液化天然气储罐形式和选型标准版.docx
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液化天然气储罐形式和选型标准版
液化天然气储罐形式和选型(标准版)
Safetymanagementreferstoensuringthesmoothandeffectiveprogressofsocialandeconomicactivitiesandproductiononthepremiseofensuringsocialandpersonalsafety.
(安全管理)
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液化天然气储罐形式和选型(标准版)
安全管理是运用行政、法律、经济、教育和科学技术手段等,协调社会经济发展与安全生产的关系,处理国民经济各部门、各社会集团和个人有关安全问题的相互关系,使社会经济发展在满足人们的物质和文化生活需要的同时,满足社会和个人的安全方面的要求,保证社会经济活动和生产、科研活动顺利进行、有效发展。
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%
100%
场地平整费
150%~200%
100%
100%
道路围墙费用
110%~120%
100%
100%
管线管廊费用
100%~180%
250%~300
100%
BOG压缩及回气系统费用
250%~300%
110%~120%
100%
总计费用
110%~120%
110%~120%
100%
运营费用
450%~500%
450%~500%
100%
近年来,为了更有效地利用土地资源,减少建造费用,LNG储罐的单罐容量不断加大,而对储罐的安全性要求愈来愈高,罐的选型也逐渐转向安全性更高的全容罐及地下罐。
1995~2008年新增的LNG储罐共120台其中全容罐共77台,占64%,地下罐共20台,占17%,详见表4-4。
表4-41995~2008年新建的大型LNG储罐(12×104
~18×104
m3
)
LNG储罐
建设位置
小计
罐型
结构
液化厂
接收站
单容罐
双金属壁,地上
18
18
膜式罐
膜式预应力混凝土罐,地上
4
4
全容罐
9Ni钢内罐,预应力混凝土外罐,地上
29
48
77
全容罐
9Ni钢污罐,预应力混凝土外罐,地上掩埋式
1
1
池内罐
9Ni钢内罐,预应力混凝土外罐,地下池内
3
3
地下罐
9Ni钢内罐,预应力混凝土外罐,地下
17
17
合计
30
90
120
可在本位置填写公司名或地址
YOUCANFILLINTHECOMPANYNAMEORADDRESSINTHISPOSITION