1、1LNG儲罐的相關知識 任鴻彬2LNG儲罐n LNG儲罐屬常壓、低溫大型儲罐3LNG低溫儲罐的特殊要求(1)耐低溫。 常壓下液化天然氣的沸點為-160。LNG選擇低溫常壓儲存方式,將天然氣的溫度降到沸點以下,使儲液罐的操作壓力稍高于常壓,與高壓常溫儲存方式相比,可以大大降低罐壁厚度,提高安全性能。因此,LNG要求儲液罐體具有良好的耐低溫性能和優異的保冷性能。(2)安全要求高。 由于罐內儲存的是低溫液體,儲罐一旦出現意外,冷藏的液體會大量揮發,氣化量大約是原來冷藏狀態下的300倍,在大氣中形成會自動引爆的氣團。因此,API、BS等規范都要求儲罐采用雙層壁結構,運用封攔理念,在第一層罐體泄漏時,第

2、二層罐體可對泄漏液體與蒸發氣實現完全封攔,確保儲存安全。4(3)材料特殊。 內罐壁要求耐低溫,一般選用9Ni鋼或鋁合金等材料,外罐壁為預應力鋼筋混凝土。(4)保溫措施嚴格。 由于罐內外溫差最高可達200,要使罐內溫度保持在-160,罐體就要具有良好的保冷性能,在內罐和外罐之間填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料還要有足夠的承壓性能。5 (5)抗震性能好 一般建筑物的抗震要求是在規定地震荷載下裂而不倒。為確保儲罐在意外荷載作用下的安全,儲罐必須具有良好的抗震性能。對LNG儲罐則要求在規定地震荷載下不倒也不裂。因次,選擇的建造場地一般要避開地震斷裂帶,在施工前要對儲罐做抗震試驗,分析動態條件下儲罐的

3、結構性能,確保在給定地震烈度下罐體不損壞。 (6)施工要求嚴格 儲罐焊縫必須進行100%磁粉檢測(MT)及100%真空氣密檢測(VBT)。要嚴格選擇保冷材料,施工中應遵循規定的程序。為防止混凝土出現裂紋,均采用后張拉預應力施工,對罐壁垂直度控制十分嚴格。混凝土外罐頂應具備較高的抗壓、抗拉能力,能抵御一般墜落物的擊打;由于罐底混凝土較厚,澆注時要控制水化溫度,防止因溫度應力產生的開裂。61、內罐壁 內罐壁是低溫儲罐的主要構件,由耐低溫、具有較好機械性能的鋼板焊接而成,一般選用A5372級、A516 Gr.60、Gr18Ni9、ASME的304等特種鋼材。如某罐內罐底板和環板選用厚16 mm、材質

4、為A537 CL2的鋼板,其余板則可選用厚6.35 mm、材質為A537 CL1的鋼板。72、保冷層(1)罐壁保冷。 外罐襯板內側噴涂聚氨酯泡沫,一般要求聚氨酯泡沫導熱系數0.03 W/(mK),密度4060 kg/m3,厚度150 mm左右。(2)罐頂保冷。 內罐頂采用懸吊式巖棉保冷層,如某罐罐頂設置了4層玻璃纖維保冷層,每層厚100 mm,玻璃纖維棉的密度為16 kg/m3、導熱系數為0.04 W/(mK)8（3）罐底保冷 罐底保冷比較復雜,除了鋼板下噴涂聚氨酯泡沫外,還要設計防水結構。下圖是某罐罐底的保冷結構,包括65 mm厚的墊層,60 mm厚的密實混凝土,2 mm厚的防水油氈,2層各

5、100 mm厚的發泡玻璃,最后用70 mm厚混凝土覆蓋,以保護外罐混凝土不受過低溫度的影響。93、混凝土外罐 混凝土外罐壁、外罐頂由預應力鋼筋混凝土及耐低溫鋼襯板構成。混凝土強度應25 MPa。外罐頂和罐壁要能承受氣體意外泄漏產生的內壓力,因此,鋼筋混凝土要具備足夠的抗拉強度。對于大型儲罐,為使預應力混凝土罐壁均衡受力,可采用等強不等厚或等厚不等強的設計方法。10低溫絕熱技術絕熱：減少或抑制熱流從高溫流向低溫。絕熱方式：1）堆積絕熱2）高真空絕熱3）真空粉末絕熱4）高真空多層絕熱5）高真空多屏絕熱11 堆積絕熱：選擇導熱系數小的絕熱材料裝填在在需要絕熱的部位上以達到絕熱的目的。 堆積絕熱材料的

6、種類: （1）泡沫型 聚氨酯、聚苯乙烯、橡膠等 （2）粉末型 珠光砂 （3）纖維型 玻璃纖維、礦棉、石棉 （2）和（3）共同使用12LNG儲罐形式n按儲罐的設置方式：地上儲罐和地下儲罐n按儲罐結構形式：單包容罐、雙包容罐、全包容罐及膜式罐13按容量分類（1）小型（550m3）：常用于民用LNG 汽車加注點 及民用燃氣液化站等。（2）中型（50100m3）：多用于工業燃氣液化站。（3）大型（1001000m3）：適用于小型LNG 生產裝置。（4）大型（1000040000m3）：用于基本負荷型和調峰型液化裝置。（5）特大型（40000200000m3）：用于LNG 接收站。14LNG儲罐 球形按

7、形狀分類15LNG儲罐 圓柱形16大型LNG儲罐-圓柱形17按LNG儲罐設置方式：18按結構型式分：單包容罐、雙包容罐及全包容罐安全性中中高占地多中少結構完整性低中高操作費用中中低19儲罐主要技術參數項目參數凈工作容量160000m3設計液位高度34760mm最大操作液位高度34260mm設計液體密度480kg/m3設計壓力最大：290mbarg，最小：-15mbarg設計輸入流量12100m3/h設計輸出流量1260m3/h外罐內徑82000mm，內罐直徑80000mm，外罐總高度49925mm，內罐總高度35430mm。2021第二節 儲罐的結構與建造22 由于全容罐具有更高的安全性，在L

8、NG儲存儲存越來越大型化越來越大型化并且對儲存安全性要求越來越高儲存安全性要求越來越高的今天，全容罐得到更多的采用也是必然的。地上地下23（一）全容罐結構外罐外罐-預應力鋼筋混凝土內罐內罐-9%Ni鋼保冷層保冷層-膨脹珍珠巖、彈性玻璃纖維或泡沫玻璃磚等材料絕熱保溫241-混凝土罐頂蓋；2-金屬頂；3-懸掛式平臺4-玻璃絲保溫層；5-聚氨酯泡沫保溫層；6-18Cr-8Ni不銹鋼薄膜;7-混凝土側墻;8-混凝土隔離墻；9-側面加熱系統;10-混凝土底板;11-底部加熱器;12-砂礫層25全容LNG儲罐特點：（1）大大減小外部撞擊、飛行物對罐的威脅。（2）消防的噴淋不需要覆蓋整個罐頂。（3）混凝土頂

9、儲罐的內壓可以設計得更高，減少了BOG的量，減少了操作費用，而且由于此壓力高于LNG船艙壓，BOG返回船艙不需要增壓機，減少了設備投資和操作費（4）工期長261、設計要求（1）內罐）內罐設計溫度：-170+60 設計壓力：29kPa（真空1.5kPa）（2）外罐）外罐安全經受6h的外部火災；承受地震加速度0.21g；承受風力70m/s；抗滲性：當發生內罐LNG溢出時，外罐混凝土墻至少要保持 10cm厚不開裂并保持2MPa以上的平均壓力；日最大蒸發率0.05%（質量）27（3）設計標準儲罐的基本設計規范為BS7777。其它相關規范有API620、ACI318、NFPA59A282、內罐（1）板材

10、 內罐壁板材料為含鎳9%的合金鋼板，如廣東大鵬LNG接收站采用ASTM A553M Type 1。CSiMnPSMoNiCuCrAlNbVTiCr+Mo0.130.30.90.010.0050.126100.40.30.20.20.20.20.329%Ni鋼板（ ASTM A553M Type 1）化學成分 %Rp 0.2%/MPa抗拉強度抗拉強度/MPaL0 /%低溫韌性/-196低溫沖擊功 (J) 試樣斷口側膨脹585690-83020700.381（mm）9%Ni鋼板（ ASTM A553M Type 1）機械性能29（2）罐底n罐底鋪設兩層9%Ni鋼板，厚度為6mm和5mm。底板外圈為

11、環板，兩層底板中間為保溫層、混凝土層、熱氈層和干沙層。30（3）罐壁 罐壁分層安裝，分層數按板材寬度而定。對于容積16104m3以上的全容罐一般有10層。最底層壁板厚度24.9mm，最上層壁板厚度12mm。內罐外壁用保溫釘固定絕熱保溫材料。31（4）罐頂 內罐頂部為懸掛式鋁合金吊頂，以支撐罐頂膨脹珍珠巖保溫層。32坐基式坐基式 內罐底板直接坐落在基礎上，為防止罐內的低溫使土壤凍脹，坐基式基礎需要配置加熱系統。架空形架空形 混凝土柱澆灌，可以不設加熱系統（1）罐基礎33（2）罐墻壁全容罐的外罐墻用預應力鋼筋混凝土制成。 墻體豎向采用VSL預應力后張束，兩端錨固于混凝土墻底和頂部。 墻體環向采用同

12、樣規格的鋼絞線組成的VSL預應力后張束，環向束沒束圍繞混凝土墻體半圈，分別錨固于布置成90o的四根豎向扶壁柱上。 墻體內置入預埋件以固定防潮襯板及罐頂承壓環34（3）罐頂 罐頂蓋為鋼筋混凝土球面穹頂，支承于預應力鋼筋混凝土圓形墻體上。球面穹頂混凝土由H鋼梁、頂板及鋼筋構成加強結構，頂面上設有工作臺，放置運行控室設備及儀表、閥等。 混凝土穹頂內設有碳鋼鋼板內襯，施工時作為模板，使用時可以防止氣體泄漏。35全容罐的建造（一）外罐建造（二）內罐建造（三）焊接（四）后續工作36（一）外罐建造37外罐建造38（一）外罐建造391、墻體澆筑 外罐墻體澆筑是混凝土工作量最大的部分。按照通常鋼筋混凝土施工程序

13、，在布置鋼筋，安裝預應力護套、預埋件和模板后，進行混凝土澆筑、養護。 對于近40m高的墻體，需要分層從下至上逐層澆筑。402、安裝承壓環 在澆筑最上層墻體前，安裝承壓環。在按照承壓環結構分段預制，預埋螺栓焊接完成后，吊裝于罐壁頂部組裝焊接，檢驗合格后進行混凝土澆筑。413.氣升罐頂 罐頂結構在罐底預制完成后與罐壁密封，為防止氣升過程的傾斜、偏移，罐頂上均布平衡鋼索，一端固定在罐底中心，另一端固定在承壓環上。使用鼓風機鼓風，在空氣壓力下，罐頂勻速、平穩升起。罐頂到位后，與預埋于墻體的頂部承壓環固定、焊接。 壓縮空氣吹升法，可減少高空作業工作量，所需施工機具和設備少，對施工進度和安全有利。42吹頂

14、風機啟動吹頂過程中 升頂即將到位測量升頂到位固定434、罐頂建造 罐頂為球面結構，H型鋼作為鋼梁，頂部鋪碳鋼板，預板上焊接預埋螺栓，升頂后固定于澆筑在混凝土罐壁頂部的承壓環上。同時在罐底預制鋁合金吊頂，吊頂桿用螺栓連接于罐頂鋼梁上，然后將預制好的鋁合金吊頂提升與吊頂桿連接。 氣升前，將罐頂上的入孔、接管、電纜托架等附件一塊安裝上去，以減少高空作業工作量。布鋼筋完成后分兩次澆筑混凝土。44球形頂組裝455、罐壁預應力張拉 預應力設計：為抵御各類荷載和作用，在外罐布置預應力筋，張拉后在罐體混凝土中建立合理的預壓應力，以保證LNG不至外泄。 混凝土墻體澆筑、養護完成后，將鋼絞線穿進預埋于墻體的護套中

15、，豎向鋼絞線兩端錨固于混凝土墻底部及頂部；墻體環向的鋼絞線每束圍繞混凝土墻體半圈，分別錨固于布置成90o的四根豎向扶壁柱上。用液壓設備拉伸到設計壓力后，兩端固定，進行水泥灌漿。46外罐罐壁的LNG液體壓力儲罐基礎的LNG液體壓力47在鋼制罐頂氣舉前先張拉罐壁的環向預應力筋；罐頂氣舉后，水壓測試前張拉一半的豎向預應力；關閉外罐壁臨時開孔后張拉剩余的豎向預應力。 48（二）內罐建造n1、罐底內罐底部有兩層底板，均為9%鎳鋼。 施工順序：從下而上，由內而外，由四周到中間。先進行第二層罐底環板安裝，焊接完成后，進行底板鋪設。492.罐壁 內罐罐壁的施工由下而上，逐層安裝和焊接。每層板的卷制、坡口準備應

16、預先加工完成。 現場吊裝采用吊車和罐頂電動絞車。第一層壁板安裝時，要確定在環板的準確位置，可以用專用卡具及輔助工具以調整位置保證組裝質量。 底板與壁板角焊縫的焊接，至少應安裝完第三層壁板及第12層壁板焊縫全部焊完后方可進行。50內壁板安裝內罐球縫自動焊內壁罐安裝513、保溫層n 內罐和外罐之間的環形空間填充膨脹珍珠巖。內層罐壁的外側安裝彈性玻璃纖維保溫毯，保溫毯為珍珠巖提供彈性，克服儲罐應溫度變化而產生的收縮，防止珍珠巖的沉降。保溫毯還對儲罐惰化處理過程中，吹掃氣體的流動有利。n 罐頂吊頂上安裝1.2m的膨脹珍珠巖。氣密性試驗合格后，進行內頂保溫層的安裝及夾層珍珠巖的填充。首先在內罐壁外包一層

17、纖維玻璃棉，包扎好后用專用加熱設備加熱到900，然后從頂部往下裝填珍珠巖，分層裝填，分層夯實，直至到頂。最后進行頂部甲板珍珠巖的鋪設。灌注時注意防潮。n 儲罐底部鋪設泡沫玻璃磚。52膨脹珍珠巖玻璃纖維泡沫玻璃磚53（三）9%鎳鋼焊接 9%鎳鋼：對磁性敏感，為避免現場焊接時產生電弧偏吹，要求出廠鋼材的殘余磁含量不超過50高斯，同時現場施工時應遠離強磁場，并準備消磁設備。541、9Ni 鋼的焊接方法焊條電弧焊(SMAW)鎢極氬弧焊( GTAW)熔化極惰性氣體保護電弧焊 ( GMAW)埋弧焊 ( SAW) SMAW是 9Ni 鋼現場焊接所使用的一種適合各種焊接位置 ,非常靈活且可行的焊接方法。雖然G

18、TAW的焊接效率太低 ,在工程中選擇此焊接方法不太經濟 ,但能得到具有窄坡口的高質量焊接接頭 ,所以只有在特定場合下才選擇 GTAW。SAW 是熔敷速率最高的一種焊接方法 ,特別是在環焊縫焊接時,由于使用了環縫焊接機械系統 ,其優點更加突出 ,它幾乎適于焊接所有橫焊縫和水平位置焊縫。生產實踐證明 ,SMAW 和 SAW 是 9Ni 鋼儲罐現場焊接效率最高 ,而且最常用的焊接方法。55內罐壁板環縫自動焊接56焊條電弧焊如圖4-1所示，焊接時電源的一極接工件，另一極與焊條相接。工件和焊條之間的空間在外電場的作用下，產生電弧。該電弧的弧柱溫度可高達5000-8000K,陰極溫度達2400K，陽極溫度

19、達2600K。它一方面使工件接頭處局部熔化，同時也使焊條端部不斷熔化而滴入焊件接頭空隙中，形成金屬熔池。當焊條移開后，熔池金屬很快冷卻、凝固形成焊縫，使工件的兩部分牢固的連接在一起。 57埋弧焊 ( SAW)電弧在焊劑層下電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的燃燒進行焊接的方法稱為埋弧焊方法稱為埋弧焊 582、 焊接材料 選擇焊接材料一般應考慮以下幾個問題:（1）低溫韌性 9Ni 鋼主要用來建造低溫設備 ,焊縫要在低溫下工作 ,在選擇焊接材料時 ,一定要考慮焊縫的低溫韌性問題。（2）熱膨脹 9Ni 鋼的線膨脹系數較大 ,在 20196 之間 ,線膨脹系數為8. 05 10 6 - 1。為了降低接頭的焊接

20、應力 ,在選擇焊接材料時 ,焊縫金屬的熱膨脹系數應盡可能的接近 9Ni 鋼的熱膨脹系數。（3）電弧磁偏吹 盡量選用適應交流電源施焊的焊條或焊絲焊劑。599Ni鋼在電弧焊中常用的焊接材料有 4 種,即 w(Ni) = 11 %的鐵素體型 w (Ni) = 13 %和 w (Cr) =16 %的奧氏體不銹鋼型 w (Ni ) 60 %的鎳基型(Ni-Cr-Mo 系合金) w (Ni)40 %的 Fe-Ni 基型( Fe-Ni-Cr 系合金) 。 雖然高鎳合金焊材將增加成本 ,但使用高鎳合金焊材是解決性能和結構完整性等首要問題的最適合的選擇。603、焊接方法 用9Ni 鋼建造的設備要在 - 100

21、低溫 ,甚至- 196 的超低溫下工作 ,故其焊接接頭必須有良好的低溫韌性 ,所以必須避免接頭過熱和晶粒長大。61 （1）焊前不預熱且須嚴格控制層間溫度。 因為預熱溫度和層間溫度直接影響焊后冷卻速度 ,冷卻速度越慢 ,有助于晶粒長大 ,所以 9Ni 鋼焊前一般不預熱,層間溫度不宜超過 100。（2）選擇合適的線能量。 因為焊接熱循環的正確與否直接關系到接頭組織、 晶粒大小和性能。焊接線能量應控制在 45 kJ / cm 以下 ,通常為 735kJ / cm。62（3）進行多層多道焊 ,避免單道焊。 實驗發現 ,即使小線能量( 15 kJ / cm) 單道熱循環CGHAZ(粗晶熱影響區) 的低溫

22、( - 196 ) 沖擊功也非常低,經過800 或 900 二次熱循環后 ,低溫沖擊功明顯提高;三次熱循環能進一步改善其低溫韌性。所以 ,焊接 9Ni 鋼時應進行多層多道焊。 （4）盡量選用交流極性的電流。 由于 9Ni 鋼是一種強磁性材料 ,極易被磁化 ,采用直流電源時易出現磁偏吹現象,影響焊接工藝的穩定性 ,直接影響接頭質量。63（四）后續工作1、檢驗 儲罐的檢驗工作主要是圍繞焊縫進行的。按照相關標準，儲罐需要進行包括PT、RT、PMI和真空試驗等必要的檢驗。（1）PT檢驗-焊縫，焊道檢驗（EN571-1標準）（2）RT檢驗-鎳鋼壁板與環板的對接焊縫進行射線探傷（3）真空試驗-確保焊縫氣密

23、性（4）PMI檢驗-焊縫抽檢，合金成分鑒定，確認焊縫金屬的 Ni、Cr、Mo含量在規定的范圍內。642、試驗（1）水壓試驗 在空罐、1/4、1/2、3/4液位高度和盛滿水時分別進行基礎沉降、環向位移、徑向位移和傾斜的測量。試驗完成后，第二次對焊縫進行真空檢驗。（2）氣壓試驗 內罐盛水試漏合格后，將外罐開口大門復位合格后，進行外罐氣密性試驗，氣壓試驗壓力36.25kPa，保持1h以上，負壓500Pa檢測真空性。653、干燥和冷卻1）干燥：）干燥：采用液氮循環冷卻的方式，進行儲罐的干燥和惰化，降低罐內濕度和含氧量到規定的要求。2）冷卻：）冷卻：罐內噴射LNG，緩慢，均勻進行。6667珍珠巖混凝土角保護Wall X-Section不銹鋼內襯1mm68第三節 LNG的儲存安全69液化天然氣儲存安全技術主要有以下幾個方面（1）儲罐材料（2）LNG充注（3）儲罐的地基（4）儲罐的隔熱（5）安全保護系統70一、LNG的儲存特性（一）液體分層 LNG是多組分混合物，因溫度和組分的變化， 液體密度的差異使儲罐內的LNG可能發生