LNG液化天然气储罐剖析

单击此处编辑母版标题样式,LNG液化天然气储罐,主讲人：,同组同学：,主要内容,一、LNG简介,二、LNG储罐分类及常见的结构,三、常见的事故及预防措施,一、LNG简介,1.LNG（liquefied natural gas）的定义：,液化天然气的一般特性（GB/T19204-2003）：,LNG（液化天然气）是以甲烷为主要组分的烃类混合物，其中含有通常存在于天然气中少量的乙烷、丙烷、氮等其他组分。,2、LNG的一些特性,1）组分：主要成份为CH,4,，还有少量的乙烷C,2,H,6,、丙烷C,3,H,8,以及氮N,2,等其他成份组成。,2）密度：LNG的密度取决于其组分，通常在430kgm,3,470 kgm,3,之间，当LNG转变为气体时，其密度为1.5kg/m,3,，比空气重，当温度上升到107时，气体密度和空气密度相近。,3）沸点：沸点取决于其组分，在大气压力下通常在166到157之间,4）爆炸范围：上限为14%，下限为5%。,5）无色、无味、无毒且无腐蚀性。,6）体积约为同量气态天然气体积的1/625,常压下泡点时的性质,LNG,例,1,LNG,例,2,LNG,例,3,摩尔分数,-,-,-,N,2,0.5,1.79,0.36,CH,4,97.5,93.9,87.20,C,2,H,6,1.8,3.26,8.61,C,3,H,8,0.2,0.69,2.74,iC,4,H,10,-,0.12,0.42,nC,4,H,10,-,0.15,0.65,C,5,H,12,-,0.09,0.02,相对分子质量（,kg/mol,）,16.41,17.07,18.52,沸点温度,/,-162.6,-165.3,-161.3,密度,/,（,kg/m,3,）,431.6,448.8,468.7,0,和,101 325Pa,条件下单位体积液体生成的气体体积（,m,3,.m,3,）,590,590,568,0,和,101 325Pa,条件下单位体积液体生成的气体体积（,m,3,/10,3,）,1367,1314,1211,3,种,LNG,典型实例,7）闪蒸,如同任何一种液体，当LNG已有的压力降至其沸点压力以下时，例如经过阀门后，部分液体蒸发，而液体温度也将降到此时压力下的新沸点，此即为闪蒸。,8）LNG溢出物的特征,当LNG倾倒至地面上时(例如事故溢出)，最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率将迅速衰减至一个固定值，该值取决于地面的热性质和周围空气供热情况。,安全要点：,1.操作中的冷灼伤：,LNG接触到皮肤时，可造成与烧伤类似的起疱灼伤。从LNG中漏出的气体也非常冷，并且能导致低温灼伤。,2.毒性：,天然气是无毒的。,3.窒息：,天然气是一种窒息剂。大气中氧含量约为21%，当空气中的氧气含量低于19.8时，会引起人的窒息。,4.火灾：,LNG发生火灾时推荐使用干粉灭火器。,二、LNG储罐分类及常见的结构,液化天然气储罐是储存液化石油气的专业产品，特种设备，,二类压力容器,。,1、分类,按容量分类：,（1）小型（550m,3,）：常用于民用LNG 汽车加注点,及民用燃气液化站等。,（2）中型（50100m,3,）：多用于工业燃气液化站。,（3）大型（1001000m,3,）：适用于小型LNG 生产装置。,（4）超大型（1000040000m,3,）：用于基本负荷型和调峰型液化装置。,（5）特大型（40000200000m,3,）：用于LNG 接收站。,LNG,储罐,球形,按形状分类：球形罐、圆柱形罐,LNG,储罐,圆柱形,大型,LNG,储罐,-,圆柱形,按,LNG,储罐设置方式：地上储罐,、半地下储罐、,地下储罐,按结构型式分：,单包容罐、双包容罐,、,全包容罐,及膜式罐,安全性,中,中,高,占地,多,中,少,结构完整性,低,中,高,操作费用,中,中,低,按储罐结构形式：单包容罐、双包容罐、全包容罐及膜式罐。,单容罐只有一层耐低温内壁，需要外加围堰防止LNG泄露；,双容罐具有两层耐低温罐壁，液化天然气为两重储罐所包容。正常工作时，只有内罐接触LNG，内罐如果发生破损，LNG将由外罐包容，不会发生泄漏事故。,全容罐除具有双容罐的双层耐低温罐壁之外，还具有双层罐顶，因此对于液化天然气及其蒸发气都具有双层包容能力，能完全防止LNG液体和蒸发气泄漏；,薄膜罐内壁是低温不锈钢薄膜，外壁为预应力钢筋混凝土，内应力由绝热层传递到外壁来承受。薄膜罐能够完全防止LNG泄露。双容罐、全容罐、薄膜罐不需要围堰。与自支承式储罐和地下罐比较，薄膜罐占地面积较小，建设周期短，安全性能满足要求，价格较低，是理想的选择罐型。,由于全容罐具有更高的安全性，在,LNG,储存越来越大型化,并且对,储存安全性要求越来越高,的今天，全容罐得到更多的采用也是必然的。,地上,地下,全容罐结构,外罐,-,预应力钢筋混凝土,内罐,-9%Ni,钢,保冷层,-,膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或泡沫玻璃砖等材料绝热保温,1-,混凝土罐顶盖；,2-,金属顶；,3-,悬挂式平台,4-,玻璃丝保温层；,5-,聚氨酯泡沫保温层；,6-18Cr-8Ni,不锈钢薄膜,;,7-,混凝土侧墙,;,8-,混凝土隔离墙；,9-,侧面加热系统,;,10-,混凝土底板,;,11-,底部加热器,;,12-,砂砾层,全容,LNG,储罐特点：,（,1,）大大减小外部撞击、飞行物对罐的威胁。,（,2,）消防的喷淋不需要覆盖整个罐顶。,（,3,）混凝土顶储罐的内压可以设计得更高，减少了,BOG,的量，减少了操作费用，而且由于此压力高于,LNG,船舱压，,BOG,返回船舱不需要增压机，减少了设备投资和操作费,（,4,）工期长,2 储罐的结构与建造,低温储罐为双层结构，内胆储存低温液体，承受介质的压力和低温，内胆的材料采用耐低温合金钢(0Crl8Ni9)；外壳为内胆的保护层，与内胆之间保持一定间距，形成绝热空间，承受内胆和介质的重力荷载以及绝热层的真空负压。外壳不接触低温，采用容器钢制作。绝热层大多填充珠光砂，抽高真空。低温储罐蒸发率一般低于0.2%。,主要有：外罐、内罐、内胆支撑、绝热层、上下进液管、上下液位管、气相管、溢流管、出液管，及安全附件与仪表等。,各部分的作用：,外罐：保护内罐及内、外罐之间的保冷材料，并在内、外罐之间形成真空提高保冷材料的保冷性能。外罐可对泄漏液体与蒸发气实现完全封拦,确保储存安全。,内罐：主要储存LNG，但因的超低温特性，所以对罐体材料及制作要求极为严格。,上、下进液管：应注意的上进液管长度现内罐相差不多，储罐中的进液管使用混合喷嘴和多孔管,可使新充注的LNG与原LNG充分混合。,安全阀：当储罐内压力超过安全阀整定压力（也叫工作压力）时，安全阀会自动开启，泄放多余的气体，稳定压力。安全阀的整定压力一般为压力容器使用压力的,1.04-1.1,倍，回座压力,是,容器使用压力的,0.8,倍。,外罐爆破片：是为了防止内罐与管道连接根部泄漏，夹层间压力增大引起外罐的爆炸，安装爆破片及时泄压，从而保护储罐。,差压式液位计：,LNG,储罐一般使用的差压式液位计。,3、储罐的增减压原理,增压：,随着,LNG,使用，罐内液位不断下降，气相空间增大使罐内压力不断降低，,LNG,流出速度逐渐变慢直至停止。因此，正常运营操作中须不断向储罐补充气体，将罐内压力维持在一定范围内。这个过程叫做增压。它的原理如图中所示：储罐的增压是由自力式增压调压器和小型空温式气化器组成的自动增压系统来完成的。当罐内压力低于自动增压器的设定值时，调压器打开，罐内液体靠液位差缓缓流入增压气化器，液体气化产生的气体流经调压器和气相管补充到储罐内。气体的不断补充使得罐内压力回升，当压力回升到调压器设定值以上时，调压器关闭。这时，增压气化器内的压力会阻止液体的继续流入，增压过程结束。,减压：（超压保护）,LNG,在储存过程中会由于储罐的环境漏热而缓慢蒸发,导致储罐的压力逐步升高,最终危及储罐安全。,因此，必须采用释放罐内气体的方法控制压力上限。方法是在储罐的气相管道上设置调压器，当储罐内压力升高到设定值时，减压阀便缓慢打开，将罐内气体放出，当压力降回到设定值以下时，自动调压器自动关闭。需要指出的是，这里所说的调压器并不是我们常用的气体调压器。一般调压器靠出口端压力控制阀的动作，,而这种调压器靠进口端压力控制阀的动作，像我们常用的放散阀,，另外它要耐受低温。释放出的气体一般不放入大气，后续的工艺会将其回收利用。这部分气体简称,BOG,。,4、LNG储罐特性要求,(,1),耐低温,常压下液化天然气的沸点为,-162,。因此,LNG,要求储罐具有良好的耐低温性能和优异的保冷性能。,(2),安全要求高,由于罐内储存的是低温液体,储罐一旦出现意外,冷藏的液体会大量挥发,气化量大约是原来冷藏状态下的,625,倍,在大气中形成爆炸混合物。因此要求储罐采用双层壁结构,运用封拦理念,在第一层罐体泄漏时,第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气实现完全封拦,确保储存安全。,(3),材料特殊。,内罐要求耐低温,采用,0Gr18Ni9(,奥氏体不锈钢,),制成,外筒为,16MnR,（普通低碳合金钢）钢板制成,.,(4),保温措施严格。,由于罐内外温差最高可达,200,要使罐内温度保持在,-160,罐体就要具有良好的保冷性能,在内罐和外罐之间填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料还要有足够的承压性能。,(5),抗震性能好,一般建筑物的抗震要求是在规定地震荷载下裂而不倒。为确保储罐在意外荷载作用下的安全,储罐必须具有良好的抗震性能。确保在给定地震烈度下罐体不损坏。,(6),施工要求严格,储罐焊缝必须进行,100%,磁粉检测,(MT),及,100%,真空气密检测,(VBT),。要严格选择保冷材料,施工中应遵循规定的程序。,三、常见的事故及相应的预防措施,1、储存容器内的翻滚事故,液化天然气(LNG)储运过程中,因不同组分和温度造成LNG的密度差异,新充注的LNG与原有的LNG自动分层。若密度较小的LNG位于上层,密度较大的LNG位于下层,则上下层会形成独立的对流运动。在底部漏热的影响下,底部吸热并通过与上层之间的液-液界面传给上部,上部液体温度升高较慢,而下层液体的温度升高较快,导致上下层密度差减小。下层液体由于上层液体的重力抑制作用,罐底漏热无法使得下层的LNG蒸发而处于过饱和状态。,一定条件下,下层强烈的热对流循环促使分层界面被打破,上下层发生掺混,密度趋于相等。原处于过饱和状态的下层LNG及时大量蒸发,储罐内将出现翻滚现象,引发超压事故。,原因分析：,（1）,液化天然气存在不同组分。由于罐内LNG为混合物,主要为Cl,少量的C,2,极少量的C3一C,6,。不同物质在液化后密度不同,因而储存时可能在储罐内出现分层,重组份在储罐下部,轻组份在储罐上部。,（2）,二是液化天然气温度不同造成。由于物质一般存在热胀冷缩的特性,不同温度的LNG密度也不同。LNG储罐内的物料和液化工段生产的新LNG的温度往往存在差异。,（3）,另外LNG长期静置分层也可导致LNG温度不同。长期储存时,由于储罐壁和储罐顶的传热,导致边界部分的液化天然气与储罐中间的液化天然气的温度出现差异。温度较高LNG的密度较小,将流动到上层,温度低的LNG流动到下层,导致储罐内LNG出现分层现象。,措施：,l)控制气源组分变化。尽量使用同一气源,控制其组成的变化范围。,2)LNG储罐设液位计及液位一密度一温度连续测量设施以监控储罐的液位及工作状态。储罐设置设足够的报警和自动高低液位保护装置来控制进料或控制罐内的LNG输送泵,以最大限度的保证LNG贮罐安全,确保正常生产。,3)LNG从储罐的顶部管口进入,可以上部进料,也可通过内部插入管下部进料。不同密度的LNG以不同方式进入储罐。通常,较重的LNG从上部进入,较轻的LNG从下部进入。同时,也可通过LNG输送泵将罐内LNG循环到上部或底部,从而有效防止分层、翻滚现象的产生。,4)在LNG储罐内罐的底部和罐体上设若干测温点,可监测预冷操作和正常操作时罐内的温度。在外罐也设多个测温点,可监测LNG