大型低溫LNG儲罐設(shè)計與建造技術(shù)的新進(jìn)展

摘要：天然氣低溫常壓以及低溫低壓具有占地少、儲存效率高以及儲存規(guī)模大的優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。同時，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，天然氣對于城市以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的LNG接收終端站以及天然氣液化廠的儲罐設(shè)計與建造提出了更高的要求。根據(jù)大型低溫液化氣體儲罐建造情況，針對天然氣儲罐材料、結(jié)構(gòu)、施工以及設(shè)計進(jìn)行分析與探討，最后進(jìn)行簡單的總結(jié)與思考。

關(guān)鍵詞：液化天然氣；低溫LNG儲罐；設(shè)計；分析；思考

引言

國家對于清潔能源發(fā)展的高度重視，促進(jìn)了天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，在全國相當(dāng)一部分地區(qū)使用天然氣作為生產(chǎn)與生活上的主要燃料。天然氣低溫常壓（或低壓）的優(yōu)勢，使其在利用上帶來了極大的便捷性。因此，針對大型低壓LNG儲罐設(shè)計與建造技術(shù)的研究工作，對于天然氣的使用與運(yùn)輸安全具有重要的現(xiàn)實意義。

1 關(guān)于大型低溫LNG儲罐的概要

目前，LNG低溫儲罐主要分為兩種，分布為地下罐以及地面罐。地下罐常用的是圓柱形薄膜罐，其宜建立在地震多發(fā)地區(qū)，在我國西部地區(qū)應(yīng)用較為廣泛。同時，圓柱形薄膜罐還具有優(yōu)越抗震性能以及對抗風(fēng)暴性能。對于地下罐的建設(shè)前期的準(zhǔn)備工作尤為重要，原因在于地下罐需要進(jìn)行大量的地面勘測與地下勘測，對于地下罐所在區(qū)域的水文與地質(zhì)環(huán)境有著較為嚴(yán)苛的要求[1]。另外，對于地基的挖掘往往工程量比較大，在一定程度上講，增加了安全上的風(fēng)險。因此，目前國內(nèi)還是普遍使用地面罐。地面罐的形式是非常多樣的，目前主要有球罐單容式、雙容式、全容式以及薄壁罐等諸多類型。當(dāng)下，出于安全、性能以及造價上的綜合考慮，我國大型低溫LNG儲罐主要采用全容罐結(jié)構(gòu)形式。

2 全容式儲罐設(shè)計概要

目前，全容式儲罐主要采用測材料為9%鎳鋼，經(jīng)過多種程序的設(shè)計與建造之后，作為我國主要的LNG儲罐設(shè)計方式。全容式罐頂?shù)脑O(shè)計方式為敞開式，外罐為圓柱形結(jié)構(gòu)，作為首要的氣態(tài)包容層以及液相天然氣的第二包容層，其具有良好的應(yīng)用效果。全容式儲罐具有良好的抗擊打能力，并具備一定的抗震性能，同時，其占地面積相對于其他儲罐也是比較小的。全容罐在外罐進(jìn)行了相關(guān)的防火設(shè)計，使其內(nèi)罐在發(fā)生泄漏或者是火災(zāi)事故時，外罐內(nèi)罐進(jìn)行對LNG液體以及蒸發(fā)氣的短暫容納，給予工作人員一定的處理時間，防止火災(zāi)的蔓延。根據(jù)相關(guān)資料，目前關(guān)于全容式罐容的最大量已經(jīng)達(dá)到了240000m3，因此在設(shè)計加入了故障的處理應(yīng)急系統(tǒng)，即當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)關(guān)斷之前，操作系統(tǒng)可以繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)，并維持一周的時間[2]。

3 大型低溫LNG儲罐設(shè)計的基本理論分析

針對大型低溫LNG儲罐設(shè)計所使用的規(guī)范，主要有API620以及英國標(biāo)準(zhǔn)BS-EN14620。針對對板壁的設(shè)計理論，目前采用的主要有許用應(yīng)力理論以及極限狀態(tài)理論。關(guān)于許用應(yīng)力理論，簡單來講，就是按照彈性勻質(zhì)體力學(xué)方法求結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力。當(dāng)結(jié)構(gòu)中的任何一點，其應(yīng)力都不會大于材料的容許應(yīng)力時，就可以認(rèn)定結(jié)構(gòu)是安全的。極限狀態(tài)理論，即是整個結(jié)構(gòu)或者是結(jié)構(gòu)中的某一部分，其超過某一特定狀態(tài)之后，就不會滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，因此，將此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。同時，也可以將解釋為以某種特定的“極限狀態(tài)”作為其參照標(biāo)準(zhǔn)，因此，其所設(shè)計的結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件具有標(biāo)準(zhǔn)意義上的可靠度，以此來避免該部分結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件在運(yùn)行過程中出現(xiàn)這種極限狀態(tài)。

4 大型低溫LNG儲罐設(shè)計與施工分析

4.1 關(guān)于大型低溫LNG儲罐設(shè)計的特殊要求

4.1.1 具有良好的耐低溫性能

針對大型低溫LNG儲罐的設(shè)計，采用的是將天然氣液化處理，因此，與高溫高壓相比，可以將罐壁厚度大大降低，從而進(jìn)一步提升安全性能，也就對儲罐的耐低溫性提出了更高的要求。

4.1.2 具有特殊的材料

對于儲罐的耐低溫性，對各種鋼材進(jìn)行比較，目前普遍采用的是鎳鋼。在外罐壁上使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土材料，同時將其抗拉強(qiáng)度設(shè)計在20kPa以上。

4.1.3 具有較高要求的保溫措施

大型低溫LNG儲罐的內(nèi)外溫差尤為巨大，最大可以超過200攝氏度。因此，這就要求儲罐的溫度保持在-162攝氏度左右，并且罐體必須具有良好的保冷性能。在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該將儲罐的內(nèi)外罐之間進(jìn)行高性能保溫材料的填充作業(yè)，并在罐底進(jìn)行承壓能力的提升。

4.1.4 具有較高要求的安全措施

大型低溫LNG儲罐一旦發(fā)生意外，后果是不可想象的。因此，針對儲罐內(nèi)的低溫液體，對儲罐要求采用雙層壁結(jié)構(gòu)，并使用封攔原理進(jìn)行相應(yīng)的處理，確保罐內(nèi)的液體在發(fā)生意外時，不會因為揮發(fā)而造成大規(guī)模的氣團(tuán)而產(chǎn)生自爆現(xiàn)象[3]。

4.1.5 具有良好的抗震性能

大型低溫LNG儲罐為預(yù)防地震等地質(zhì)災(zāi)害，必須具備符合標(biāo)準(zhǔn)的抗震性能?？梢栽谶M(jìn)行實地調(diào)研中，對地質(zhì)進(jìn)行仔細(xì)勘察以避開地震帶，也可以采取相應(yīng)的措施對罐體進(jìn)行一定程度上的抗震試驗，得出數(shù)據(jù)后進(jìn)行儲罐抗震性能的設(shè)計。

4.1.6 具有嚴(yán)格的施工規(guī)范

根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行設(shè)計與施工過程中，除了要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范之后，還要對儲罐焊縫進(jìn)行檢測，以保證罐體焊接部位的密封性能。另外，在施工過程中，要保證施工材料的質(zhì)量，尤其是保溫材料，應(yīng)該進(jìn)行多方面的評測。同時，施工過程要保證罐體的垂直。

4.2 大型低溫LNG儲罐施工工藝分析

4.2.1 內(nèi)外罐組裝焊接施工

根據(jù)過去關(guān)于石油化工類大型儲油罐的建設(shè)施工經(jīng)驗，并結(jié)合了雙層罐材料以及施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面的特征，對當(dāng)前的內(nèi)外罐組裝焊接施工工藝進(jìn)行了一定程度上的創(chuàng)新工作。其中主要利用雙金屬罐正裝法與倒裝法之間的造價上的對比以及內(nèi)罐底板的環(huán)板與中心底板的排板進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計等方面，有力的促進(jìn)了焊接工藝上的提升。

4.2.2 混凝土施工

混凝土施工在很多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用，并且其在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟。國內(nèi)有關(guān)專家就提出，對LNG儲罐的外罐施工應(yīng)該從墻體、罐穹頂?shù)榷喾矫孢M(jìn)行研究與探討，對大型低溫LNG外罐從設(shè)計到最后的工程驗收工作進(jìn)行全方面的分析，針對預(yù)留孔道施工、預(yù)應(yīng)力筋穿束以及張拉方式等環(huán)節(jié)提出了多項創(chuàng)新舉措，并在實際運(yùn)用過程中取得了非常好的效果[4]。

4.2.3 絕熱結(jié)構(gòu)施工

目前，國內(nèi)大多采用外罐拱頂結(jié)構(gòu)，并且與內(nèi)罐鋁吊結(jié)構(gòu)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)類型。其中一個中原因在于其施工周期短，施工要求較低，操作過程相對簡單。經(jīng)過多年來的理論研究，正對于大型低溫LNG儲罐的設(shè)計工作有了很多創(chuàng)新性的舉措，有效地保障了大型低溫LNG儲罐的結(jié)構(gòu)安全。

5 結(jié)語

大型低溫LNG儲罐的設(shè)計工作，需要在保障儲罐的設(shè)計強(qiáng)度、安全性以及科學(xué)性等方面進(jìn)行保證之外，還需要對設(shè)計材料、施工手段進(jìn)行造價的科學(xué)控制，最大限度的降低工程造價成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益。同時，大型低溫LNG的儲罐設(shè)計應(yīng)該符合相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，從而從設(shè)計層面，提高大型低溫LNG儲罐的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張亞余，徐崢，葉海明等.9Ni鋼大型LNG低溫儲罐的焊接施工[J].電焊機(jī)，2009，39（9）：78-81.

[2]殷勁松，馬小紅，陳叔平等.大型LNG儲罐關(guān)鍵技術(shù)[J].煤氣與熱力，2011，31（7）：55-59.

[3]邱楊，許永平.大型液化天然氣低溫子母儲罐非常規(guī)檢驗技術(shù)[J].壓力容器，2012，29（9）：67-71.

[4]王冰，陳學(xué)東，王國平等.大型低溫LNG儲罐設(shè)計與建造技術(shù)的新進(jìn)展[J].天然氣工業(yè)，2010，30（5）：108-112.