LNG低溫儲罐的設計及建造技術要點分析

王龍剛

天津大港油田集團建設監理有限責任公司 天津 300280

1 LNG低溫儲罐的發展現狀

由于LNG儲存在低溫儲罐中，過去儲罐的儲罐形式為單壁形式，單壁罐頂蓋采用塊體隔熱，但缺少防潮層，易受風影響。為了解決這一問題，采用了雙壁雙頂罐。儲罐在兩壁之間的隔熱空間中充滿干燥的純氣體，以防止加濕空間吸入潮濕空氣。隨著儲罐容量的增加，干純氣體的供應成本也隨之增加。

液化氣產生的蒸汽很容易引起罐內的超壓，為此，在LNG低溫儲罐施工中引入了懸頂技術，形成了雙壁單頂儲罐。儲罐采用懸掛隔熱天花板形成獨立的環形空間，使LNG蒸汽順利進入空間，有助于防止潮濕空氣進入，降低內容器的壓力。此外，雙壁單頂罐還可以利用外壁防止潮濕空氣進入，減少罐頂的負擔。

2 LNG低溫儲罐的特殊要求

LNG低溫儲罐的設計由于介質的低溫和深冷而具有其獨特的特點：（1）耐低溫性。液化天然氣在常壓下的沸點為-161℃，因此，LNG要求儲液罐體必須具有良好的耐低溫性能和良好的蓄冷性能。（2）安全要求高。由于罐體儲存低溫液體，一旦罐體意外發生，冷凍液將大量揮發，氣化量約為原冷凍狀態的300倍，并在大氣中形成自動引爆的氣團。因此，BS規范要求儲罐采用雙壁結構，采用密封概念，當第一層儲罐泄漏時，第二層儲罐可完全封堵泄漏液體和排出氣體，確保儲存安全。這種材料很特殊，內罐壁要求耐低溫，外罐壁要求較高的抗拉強度。（3）保溫措施嚴格。由于罐內外溫差最高可達200℃，要使罐內溫度保持在-160℃以下，罐體須具有良好的保冷性能，因此在內罐和外罐間填充高性能的保冷材料，罐底保冷材料還要有足夠的承壓性能[1]。（4）抗震性能要求高。為了保證儲罐在非預期荷載作用下的安全，儲罐必須具有良好的抗震性能。（5）施工要求嚴格。罐體焊接必須進行100%磁粉試驗（MT）和100%真空氣密性試驗（VBT），嚴格控制罐體壁垂直度。

3 LNG低溫儲罐設計中的難點

LNG低溫儲罐設計中存在以下困難：LNG由于內部壓力、地震和風荷載引起儲罐體不穩定，罐壁和罐底的角焊縫應力值高，受力復雜。此外，應力值隨著液位的變化而變化，如果上述區域有缺陷，很容易引起事故。底邊板與罐體壁的受力也較大，罐體壁應予以足夠的重視，在計算罐體強度時，腐蝕裕度僅為罐體內介質均勻腐蝕時的安全裕度，不考慮沉積。

4 大型LNG低溫儲罐建造技術要點

大型LNG儲罐體積大，內部結構復雜，儲罐施工工藝已基本完成。因此，在油罐施工過程中，采用了國內先進的施工技術，保證了安全經濟，自行設計，優化了低溫儲罐的施工工藝，下面重點介紹大型LNG儲罐的施工工藝：

4.1 LNG低溫儲罐的材料要求

液化天然氣是低溫液化后儲存在常壓絕緣容器中的液體，當使用時，它被蒸發，以降低天然氣的溫度且低于沸點。天然氣為液化天然氣，是原1/600液化天然氣低溫儲罐容積的設計，溫度為-165℃，設計時考慮了氮氣冷凝時可能發生的溫度變化，因此在實際設計過程中溫度將控制在-165℃到-196℃之間。從具體的材料要求來看，首先要有足夠的耐低溫性，一般選用9Ni鋼。外層材料為鋼筋混凝土，抗拉強度應保持在20 kPa以上[2]。此外，由于液化天然氣低溫儲罐是低溫液體，如果發生液體損壞，這些液體更有可能在大氣中爆炸，儲罐內外溫差接近200℃，因此LNG低溫儲罐需要具有良好的保溫性能和足夠的承壓能力。為防止過度破壞，施工前應進行壓力和抗震試驗，合理選用施工材料，嚴格按照施工程序保證儲罐的垂直度。

4.2 LNG儲罐的承壓性

LNG儲罐的壓力必須在1．5～30kPa之間，與石油或液體化工儲罐相比，壓力值并不大，但液化天然氣儲罐的承壓結構主要是混凝土結構，特別是存儲介質是一種超低溫液化天然氣液體，因此承壓結構的儲罐需要壓力承載力處于超低溫度。

4.3 LNG嚴防泄漏性

與其他危險化學品儲存一樣，泄漏是非常重要的，液化天然氣尤其突出。液化天然氣泄漏不僅會造成能源浪費，而且還會引起火災和爆炸。由于LNG儲運環境與外部環境的季度差異，LNG泄漏后還會對環境造成很大程度的破壞，以及短時間內物理性質的變化對周圍環境造成的影響[3]。因此，在設計中，有必要降低液化天然氣泄漏的可能性通過嚴格的設計選擇的設備和密封材料，同時需要自動控制系統的優化設計，確保及時發現和及時控制液化天然氣泄漏，以避免發生大面積泄漏。

5 結語

近年來，隨著LNG低溫儲罐在設計、材料、施工等方面技術的進步，增大LNG低溫儲罐的尺寸成為可能，大型儲罐是大勢所趨。由于其規模大，具有以下優點：大型儲罐占地面積小，蒸發速率低，總儲罐比等容積少，便于儲罐面積的運行管理和維護。