第六章LNG储存技术和标准液化天然气(LNG)技课件

第六章LNG储存技术和标准液化天然气（LNG）技术第六章液化天然气（LNG）技术第一节LNG储存准则和标准

目前，深冷储存储罐设计主要有两种国际性规范，即API620《大型焊接低压储罐设计和建造准则》和BSEN14620《低温工作条件下立式平底圆筒形储罐》。API620形式上只对单容罐金属部分起约束作用，实际上对双容罐和全容罐（内、外罐）的金属部分也适用。混凝土的设计应按照独API620来进行。BSEN14620目前替代了BS7777《低温平底立式圆筒形储罐准则》，除BS7777中涉及的金属部分，单容罐、双容罐和全容罐的隔热以及混凝土设计外，还对壁厚、地震周期等内容进行了修改，不仅为企业节约了成本，还能为推动LNG产业的发展起重要作用。

储罐准则中BSEN14620涵盖了单容罐、双容罐和全容罐所有方面的准则，更为适用。储罐设计还应考虑当地规定，特别是对每个建造位置，以及影响储罐设计的重要因素，这些要求应该一样样地检验。第一节LNG储存准则和标准目前，深冷储存储罐第二节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。第二节LNG储罐（槽）一、储罐型式分类罐（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）罐（槽）的形状分类第二节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Ａ—单向阀；Ｂ—防爆膜；Ｄ—阻火器；Ｅ１～Ｅ４—截止阀；Ｇ—压力表阀；Ｈ—液位仪；Ｌ１，Ｌ２—液位计阀；Ｍ１～Ｍ６—放气阀；ＭＶ—测满阀；Ｎ—紧急切断阀；Ｐｒ—增压器；Ｐ１～Ｐ３—压力表；Ｒ—连通阀；Ｓ１～Ｓ３—安全阀；Ｓ４—外壳爆破膜；Ｖ１～Ｖ１０—截止阀；Ｂ—防爆膜；Ｗ—抽空阀二、常用小型储罐第二节LNG储罐（槽）图6.1100m3第六章LNG储存技术和标准液化天然气(LNG)技课件立式LNG子母型储罐

子母罐----子母罐是指拥有多个（三个以上）子罐并联组成的内罐，多只子罐并列组装在一个大型外罐（母罐）之中。隔热方式为粉末（珠光砂）堆积隔热。第二节LNG储罐（槽）立式LNG子母型储罐第二节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）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，而不子母罐的布置子母罐的布置一般情况下，可用子母罐水平断面面积利用系数η来判定子母罐结构布置的合理性。断面系数η的计算公式如下：式中A1—子罐罐体横断面面积，m3；A2—外罐罐体横断面面积，m3子母罐中子罐采用支腿式结构。为了减少传热量及运输长度尺寸，支腿在适当高度位置被设置成两段式结构，并在两段连接处设置环氧玻璃钢板阻隔材料，此材料宜采用叠板结构。第二节LNG储罐（槽）立式ＬＮＧ子母罐的典型结构子母罐的布置第二节LNG储罐（槽）立式ＬＮＧ子母罐的典型球形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，外罐为真空外压力容器。夹层通常为真空粉末隔热。

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）球形LNG储罐第二节LNG储罐（槽）第六章LNG储存技术和标准液化天然气(LNG)技课件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）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）三、LNG大型储罐第二节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

第二节LNG储罐（槽）图6.3单容罐的基本结构定义是：由第二节LNG储罐（槽）（1）单容储罐

通常，采购方会根据建厂条件对储罐的直径和高度做出限定。如果由设计人员自由确定内罐几何尺寸，则最经济的储罐尺寸要求内罐保冷表面面积最小。令内罐高度为ｈ，内罐半径为ｒ，则：面积最小:式中Ｖ—内罐容积，m3；Ａ—内罐表面积，m2；ｒ—内罐半径，m；ｈ—内罐高度，m。第二节LNG储罐（槽）（1）单容储罐通常，采购方会根据建（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）（2）.双容罐图6.4双容罐的基本结构第二节LNG储罐（（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）（3）.全容罐图6.5全容罐的基本结构第二节LNG储罐（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）（4）薄膜式储罐图6.7薄膜罐的基本结构第二节LNG储第二节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。第二节LNG储罐（槽）（5）三重式储罐2.地下式储罐

图6.8地下式储罐第二节LNG储罐（槽）要进行大的混凝土开挖，并用隔热薄膜覆盖罐壁和罐底。常用的内壁材料主要为9%镍钢、不锈钢或铝合金；隔热层材料为珍珠岩、硬质聚氨酯泡沫塑料；内外层之间填充绝热材料和氮气；罐顶一般呈圆弧形，为普通钢材；外罐通常采用钢筋混凝土壁和预应力混凝土壁。优点：有容积大、占地面积小、多个储罐可紧密布置、不影响环境、安全性高、抗震性能强、耐久性和密封性好、具有防灾害性事故的功能。缺点：投资大，建设周期长。适用地：适宜建造在人口密集地区和海滩回填区上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）3.地下坑储罐图6.9地下坑储罐的基本结构第二节LNG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）

4.大型储罐类型的比较第二节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）（2）双容罐第二节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）（3）全容罐第二节LNG储罐（槽）（4）薄膜罐储气罐技术促成了薄膜罐的使用。优点：①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。②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：①在风险分析中，薄膜罐的安全等级比全容罐稍微低一些；②薄膜罐蒸发率通常比自支撑内罐设计更高；第二节LNG储罐（槽）（4）薄膜罐内容单容罐双容罐（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）内容单容罐双容罐双容罐全容罐全容罐安全性中高高高中占地多中中第二节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）（5）地下罐第二节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）（6）地下坑储罐第二节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）（7）注意事项图6.10地上型储罐第二节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）2）拱顶上的喷嘴第二节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。第二节LNG储罐（槽）4）成本与交货时间的比较综上所述：对四、LNG储罐技术要求1.LNG储罐材料选择

（1）在使用温度范围内应具有足够的强度（包括疲劳强度）；（2）在使用温度范围内应具有充分的韧性，不能产生脆性破坏；

（3）具有良好的加工性和可焊性；

（4）价格低，容易采购。第二节LNG储罐（槽）第二节LNG储罐（槽）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。金属储罐外壳围蔽结构为一般结构，新近开发建造的固定式LNG地面储罐的外罐材料为预应力钢筋混凝土。低温隔热材料大多选用聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯泡沫塑料、玻璃纤维、软木或珠光砂等。第二节LNG储罐（槽）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）2.LNG储罐的保温方法第二节LNG储罐（槽）第三节

LNG储罐的施工与建造

全容罐具有较高的安全性，在LNG储存越来越大型化、储存安全性要求越来越高的今天，全容罐得到更多的采用。目前，我国已建成或在建罐均为全容罐。下面16×104m3全容罐为例介绍LNG储罐的设计施工。一、LNG低温储罐的特殊要求低温性；高安全性；用材特殊；保冷性；抗震性；施工要求严格二、LNG低温储罐设计要求（1）储罐设计使用年限25ａ。（２）在正常使用条件下，必须绝对保证预应力混凝土外罐的气密性，设计压力-1.5kPa～29kPa，设计温度为-170℃～60℃。（３）必须在考虑潜在的各种危险情况下选择设计参数及材料；（４）储罐开口选择在罐顶，避免ＬＮＧ由接口处泄漏。（５）采取措施防止由于液体分层及储罐漏热而引起的翻滚分层现象。（６）混凝土２８ｄ的立方体试块最小强度为５０ＭＰａ。（７）设计标准。储罐的基本设计规范为BS7777，及其他相关规范有API620、ACI318、NFPA59A等。第三节LNG储罐的施工与建造全容罐具有较高的第三节

LNG储罐的施工与建造三、全容罐的结构１内罐（１）板材：内罐避板材料为镍的质量分数为9％的合金钢板。（２）罐底：罐底铺设两层镍的质量分数为9％的钢板，厚度分别为5mm和6mm。底板外圈为环板，两层底板中间为保温层、混凝土层、垫毡层和干沙层。（３）罐壁：采用分层安装的方式，分层数按板材宽度而定。对于容积16×104m3以上的全容罐，一般分十层。最底层壁板厚度约24.9mm，最上四层厚度约12mm。每层高3.543ｍ，周长251ｍ，由22张板拼接而成。内罐外壁用保温钉固定绝热保温材料。（４）罐顶：内罐顶部为悬挂式铝合金吊顶，以支撑罐顶膨胀珍珠岩保温层。第三节LNG储罐的施工与建造三、全容罐的结构第三节

LNG储罐的施工与建造三、全容罐的结构２外罐（１）罐基础：全容罐的基础应按照储罐建造地的土壤条件，通过工程地质调研后确定。通常采用坐基式或架空型。前者底板直接坐落在基础上，为防止罐内液体的低温使土壤冻胀，需配置加热系统。后者不需要加热系统。（２）罐壁：外罐墙用预应力钢筋混凝土制成。容积为16×104m3的预应力混凝土外罐内径82m、墙高38.55m、墙厚0.8m，内置入预埋件，以固定防潮衬板及罐顶承压环。墙体竖向采用VSL预应力后张束，两端锚固定于混凝土墙底和顶部。墙体环向采用同样规格的钢绞线组成的VSL预应力后张束，环向束每束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成90°的四根竖向扶墙柱上。墙体内置入预埋件，以固定防潮衬板及罐体顶承压环。（３）罐顶：顶盖为钢筋混凝土球面穹顶，支承于预应力钢筋混凝土圆形墙体上。球面穹顶混凝土由Ｈ形钢钢梁、顶板及钢筋构成加强结构，顶面上设有工作平台，放置运行控制设备及仪表、阀等。混凝土穹顶内设有碳钢钢板内衬，施工时作为模板，使用时可用以防止气体渗漏。（４）预应力混凝土外罐支承在360根直径1.2m、平均深度13.6m的钢筋混凝土灌注桩基上，桩底置于深入1.5m的坚硬岩石中，每个桩顶部安装有防震橡胶垫，其上是直径86.6m、厚0.9m、用以支承钢结构内罐及混凝土外罐的钢筋混凝土基础承台。第三节LNG储罐的施工与建造三、全容罐的结构第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工1基础施工１）软弱地基的加固为保证LNG储罐建成后不发生任何形式的不均匀沉降，必须对建造场地进行详细勘察，对软弱地基进行加固。采用的灌注桩基础需满足长期荷载190KPa、短期荷载240KPa的承载力要求。２）基础施工为使基础具备良好的整体性，钢筋混凝土底板要有足够厚度。为防止大体积混凝土因水化反应的热应力产生裂缝，应采用分层连续浇注和由外向内顺序浇注的方法。２罐壁预应力施工罐壁采用预应力滑模施工工艺，滑模爬升过程中需预埋垂直预应力套管及水平预应力套管。垂直预应力系统为碳钢套筒，水平预应力系统为镀锌半硬式涡卷型套管，各套管衔接以热收缩套粘合。罐壁浇注完工后进行钢索穿索作业，一般用油压机具施加预应力，吹顶前应至少施加70％设计预应力强度。第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工３罐顶施工罐顶由预应力钢筋混凝土及罐顶衬板构成。外罐顶和罐壁要能承受气体意外泄漏造成的内压力，罐顶还应具备外部意外物体冲击的能力。因此，钢筋混凝土要同时具备足够的抗压、抗拉强度。一般采用两次浇注方式，避免一次浇注超出罐顶负荷。罐顶的气吹顶升是大型LNG低温储罐施工的重要控制环节，将面临顶升件重量大、顶升件与罐壁密封要求高、平衡控制装置复杂等一系列技术难点。施工前要根据罐顶重量合理选择鼓风机，设计平衡装置和密封结构，建立完善的指挥、联络、操作系统，确保罐顶气吹顶升作业一次顺利安全完成。罐顶气吹顶升作业采取的主要步骤如下：（１）首先要进行气吹顶升设备—鼓风机、密封装置、罐顶平衡铰链装置的安装及调试。（２）顶升过程中，密切监测罐顶空间位置和顶升压力的变化，由牵引设备通过设置于混凝土外罐壁上的滑轮组带动铰链对罐顶进行空间位置调节，从而确保罐顶空间位置处于受控状态。（３）当罐顶气吹顶升到罐体的设计高度，组对焊接罐顶的承压环。（４）完成罐底防潮板铺设、焊接。中层和上层罐底边缘板、混凝土层、保冷层交叉施工，角保护壁板和保冷层交叉施工。（５）对罐体充气保压，罐顶浇注第一层混凝土，并保压至混凝土达到强度，完成罐壁安装焊接，罐顶浇注第二层混凝土。第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工４外罐内衬板（罐）施工外罐内衬板（罐）承担着盛装泄漏冷液和密封的作用，外罐钢板材质要选择耐低温A516Gr.60等合金板材。由于外罐内衬板（罐）为非承重构件，一般采用较薄的板材。外罐内衬板（罐）施工顺序第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工４外罐内衬板（罐）施工1）施工准备（１）罐顶升至预定高度并固定后，开始倒运衬板至罐内，均匀分布在外罐罐底衬板上。（２）清除竖向和横向预埋件上的混凝土层、铁锈等杂物。（３）电动葫芦和电动吊篮试车完毕，检验合格，具备使用条件。（４）绘制衬板的吊装图，确定吊耳的位置和数量。（５）外罐罐壁衬板环向以环向预埋件为基准，用全站仪并做好标记，竖向以竖向预埋板为基准。（６）对现场施工人员进行技术交底，明确安装顺序、组对及焊接方法。２）下部衬板的施工第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工４外罐内衬板（罐）施工3）中间衬板的施工4）上部衬板的施工第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工4）上第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工５内罐施工大型LNG低温储罐内罐壁材料通常为9％镍钢。9％镍钢在焊接过程中既易发生热裂纹，又存在氢致延迟裂纹倾向，同时施焊过程中还容易发生焊弧的磁偏吹，是目前石化工程中公认的难焊材料之一。内罐壁的焊接操作步骤：（１）罐底部内层罐壁用两圈9％镍钢板组焊成角保护层，内罐在大角缝、立缝及环缝处均采用加衬垫板焊接，焊接方法采用交流手工焊。（２）内罐壁为9％镍钢板，立缝采用交流手工焊，不预热或预热温度控制在50℃以下防止出现热裂纹；环缝采用双面小电流自动焊，施焊过程中焊工保持通信联系，确保焊接同步进行。（３）焊接至六圈壁板后再焊接罐体大角缝，以此来保证罐壁板的垂直度和椭圆度。第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工６罐底施工大型LNG低温储罐罐底有多层钢板及保冷层。LNG罐体施工与一般储罐施工程序不一样，要从罐底圈壁板处预留大门的180°方向开始，分层交叉倒退施工。LNG罐底板共分三层，下层为防潮碳钢板，中层和上层为９％镍钢板（厚度５ｍｍ），这三层罐底板均为搭接结构（搭接宽度４０ｍｍ）采用交流手工焊焊接。罐底焊接防变形措施及成品保护是罐底施工的控制重点。实际施工中通过合理布置焊接顺序和小电流焊接来控制焊接变形量，通过加盖衬垫等措施来确保板罐底的成品保证质量。７保冷施工（１）罐顶保冷。内罐罐顶采用悬吊岩棉保冷层。该保冷层将罐内空间与罐顶隔开，减少两者间的对流，使蒸发气体交换量降至最低。由于在罐顶上空相对稳定的气体层形成保冷屏障，增强了保冷效果，所以一般选择玻璃纤维棉作为保冷材料。（２）罐壁保冷。罐壁保冷是在外罐衬板内侧喷涂聚氨酯泡沫。采用半自动聚氨酯泡沫喷涂机进行喷涂，施工中要使泡沫保持较高密度和均匀性，以保证保冷层的平整。现场发泡施工中须对每批次的聚氨酯泡沫取样，进行材质检测，包括导热性能、密度及抗压性能等。第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工７保冷施工（３）罐底保冷。因罐底需承受储存液体的压力，所以除了考虑传热系数外，还需考虑材质的抗压强度。罐底保冷层的安装采用了与一般储罐不同的施工程序，即从罐底圈壁板处预留门相对的方向开始，采用分层交叉倒退施工法，具体顺序见下图。第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工７保第三节

LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工７保冷施工１）罐底环形边缘区保冷层施工施工顺序：铺设环形混凝土找平层→铺设垫毡层→铺设HBL1200型泡沫玻璃砖→铺设垫毡层→铺设HBL1200型泡沫玻璃砖→铺设垫毡层→铺设环形混凝土找平层→安装内底环形混凝土支撑环梁。２）罐底边角区保冷层施工施工顺序：安装罐底环缝处玻璃纤维毯→涂刷玻璃砖黏结剂→安装ＨＢＬ８００型泡沫玻璃砖→安装玻璃砖顶部玻璃纤维毯→安装角保护板。３）罐底中心区保冷层施工施工顺序：铺设混凝土找平层→铺设垫毡层→铺设HBL800型泡沫玻璃砖→铺设垫毡层→铺设HBL800型泡沫玻璃砖→铺设垫毡层→铺设干砂层→铺设混凝土找平层→铺设垫毡层→铺设HBL800型泡沫玻璃砖→铺设垫毡层→铺设干砂层。第三节LNG储罐的施工与建造四、LNG低温储罐的施工７保第三节

LNG储罐的施工与建造五、LNG低温储罐的检验大型LNG低温储罐的检验、检测手段主要采取真空试漏、Ｘ射线无损检测和水压试验三种方式。在重要工序，如罐顶、罐底、大角缝，及罐本体组焊完成后，均需立刻开展检验、检测工作。低温储罐施工要执行严格的检验制度，主要包括焊缝检验、内罐水压试验和外罐气密试验。１焊缝检验所有焊缝都需进行100％磁粉检测（ＭＴ）、100％真空气密检测（ＶＢＴ）及100％射线检测（ＲＴ）。２内罐水压试验在确认罐体所有焊缝均已完成焊接并经过检验符合标准后，开始进行水压试验。测试步骤如下：（１）从罐顶管嘴注水至试压水位高度，水位上升速度不得超过1m/h。（２）在储罐基础上方预应力混凝土壁上每90°设置沉降观测标记，监测试压前、注水过程、试压完成后储罐沉降数据。（３）观察储罐外表及焊缝有无泄漏或其他异常情况。如有泄漏发生，须待水位降至泄漏点下方1m高位置时，再对泄漏点进行修补检查。第三节LNG储罐的施工与建造五、LNG低温储罐的检验大型L第三节

LNG储罐的施工与建造五、LNG低温储罐的检验３外罐气密试验为确保外罐整体的气密性符合设计标准，水压测试完成后应再进行一次气压测试。测试步骤如下：（１）按储罐气密试验的有关规定安装好压力测量仪表。（２）向罐内充气，至测试压力的50％（测试压力为25KPa），持压至少1h。（３）逐渐加压至75％测试压力，然后再慢慢增高测试压力至100％，持压至少1h。以肥皂水目视检查罐顶管嘴焊缝、人孔及管嘴法兰螺栓连接面，确认储罐没有气泡等异常泄漏情况。六、收尾工作

罐体水压试验完成后，先放掉一部分试压水，再对储罐充气进行气液混合试验。试验合格后，将罐内试压水放净，封闭外罐壁的临时大门。待内罐完全风干之后，开始安装吊顶和内罐壁之间的密封设施、内罐壁外侧的玻璃纤维毡，并往内外罐壁间和吊顶上充填珍珠岩，达到设计的填充值。最后对罐体进行充氮保护。至此，大型LNG低温储罐罐本体的安装工作就全部结束了。第三节LNG储罐的施工与建造五、LNG低温储罐的检验３外第四节

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

第四节LNG储罐的安全一、储罐的布置储罐容量（水容积）/第四节

LNG储罐的安全LNG储罐泄漏

第四节LNG储罐的安全LNG储罐泄漏第四节

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。第四节LNG储罐的安全2.溢出与漏泄的控制第四节

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。第四节LNG储罐的安全3.堤堰、蓄液坑内LNG液面上方的蒸第四节

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四节LNG储罐的安全5.LNG储罐的允许充注量图6.11第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡１）漩涡现象在LNG储存和LNG储罐充注过程中，常发生一种被称为“漩涡”或“翻滚”的不稳定现象。所谓漩涡，指在出现液体温度或密度分层的低温容器中，底部液体由于漏热而形成过热，在一定条件下迅速到达表面并产生大量蒸气的过程。此时罐内LNG的汽化量为平时自然蒸发量的10～50倍，将导致储罐内的气压迅速上升并超过设定的安全压力，使储罐出现超压现象。如果不及时通过安全阀排放，就可能造成储槽的机械损伤，带来经济上的损失及环境污染。漩涡现象通常出现在多组分液化气体中。LNG储罐内分层示意图第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡LNG储第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡２）分层与漩涡的机理在向盛有LNG的低温储罐中充注新的LNG液体或者LNG中的氮蒸发而使储罐内的液体发生分层。分层液体在储罐周边漏热的作用下，形成各自独立的自然对流循环，进而使各层液体的密度不断发生变化，当相邻两层液体的密度近似相等时，两个液层就会发生剧烈的混合，从而易引起储罐内过热的LNG大量蒸发而导致漩涡的发生。漩涡产生的原理图第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡３）分层与漩涡的理论模型目前，分层与漩涡模型主要有C－G模型、HSM模型、Bates-Morrision模型、四阶段模型几种。C－G模型是第一个分层与漩涡模型，将LNG看成是二元体系，虽简化了推导过程，但此假设与真实情况相差比较大，导致预测的漩涡时间不够准确。HSM模型将LNG看成是甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和氮的混合物，假设传质在混合前就已经发生。虽取得了许多成果，但有明显缺陷。除了使用双组分扩散假设外，还假设分层界面是静止不动的，这与以后的试验研究和观察不相符。Bates-Morrision模型推翻了LNG分层形成的分界面固定不动的假设，使得该模型具有很高的准确性。首先，它将漩涡看成分层第一阶段一和分层第二阶段二，与实际情况较符合；其次，它将固定分界面模型合理推广到了分界面移动情况，并且利用分界面的移动速度作为基本参数，从而避免了对复杂流体过程的分析，运用数学模型对漩涡进行了研究，获得了很好的结果。该模型代表了国外对漩涡现象进行研究的最新成果和最高水平。

第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡Bates-Morrision模型该模型研究提出LNG分层演变的两个阶段，即静止稳定阶段（分层第一阶段）、非稳定阶段（分层阶段第二）。它的特点是边界层的移动，最后导致漩涡。（１）分层第一阶段。该模型考虑LNG由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氮组成，充注后的LNG分为上下两层，各组分分别用摩尔分数表示，使用扩散公式模拟界面流量。下层质量扩散方程：下层能量扩散方程：摩尔分数总和：第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡Bates-Morrision模型上层质量扩散方程：上层能量扩散方程：摩尔分数总和：第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡Bates-Morrision模型（2）分层第二阶段。此阶段分界面占主要的交换机制是“穿透对流”，即一层的流体穿透分界面，进入另一层并卷携着另一层流体回到原来的层。其结果是，分界面向上或向下移动，直至其两边密度接近一致，最后导致漩涡发生。卷携在分界面两边同时发生，所以观察到的分界面移动是两个相反方向混合过程引起的净结果。假设上层液体被卷携到下层，可以导出：若上层的温度和密度（Tu，ρｕ）为定值，对上式求不定积分可以解得：假设部分液体从上层向下卷携，所用时间δｔ则为第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡Bates-Morrision模型（2）分层第二阶段在时间δｔ内，罐壁的漏热和分界面的热量传递会导致密度变化。上面得出式子只是处理卷携带来的影响，需要进行相应的调整。最简单的办法是要包括一个修正项，此修正项等于分层第一阶段计算所得的密度随时间变化的速率，记为，将其调整为：上式的物理意义包含了扩散对流和卷携是两个互不影响的过程，额外加一个修正项表明当夹带开始时分层第一阶段这个慢过程没有立即结束。同样，也可导出下层温度、上层密度和温度变化关系式：引入修正因子Ｃ０Bates-Morrision模型第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡引入修正第四节

LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡四阶段模型四阶段模型认为，Bates-Morrision模型分层第二阶段上层密度随时间变化的式中没有考虑蒸发率的影响，这与实际不符合，作出如下修正。

Bates-Morrision模型

四阶段模型分界面下降由单向卷携（上层液体卷携，下层液体进入上层），且分界面下降速度恒定当Ｆｒ＜Ｆｒｃ时，分界面的移动速度应为Ｆｒ较小时第四节LNG储罐的安全6.LNG在储罐内分层与漩涡Bate第四节

LNG储罐的安全４）漩涡预防的技术措施ＬＮＧ分层是引发漩涡的前提。因此，在实际操作过程中如何检测ＬＮＧ分层非常重要。（１）检测ＬＮＧ分层的方法：①监测储罐温度变化。②监测密度差或热值差。③监测ＢＯＧ蒸发率。（２）防止漩涡的具体方法：①不同产地、不同气源的ＬＮＧ分开储存，这样可避免因密度差而引起ＬＮＧ分层。②在储罐内安装一个自动密度仪，以检测不同密度的液层；根据需储存的ＬＮＧ与储罐内原有ＬＮＧ密度差，选择正确的部位充注，可有效地防止分层。充注方法的选择一般应遵循以下原则：密度相近时一般选择底部充注；将轻质ＬＮＧ充注到重质ＬＮＧ罐中时，应选择底部充注；将重质ＬＮＧ充注到重质ＬＮＧ罐中时，应选择顶部充注。（３）使用混合喷嘴和多孔管充注，可使充注的新ＬＮＧ和原有ＬＮＧ充分混合，从而避免分层。（４）用储罐内的泵使液体从低至顶循环。（５）保持ＬＮＧ的含氮量低于１％，并密切检测汽化速率。第四节LNG储罐的安全４）漩涡预防的技术措施第四节

LNG储罐的安全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LNG储罐的安全7.储罐压力控制措施第五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。第五节储罐吹扫和预冷一、储罐吹扫和预冷目的第五节储罐吹扫和预冷

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。第五节储罐吹扫和预冷

二、储罐吹扫和预冷的安全第五节储罐吹扫和预冷

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，一旦蒸汽进入储罐，它将可能进入到那些与储罐相连的管线。3.低温

置换和冷却用的蒸汽的气体温度低于零度。需要注意避免被液体（LNG）或冷的管线低温灼伤（冻伤）。在进行蒸汽置换和冷却的操作过程中应该定期对管线上的法兰接头，阀门包装等进行检查，看是否有泄露。第五节储罐吹扫和预冷

2.储罐的隔离第五节储罐吹扫和预冷

三、全容罐的冷却

ＬＮＧ储罐的冷却范围除了储罐本体还有４条相关液相管线：卸料总管、低压泵输出总管、高压保冷循环管线和低压保冷循环管线。冷却顺序为：卸料总管的冷却储罐的冷却低压泵输出总管的冷却高压保冷循环管线低压保冷循环进罐管线的冷却。ＬＮＧ储罐冷却方式：（１）接收第一船ＬＮＧ时，对接收站内首批建成的储罐进行冷却，使ＬＮＧ储罐达到使用条件，之后完成其他调试工作。这种冷却只能利用船上的ＬＮＧ进行。（２）接收站已经投产，后续新建成的ＬＮＧ储罐冷却所用的ＬＮＧ则可以来自其他储罐，而且不影响接收站的正常外输和卸船作业。ＬＮＧ储罐结构及工艺流程示意图第五节储罐吹扫和预冷

三、全容罐的冷却ＬＮＧ储罐结第五节储罐吹扫和预冷

三、全容罐的冷却

１冷却注意事项１）ＬＮＧ储罐冷却前应具备的条件:（１）ＬＮＧ储罐已经经过干燥，内罐、穹顶、内外罐夹层、罐底等空间已经进行氮气吹扫和置换，并保持正压的氮气环境。（２）ＢＯＧ（蒸发气）处理系统已经投入运行。（３）其他在用ＬＮＧ储罐低压泵外输运行正常。（４）储罐顶部的卸料总管与地面卸料总管已经同时被冷却。（５）即将冷却的ＬＮＧ储罐与相邻的工艺系统之间安装隔离。（６）按照ＰＩ＆Ｄ图的要求检查所有工艺阀门、氮气系统阀门、放空阀门、安全阀上下游手阀、仪表的隔离阀状态。（７）ＬＮＧ接收站处于最小输出或零输出的循环模式。（８）火炬系统运行正常，长明灯已经点燃。（９）第一次冷却使用的临时设施已经安装到罐顶。第五节储罐吹扫和预冷

三、全容罐的冷却第五节储罐吹扫和预冷

三、全容罐的冷却

２）注意事项（１）由于低温管道冷却时会收缩，从冷却开始到结束应密切监视其位置的移动，要特别注意那些非正常的移动及影响管道正常收缩的障碍。（２）如果管道或其中的管段发生非正常移动，必须马上停止该管段的冷却，直到问题解决，才能继续冷却。（３）在管道的冷却过程中，法兰连接处可能有泄漏，所以要定期检查阀门和法兰处有无泄漏，一旦泄漏要及时处理。（４）储罐在引入ＬＮＧ冷却前必须保持微正压的氮封。（５）ＬＮＧ储罐必须在严格并且持