船用液化天然氣儲罐結構與設計

顧建輝

摘 要：液化天然氣儲存罐是一種重要的特種設備，顧名思義，這種儲罐主要是用來對液化形態的天然氣進行儲存，在將這種儲罐進行使用之前，技術人員需要對其進行多種現場測試，以保證其能夠實現安全存儲天然氣的使用目的。船舶之中應用的存放液化天然氣資源的儲罐與常規的容器有所不同，船舶系統對儲罐提出了更多的設計需求，因此技術人員需要與設計人員進行積極配合，優化儲罐的基本結構，使其儲罐可以被更好的應用，本文對其結構以及其他部分的設計情況進行研究。

關鍵詞：船用LNG儲罐；動力船；結構；設計

中圖分類號：TE972 文獻標志碼：A

船舶事業的發展目標不斷改變，船舶設計人員不僅需要提升船舶的運輸速度，同時還需要對船舶系統的使用性能不斷進行改進，降低船舶運行過程之中產生的污染，更換原有船舶應用燃料，通過清潔能源來凈化船舶的運行環境，常用的能源之一就是液化天然氣，雖然這種燃料起到降低污染的運行目的，但是對其進行儲存的時候，需要借助專業的容器，否則無法有效儲存液化狀態的天然氣，本文根據對這種儲罐的設計經驗，對其結構設計工作情況進行研究，希望可以給液化天然氣資源儲罐的設計工作提供參考。

1 結構概述

船舶系統之中應用的LNG儲罐的結構比較特殊，從儲罐的整體來看，其屬于一種臥式容器，主要結構包括兩部分，即外殼與內部容器。這種容器與常規的用來儲存粉末物質的絕熱儲存槽具有一定的相似之處。其加層部位被放置了帶有絕熱性質的珠光砂，借助抽取真空來實現絕熱功能。其內部容器主要的作用使對介質進行存儲，是承受壓力的主要部件，一般為不銹鋼材質，設計人員在結構設計過程中應用的材料必須要達到相關的設計規范給出的標準。

為了對存儲介質出現的晃動情況進行預防，內容器的內部需要安裝防波板，降低介質的沖擊力。結構之中的外殼主要是對外壓進行承受，設計人員需要將操作管路體系設計好，將各種管道進行合理排布，同時將測真空口、抽真空口以及外殼防爆口設計好。

2 設計流程

對于船用的儲存LNG的儲罐的主體結構進行設計的時候，可以直接參考常規的儲罐結構設計方法，但是需要在開展安全監測活動的時候，對溫度情況進行監測，監測工作一般是借助遠程操作完成的。

充裝流程：從 CZ-2 開始，可從 AV-1 與 AV-2進行上下或同時充液，根部閥常開；自增壓流程：CZ-4 接增壓器入口，CZ-1 接增壓器出口；排液流程：液體從儲罐底部進行排液，通過 CZ-5 與外部汽化器進行連接；排放流程：安全排放包括手動與自動放空排放，手動為 V-5，自動主要通過兩個獨立安全閥進行；溢流流程：溢流主要通過閥門 V-7，當設置有冷箱時，宜為氣動緊急切斷閥；液位壓力流程：其主要是就地顯示儲罐中的液位與壓力參數，為流程中的 LI 與 PG 顯示，以及進行遠程顯示與控制而預留的 j-1～j-4 接口。進行遠程顯示與控制而預留的 j-1～j-4 接口。

3.設計要點

對于這種儲罐的結構設計情況有所了解之后，設計人員需要對具體的結構細節設計部分進行明確，其結構設計要點主要有以下幾個方面，設計人員只有先打到結構設計要求，才能保證儲罐在船舶系統之中能夠有更好的應用。

3.1 材質要求

設計人員在對儲罐的結構進行設計的時候，首先需要對結構應用的材料進行確定，選用符合相關的設備規范的材料，避免將劣質的材料添加到儲罐的結構設計之中。在對結構之中的外殼部分進行選擇的時候，設計人員需要注意內部容器給外殼帶來的影響，由于內容器的幾個常用開口都會比儲罐的最高液位更高，因此設計人員需要盡量避免使用耐低溫材料，設計人員需要按照設備設計規范來進行儲罐的材料采集工作。

3.2 工作壓力設定

對于海船，其MARVS不大于 1.0MPa；對于內河船，其MARVS則不大于 1.2MPa，依據此規定，可知相應船舶的最大允許工作壓力，從而可確定其初步設計壓力值。

3.3 結構設計應力應力分析

設計人員還需要對材料的幾方面應力情況進行明確。其應力設計項目包括材料的基本許用應力與儲罐的基本應力。

設計人員需要根據船舶運行的基本情況，對罐體的各種情況進行研究，包括罐體內部應用的支撐件以及其他部件的基本使用情況，需要測試的內容有疲勞情況、有限元強度等，設計人員還需要對管道在特殊的低溫環境之下的熱應力情況進行研究，可以將溫度調節到-110℃。

3.4 荷載設計

儲罐在船舶之中需要承受的荷載是多方面的，包括外壓、內壓以及相應的熱載荷情況等，同時還會受到船體搖晃的影響，船舶在運行的時候，船體難以維持絕對的穩定，橫傾的靜態荷載也會給儲罐帶來一定的影響，設計人員需要將儲罐受到的來自水平方向、垂直向下以及垂直向上的載荷情況都考慮到。

3.5 絕熱層設計

在儲罐的主體結構之中，設計人員還需要對絕熱層展開設計，船舶使用的儲罐需要對船舶體系提出的使用要求進行滿足，需要滿足常規運行情況之下的額定沖撞率以及工作壓力，如果主要推進的氣體燃料沒有保持持續供應，儲罐內部的壓力就需要被控制好，需要使其保障在壓力釋放閥給定的特殊壓力之下，這種維持活動需要開展15天。開展絕熱層設計工作的時候，設計人員必須要對材料的沉降問題進行避免，防止船舶在出現大幅度震動之后，給儲罐的絕熱層造成影響，常見的絕熱層問題包括局部結霜以及局部結露情況。

3.6 管路基本結構分析

儲罐內部的管路設計工作也是一項重點內容，管路首先需要對溫度差異應力設計要求進行滿足，還需要對管路結構的特殊注意要求有所明確，一些被應用于其他環境之中的容器可以直接將接管承插與管座進行焊接，但是儲存液化天然氣儲罐是不能如此使用的，只能采取對接結構，在管路之中應用的閥門部件也不選取具有螺紋結構的，一般會選用法蘭這種紅連接方法進行連接。如果使用螺紋結構，設計人員需要選用外徑不大于25mm的儀表管路以及輔助型的管路。

3.7 閥門儀表設計分析

對于船用 LNG 儲罐的氣相、液相管路，應設計為手動截止閥與緊急切斷閥串聯的結構，或一只具備手動操作和自動切斷功能的組合閥。當采用串聯閥組時，其截止閥盡可能靠近儲罐。同時，對于其溢流閥結構，不允許就地直接排放，需引至安全地帶進行排放。儲罐設置需兩套獨立的壓力釋放閥。

3.8 其他系統設計

由于儲罐之中儲存的物質極為特殊，液化狀態的天然氣還有易爆、易燃的性質，因此監控工作必須要到位，主要是為了保證船員的安全，以此保證儲罐的溫度、液位以及壓力情況都被有效鎖定，監控方法一般選用遠程監測法。

結語

天然氣作為重要的清潔能源，在很多行業之中都被大量應用，液化天然氣使其應用范圍被進一步擴展，船舶之中使用的LNG儲罐具有的結構相對比較特殊，設計人員需要將這種儲罐與常規的儲罐進行區分，按照設計規范對專門被應用于船舶的之中的LNG儲罐進行優質設計，使儲罐在被使用時可以保持更高的可靠度，當前應用的結構設計方法還有一定的缺陷，設計人員可以對相關的設計技術進行改進，使其結構更加適合存儲LNG，從而使船舶在完成運輸任務的時候，能夠具有更高的環保水平。

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