超低溫儲罐液化天然氣儲罐的應(yīng)用及技術(shù)安全

＊袁 斌

（中海油江蘇天然氣有限責(zé)任公司 江蘇 224500）

液化天然氣是當(dāng)代社會出現(xiàn)的一種新型的用于當(dāng)代居民日常生活的可燃燒能源，它具有很多優(yōu)勢，由于液化天然氣主要原料是甲烷，所以存在著無色、無味、無毒、無腐蝕性且不溶于水等特點，不僅如此，在將甲烷從氣化轉(zhuǎn)變到液化之后，不僅比重及體積變小了，還更便于運輸和使用、便于儲存，由于液化天然氣的以上優(yōu)點，使得液化天然氣的制造技術(shù)和產(chǎn)品得到了廣泛傳播和利用，且天然氣液化儲罐過程當(dāng)中，會產(chǎn)生大量的能量可以用于其他用途，達(dá)到資源的高效利用。但是在液化天然氣的液化儲罐過程當(dāng)中，還有許多技術(shù)和設(shè)備仍然有著不完善的地方，如液化天然氣儲罐技術(shù)、運輸技術(shù)及液化天然氣保存技術(shù)等都存在著許多欠缺之處，需要不斷改善與進(jìn)步[1]。

1.液化天然氣儲罐的概念和基本特征

(1)天然氣及液化天然氣儲罐的概念

液化天然氣簡稱為LNG，是一種以甲烷為主要組合物質(zhì)的新型環(huán)保型燃料資源。對于液化天然氣的分類，其主要以干濕狀態(tài)作為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)，干燥的天然氣主要原料是甲烷，而濕潤的天然氣原料種類較多，如甲烷、乙烷、丁烷等。液化天然氣除了主要成分甲烷之外，其成分表還有乙烷、丙烷，天然氣與液化天然氣最主要的區(qū)別就是體積不同，儲存方式的差別，天然氣只要在常壓及-162℃的環(huán)境當(dāng)中，就可以以特殊方式和技術(shù)將其變?yōu)橐夯烊粴狻Ｔ诔合拢夯烊粴獾拿芏燃s為430～470kg/m3，其燃點較高，高達(dá)650℃，其產(chǎn)生的熱值也是一個極為震撼的數(shù)字，熱值為52MMBtu（1MMBtu=2.52×108cal），除此之外，如若將液化天然氣置于普通空氣環(huán)境當(dāng)中，其爆炸的極限為5%～15%。其實，天然氣分為液化和氣化，只是由于儲存方式和特點的不同，所產(chǎn)生的區(qū)別，液化儲罐方式可以極限液壓天然氣，最大程度地壓縮天然氣體積，更加便于儲存、運輸和使用。

圖1 液化天然氣裝置圖

一般情況下，由于液化天然氣的壓力較大體積被壓縮到極致，使得溫度和壓力等方面都存在著許多的不穩(wěn)定情況，所以液化天然氣的儲罐方式中的儲罐設(shè)備都是雙層的金屬罐，其位于內(nèi)層與液化天然氣接觸的金屬罐材料還含有9%Ni低溫鋼，這使其儲存和運輸更加安全，其儲罐的中間層還采用了先進(jìn)的技術(shù)和有效的方式，運用膨脹珍珠巖，其目的就是為了隔熱，外層的金屬罐材質(zhì)就較為簡單許多，以碳鋼為主[2]。

(2)液化天然氣儲罐的基本特征

天然氣與液化天然氣都是同一種物質(zhì)，唯一的區(qū)別為儲存方式和體積的不同，液化天然氣儲罐作為天然氣體積最小，儲存最方便的方式手段，具有許多特征和性能。第一是液化天然氣具有極強的耐低溫的特性，液化天然氣是天然氣在極低溫度和常壓環(huán)境當(dāng)中轉(zhuǎn)變而成的，而為了更好地儲存液化天然氣，天然氣廠家會把液化天然氣的儲存環(huán)境溫度直接降到-160℃的常壓沸點以下。由于液化天然氣形成的原理和儲存條件，即可得出結(jié)論，此能源儲罐極為抗低溫。第二是液化天然氣儲罐具有較好的抗壓能力和塑性能力，對于液化天然氣的形成原因及環(huán)境特點，可以得出，液化天然氣在遇到一點熱量就會直接被氣化。如若天然氣儲罐出現(xiàn)破損使得液化天然氣流露到日常空氣環(huán)境當(dāng)中，都有可能會遭遇星火而產(chǎn)生爆炸，具有極大的安全隱患，為此，液化天然氣的儲罐一般都是采用極為抗壓且較易塑性的材料，才可能保證液化天然氣的安全。

圖2 天然氣液化裝置

第三個特性是液化天然氣的抗壓能力好，在第二條特性當(dāng)中也有所提及。天然氣是一種燃燒極快的能源，且液化天然氣一般是儲存于儲罐之中雖體積小但是壓力大，一旦罐液化天然氣泄漏到空氣當(dāng)中，就有可能發(fā)生不可挽回的危險和破壞，且在運輸過程當(dāng)中，極有可能受到來自其他物品的壓力，在居民家中及其他地方進(jìn)行使用時，發(fā)生地震、樓房坍塌建筑損毀等情況下，都會對液化天然氣產(chǎn)生一定的破壞性影響，所以對于液化天然氣的儲罐的品質(zhì)要求，一定要足夠抗壓。第四個特性是液化天然氣的儲罐具有較好的耐腐性，液化天然氣的儲罐除了會遭遇其他物品帶來的壓強、自身強度材質(zhì)的硬化，還需要注意的是，液化天然氣儲罐的儲存過程當(dāng)中以及運輸和日常使用時，極有可能遭到具有腐蝕性的強酸強堿的破壞，如硫酸溶液等，如若此時，LNG儲罐所用的材質(zhì)是較為輕軟不具有一定防腐性質(zhì)的，就會產(chǎn)生和以上幾條特性當(dāng)中提到的后果。正因如此，我國及其他國家，極為重視對液化天然氣儲罐的材質(zhì)選擇和防腐性能上的研究。第五個特征是LNG儲罐的原裝材料具有良好的穩(wěn)定性以及加工的便利性，據(jù)液化天然氣的形成和自身特點，各界專家專門研究和制造出了具有良好特性的儲罐材料，例如，儲罐其位于內(nèi)層與液化天然氣接觸的金屬罐材料還含有9%Ni低溫鋼，以及底部使用的泡沫玻璃等技術(shù)和材料，都具有較好的穩(wěn)定性，不易發(fā)生脆裂的情況，且儲罐的閘閥處也進(jìn)行了特殊處理，可以抵抗較多的外界因素壓力。與此同時，在特殊技術(shù)和設(shè)備的雙重作用下，LNG儲罐的最初塑造性也很強，可以制造成設(shè)計的樣式，便于外形的統(tǒng)一[3]。

2.液化天然氣儲罐的分類及裝置要求

(1)液化天然氣儲罐的分類

天然氣有著干濕之分，種類和物質(zhì)組合上有著許多區(qū)別，對于液化天然氣儲罐也有分類，而通常因為LNG儲罐中的物質(zhì)較為相似，品質(zhì)和外形也不足以成為區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn)。所以并不是以LNG品質(zhì)和物質(zhì)作為區(qū)別，而是以液化天然氣儲罐液化能力的高低來進(jìn)行最終的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，LNG儲罐的造型以及材質(zhì)的選擇就受到了很多外界因素的影響，根據(jù)地點及環(huán)境的不同，液化天然氣儲罐的類型也不同。基本上，液化天然氣儲罐的類型大致可以分為三種類型，第一種是單容罐，它的形狀大體也為雙層的，中間層還采用了先進(jìn)的技術(shù)和有效的方式，提升了罐壁的硬度，在外壁材料，選擇了碳鋼材質(zhì)，這種材質(zhì)也具有一定的保護作用，減少了液化天然氣的泄露概率，但是相比起另外兩種類型的儲罐，安全性能較低。第二種類型就是全容罐，此類型的液化天然氣容罐材質(zhì)上與采用了雙層加真空技術(shù)，采用珍珠巖材質(zhì)等，極大程度上加強了液化天然氣儲罐的硬度、形狀、耐腐蝕性，但是依舊存在著許多不足之處，且對于長途運輸和長期使用的情況下，還是存在著被損壞的可能性。第三種液化天然氣儲罐，不僅是安全性能最高的，而且材質(zhì)及鑄造技術(shù)也是較為先進(jìn)的，其采用雙層的金屬罐，位于內(nèi)層與液化天然氣接觸的金屬罐材料還含有9%Ni低溫鋼，這將更有利于液化天然氣的儲存安全和運輸使用安全，其儲罐的中間層還采用了先進(jìn)的技術(shù)和有效的方式，運用膨脹珍珠巖，其目的就是為了隔熱及防止內(nèi)部天然氣的泄露，外層的金屬罐材質(zhì)就較為簡單許多，以碳鋼為主，且還在外部鑄有混凝土，最大程度上保證了儲罐內(nèi)液化天然氣的穩(wěn)定，及周圍環(huán)境、人員、財務(wù)的安全[4]。

(2)液化天然氣儲罐的裝置要求

液化天然氣，擁有兩種供應(yīng)形式，一種是管道供應(yīng)，一種是罐裝供應(yīng)，其兩種供應(yīng)的方式和區(qū)別較大，工程量及環(huán)保度也有著較大的區(qū)別，但是無論是哪一種，都具有這身獨具特色的裝置建造要求。

對于罐裝型LNG儲罐，最大的特點就是便于運輸，且可以運用于各個地區(qū)，不用進(jìn)行大量的工程和安裝成本，面對較復(fù)雜的地形和較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，獨立罐裝天然氣極為方便使用。但是在對于液化天然氣儲罐的鑄造，就需要在對材料選擇的時候，必須去找抗壓防腐蝕的材料，并且，還需要大型的鑄造工廠，進(jìn)行流水線形式的鑄造過程，與此同時，需要注意的是，液化天然氣不可遇見明火，必須極為重視環(huán)境溫度的控制，不可出現(xiàn)溫度失控的情況。在儲罐出廠時，需要對每一個儲罐的密閉度進(jìn)行檢測，必須做到無一破損的封閉情況，以最大程度來保證液化天然氣儲罐的安全性能。在運輸時，必須保證每一個儲罐的朝向和開關(guān)處進(jìn)行安全的二次保險，以免出現(xiàn)液化天然氣的泄露。

獨立罐裝LNG的生產(chǎn)對于安全性能和其他方面的考慮點相比管道運輸方式較少。對于管道運輸供應(yīng)類型而言，是一個極為困難且工程量大的建造。對于此類液化天然氣的生產(chǎn)和運輸，在一開始生產(chǎn)時，對于工廠位置的選擇尤為重要，不可建造在易燃物周圍，以及居民和需要高溫工作企業(yè)工廠的周圍，其次，必須選擇交通便利，位置優(yōu)越的地區(qū)。這樣才能保證工廠遠(yuǎn)離不可控因素的地方。一般天然氣場站裝置系統(tǒng)盡量遠(yuǎn)離儲罐，且周圍一定要建設(shè)專業(yè)和高效的消防水池和消防工具，除此之外，還需要選擇方便用水和排放儲存廢水的地方。其次，在液化天然氣的運輸管道延伸地區(qū)，需要進(jìn)行圍堰和混凝土澆灌鑄造，且路線需要進(jìn)行提前規(guī)劃，避免與其他重要裝置出現(xiàn)交錯和碰撞，容易出現(xiàn)后期損壞和多方領(lǐng)域裝置出錯的情況，維修方式和成本會增加。對于此類型的液化天然氣供應(yīng)路線和方式，還需要在運輸路線上進(jìn)行定點，建造便于檢查和維修的裝置，利于后期減少維修工程量。

3.我國液化天然氣儲罐的現(xiàn)狀和應(yīng)用措施

(1)我國液化天然氣儲罐的現(xiàn)狀

我國是世界人口大國，擁有十多億同胞，這也就意味著我國對于相關(guān)社會上的能源需求就極為巨大，在能源需求較大的同時，自然要求要有足夠多的能源進(jìn)行供應(yīng)，才能完完全全地保證當(dāng)代居民的生活和工作需求。例如，我國的天然氣需求巨大，天然氣的儲存空間是一大問題，而且將天然氣轉(zhuǎn)化成液化天然氣需要較為嚴(yán)苛的技術(shù)要求、環(huán)境要求等，才能保證天然氣安全和完整的轉(zhuǎn)化成功，就算在轉(zhuǎn)化成功之后，儲存安全度及儲罐材料也是一筆較高的消耗，有關(guān)平臺記載一臺60m3的液化天然氣儲罐就需要九萬元人民幣的價格，且生產(chǎn)流程需要32道生產(chǎn)工序、28個檢驗點、每個環(huán)節(jié)和檢驗點都需要人力、物力的支撐也是一筆極大的成本支出。且除此之外，我國天然氣原料，如甲烷、丙烷等物質(zhì)主要儲存在西部地區(qū)，資源一度缺乏，開采也需要較先進(jìn)的技術(shù)、人力、物力等。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年我國天然氣的生產(chǎn)總值中排名前十的省份產(chǎn)值占總產(chǎn)值的91.4%，其中排名前三的陜西、四川、新疆等三地產(chǎn)量就占天然氣總產(chǎn)量的70.2%，由此可見我國的天然氣產(chǎn)量及產(chǎn)地高度集中。我國目前的資源開采技術(shù)、設(shè)備、儲罐鑄造技術(shù)等都還不夠成熟和高效，國際上對此領(lǐng)域的研究也處于初始狀態(tài)，可借鑒的經(jīng)驗較少，而且我國對于此領(lǐng)域出臺的政策較少，不可避免地會出現(xiàn)資源隨意開采，故意哄抬物價等行為的出現(xiàn)，從而破壞了資源的供應(yīng)鏈和自然環(huán)境。

除了以上需要改善的方面之外，最值得社會關(guān)注的就是，我國從事相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)的人員創(chuàng)新能力較低，人員數(shù)量、學(xué)術(shù)研究型人才較少。在2021年，由于發(fā)生許多燃?xì)馐鹿剩瑥亩沟梦覈氖吞烊粴鈱I(yè)逐步冷門，對于市場的人才需要隨之難以滿足，且此類能源的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備掌握難度和危險系數(shù)較高，從而使得存在某些工作人員的操作不當(dāng)，出現(xiàn)工作效率較低，人員生命安全得不到有效保障的情況。我國引進(jìn)了外國一些先進(jìn)技術(shù)的同時，還是存在技術(shù)不完善，可應(yīng)用場景少的局面。我國相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)的技術(shù)版權(quán)專利意識不高，存在著不合規(guī)的情況，這對于此類行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步而言，無疑是一個極為嚴(yán)重的絆腳石。

(2)我國液化天然氣儲罐的應(yīng)用措施

只有加強相關(guān)領(lǐng)域和專業(yè)的宣傳，鼓勵和宣傳各界人士，對于液化天然氣的儲罐技術(shù)專利問題，必須加強版權(quán)和專利意識，讓社會各界放棄傳統(tǒng)落后的思想，做到有創(chuàng)新、有專利、有合法，積極調(diào)動社會各界人士的創(chuàng)新積極性。當(dāng)代社會智能化、自動化產(chǎn)品研發(fā)和發(fā)展自然是處于一個鼎盛時期，但是不可否認(rèn)的就是，現(xiàn)如今各種科技產(chǎn)品和技術(shù)仍然處于一個待發(fā)展的階段，許多領(lǐng)域?qū)τ谥悄芑a(chǎn)品的使用依舊處于一個較落后的階段。所以對于天然氣的開采，液化天然氣儲罐技術(shù)等領(lǐng)域，最重要的就是人才的培養(yǎng)，只有擁有足夠多的人才，才能實現(xiàn)“百家齊放，百家爭鳴”的狀態(tài)，達(dá)到相關(guān)技術(shù)的便利化以及先進(jìn)化。

4.結(jié)束語

在我國，由于人口數(shù)量較多，使得我國對于相關(guān)社會上的能源需求較大，自然要求要有足夠多的能源進(jìn)行供應(yīng)。液化天然氣制作原料單一，雖然現(xiàn)如今的液化天然氣的制作技術(shù)也在不斷進(jìn)步，但是對儲罐特點、性質(zhì)，液化天然氣儲罐安全技術(shù)等方面仍需加大研究。