液化天然气储罐形式和选型版.docx
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液化天然气储罐形式和选型版
液化天然气储罐形式和选型（2021版）
Standardtextofsafetymanagement
（安全管理规范）
单位名：
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负责人：
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日期：
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适用于工作计划/工作汇报/新年计划/全文可改
液化天然气储罐形式和选型（2021版）
安全管理是企业、单位在生产过程中重要的组成部分，是由企业或单位根据各自行业的生产标准，而制定的安全生产方针、政策、法规、标准。
加强职工的安全意识，提高安全技能，及时总结，完善安全管理工作的不足之处
LNG储存是LNG工业链中的重要一环。
LNG储罐虽然只是LNG工业链中的一种单元设备，但是由于它不仅是连接上游生产和下游用户的重要设备，而且大型储罐对于液化工厂或接收站来说，占有很高的投资比例，因而世界各国都非常重视大型LNG储罐的设计和建造。
随着全球范围天然气利用的不断增长和储罐建造技术的发展，LNG储罐大型化的趋势越发明显，单罐容量20×104
m3
储罐的建造技术已经成熟，最大的地下储罐已达到25×104
m3
容量。
由于LNG具有可燃性和超低温性（-162℃），因而对LNG储罐有很高的要求。
储罐在常压下储存LNG，罐内压力一般为3.4～30kPa，储罐的日蒸发量一般要求控制在0.04%～0.2%。
为了安全目的，储罐必须防止泄漏。
一、LNG储罐形式
低温常压液化天然气按储罐的设置方式及结构形式可分为：
地下罐及地上罐。
地下罐主要有埋置式和池内式；地上罐有球形罐、单容罐、双容罐、全容罐及膜式罐。
其中单容罐、双容罐及全容罐均为双层罐（即由内罐和外罐组成，在内外罐间充填有保冷材料）。
（一）地下储罐
如图4-1所示，除罐顶外，地下储罐内储存的LNG的最高液面在地面以下，罐体坐落在不透水稳定的地层上。
为防止周围土壤冻结；在罐底和罐壁设置加热器。
有的储罐周围留有1m厚的冻结土，以提高土壤的强度和水密性。
LNG地下储罐采用圆柱形金属罐，外面有钢筋混凝土外罐，能承受自重、液压、地下水压、罐顶、温度、地震等载荷。
内罐采用金属薄膜，紧贴在罐体内部，金属薄膜在-162℃时具有液密性和气密性，能承受LNG进出肘产生的液压、气压和温度的变动，同时还具有充分的疲劳强度，通常制成波纹状。
日本川崎重工业公司为东京煤气公司建造了目前世界上最大的LNG地下储罐。
其容量为14×104
m3
，储罐直径64m，高60m，液面高度44m，外壁为3m厚的钢筋混凝土，内衬200m厚的聚氨酯泡沫隔热材料，内壁紧贴耐-162℃的川崎不锈钢薄膜，罐底为7.4m厚的钢筋混凝土。
地下储罐比地上储罐具有更好的抗震性和安全性，不易受到空中物体的碰击，不会受到风载的影响，也不会影响人员的视线，不会泄漏，安全性高。
但是地下储罐的罐底应位于地下水位以上，事先需要进行详细的地质勘察，以确定是否可采用地下储罐这种形式。
地下储罐的施工周期较长，投资较高。
（二）地上储罐
目前世界上LNG储罐应用最为广泛的是金属材料地面圆柱形双层壁储罐。
LNG地上储罐分为以下五种形式：
1.单容罐
单容罐是常用的形式，它分为单壁罐和双壁罐（由内罐和外容器组成），出于安全和隔热考虑，单壁罐未在LNG中使用。
双壁单容罐的外罐是用普通碳钢制成，它不能承受低温的LNG，也不能承受低温的气体，主要起固定和保护隔热层的作用。
单容罐一般适宜在远离人口密集区，不容易遭受灾害性破坏（例如火灾、爆炸和外来飞行物的碰击）的地区使用，由于它的结构特点，要求有较大的安全距离及占地面积。
图4-2是单容罐结构示意图[1]
。
其中，a、c采用座底式基础，b、d采用架空式基础。
单容罐的设计压力通常为（17～20）kPa，操作压力一般为12.5kPa。
对于大直径的单容罐，设计压力相应较低，BS7777规范中推荐这种储罐的设计压力小于14kPa，如储罐直径为70～80m时已经难以达到，其最大操作压力大约在12kPa。
因设备操作压力较低，在卸船过程中蒸发气不能返回到LNG船舱中，需增加一台返回气风机。
较低的设计压力使蒸发气体的回收压缩系统需要较大的功率，将增大投资和操作费用。
单容罐的投资相对较低，施工周期较短；但易泄漏是它的一个较大的问题，根据规范要求单容罐罐间安全防护距离较大，并需设置防火堤，从而增加占地及防火堤的投资。
周围不能有其他重要的设备。
因此对安全检测和操作的要求较高。
由于单容罐的外罐是普通碳钢，需要严格地保护以防止外部的腐蚀，外部容器要求长期的检查和油漆。
由于单容罐的安全性较其他形式罐的安全性低，近年来在大型LNG生产厂及接收站已较少使用。
2.双容罐
双容罐具有能耐低温的金属材料或混凝土的外罐，在内筒发生泄漏时，气体会发生外泄，但液体不会外泄，增强了外部的安全性，同时在外界发生危险时其外部的混凝土墙也有一定的保护作用，其安全性较单容罐高。
根据规范要求，双容罐不需要设置防火堤但仍需要较大的安全防护距离。
当事故发生时，LNG罐中气体被释放，但装置的控制仍然可以持续。
图4-3是双容罐结构示意图[1]
。
其中，a外罐采用金属材料，b外罐采用预应力混凝土，罐顶加吊顶隔热，c外罐采用预应力混凝土并增加土质护堤，罐顶加吊顶隔热。
储罐的设计压力与单容罐相同（均较低），也需要设置返回气鼓风机。
双容罐的投资略高于单容罐，约为单容罐投资的110%，其施工周期也较单容罐略长。
3.全容罐
图4-4是全容罐结构示意图[1]
。
全容罐的结构采用9%镍钢内筒、9%镍钢或混凝土外筒和顶盖、底板，外筒或混凝土墙到内筒大约1～2m，可允许内筒里的LNG和气体向外筒泄漏，它可以避免火灾的发生。
其设计最大压力为30kPa，其允许的最大操作压力25kPa，设计最小温度-165℃。
由于全容罐的外筒体可以承受内筒泄漏的LNG及其气体，不会向外界泄漏。
其安全防护距离也要小得多。
一旦事故发生，对装置的控制和物料的输送仍然可以继续，这种状况可持续几周，直至设备停车。
当采用金属顶盖时，其最高设计压力与单壁储罐和双壁储罐的设计一样。
当采用混凝土顶盖（内悬挂铝顶板）时，安全性能增高，但投资相应的增加。
因设计压力相对较高，在卸船时可利用罐内气体自身压力将蒸发气返回LNG船，省去了蒸发气（BOG）返回气风机的投资，并减少了操作费用。
全容罐具有混凝土外罐和罐顶，可以承受外来飞行物的攻击和热辐射，对于周围的火情具有良好的耐受性。
另外，对于可能的液化天然气溢出，混凝土提供了良好的防护。
低温冲击现象即使有也会限制在很小的区域内，通常不会影响储罐的整体密封性。
4.膜式罐
膜式罐采用了不锈钢内膜和混凝土储罐外壁，对防火和安全距离的要求与全容罐相同。
但与双容罐和全容罐相比，它只有一个筒体。
膜式罐的操作灵活性比全容罐的大，因不锈钢内膜很薄，没有温度梯度的约束。
膜式罐适用的规范可参照EN1473（液化天然气设备与安装）。
该类型储罐可设在地上或地下，建在地下时，当投资和工期允许，可选用较大的容积，这种结构可防止液体的溢出，提供了较好的安全设计，且有较大的罐容。
该罐型较适宜在地震活动频繁及人口稠密地区使用。
但投资比较高，建设周期长。
由于膜式罐本身结构特点，它的缺点在于有微量泄漏。
5.球形罐
LNG球形储罐（见图4-5）的内外罐均为球状。
工作状态下，内罐为内压容器，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。
球罐的优点是由于球体是在同样的体积下，具有最小的表面积，因而所需的材料少，设备质量小；球罐具有最小的表面积，因此传热面积也最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的隔热保温效果；内外壳体呈球形，具有最佳的耐压性能。
但是球壳的加工需要专用设备，精度要求高；现场组装技术难度大，质量不易保证；虽然球壳的净质量最小，但成形材料利用率最低。
球罐的容积一般为200～1500m3
，工作压力0.2～1.0MPa。
容积小于200m3
的球罐尽可能在制造厂整体加工后出厂，以减少现场安装工作量。
容积超过1500m3
的，不宜采用球罐，因为此时外罐的壁厚过大，制造困难。
二、LNG储罐的比较及选择
LNG罐型的选择要求安全可靠、投资低，寿命长，技术先进，结构有高度完整性，便于制造；并且要求能使整个系统的操作费用低。
地下罐投资非常高、交付周期长。
除非有特殊的要求，设计一般不选用。
双容罐和全容罐比较，有差不多的投资和交付周期，但安全水平较低，现在对LNG储罐设计来说，比较陈旧，也不被选用。
单容罐显然有一个较低的投资，相对与其他罐型，节余的费用可用来增加其他设备和安全装置来保证安全性。
全容罐和膜式罐的投资和其他形式储罐比较稍高，但其实际的安全性更好。
它们是现在接收站普遍采用的罐型，另外混凝土顶经常被看作是能提供额外保护和具有工艺优势（较高的操作压力）。
膜式地上罐理论上投资和交付周期较全容罐和地下罐是有优势的，但膜式罐的制造商很少。
单容罐、双容罐与全容罐相比罐本身的投资较低，建设周期较短；但是，因为单容罐、双容罐的设计压力和操作压力均较低，需要处理的BOG量相应增加较多，BOG压缩机及再冷凝器的处理能力也相应增加，卸料时BOG不能利用罐自身的压力返回输送船，必须增加配置返回气风机。
因此，LNG罐及相应配套设备的投资比较，单容罐、双容罐反高于全容罐，其操作费用也大于全容罐。
详见表4-1～表4-3。
表4-1LNG储罐比较
罐型
单容罐
双容罐
全容罐
膜式地上储罐
膜式地下储罐
安全性
中
申
高
由
高
占地
多
中
少
少
少
技术可靠性
低
中
高
由
由
结构完整性
低
由
高
由
中
投资（罐及相关设备）
80%～85%
需配回气风机
95%～100%
需配回气风机
100%
不配回气风机
95%
需配回气风机
150%～180%
需配回气风机
操作费用
中
中
低
低
低
施工周期/月
28～32
30～34
32～36
30～34
42～52
施工难易程度
低
中
中
高
高
观感及信誉
低
中
高
由
高
表4-2LNG罐的造价及建设周期比较①
LNG储罐
造价
建设周期/月
单容罐
双容罐
膜式罐
全容罐
地下罐
池内罐
80%～85%
95%～100%
95%
100%
150%～180%
170%～200%
28～32
30～34
30～34
32～36
42～52
48～60
①造价系指罐容10×104
m3
以上储罐，建设周期为罐容12×104
m3
以上储罐。
表4-3采用不同罐形时罐及相应设备的投资费用及运营费用比较
×106
美元
项目
单容罐
双容罐
全容罐
投资费用
LNG罐（4台）
80%～85%
95%～100%
100%
土地费
200%～250%
100%
升级会员 