，允许跨越拱顶的所有连接点。3）水压试验自身具有支撑内罐的储罐（比如单容罐、双容罐和全容罐）都应该进行水压试验。主要准则（BS7777和API620）规定了全水压试验，水位为设计产品水位的最大位置。一些情况下，API620设计了局部水压试验。EN1473也允许局部水压试验。

第二节LNG储罐（槽）4）成本与交货时间的比较

综上所述：对于1000m3及以下的LNG储罐可以采用立式LNG储罐、立式LNG子母型储罐、球型LNG储罐等形式的储罐。

对于1000m3以上的LNG储罐推荐进一步以混凝土拱顶全容罐为基础进行研究，并且将薄膜罐作为备用方案。四、LNG储罐技术要求1.LNG储罐材料选择

适宜建造LNG储罐的材料有镍钢、铝合金、珠光体不锈钢。9%镍钢的强度高，热膨胀系数小，至今是建造LNG储罐用得最多的材料。除以上几种材料外，国外还有采用36%镍钢作LNG储罐材料的。第二节LNG储罐（槽）2.LNG储罐的保温方法用于低温绝热的绝热方法通常分为普通绝热和真空绝热两大类。绝热材料的选择要求：1）导热系数小、密度小、孔隙率大；2）吸湿性小，吸附气体性能好；3）热膨胀系数小，机械强度高，经久耐用；4）耐火性强，在使用温度下不分解，化学性质稳定；5）能保持固定的几何形状和尺寸，便于加工和施工；6）价格低廉，易于获得和便于运输。

第二节LNG储罐（槽）第三节

LNG储罐的安全

一、储罐的布置1.LNG储罐间的距离储罐容量（水容积）/m3从围堰边缘到边界线的最短距离/m储罐之间的最短距离/m3.8～7.64.61.57.6～56.87.61.556.8～114151.5114～26523相邻储罐直径总和的1/4（最小1.5m）>265储罐直径的0.70倍，但不小于31m储罐与边界和储罐之间的距离

第三节

LNG储罐的安全2.溢出与漏泄的控制在考虑LNG储罐的规划时，应充分考虑到储存和装卸LNG时，如果发生意外情况，LNG有可能泄漏或溢出。对于小型LNG储罐，常见方法是在储槽周围设置屏障。对于有可能产生漏泄的阀门、接头处则须设置挡板，防止LNG的喷射；下方要设置集液盘，收集漏泄的LNG，并通过排液管引入蓄液坑。对于大型LNG储罐，更好的方法是将储罐建在地下，使储罐内最高液面低于地平面。堤堰、护墙或蓄液坑的蓄液能力，主要根据储槽最大容量来考虑。同时还应充分考虑到在冬季由于积雪或其它因素的影响，使蓄液能力留有一定的裕度。蓄液能力应大于储罐满载时LNG的总体积。第三节

LNG储罐的安全3.堤堰、蓄液坑内LNG液面上方的蒸汽控制

为防止LNG泄漏时蒸汽浓度太高引发爆炸，必须设法降低LNG的气化速度，同时要设法加快蒸汽弥散的速度。降低LNG气化速度方法：热导率比较小的材料来建造堤堰、护墙或蓄液坑，甚至可以在堤堰、护墙或蓄液坑与LNG接触的表面采用绝热材料进行隔热；在LNG的自由表面抛置一些密度低、热容量小的材料，使其浮在液体表面上，以减少液体表面直接与空气接触的面积。4.LNG储罐及管路系统的净化

储罐和管路系统在首次充注LNG之前，或储罐需要进行内部检修停止使用以后，需要对储罐进行净化处理。

净化的目的：要用惰性气体将储罐内和管路系统中的空气或天然气置换出来，避免形成天然气与空气的混合物，首次充注之前，储罐内的含氧量必须按照有关要求使之低于燃烧限。这种净化处理也称“惰化”。惰化用的气体通常采用氮气或二氧化碳，氮气可以通过空气低温液化分离或变压吸附等方法制取。第三节

LNG储罐的安全5.LNG储罐的允许充注量

通常，LNG储罐设计有一个最高液位限，控制储罐内的液位不得超过此限，液位一旦超过最高液位限，液体将从溢出管排出，这是不希望出现的情况。因此，在充注LNG时，应考虑到液体受热后的体积将会膨胀而出现液位超高的情况

右图是美国NFPA59A标准给出了确定LNG充注量的图表操作人员可根据储罐排放阀设定的工作压力和充注时气相空间的压力来确定允许的实际充注量。图6.11LNG储罐的允许充注量第三节

LNG储罐的安全6.防止LNG在储罐内分层措施①要求被充注的液体的热物性与储罐中原有的液体接近；②通常要求储罐的进液系统既有顶部进液管，又有底部进液管，将密度较大的液体输送至液面，密度较小的液体输送至底部。7.储罐压力控制措施①LNG储罐应具有罐内压力的控制装置，使罐内的压力在允许范围之内；②储罐还必须有足够的压力安全阀和真空安全阀；③LNG储罐的压力安全阀和真空安全阀与罐体之间还需设置有一个手动开关的截止阀，以便安全阀的检修。安全排气装置还应充分考虑在火灾情况下如何进行安全排放；④对于双层壁结构的储罐，为了防止内罐损坏时LNG漏泄至内外罐之间的绝热空间，外罐也必须设置有足够的安全排气装置。排气通道的截面积需要根据储罐容量来确定，NFPA59A规定不得少于0.1cm2/kg，但不超过2000cm2；⑤外罐安全排放装置的工作压力，不得超过外罐的设计内压和内罐的设计外压中的任何一个压力。第四节储罐吹扫和预冷一、储罐吹扫和预冷目的假如直接用LNG进行置换，可能会造成内罐内部分位置的温度低于它的设计值，再加上由于有部分LNG闪蒸出来的闪蒸气的原因，会造成罐内局部天然气的压力过低。而用它的蒸发气进行置换可以避免上述情况的发生。用蒸发气进行置换的第二个好处就是可以降低罐内蒸发气的含氮量，在很多情况下组分的含氮量过高会降低设备的性能。在对储罐的进行冷却过程中，可以通过控制降低储罐内部环境的温度方法，来降低内罐组成部件的温度。一但储罐冷却到操作温度，就开始着手对最初的产品进行装罐。第四节储罐吹扫和预冷

二、储罐吹扫和预冷的安全1.窒息和爆炸的危险

在进行置换和冷却的过程中最大的危险，是排出的气体中会含有大量的氮气和天然气。不管是氮气还是天然气都存在窒息的危险。更进一步的讲，天然气在混合了适量的空气后，会形成一种具有爆炸性的气体。这种混合气体一般出现在用蒸发气进行冷却的过程完成后。预防措施：排放区域将会选在已确定的氮气和蒸发气的排放点。排放区域将会设在距排放点足够安全的距离处，并设置护拦隔离带，阻止人员进入到该气体的危险区域。在蒸汽主要的排放管口，安装有气体放空管，以降低对人员的窒息的危险。在进行蒸汽置换的过程中，需要严密检测天气情况，一旦出现闪电风暴的情况下要立即停止对任何碳氢化合物的排放。所有进行蒸发气置换和冷凝操作的人员，都需要进行氧气呼吸器的培训，并且在进入排放区域都需要确认带有足够的氧气。所有的人员都需要进行可然气体检测仪的培训，并且在进行蒸汽置换和冷却的过程中，要确保用可燃气体探测仪对碳氢化合物进行测量。第四节储罐吹扫和预冷

2.储罐的隔离

在蒸汽最初进入工艺设备和储罐之前，所有工艺区和储罐的管线以及储罐本身都必须用氮气置换并干燥好。在这个前提下，将储罐和系统的管线用系统的阀门彻底隔离，然后开始向储罐内充蒸汽对储罐进行置换和冷却操作。为了确保在进行蒸汽置换和冷却操作的过程中设备里的蒸发气和LNG不进入或是溢出储罐，调节在储罐和与储罐相连的管线上的阀门以防止这种情况的发生。这就涉及到阀门位置。需要注意那些将储罐以及与它相连管线进行隔离的阀门的位号，那些阀门的位号都包含在储罐和管内泵的图上。除了上述的那些阀门剩下的都是用来将储罐和设备进行隔离的阀门。需要注意的是如果那些用来进行隔绝的阀门没关好，将起不到隔绝的作用，