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LNG储罐的设计特点及工作压力

201812-2107:56:55

储罐是LNG气化站的主要设备,占有较大的造价比例,应高度重视储罐设计。

1、LNG储罐结构设计

LNG储罐按结构形式可分为地下储罐、地上金属储罐和金属预应力混凝土储罐3类。地上LNG储罐又分为金属子母储罐和金属单罐2种。金属子母储罐是由3只以上子罐并列组装在一个大型母罐(即外罐)之中,子罐通常为立式圆筒形,母罐为立式平底拱盖圆筒形。子母罐多用于天然气液化工厂。城市LNG气化站的储罐通常采用立式双层金属单罐,其内部结构类似于直立的暖瓶,内罐支撑于外罐上,内外罐之间是真空粉末绝热层。储罐容积有50m³和100m³,多采用100m³储罐。

对于100m³立式储罐,其内罐内径为3000m。外罐内径为3200mm,罐体加支座总高度为17100mm,储罐几何容积为105.28m³。

2、设计压力与计算压力的确定

目前绝大部分100m³立式LNG储罐的较高工作压力为08MPa。按照GB150-1998《钢制压力容器》的规定,当储罐的较高工作压力为0.8MPa时0.95,内罐充装LNG后的液柱净压力为0.062MPa,内外罐之间压力为5Pa,则内罐的计算压力为1.01MPa。

外罐的主要作用是以吊挂式或支撑式固定内罐与绝热材料,同时与内罐形成高真空绝热层。作用在外罐上的荷载主要为内罐和介质的重力荷载以及绝热层的真空负压。所以外罐为外压容器,设计压力为-0.1MPa。

3、100m³LNG储罐的选材

正常操作时LNG储罐的工作温度为~162.3℃,一次投用前要用一196℃的液氮对储罐进行预冷,则储罐的设计温度为-196℃。内罐既要承受介质的工作压力,又要承受LNG的低温,要求内罐材料必须具有良好的低温综合机械性能,尤其要具有良好的低温韧性。

根据内罐的计算压力和所选材料,内罐的计算厚度和设计厚度分别为11.1mm和12.0mm。

4、接管设计

开设在储罐内罐上的接管口有:上进液口、下进液口、出液口、气相口、测满口、上液位计口、下液位计口、工艺人孔8个接管口。内罐上的接管材质都为OCr18Ni9。

为便于定期测量真空度和抽真空,在外罐下封头上开设有抽真空口(抽完真空后该管口被封闭)。为防止真空失效和内罐介质漏入外罐,在外罐上封头设置防爆装置。

5、液位测量装置设计

为防止储罐内LNG充装过量或运行中罐内LNG太少危及储罐和工艺系统安全,在储罐上分别设置测满口与差压式液位计两套单独液位测量装置,其灵敏度与可靠性对LNG储罐的安全至关重要。在向储罐充装LNG时,通过差压式液位计所呈现的静压力读数,可从静压力与充装质量对照表上直观方便地读出罐内LNG的液面高度、体积和质量。当达到充装上限时,LNG液体会从测满口溢出,提醒操作人员手动切断进料。储罐自控系统还设有高限警报(充装量为罐容的85%)、紧急切断(充装量为罐容的95%)、低限警报(剩余LNG量为罐容的10%)。

6、绝热层设计

LNG储罐的绝热层有以下3种形式:

①高真空多层缠绕式绝热层。多用于LNG槽车和罐式集装箱车。

②正压堆积绝热层。这种绝热方式是将绝热材料堆积在内外罐之间的夹层中,夹层通氮气,通常绝热层较厚。广泛应用于大中型LNG储罐和储槽,例如立式金属LNG子母储罐。

③真空粉末绝热层。常用的单罐公称容积为100m³和50m³的圆筒形双金属LNG储罐通常采用这种绝热方式。在LNG储罐内外罐之间的夹层中填充粉末(珠光砂),然后将该夹层抽成高真空。通常用蒸发率来衡量储罐的绝热性能。