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LNG罐车知识
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30m3/0.8MPa LNG半挂运输车的研制[精华][转载]
内容：
摘 要：
本文介绍了液化天然气运输车的研制概况。
在低温绝热方面采用了真空纤维绝热，彻底解决了真空粉末绝热材料下沉的技术质量问题。
在工艺流程设计方面考虑了安全性和可靠性。
该车专门用于贮存运输低温液态甲烷、乙烷和乙烯等易燃易爆产品；它以分体式双轴半挂车车架作为承载车，配以TCB--27/8型低温液体运输贮槽作为介质贮存组成了LNG运输的专用装置。
关键词：
液化天然气低温贮运；安全；装置研制
1前言
液态甲烷、乙烷和乙烯等产品，是低温易燃易爆介质。
这些产品在国民经济发展和人民日常生活中起着重要作用。
国际上，发达国家从中东等地区进口天然气，通常是将天然气制成液态产品后用大型槽船进行远距离运输。
在我国，液化天然气（简称LNG）生产市场已经启动，开发研制液化天然气贮运设备具有潜在广阔的市场前景。
本产品具有贮运量大，一次可装运27m3LNG产品，相当于1.6x104m3天然气，是理想的LNG产品运输车。
本产品具有贮存压力低、安全可靠；占地面积小，灵活机动、操作简单等优点。
2主要技术特性
2.1主要技术参数
主要技术参数详见低温液体运输半挂车技术特性表（表1）所示。
2.2绝热方式及绝热性能指标简介
本产品采用真空纤维绝热（简称CB）技术取代真空粉末绝热（简称CF）技术作为低温绝热措施。
真空纤维绝热技术是近几年国际上刚刚兴起的低温绝热技术。
主要用于低温液体运输车，其目的主要是在保证不降低绝热性能，不大幅增加绝热成本的前提下，解决真空粉末绝热材料下沉的技术质量问题。
真空纤维绝热技术与真空粉末绝热技术及高真空多层绝热（简称CD）技术的分析比较。
表1低温液体运输半挂车技术特性表
设备
项目名称
单位
内筒
外筒
备 注
贮
槽
容器类别
三类
／
充装介质
LNG、LN2、LO2
／
有效容积
m3
27*
／
*容积充装率90%
几何容积
30
18*
*夹层容积
最高工作压力
MPa
0.8
-0.1*
*“-”指“外压”
设计压力
1.0
最低工作温度
℃
-196
常温
设计温度
-196
主体材质
0Cr18Ni9*
16MnR**
*GB4327**GB6654
安全阀开戾压力
MPa
0.88
／
绝热形式
真空纤维
简称：
CB
日蒸发率
%/d
≤0.3*
／
*LNG
自然升压速度
KPa/d
≤17*
／
*LNG
空重
kg
～14300
满重
～25800
LCH4
牵
引
车
型号
ND1926S
北方－奔驰
发动机功率
kw
188
最高车速
km/h
86.4
最低油耗
g/kw.h
216
制动距离
m
6.45
30km/h
百公时油耗
L
22.8
轴距
mm
3250
允许列车总重
kg
38000
鞍座允许压重
12500
自重
6550
半
挂
车
底架型号
THT9360型
自重
kg
4100
允载总质量
36000
满载总质量
30700
列
车
型号
KQF9340GDYBTH*
*不含牵引车
充装质量
kg
12500
LN2
整车整备质量
～25100
允载总质量
38000
LNG
满载总质量
～37600
LN2
（1）绝热性能指标。
经实测证明：
CB材料保温性能介于CF及CD材料之间，即优于CF材料，略低于CD材料。
产品的日蒸发率和自然升压速度指标理论计算值（LNG）见表2。
表2绝热性能指标比较表
绝热技术
日蒸发率％／d
自然升压速度KPa/d
CF
≤0.35
≤20
CB
≤0.3
≤17
CD
≤0.28
≤14
注①日蒸发率值为环境温度20℃，压力为0.1MyPa绝压时的标准值。
②自然升压速度为环境温度50C时，初始充装率为90%；初始压力为0.2MPa（表压）升至终了压力为0.8MPa（表压）条件下的平均值。
③介质为LNG。
（2）绝热措施可靠性。
CB材料为超细玻璃棉毡制品。
以包扎方式紧固于内外筒之间的夹层空间内。
其包扎方法与高真空多层绝热相似，具有永不下沉的优点。
（3）绝热技术成本分析。
CB材料价格介于CF材料及CD材料之间。
但CB技术是以人工包扎方式进行的。
因此工费接近于CD技术，高于CF技术。
就低温绝热所需最佳真空度而言，CB技术比较接近于CF技术，低于CD技术。
即对真空度获得与维持所需的成本是：
CB技术接近于CF技术，低于CD技术。
因此，总成本变化情况是：
CB技术介于CF及CD技术之间。
CB技术所增加的成本相对于低温液体贮槽的总成本而言上升一般不超过5%左右。
这个比例相对于采用CF技术的因膨胀珍珠岩粉末下沉所引起的售后服务费相比微不足道。
CB（专利）技术在60多台产品上使用实践证明：
其售后服务费接近于零，深受用户欢迎。
2.3选材
考虑到LNG等介质的低温特性，贮槽内筒及管道材料选用0Crl8Ni9奥氏体不锈钢，外筒选用16MnR低合金钢钢板。
内外筒支承选用耐低温的，且绝热性能较好的环氧玻璃钢。
2.4车型选择
该产品整车装备质量为18500kg（不含牵引车），允载总质量为34000kg，满载总质量为30700kg。
配用北方一奔驰NDl926S型牵引汽车较为合适，列车满载总质量37600kg。
3结构简介
半挂LNG运输车结构详见图1所示。
图130m3/0.8MPa牛挂LNG运输车示意图3.1牵引汽车及半挂车架
牵引汽车底盘采用定型的北方一奔驰NDl926S型带卧罐汽车底盘。
该型车是目前国内质量最好的载重汽车之一。
除了北方一奔驰NDl926S牵引车外，也可使用符合本产品牵引性能的其它牵引车。
例如东风日产CKA46BT型牵引车。
半挂车架选用分体式双轴半挂车车架，由挂车厂按整车设计要求定制。
3.2贮槽
贮槽型号为TCB-27／8型低温液体贮槽。
金属双圆筒真空纤维绝热结构；尾部设置操作箱，主要的操作阀门均安装在操作箱内集中控制。
操作箱三面设置铝合金卷帘门，便于操作维护。
前部设有车前压力表，便于操作人员在驾驶室内就近观察内筒压力。
两侧设置平台，便于阻挡泥浆飞溅。
平台上设置软管箱，箱内放置输液（汽）金属软管。
软管为不锈钢波纹管。
3.3整车
列车整车外形尺寸长x宽x高≈14500mmx2500mmx3800mm，符合GB7258《机动车运行安全技术条件》标准规定。
整车按GBll567标准规定，在两侧设置有安全防护栏杆，车后部设置有安全防护装置。
并按GB4785标准规定设置有信号装置灯。
4流程简介
图2工艺流程图
4.1进排液系统
进排液系统由V3、V4和V8阀组成。
V3为底部进排液阀，V4为顶部进液阀，V8为液相管路紧急截断阀。
a管口连接进排液软管。
4.2进排汽系统
V7、V9阀为进排汽阀。
V9阀为汽相管路紧急截断阀。
装车时，槽车的汽体介质经此阀排出予以回收。
卸车时则由此阀输入汽体予以维持压力；也可不用此口，改用增压器增压维持压力。
b管口连接进排气软管。
4.3自增压系统
自增压系统由V1、V2阀及Pr增压器组成。
V1阀排出液体去增压器加热汽化成气体后经V2阀返回内筒顶部增压。
增压的目的是为了维持排液时内筒压力稳定。
4.4吹扫置换系统
吹扫置换系统由E2、E3和E4阀组成。
吹扫气由g管口进入，a、b、c管口排出，关闭V3、V4、V9阀，可以单独吹扫管路；打开V3、V4、V9和E1阀，可以吹扫容器和管路系统。
4.5仪控系统
仪控系统由P1、P2、LG仪表和I1、L2、L3、G1、G2阀门组成。
P1压力表和LG液位计安装在操作箱内；P2安装在车前。
I1～L3及G1、G2阀为仪表控制阀门。
4.6紧急截断阀与气控系统
在液相和汽相进出口管路上，分别设有紧急截断装置。
（1）液相紧急截断装置。
V8为液相紧急截断阀。
在紧急情况下由气控系统实行紧急开启或截断作用；也是液相管路的第二道安全防护措施。
V8阀为气开式（控制气源无气时自动处于关闭状态）低温截止阀；且具有手动、气动（两者只允许选择一种）两种操作方式。
M1、M2、M3、B、N、P3为气控系统。
M1为气源总阀；M2、M3为三通排气阀，一只安装在V8阀上，另一只安装在汽车底盘空气罐旁的贮气罐B上；N为易熔塞；P3、P4为控制气源压力表。
气源由汽车底盘提供。
V8阀在0.1MPa气源压力下可打开，低于此压力即可关闭。
（2）汽相紧急截断装置。
VQ阀为汽相紧急截断阀。
其控制原理同4.6.1条。
4.7安全系统
安全系统由S1、S2、S3安全阀及V5、V6控制阀、阻火器D组成。
S1为容器安全阀；S2、S3为管路安全阀，此为第一道安全防护措施；S4为外筒安全装置；阻火器D用于阻止放空管口处着火时火焰回窜。
4.8抽空系统
VV为真空阀，用于连接真空泵。
R为真空规管，与真空计配套可测定夹层真空度。
4.9测满分析取样系统
MVl～MV3阀为测满分析取样阀。
f管口喷出液体时，则液体容量已达设计规定的最大充装量，该阀并可用于取样分析LNG纯度。
5安全性设计简介
针对LNG的易燃易爆特点，设计有以下安全措施。
5.1紧急截断控制措施
见4.6条。
通过M2、M3、M5、M6阀可以在操作箱内或汽车底盘前部实施气动控制。
5.2易熔塞
易熔塞为伍德合金，其融熔温度为70℃±5℃。
伍德合金浇注在螺塞的中心通孔内。
螺塞便于更换。
易熔塞直接装在紧急截断阀的气源控制气缸壁上。
当易熔塞的温度达到70℃±5℃时，伍德合金熔化，并在内部气压（0.1MPa）的作用下，将熔化了的伍德合金吹出并泄压，泄压后的紧急截断阀在弹簧的作用下迅速自动关闭，达到截断装卸车作业的目的。
此为第三道安全防护措施。
5.3阻火器
阻火器内装耐高温陶瓷环，阻火器安装在安全阀和放空阀的出口汇集总管路上。
当放空口处出现着火时防止火焰回窜，起到阻隔火焰作用，保护设备安全。
5.4吹扫置换系统
吹扫置换系统由E2、E3和E4阀组成，g管口送入纯氮气，可对内筒和管路整个系统进行吹扫置换，直至含氧量小于2.0%为止。
随即转入用产品气进行置换至纯度符合要求。
管路包括输液（或输气）的吹除置换，同样应先用纯氮气吹扫管路至含氧量小于2.0%，然后再用产品气置换至纯度符合要求。
5.5导静电接地及灭火装置
本产品配有导静电接地装置，以消除装置静电；此外，在车的前后左右两侧均配有4只灭火机，以备有火灾险情时应急使用
6产品法规标准
样品研制主要遵守以下法规标准规定：
国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》1999版
原国家劳动部 《液化气体汽车罐车安全监察规程》
GBl50--1998 《钢制压力容器》
GB4237-92 《不锈钢热轧钢板》
GB4785-94 《汽车和挂车外部照明和信号装置的数量、位置及光色》
GB6654-1996 《压力容器用钢板》
GB7258-1997 《机动车运行安全技术条件》
GB9417-88 《汽车产品型号编制规则》
GBll567-94 《汽车和挂车侧面及后下部防护装置要求》
JB4730-94 《压力容器无损检测》
JB/T6897-2000 《低温液体运输车》
JB6898-1997 《低温液体贮运设备使用安全规则》
GB/T17350-1998 《专用汽车和专用半挂车术语和代号》
《真空热运输车制造技术条件》
《真空热运输车制造工艺规范》
KQF9340GDYBTH型低温液体运输车产品技术条件。
7结束语
（1）本产品研制开发过程是成功的。
其内在质量和外观质量均符合有关法规、标准和产品图样、技术条件规定；其外观造型也较美观；其配套要求也符合用户特殊要求。
（2）本产品采用了CB专利绝热技术，彻底解决了CF绝热技术的技术难题，保证了绝热材料永不下沉，提高了可靠性。
深受用户欢迎。
（3）本产品采用了的低温紧急截断装置专利技术，方便地利用汽车底盘气源作为控制气源，并配以专用低温紧急截断阀。
从技术上保证了产品的安全防护性能。
（4）本产品虽然是针对LNG的特性进行研制开发出来的新产品，它不但适用于LNG；而且也适用液化氮气（LN2）和液化氧气（LO2）。
其适应性强可推广使用。
液化天然气储存及应用技术
1、前言
天然气是一种清洁优质能源，近年来，世界天然气产量和消费量呈持续增长趋势。
从今后我国经济和社会发展看，加快天然气的开发利用，对改善能源结构，保护生态环境，提高人民生活质量，具有十分重要的战略意义。
国际上液化天然气（LNG）的生产和应用已有久远的历史。
LNG贸易是天然气国际贸易的一个重要方面。
近10年来LNG产量以年20％速度增长。
LNG工业将是未来天然气工业重要组成部分。
我国尚处于起步阶段，国家最近批准在珠海建设进口LNG接收站。
中原油田正筹建一座日处理15万m3天然气的液化工厂。
LNG在我国的应用必将开始一个新的阶段。
2、液化天然气的制取与输送
LNG是液化天然气的简称，常压下将天然气冷冻到-162℃左右，可使其变为液体即液化天然气（LNG）。
它是天然气经过净化（脱水、脱烃、脱酸性气体）后，采用节流，膨胀和外加冷源制冷的工艺使甲烷变成液体而形成的。
LNG的体积约为其气态体积的l／620。
天然气的液化技术包括天然气的预处理，天然气的液化及贮存，液化天然气的气化及其冷量的回收以及安全技术等内容。
LNG利用是一项投资巨大、上下游各环节联系十分紧密的链状系统工程，由天然气开采、天然气液化、LNG运输、LNG接收与气化、天然气外输管线、天然气最终用户等6个环节组成。
由于天然气液化后，体积缩小620倍，因此便于经济可靠的运输。
用LNG船代替深海和地下长距离管道，可节省大量风险性管道投资，降低运输成本。
从输气经济性推算，陆上管道气在3000km左右运距最为经济，超过3500km后，船运液化天然气就占了优势，具有比管道气更好的经济性。
LNG对调剂世界天然气供应起着巨大的作用，可以解决一个国家能源的短缺，使没有气源的国家和气源衰竭的国家供气得到保证，对有气源的国家则可以起到调峰及补充的作用，不仅使天然气来源多元化，而且有很大的经济价值。
LNG作为城市气化调峰之用比用地下储气库有许多优点。
例如：
它选址不受地理位置、地质结构、距离远近、容量大小等限制，而且占地少、造价低、工期短、维修方便。
在没有气田、盐穴水层的城市，难以建地下储气库，而需要设置LNG调峰。
这项技术在国外已比较成熟，如美国、英国和加拿大的部分地区采用LNG调峰。
我国也正在引进这项技术。
液化天然气蕴藏着大量的低温能量，在1个大气压下，到常温气态大约可放出879KJ／kg的能量，利用其冷能可以进行冷能发电、空气分离、超低温冷库、制造干冰、冷冻食品等。
由于LNG工厂在预处理时已脱除了气体的杂质，因此LNG作为燃料燃烧时所排放的烟气中S02及NOx含量很少。
因此被称为清洁能源，广泛用于发电、城市民用燃气及工业燃气，减少了大气污染，有利于经济与环境的协调发展。
3、LNG接收站的工艺系统
LNG通常由专用运输船从生产地输出终端运到目的地接收站，经再气化后外输至用户。
目前，已形成了包括LNG生产、储存、运输、接收、再气化及冷量利用等完整的产、运、销LNG工业体。
3．1LNG接收站工艺漉程
LNG接收站一般由接收港和站场两部分组成，其工艺方案可分为直接输出式和再冷凝式两种，主要区别在于根据终端用户压力要求不同，在流程中是否设有再冷凝器等设备。
后者的工艺流程见图l。
图1LNG接收站工艺流程
由图l可知，LNG接收站一般由LNG卸船、储存、再气化／外输、蒸发气处理、防真空补气和火炬／放空6部分工艺系统（有的终端还有冷量利用系统）组成。
为了能够平稳、安全的运转，必须要有高度可靠的控制系统。
3.1.1LNG卸船系统
LNG运输船靠泊码头后，经码头上卸料臂将船上LNG输出管线与岸上卸船管线连接起来，由船上储罐内的输送泵（潜液泵）将LNG输送到终端的储罐内。
随着LNG不断输出，船上储罐内气相压力逐渐下降，为维持其值一定，将岸上储罐内一部分因冷损气化产生的蒸发气加压后经回流管线及回流臂送至船上储罐内。
LNG卸船管线一般采用双母管式设计。
卸船时两根母管同时工作，各承担50％的输送量。
当一根终管出现故障时，另一根母管仍可工作，不致使卸船中断。
在非卸船期问，双母管可使卸船管线构成一个循环，便于对母管进行循环保冷，使其保持低温，减少因管线漏热使LNG蒸发量增加。
通常，由岸上储罐输送泵出口分出一部分LNG来冷却需保冷的管线，再经循环保冷管线返回罐内。
每次卸船前还需用船上LNG对卸料臂等预冷，预冷完毕后再将卸船量逐步增加至正常输量。
卸船管线上配有取样器，在每次卸船前取样并分析LNG的组成、密度及热值。
3.1.2LNG储存系统
LNG低温储罐采用绝热保冷设计。
由于有外界热量或其它能量导人，例如储罐绝热层、附属管件等的漏热、储罐内压力变化及输送泵的散热等，故会引起储罐内少量LNG蒸发。
正常运行时。
罐内LNG的日蒸发率约为0.06％--0.08％。
卸船时，由于船上储罐内输送泵运行时散热、船上储罐与终端储罐的压差、卸料臂漏热及LNG液体与蒸发气的置换等，蒸发气量可数倍增加。
为了最大程度减少卸船时的蒸发气量，应尽量提高此时储罐内的压力。
接收站的储存能力可按下式计算，即：
Vs=Vt+nQ-tq式中：
Vs——储存能力,m3；
Vt——LNG运输船船容,m3；
n——连续不可作业的日数,d；
Q——平均日输送量,m3／d；
t——卸船时间，h；
q——卸船时的输送量，m3／d。
一般说来，接收站至少应有2个等容积的储罐。
一般都在lO×l04m3以上，直径达70多米。
3.1.3LNG再气化/外输系统
储罐内LNG经罐内输送泵加压至1MPa后进入再冷凝器，使来自储罐顶部的蒸发气液化。
从再冷凝器中流出的LNG可根据不同用户要求，分别加压至不同压力。
一般情况是一部分LNG经低压外输泵加压至4.0MPa后。
进入低压水淋蒸发器中蒸发。
水淋蒸发器在基本负荷下运行时，浸没燃烧式蒸发器作为备用设备，在水淋蒸发器维修时运行或在需要增加气量调峰时并联运行；另一部分LNG经高压外输泵加压至7MPa后，进入高压水淋蒸发器蒸发，以供远距离用户使用。
高压水淋蒸发器也配有浸没燃烧式蒸发器备用。
再气化后的高、低压天然气（外输气）经计量设施分别计量后输往用户。
为保证罐内输送泵、罐外低压和高压外输泵正常运行，泵出口均设有回流管线。
当LNG输送量变化时，可利用回流管线调节流量。
在停止输出时，可利用回流管线打循环，以保证泵处于低温状态。
3.1.4蒸发气处理系统
储罐顶部的蒸发气先通过压缩机加压到1MPa左右，然后与LNG低压泵送来的压力为1MPa的过冷液体换热，冷凝成LNG。
此系统应保证LNG储罐在一定压力范围内正常工作。
储罐的压力取决于罐内气相（蒸发气）的压力。
储罐中设置压力开关，并分别设定几个等级的超压值及欠压值，当压力超过或低于各级设定值时，蒸发气处理系统按照压力开关进行相应动作。
以控制储罐气相压力。
在低温下运行的蒸发气压缩机，对人口温度通常有一定限制。
往复式压缩机一般要求为-80℃～160℃，离心式压缩机为-80℃～160℃。
为保证人口温度不超限（主要是防止超过上限）。
故要求在压缩机人口设蒸发气冷却器，利用LNG的冷量保证人口温度低于上限。
3.1.5储罐防真空补气系统
为防止LNG储罐在运行中产生真空，在流程中配有防真空补气系统。
补气的气源通常为蒸发器出口管汇引出的天然气。
有些储罐也采取安全阀直接连接通大气的做法，当储罐产生真空时，大气可直接由阀进入罐内补气。
3.1.6火炬／放空系统
当LNG储罐内气相空间超压，蒸发气压缩机不能控制且压力超过泄放阀设定值时，罐内多余蒸发气将通过泄放阀进入火炬中烧掉。
当发生诸如翻滚现象等事故时，大量气体不能及时烧掉，则必须采取放空措施捧泄。
4LNG接收站的主要设备
4.1卸科臂
通常根据终靖规模配置效根卸料臂及1根蒸发气回流臂，二者尺寸可同可异，但结构性能相同。
如若尺寸相同则可互用。
卸料臂的选型应考虑LNG卸船量和卸船时间，同时根据栈桥长度、管线距离、高程、船上储罐内输送泵的扬程等，确定其压力等级、管径及数量。
蒸发气回流臂则应根据蒸发气回流量确定其管径等。
为了保证卸料臂的旋转接头在低温下有良好的密封性能而采用双重密封结构，同时可在工作状态时平移和转动；为了安全。
每台LNG卸料臂必须配备紧急脱离装置。
臂内LNG设计流速一般为l0m／s。
蒸发器回流臂的流速设计值为50m／s。
LNG卸料臂的材质主要为不锈钢和铝合金。
制造直径一般在40.64cm以下。
4.2LNG储簟
LNG储罐属常压、低温大型储罐，分为地上式与地下式两类，通常为平底双壁圆柱形。
储罐内壁与LNG直接接触，一般采用含镍9％的合金钢。
也可为全铝、不锈钢薄膜或预应力混凝土，外壁为碳钢或预应力混凝土。
壁顶的悬挂式绝热支撑平台为铝制，罐顶则由碳钢或混凝土制成。
簟内绝热材料主要为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维毡及泡沫玻璃砖等。
LNG储罐又有单容（单封闭）罐、双容（双封闭）罐及全容（全封闭）罐3种型式。
单容罐在金属罐外有一比罐高低得多的混凝土围堰，用于防止在主容器发生事故时LNG外溢扩散。
该型储罐造价最低，但安全性稍差、占地较大。
与单容罐相比，双容罐的辅助容器则是在主容器外围设置的一层高度与罐壁相近，并与主容器分开的圆柱形混凝土防护墙，全容储罐是在金属罐外有一带顶的全封闭混凝土外罐，即使LNG一旦泄露也只能在混凝土外罐内而不致于外泄，还可防止子弹击穿、热辐射等。
这3种型式的储罐各有优缺点。
选择罐型时应综合考虑技术、经济、安全性能、占地面积、场址条件、建设周期及环境等因素。
地下储罐全部建在地面以下，金属罐外是深达百米左右的混凝土连续地中壁。
地下储罐主要集中在日本。
抗地震性好，适宜建在海滩回填区上，占地少。
多个储罐可紧密布置，对站周围环境要求较好。
安全性最高。
气相空间设计压力是常压、低温大型储罐的重要参数，尤其对接收站储簟更为重要。
随着科学技术的进步，这类储簟的气相空间设计压力正逐年提高。
尤其是薄膜罐，由于其固有结构特点，可采用较高的设计压力。
储罐所有开口均应选择在罐顶，避免LNG由接口处泄漏。
此外，还应采用措施防止在某些情况下由于液体分层及储罐漏热而引起的翻滚现象。
例如，考虑到运输船待卸的LNG与终端储罐内已有LNG的密度差，可将卸船管线进液口分别引至罐顶与罐底。
如待卸LNG,密度大于储罐
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