大型低溫LNG儲罐設計與建造技術的新進展

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模大的優勢得到了廣泛應用。同時，隨著城市規模的擴大，天然氣對于城市以及鄉鎮的LNG接收終端站以及天然氣液化廠的儲罐設計與建造提出了更高的要求。根據大型低溫液化氣體儲罐建造情況，針對天然氣儲罐材料、結構、施工以及設計進行分析與探討，最后進行簡單的總結與思考。

關鍵詞：液化天然氣；低溫LNG儲罐；設計；分析；思考

引言

國家對于清潔能源發展的高度重視，促進了天然氣產業的發展。目前，在全國相當一部分地區使用天然氣作為生產與生活上的主要燃料。天然氣低溫常壓（或低壓）的優勢，使其在利用上帶來了極大的便捷性。因此，針對大型低壓LNG儲罐設計與建造技術的研究工作，對于天然氣的使用與運輸安全具有重要的現實意義。

1 關于大型低溫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地區，在我國西部地區應用較為廣泛。同時，圓柱形薄膜罐還具有優越抗震性能以及對抗風暴性能。對于地下罐的建設前期的準備工作尤為重要，原因在于地下罐需要進行大量的地面勘測與地下勘測，對于地下罐所在區域的水文與地質環境有著較為嚴苛的要求[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，增加了安全上的風險。因此，目前國內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構形式。

2 全容式儲罐設計概要

目前，全容式儲罐主要采用測材料為9%鎳鋼，經過多種程序的設計與建造之后，作為我國主要的LNG儲罐設計方式。全容式罐頂的設計方式為敞開式，外罐為圓柱形結構，作為首要的氣態包容層以及液相天然氣的第二包容層，其具有良好的應用效果。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。全容罐在外罐進行了相關的防火設計，使其內罐在發生泄漏或者是火災事故時，外罐內罐進行對LNG液體以及蒸發氣的短暫容納，給予工作人員一定的處理時間，防止火災的蔓延。根據相關資料，目前關于全容式罐容的最大量已經達到了240000m3，因此在設計加入了故障的處理應急系統，即當設備發生故障時，系統關斷之前，操作系統可以繼續進行作業，并維持一周的時間[2]。

3 大型低溫LNG儲罐設計的基本理論分析

針對大型低溫LNG儲罐設計所使用的規范，主要有API620以及英國標準BS-EN14620。針對對板壁的設計理論，目前采用的主要有許用應力理論以及極限狀態理論。關于許用應力理論，簡單來講，就是按照彈性勻質體力學方法求結構中的應力。當結構中的任何一點，其應力都不會大于材料的容許應力時，就可以認定結構是安全的。極限狀態理論，即是整個結構或者是結構中的某一部分，其超過某一特定狀態之后，就不會滿足設計規定的某一功能要求，因此，將此特定狀態稱為該功能的極限狀態。同時，也可以將解釋為以某種特定的“極限狀態”作為其參照標準，因此，其所設計的結構以及構件具有標準意義上的可靠度，以此來避免該部分結構或者是構件在運行過程中出現這種極限狀態。

4 大型低溫LNG儲罐設計與施工分析

4.1 關于大型低溫LNG儲罐設計的特殊要求

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，對各種鋼材進行比較，目前普遍采用的是鎳鋼。在外罐壁上使用預應力鋼筋混凝土材料，同時將其抗拉強度設計在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。在進行設計時，應該將儲罐的內外罐之間進行高性能保溫材料的填充作業，并在罐底進行承壓能力的提升。

4.1.4 具有較高要求的安全措施

大型低溫LNG儲罐一旦發生意外，后果是不可想象的。因此，針對儲罐內的低溫液體，對儲罐要求采用雙層壁結構，并使用封攔原理進行相應的處理，確保罐內的液體在發生意外時，不會因為揮發而造成大規模的氣團而產生自爆現象[3]。

4.1.5 具有良好的抗震性能

大型低溫LNG儲罐為預防地震等地質災害，必須具備符合標準的抗震性能。可以在進行實地調研中，對地質進行仔細勘察以避開地震帶，也可以采取相應的措施對罐體進行一定程度上的抗震試驗，得出數據后進行儲罐抗震性能的設計。

4.1.6 具有嚴格的施工規范

根據有關標準，在進行設計與施工過程中，除了要嚴格遵守相關規范之后，還要對儲罐焊縫進行檢測，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量，尤其是保溫材料，應該進行多方面的評測。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 內外罐組裝焊接施工

根據過去關于石油化工類大型儲油罐的建設施工經驗，并結合了雙層罐材料以及施工技術標準等方面的特征，對當前的內外罐組裝焊接施工工藝進行了一定程度上的創新工作。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罐底板的環板與中心底板的排板進行的優化設計等方面，有力的促進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域中都得到了廣泛應用，并且其在技術上已經相當成熟。國內有關專家就提出，對LNG儲罐的外罐施工應該從墻體、罐穹頂等多方面進行研究與探討，對大型低溫LNG外罐從設計到最后的工程驗收工作進行全方面的分析，針對預留孔道施工、預應力筋穿束以及張拉方式等環節提出了多項創新舉措，并在實際運用過程中取得了非常好的效果[4]。

4.2.3 絕熱結構施工

目前，國內大多采用外罐拱頂結構，并且與內罐鋁吊結構相結合的結構類型。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。經過多年來的理論研究，正對于大型低溫LNG儲罐的設計工作有了很多創新性的舉措，有效地保障了大型低溫LNG儲罐的結構安全。

5 結語

大型低溫LNG儲罐的設計工作，需要在保障儲罐的設計強度、安全性以及科學性等方面進行保證之外，還需要對設計材料、施工手段進行造價的科學控制，最大限度的降低工程造價成本，以提高經濟效益。同時，大型低溫LNG的儲罐設計應該符合相關的設計規范，從而從設計層面，提高大型低溫LNG儲罐的安全性。

參考文獻：

[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，2009，39（9）：78-81.

[2]殷勁松，馬小紅，陳叔平等.大型LNG儲罐關鍵技術[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檢驗技術[J].壓力容器，2012，29（9）：67-71.

[4]王冰，陳學東，王國平等.大型低溫LNG儲罐設計與建造技術的新進展[J].天然氣工業，2010，30（5）：108-112.