LNG技术 第三章 LNG的储运储存

第三章第三章 LNGLNG的储运的储运储存储存2022-2-32 在液化天然气（LNG）工业链中，LNG的储存和运输是两个主要环节。无论基本负荷型LNG装置还是调峰型装置，液化后的天然气都要储存在液化站内储罐或储槽内。在卫星型LNG站和LNG接收站，都有一定数量和不同规模的储罐或储槽。世界LNG贸易主要是通过海运，因此LNG槽船是主要的运输工具。从LNG接收站或卫星型装置，将LNG转运都需要LNG槽车。 天然气是易燃易爆的燃料，LNG的储存温度很低，对其储存设备和运输工具需要提出安全可靠、高效的严格要求。 2022-2-333.13.1 LNGLNG的储存的储存 3.1.1 LNGLNG储罐（槽）储罐（槽）n（1）型式分类 按容量、隔热、形状、罐的材质分类。 1）按容量小型储罐（550m3） 民用燃气汽化站、LNG汽车加注站；中型储罐（50100m3）LNG卫星站、燃气汽化站；大型储罐（1001000m3） 小型LNG生产装置；大型储槽（100040000m3） 基本负荷型和调峰型液化装置；特大型储槽（40000200000m3） LNG接收站。2022-2-34 2）维护结构的隔热分类真空粉末（纤维）隔热 小型LNG储罐；正压堆积隔热 广泛应用于大中型LNG储罐；高真空多层隔热 小型LNG储罐，使用很少。2022-2-35 3）按形状分类球形罐 一般用于中小容量的储罐，但有些工程的大型LNG储槽也有采用球形的，如图3-2所示。目前最大 的 有 林 德 公 司 制 造 的40000m3和日本NKK公司建造的5000m3储罐。 2022-2-362022-2-37平底圆柱型罐（槽）广泛使用于各种容量储罐和储槽4）按罐的放置分类地上型地下型半地下型地下型地下坑型 2022-2-38 地上罐常见的是双层金属储罐，其外层用钢外壳，内层用含镍9%的钢板，内外层之间有环空间，充填珍珠岩绝热层并内充N2。罐底基础有承受载荷的绝热层，为防止冻坏基础，在基础下面加热装置来保持一定的温度。2022-2-39储罐由内外罐组成，内壁使用低温钢，外壁用普通钢。内外壁之间填充绝热材料。储罐周围建造一圆形护栏。2022-2-310双壁金属型2022-2-311采用预应力混凝土外壳，内罐采用低温钢2022-2-312预应力混凝土型2022-2-313 半地下罐介于地上罐与地下罐之间，不需罐周围建护堤，兼有地上罐与地下罐的优势。有的地下罐用含镍9%的钢板或薄膜做内罐，混凝土做外罐。2022-2-3142022-2-3152022-2-316 地下罐使用先进的内部深挖技术和泥土提升系统，用高强度混凝土填筑，采用预制好的钢顶，内壁可衬不锈钢钢板。2022-2-3172022-2-3182022-2-3192022-2-3202022-2-3212022-2-322容量容量： 14万万m3建设周期建设周期：1997年年10月月2001年年10月（月（49个月）个月）合同金额合同金额：141百万美元百万美元顶顶： 混凝土圆顶，不锈钢板，悬挂（甲板）混凝土圆顶，不锈钢板，悬挂（甲板）墙结构墙结构： 厚厚2.5m；泥墙厚度；泥墙厚度1.5m日蒸发率日蒸发率：0.1 /d内罐尺寸内罐尺寸：内径：内径：64m；最大液体高度：；最大液体高度：43.65m设计寿命设计寿命：50年年设计温度设计温度：-162 2022-2-3235）按罐的材料分类双金属 内罐和外壳均采用金属材料，内罐一般采用耐低温的不锈钢或铝合金，外罐采用黑色金属，采用较多的是压力容器用钢。2022-2-324预应力混凝土罐薄膜型(Invar steel 36Ni)2022-2-3252022-2-326薄膜型储罐内部结构薄膜型储罐内部结构2022-2-3272022-2-3282022-2-329观察到的观察到的LNG液体层图像液体层图像2022-2-3306）围护结构分类单围护系统只有一个承载层，必须在储槽周围预留一块安全空间。2022-2-331双围护系统 内外罐体都是低温材料，不需另外预留空间2022-2-332全封闭围护系统内外罐体都是低温材料；不需另外预留空间薄膜型围护系统有可靠的围护系统，不需预留空间，对外筒要求很高。2022-2-333n（2）LNG储罐（槽）结构储罐（槽）结构 1）立式LNG储罐 如图所示100m3立式储罐。（罐的隔热、结构、封头、材质、支撑、阀门仪表的保冷和安装）2022-2-334n立式储罐的工艺流程如图所示，包括：进、排液系统；进、排气系统；自增压系统；吹扫置换系统；仪表控制系统；紧急切断阀与气控系统；安全系统；抽真空系统；测满分析取样系统；以及易熔塞、阻火器等安全设施。2022-2-335圆柱形（民用燃气气化站、LNG汽车加注站、卫星式液化装置，工业燃气气化站、小型LNG生产装置）2022-2-336圆柱形（基本负荷型、调峰型液化装置、LNG接收站）2022-2-337圆柱形（基本负荷型、调峰型液化装置、LNG接收站）2022-2-3382 2）立式）立式LNGLNG子母型储罐子母型储罐 子母罐是指拥有多个（三个以上）子罐并联组成的内罐，以满足低温液体储存站大容量储液量的要求。多只子罐并列组装在一个大型外罐（母罐）之中。子罐通常为立式圆筒形，外罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐形状尺寸过大等原因，不耐外压而无法抽真空，外罐为常压罐。隔热方式为粉末（珠光砂）堆积隔热。 2022-2-339 子罐通常为压力容器制造厂制造完工后运抵现场吊装就位，外罐则加工成零部件运抵现场后，在现场组装。 单只子罐的几何容积通常在100150m3之间。单只子罐的容积不宜过大，过大会导致运输吊装困难。子罐的数量通常为37只，因此可以组建3001050m3的大型储槽。 子罐可以设计成压力容器，最大工作压力可达1.8mPa，通常为0.21.0mPa，视用户使用压力要求而定。 2022-2-340优点：优点：依靠容器本身的压力，可采用压力挤压的办法对外排液，而不需要输液泵排液，因此操作简便和可靠性提高。容器具备承压条件后，可采用常压储存方式，减少储存期间的排放损失。子母罐的制造安装较球罐容易实现，制造安装成本较低。2022-2-341缺点：缺点：由于外罐的结构尺寸原因，夹层无法抽真空，夹层厚度通常选择800mm以上，导致保温性能与真空粉末隔热球罐相比较差。由于夹层厚度较厚，且子罐排列的原因，设备的外形尺寸庞大。子母罐通常适用于容积3001000m3，工作压力为0.21.0mPa范围。 2022-2-342立式LNG子母型储罐示意图2022-2-3433）球形LNG储罐 低温液体球罐的内外罐均为球状。工作状态下，内罐为内压力容器，外罐为真空外压容器。夹层通常为真空粉末隔热。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现场组装。球壳板的成形需要专用的加工工艺保证成形，现场安装难度大。 优点：1)在相同容积条件下，球体具有最小的表面积，设备的净重最小。2）球罐具有最小的表面积，则意味着传热面积最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的隔热保温效果。3)球罐的球形特性具有最佳的耐内外压力性能。 2022-2-3443）球形LNG储罐 缺点： 1)加工成形需要专用加工工具，加工精度难以保证。 2)现场组装技术难度大，质量难以保证。 3)球壳虽然净重最小，但成形时材料利用率最低。 2022-2-345 球 罐 的 使 用 范 围 为200-1500m3，工作压力0.21.0mPa。容积200m3时，应当选用在制造厂整体制造完工后的圆筒罐产品出厂为宜。容积超过1500m3，外罐的壁厚太厚，这时制造的最大困难是外罐而非内罐。 2022-2-346LNG球形储罐（民用燃气气化站，LNG汽车加注站等）2022-2-3474）典型的LNG储槽如图所示全封闭围护系统LNG储槽 ， 其 容 量 为80000m3。属于地上特大型储槽。多用于LNG终端接收站。 2022-2-3484）典型的LNG储槽如图所示全封闭围护系统LNG储槽，其容量为14万m3。属于地下型预应力混凝土结构。内筒采用薄膜罐，夹层注氮气正压珠光砂隔热。薄膜呈波纹状，隔热板起支撑薄膜的作用。2022-2-349典型的LNG储槽 200000m32022-2-350典型的LNG储槽结构剖面图2022-2-351典型的LNG储槽 近年来，日本开发了一种能观察LNG储槽内部的装置，并已投入使用。如图所示：探测器能浸没在低温的LNG中工作，将储槽内及周壁的图象清晰地显示在屏幕上，并能连续地摄录下来，以监视储槽的运行。2022-2-3523.1.2 LNG储存中的分层与漩涡储存中的分层与漩涡 液化天然气储运过程中，会发生一种被称为“涡旋” 或“翻腾” （rollover）的非稳性现象。涡旋是由于向已装有LNG的低温储槽中充注新的LNG液体，或由于LNG中的氮优先蒸发而使储槽内的液体发生分层（stratification）。分层后的各层液体在储槽周壁漏热的加热下，形成各自独立的自然对流循环。该循环使各层液体的密度不断发生变化，当相邻两层液体的密度近似相等时，两个液层就会发生强烈混合，从而引起储槽内过热的液化天然气大量蒸发引发事故。2022-2-353 如果不同密度的LNG储存在同一储罐内，容易引起液体分层。密度较大的液体积聚在储罐底部，而密度小的液体处于顶部，底部液体还因受到上面液体重力的作用，压力高于上部液体，对应的蒸发温度相应提高，相对于该压力相应的蒸发温度来说，底部LNG成为具有一定的过冷度的液态，蒸发速度较上部液体慢。而外界热量总是不断由外而内的传递，底部液体获得的热量，有相当一部分是使LNG的温度升高。由于温度的升高，密度将减小，当底部液体密度小于上部液体密度时，分层平衡将被破坏，形成所谓的“翻腾” 。2022-2-354 此时底部液体的温度高于上部液体温度，混合后温度低的液体被底下翻上来的温度较高的液体加热而蒸发加剧，底部温度较高的液体翻上来以后，失去了上面液体重力的作用，压力降低，成为过热液体，也将产生剧烈的蒸发。因此，平衡被破坏以后，液体产生“翻腾”，引起液体蒸发率剧增。如来不及排出大量的蒸发气体，储罐将超越设计的工作压力，对安全储存非常不利。2022-2-355 研究分析表明，LNG涡旋是由分层引起的，防止分层就可以防止涡旋。防止分层的方法：q不同产地、不同气源的LNG分开储存，可避免因密度差而引起的LNG分层；q根据需储存的LNG与储槽内原有的LNG密度的差异，选择正确的充注方法，可有效地防止分层。2022-2-356充注方法的选择一般应遵循以下原则：q密度相近时一般底部充注。q将轻质LNG充注到重质LNG储槽中时，宜底部充注。q将重质LNG充注到轻质LNG储槽中时，宜顶部充注。q使用混合喷嘴和多孔管充注，可使充注的新LNG和原有的LNG充分混合，从而避免分层。 2022-2-357分层的探测与消除： 可以通过测量LNG储槽内垂直方向上的温度和密度来确定是否存在分层。一般情况下，当分层液体之间的温差大于0.2K，密度差大于0.5kg/m3时，即认为发生了分层。 探测到确已形成分层后，可采用内部搅拌或输出部分液体的方法来消除分层。为防止分层和涡旋，LNG储槽内一般都设计了一个专门的搅拌器，以破坏LNG稳定分层。但内部搅拌会引起蒸发量的增加。实践表明，快速输出部分液体是一种较好的消除分层的方法。