（油气储运工程专业论文）fpsolng储罐储存特性及安全技术.pdf

s t o r a g e c h a r a c t e r i s t i c sa n d s a f e t yt e c h n o l o g yo f f p s o l n g1 阻n k at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：s u nf a f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f l iy u x i n g c o l l e g eo fm e c h a n i c a l & e l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g c h i n a u n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) m 9m 5m 6 胛刁刀 脚1胛y 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：f o 年5 月弓1 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者 指导教师签名 日期：动向年多月弓1 日 日期：f 口年乡月乏f 日 l 摘要 f p s o - - l n g 船，是集海上天然气的液化、储存和装卸为一体，具有对海上气田的 开采投资成本低，开发风险小，以及便于迁移、安全性高等特点，在海上油气开发中有 独特的优势。由于储存的l n g ( l i q u e f i e dn a t u r a lg a s 的简写) 是多组分混合物，又是 常压低温储存且海上环境复杂，其组分和温度的变化必然引发l n g 热平衡的不稳定， 造成诸多问题，比如储槽承受压力、l n g 的蒸发问题及释放问题等。为了解决这些问 题，就需要了解引起l n g 蒸发的诸多因素，包括初始充满度、环境温度、初始压力、 保温材料、风速、光照、l n g 组分及晃荡等，弄清l n g 储槽传热过程、储槽内压力及 蒸发率的变化规律。 本文以3 0 0 0 0 m 3 的l n g 储槽为研究对象、以l n g 为介质，研究了低温液体储存时 的压力及蒸发率变化关系。并在试验的基础上，基于质量守恒及能量守恒原理，建立了 预测储槽内压力及蒸发率的模拟模型，并用试验进行了验证。结果证明，模拟计算模型 的计算结果较为准确可靠。利用模拟计算模型分析了各种影响密闭储槽内压力及蒸发率 的因素，结果表明：密闭储槽存在一个“最佳直径”、“最佳充满率 及安全充装范围； 储槽保温层导热系数越大，储槽内压力上升得越快，安全储存时间就越短；环境温度越 高，密闭l n g 储槽的压力上升得越快，安全储存时间越短；含氮量、风速对储槽内的 压力影响不大；含氮量越高l n g 的蒸发率越低，向储槽内充注氮气可以有效的降低储 槽内液体的蒸发率；初始压力越大，储槽内的压力上升的越快，蒸发率随着初始压力的 增大而增大，且随初始压力的增大，蒸发率的增加速度有所减慢等。通过回归分析，分 别得出储槽内压力及蒸发率变化的主要影响因素，其中初始充满率、储存时间及传热系 数是关键性因素。 借助于f l u e n t 软件，基于v o f 模型结合u d f 模拟在不同初始速度下，不同初始充 装度下，不同粘度储液下的晃动情况，并找出减小晃动的方法。此研究成果为l n g 储 槽的设计及运行提供了技术支持。 关键词：l n g 储槽，蒸发率，影响因素，最优直径，最优初始充满率，f l u e n t ， 晃荡 s t o r a g ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds a f e t yt e c h n o l o g yo f f p s o l n gr 】阻n k s u nf a f e n g ( o i l & g a ss t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l iy u x i n g a b s t r a c t l n g - f p s oi n v o l v e sn a t u r eg a sl i q u e f a c t i o n ，s t o r a g ea n do f f i o a d i n g ，谢t l lt h ec h a r a c t e r s o fl o wi n v e s t m e n tc o s t ，s m a l ld e v e l o p m e n tr i s k ，a n dc o n v e n i e n tf o rm i g r a t i o n ，h i 曲s e c u r i t y a n ds oo n ，w h i c hh a sau n i q u ea d v a n t a g ei nt h eo f f s h o r eo i la n dg a sd e v e l o p m e n t a sl n g ( l i q u e f i e dn a t u r a lg a s ) i sm u l t i - c o m p o n e n tm i x t u r ea n ds t o r e di n t h ee n v i r o n m e n to f a t m o s p h e r i cp r e s s u r ea n dl o wt e m p e r a t u r e ，i na d d i t i o nt oc o m p l i c a t e dm a r i n ee n v i r o n m e n t ， t h ec o m p o n e n t sa n dt e m p e r a t u r ec h a n g e sw i l li n e v i t a b l yl e a dt oi n s t a b i l i t yi nl n gt h e r m a l e q u i l i b r i u m ，r e s u l t i n gi nm a n yp r o b l e m s ，s u c ha ss t o r a g et a n kp r e s s u r es u f f e r i n g ，l n g e v a p o r a t i n ga n dr e l e a s i n gi s s u e s i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，m a n yf a c t o r sc a u s i n gl n g e v a p o r a t i o nn e e dt ob es t u d i e d ，i n c l u d i n gi n i t i a lf i l lr a t e ，e n v i r o n m e n tt e m p e r a t u r e ，i n i t i a l p r e s s u r e ，i n s u l a t i o nm a t e r i a l s ，w i n ds p e e d ，s o l a rr a d i a t i o n ，l n gc o m p o n e n ta n dc a r g o s l o s h i n ga n ds oo n ；f u r t h e r m o r e ，h e a tt r a n s f e rp r o c e s s ，p r e s s u r ea n de v a p o r a t i o nr a t ec h a n g e s i nl n gs t o r a g et a n ka r ea l s os t u d i e d t h i sp a p e rs t u d i e do nt h ep r e s s u r ea n de v a p o r a t i o nr a t ev a r i a t i o nd u r i n gl o w - t e m p e r a t u r e s t o r a g e ，t a k i n gt h et a n ko ft h ec a p a c i t yo f3 0 0 0 0m a so b j e c t ，l n ga sm e d i u m o nt h eb a s i so f e x p e r i m e n t ， as i m u l a t i o nm o d e l w h i c hc a np r e d i c tp r e s s u r ea n de v a p o r a t i o nr a t ew a s e s t a b l i s h e da n dw a s p r o v e db ye x p e r i m e n tr e s u l t s ，b a s e d o nt h e p r i n c i p l e o fm a s s c o n s e r v a t i o na n de n e r g yc o n s e r v a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es i m u l a t i o nm o d e lw a s r e l a t i v e l ya c c u r a t ea n dr e l i a b l e f a c t o r sw h i c hc a ni n f l u e n c ep r e s s u r ea n de v a p o r a t i o nr a t e i n s i d et h ec l o s e dt a n kw e r ea n a l y z e du s i n gs i m u l a t i o nm o d e l t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h e r e e x i s t s o p t i m u md i a m e t e r ，o p t i m u mi n i t i a lf i l lr a t e a n d t h ef i l l i n gs c o p eo fs e c u r i t y i n t h ec l o s e dt a n k ；t h eb i g g e rt h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yo ft a n ki n s u l a t i o ni s ，t h ep r e s s u r eo ft h e c l o s e dl n gt a n kw i l li n c r e a s em o r eq u i c k l y , a n dt h es a f e t ys t o r a g et i m ew i l lb e c o m es h o r t e r ； t h eh i g h e rt h ee n v i r o n m e n tt e m p e r a t u r ei s ，t h ep r e s s u r eo ft h ec l o s e dl n gt a n kw i l li n c r e a s e m o r eq u i c k l y , a n dt h es a f e t ys t o r a g et i m ew i l lb e c o m es h o r t e r ；n i t r o g e nc o n t e n ta n dw i n d s p e e dh a v el i t t l ee f f e c to np r e s s u r ei ns t o r a g et a n k ；t h eh i g h e rt h en i t r o g e nc o n t e n ti s ，t h e l o w e rt h ee v a p o r a t i o nr a t ei s ，a n de v a p o r a t i o nr a t ec a nb ee f f e c t i v e l yr e d u c e db yf i l l i n g n i t r o g e ni nl n gs t o r a g et a n k ；t h eb i g g e ri n i t i a lp r e s s u r ei s ，t h ef a s t e rt h ee v a p o r a t i o nr a t e l i n c r e a s e s ，w h i l et h ee v a p o r a t i o nr a t ei n c r e a s e sa n dt h ei n c r e a s ee x t e n ts l o w sd o w na si n i t i a l p r e s s u r ei n c r e a s e s t h r o u g ha n a l y s i so fr e g r e s s i o n ，t h em a j o rf a c t o r si i f f i u e n c i n go np r e s s u r e a n de v a p o r a t i o nr a t ei ns t o r a g et a n kw e r eo b t a i n e d ，i n c l u d i n gi n i t i a lf i l lr a t e ，s t o r a g et i m ea n d t h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t w i mt h eh e l po ff l u e n ts o f t w a r e ，t h es l o s h i n gs i t u a t i o n si nd i f f e r e n ti n i t i a lv e l o c i t i e s ， i n i t i a lf i l lr a t e sa n dd i f f e r e n tv i s c o s i t i e sw e r es i m u l a t e d ，w h i c hw e r eb a s e do nt h ev o fm o d e l a n dc o m b i n e du d f , a n dt h em e t h o d sw e r ef o u n dt or e d u c es l o s h i n g 1 1 1 es t u d yr e s u l t sp r o v i d e t e c h n i c a ls u p p o r tf o rl n g s t o r a g et a n kd e s i g na n do p e r a t i o n k e yw o r d s ：l n gs t o r a g et a n k ，e v a p o r a t i o nr a t e ，i n f l u e n c i n gf a c t o r s ，t h eo p t i m a l d i a m e t e r , t h eo p t i m a li n i t i a lf i l lr a t e ，f l u e n t ，s l o s h i n g 目录 第一章绪论。1 1 1 研究目的及研究意义1 1 2l n g 储存研究现状2 1 2 1 天然气储存方式一2 1 2 2 储罐( 槽) 种类4 1 2 3f p s o - l n g 储槽的结构5 1 3l n g 安全储存技术的研究现状1 1 1 3 1 储槽内压力及蒸发率的研究现状1 1 1 3 2 有关l n g 安全储存技术存在的问题1 3 1 4 研究的工作内容1 3 第二章低温储存理论及实验研究1 4 2 1 低温储存的绝热材料及方式1 4 2 1 1 低温绝热材料1 4 2 1 2 低温绝热方法一16 2 2 低温储槽传热计算1 8 2 2 1 静止储罐( 槽) 总传热系数的计算2 0 2 2 2 风速影响下的储槽传热系数的计算。2 1 2 2 3 低温储槽运动时传热系数的计算2 2 2 3 低温储存的实验研究2 3 2 3 1 称重法2 3 2 3 2 蒸汽流量法2 4 2 3 3 自然升压法2 5 2 4 本章小结2 6 第三章大型l n g 储槽内压力及蒸发率的模拟研究2 7 3 1 引言2 7 3 2 密闭l n g 无损储槽的计算模型。2 7 3 2 1 假设条件2 7 3 2 2 模型的建立2 8 3 2 3 模拟步骤2 9 3 3 模拟的验证2 9 3 3 1 计算实例2 9 3 3 2 结果比较2 9 3 4 影响大型l n g 储槽内压力及蒸发率的因素分析一3 1 3 4 1 储槽直径影响3 2 3 4 2 初始充满率的影响3 4 3 4 3 环境温度的影响4 1 3 4 4 含氮量的影响4 3 3 4 5 初始压力的影响4 4 3 4 6 保温层材料的影响4 6 3 4 7 储槽容积的影响。4 8 3 4 8 储槽安全工作压力的影响4 9 3 4 9 风速的影响一5 0 3 4 1 0 储槽运行时的影响5 1 3 5 回归分析5 4 3 5 1 储槽安全条件下影响因素分析。5 4 3 5 2 保温层失效下影响因素分析5 8 3 6 本章小结6 0 第四章l n gf p s o 液舱内储液晃动的数值模拟研究6 2 4 1 引言6 2 4 2f l u e n t 软件的介绍6 3 4 3 模型建立与验证6 4 4 3 1 模型建立6 5 4 3 2 模型的验证6 6 4 4 数值模拟结果6 7 4 4 1 初始速度影响分析一6 7 4 4 2 初始充满率的影响分析6 9 4 4 3 储液介质粘度影响分析一7 0 4 4 4 阻流板对晃动的影响分析。7 1 4 5 本章小结7 2 结论与建议7 4 参考文献7 6 附录8 0 v 攻读硕士学位期间取得的学术成果8 7 致谢8 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第一章绪论弟一早珀下匕 1 1 研究目的及研究意义 天然气是重要的化工原料和清洁能源，随着全世界的环保意识逐步增强，天然气以 其高效、清洁、经济的优点越来越受到青睐。2 l 世纪，天然气的时代，尤其是在我国， 随着国民经济的快速发展，能源的需求日益增加，改善能源结构变得尤为重要，提高能 源利用率迫在眉睫，天然气作为洁净能源，已成为我国本世纪开发利用的重要目标。 在我国，天然气资源和大型用户分布极不平衡，天然气资源大部分分布在我国的西 南部、西北部及南部海域，而天然气大型用户分布在我国的东部，这使得天然气不能充 分利用。要想有效利用天然气资源，首要的是解决天然气的储存与运输问题，尤其是海 上天然气的开发及运输。在我国南部海域蕴藏着丰富的天然气资源，但海上天然气田开 发不仅环境严峻、技术复杂、投资巨大，而且建设周期也长、资金回收慢、风险也大。 到目前为止，海上所开发的都是一些大型油气田，对于总体数量可观的中小型边际气田 来说，现有的开发手段往往不具备经济性，而且对环境的危害也较大。 借鉴于国外的开采模式，我国也开始关注一种新的f p s o 装置f l n g 船，是集 海上天然气的液化、储存和装卸为一体，具有对海上气田的开采投资成本低，开发风险 小，以及便于迁移、安全性高等特点。针对其特点，不难看出f l n g 在海上油气开发中 有独特的优势。f l n g ，在国外的研发技术已经相当成熟，而对于国内才刚刚起步。近 年来，我国造船界和航运界一直关注、酝酿、研讨我国发展f l n g 船的必要性和可行性， 并把开采f l n g 作为我国“十一五、“十二五 及“十三五 的重要发展目标和海上研 究重心。 f l n g ，就其运输低温达1 6 3 的液货这一点，是前所未有的高技术、高难度的船 舶，所以对其使用的保温材料、制冷设备和建造工艺的要求相当高，f l n g 在运行工作 时储槽内的l n g 温度与环境温度温差达到2 0 0 以上，因此f l n g 储槽的热平衡是极 不稳定的。在运行过程中需要解决的问题，例如：船体运行过程中储槽内压力缓慢上升， 蒸发率较低，一旦船停下来，槽内压力很快上升，蒸发率较高；船体晃荡对船体造成的 危害。为解决这个问题就必须研究影响储槽内气化规律及隔热层的漏热问题及l n g 蒸 发的各种因素，如：环境温度、太阳照射角度、外部风速、船体运动、储液晃动、保温 材料性能、充满率、储液组分等等。 通过计算模拟和试验得到储槽安全储存的技术边界条件，优化l n g 储槽的隔热结 第一章绪论 构，形成l n g 液货舱内压力及蒸发率的变化规律，找出船体运动和储液晃动造成危害 的解决的办法，突破储槽内l n g 蒸发存在的技术难题，不仅可以减少l n g 的气化损失， 提高运营的经济性，减少环境污染，而且可以为长时间的储存及较远距离输送l n g 提 供条件。因此研究l n g 的存储技术，不仅具有经济意义，而且能为储槽的设计及f l n g 船的安全运行提供理论依据。 1 2l n g 储存研究现状 1 2 1 天然气储存方式 天然气的储存方式【卜4 】一般分为气态储存、液态储存及固态储存，气态储存主要包 括地下储气库储存、管道储存、管束储存、高压储槽储存、吸附储存和近临界流体储存 等，液态储存主要是以l n g 的形式低温常压或高压储存，主要包括冻土地穴储存、地 上金属储槽储存、预应力钢筋混凝土储槽储存等，固态储存主要采用天然气水合物的形 式储存i5 6 。下面主要介绍一下天然气的液态储存。 天然气的液态储存【7 9 】主要采用液化天然气( l n g ) 方式储存，分常压储存和高压 储存，即天然气液化至其沸点温度( 1 6 3 ) 以下，其饱和蒸汽压接近或高于大气压的 情况下储存。其储存方式【l 】主要有冻土地穴储存、地下混凝土储槽储存、地上金属储槽 储存、预应力钢筋混凝土储槽储存等，前两者一般适合于土地面积比较紧张的情况下。 1 ) 液化天然气冻土地穴储存 液化天然气储存在周围都是冰冻土壤的地穴中，见图1 1 ，其建造方法就是先插入 一定数量的冷冻管，冻结周边土壤，挖去内部沙土，深度达到不渗透的地层，这样就形 成了地穴储槽，在储槽的顶部加以附有绝热层的金属顶盖，在底部铺设绝热层。整个储 槽结构只有项部可能受损或受火灾影响，从安全考虑，这种储存方式还很好的。 图1 - 1 液化天然气冻土地穴储存 f i g l 一1 l n g c r y p ts t o r a g ei nf r o s ts o i l 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 ) 地下液化天然气混凝土储槽储存 l n g 地下储槽具有内在的安全性，因为l n g 所处高度低于地面标高，无论在何情 况下，l n g 绝对不会溢罐。地下储槽呈圆柱形，具有地下建筑结构上的优势。储槽的 罐体和底板采用高强度钢筋混凝土和预应力混凝土填筑，支撑外界压力，内部安装保温 层以保持罐体的低温条件，罐顶一般成圆弧形，隔断空气保持罐内气压力。在储槽的边 侧和底部设有加热器以控制地下冻结。地下l n g 储槽具有占地小、多个储槽可紧密布 置，对周围环境要求低，安全性高，抗震性能较强，密封性好，防灾害性事故等优点， 主要受土地面积的影响。 3 ) 地上液化天然气金属储槽储存 地上l n g 金属储槽，内壳和外壳均用金属材料，内壳使用耐低温的不锈钢或铝合 金制成，外壳一般采用黑色金属( 碳钢) ，以保护充填在内外壁之间的绝热材料。这种 储槽的底部一般采用绝热混凝土，以便承受内壁和l n g 的自重。 图l - 2 地上l n g 金属储槽 f i g l - 2 l n g o v e r g r o u n dm e t a ls t o r a g et a n k 4 ) 地上液化天然气金属混凝土储槽储存 这种大型储槽采用预应力混凝土外壳，内壳采用低温金属材料，其绝热方式有混凝 土外部和内部绝热两种。 5 ) 液化天然气的高压和常压储罐联合储存【1 7 】 高压和常压储罐联合储存是结合l n g 升压后的自冷热力学特性，联合常压和高压 储存l n g 的一种较好的方法，其工艺流程见图1 3 。 此储存方式是由常压及高压储罐、低温压缩机、阀门组及l n g 运输罐车组成。其 工艺流程：周围环境漏热致使常压储罐内l n g 部分蒸发，压力升高，限于常压储罐承 压能力低，当压力高于安全值时，一部分蒸气必然释放掉。利用低温压缩机，将释放掉 3 第一章绪论 的蒸汽压缩输入到低温高压储罐内。根据l n g 的热力学特性，初始压力越高沸点就越 高，当常压储罐的蒸汽输入高压储罐内，其沸点肯定升高，从而使储罐内的l n g 处于 过冷状态。低温高压储罐内随着l n g 的增多，罐内压力必然升高，当罐内压力达到一 定值时，则可利用罐车输送给用户。 低 图1 - 3 常压与高压储槽储存示意图 f i g l - 3 t h es k e t c h o fn o r m a lp r e s s u r es t o r a g et a n ka n dh i i g hp r e s s u r es t o r a g et a n k 高压储罐与常压储罐联合储存l n g 具有以下特点： ( 1 ) 综合了常压与高压储存的优点，打破了常规储存的局限，节约了资源； ( 2 ) 工艺流程简单、易于操作、安全程度高、投资少、成本低； ( 3 ) 延长了l n g 的储存时间，广泛适用于l n g 接收站和l n g 工厂的l n g 储存。 1 2 2 储罐( 槽) 种类9 】 l n g 储罐( 槽) 的分类一般可按容量、隔热、形状及罐体材料等进行分类。 ( 一) 按容量分类 1 ) 小型储罐容量5 - - 5 0 m 3 ，常用于民用燃气气化站，l n g 汽车加注站等场合； 2 ) 小型储罐容量5 0 - 10 0 m 3 ，常用于卫星式液化装置，工业燃气气化站等场合； 3 ) 大型储罐容量1 0 0 - - - - 1 0 0 0 0 m 3 ，常用于小型l n g 生产装置； 4 ) 大型储槽容量1 0 0 0 0 - - 4 0 0 0 0 m 3 ，常用于基本负荷型和调峰型液化装置； 5 ) 特大型储槽容量4 0 0 0 0 - - - 2 0 0 0 0 0 m 3 ，常用于l n g 接收站。 ( 二) 按围护结构的隔热分类 1 ) 真空粉末隔热，常用于小型l n g 储罐； 2 ) 正压堆积隔热，广泛用于大中型l n g 储罐和储槽； 3 ) 高真空多层隔热，很少采用，限于小型l n g 储罐。 ( 三) 按形状分类 1 ) 球型罐，一般用于中小容量的储罐，但有些工程的大型l n g 储槽也采用球型的； 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 2 ) 圆柱型储罐( 槽) ，广泛用于各种容量的储罐和储槽。 ( 四) 按储罐( 槽) 的放置分类 1 ) 陆地型，包括地上型和地下型，其中有落地式、高架式、半地下型、地下型及 地下坑型； 2 ) 海上型，包括g t t 型、m o s s 型、s p b 型等。 ( 五) 按储罐( 槽) 的材料分类 1 ) 双金属，内外罐均采用金属材料，一般内罐采用耐低温的不锈钢或铝合金； 2 ) 预应力混凝土型，大型储槽采用预应力混凝土外壳，而内筒采用低温的金属材 料； 3 ) 薄膜型。 1 2 3f p s o l n g 储槽的结构 通过对海上l n g 运输船及f p s o - - - l n g 的调研，见表1 1 ，不难发现，l n g 低温 储槽的结构型式大体分为g t t 薄膜型、m o s s 独立球型、s p b 独立角型等几种，结构 简图见图1 4 ，下面分别介绍【1 0 1 5 】： 图1 - 4m o s s 型、g t t 型、s p b 型储槽结构简图 f i g l - 4 t h es t r u c t u r ed i a g r a mo fm o s s ，g t ta n ds p bs t o r a g et a n k ( 一) g t t 薄膜型 m e m b r a n e 型技术，首先由法国开发，分为薄膜g t ( g a st r a n s p o r t ) 型和薄膜t g ( t e c h n i g a z ) 型两种。但随着g a zt r a n s p o r t 公司和t e c h n i g a z 公司于1 9 9 4 年合并为 g a z t r a n s p o r t & t e c h n i g a z ( 简称g t t ) ，液舱形式被统称为g t t 薄膜型。其结构为低温 内壁直接由双层外壳支撑，内壁由两层材料相同的膜和两个独立的绝热层组成，薄膜层 覆盖的货舱被绝热层、次屏障薄膜层和绝热层包围，并直接与船体相连，绝热层中充满 了氮气，并装有监控器以监控温度和压力，舱内货物重量直接作用在绝热层上并传递给 船舶结构承担n 0 1 。 薄膜型液货舱有以下特点： 5 第一章绪论 主屏壁非常薄；具有完整的次屏壁以保证主屏壁泄漏时维护系统的完整性；其绝热 结构不仅有良好的绝热性还有足够的强度，主要用来防止液货泄漏。 表1 - 1 目前f l n g 储槽结构方式 t a b l e l - 1s t r u c t u r et y p e so f c u r r e n tf l n gt a n k 主持者( 建造者)储存容积m 3液舱型式 f l e xl n g ( s a m s u n g )1 7 0 ，0 0 0 s p b ( s s ) h o e g hl n g ( d a e w o o ) 1 9 0 ，0 0 0 薄膜型s p b s b m l i n d e r2 3 0 ，0 0 0 s p b ( s s ) s h e l l1 6 0 。0 0 0 - - 2 0 0 ，0 0 0 薄膜型 a k e r k v a e m e r1 6 0 ，0 0 0 2 0 0 ，0 0 0 薄膜型 b l u e w a t e r 由气田决定由气田决定 b wo f f s h o r e 散货船中使用s p b 球型 h a m w o r t h y 由气田决定 由气田决定 t e e k a y 2 0 0 0 0 0 s p b 薄膜型 e x m a re b l ve x c e l e r a t e 薄膜型 s a i p e m ( m o s sm a r i t i m e ) 2 7 0 ，0 0 0 薄膜型 t g em a r i n e ( c m i cc h i n a )单舱10 0 0 0 2 0 0 0 0 圆柱型双叶储槽 c o n o e o p h i l l i p s 3 5 0 ，0 0 0 薄膜型 s e v a nm a r i n e 2 0 0 ，0 0 0圆柱型l n g 储槽 i h if l n gs p b l 物l l e rm a r i n e m a v e r i c k 8 7 ，0 0 0m o s s l i v o r n of s r u 1 3 7 ，0 0 0 m o s s s h e l lf l n g 1 6 0 ，0 0 0 - 2 0 0 ，0 0 0薄膜型 b r a x t o na n da s s o c i a t e s 1 7 0 ，0 0 0 复合a k e r 双层防护储槽 p r o t e u s1 6 0 ，0 0 0 薄膜型 i n p e x s p b 薄膜型船舶的主要优点是： 由于内壁用薄膜做成，薄膜内壁比传统的舱壁要薄的多，消耗的镍钢材料少， 减轻液舱的结构重量； 预冷的时间缩短； 驾驶台视角广； 船型瘦小，受风面积小，推进效率较高。 缺点是： 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 结构复杂； 对管理要求较高； 舾装周期较长； 液舱的薄膜和绝热装置都要进行全面试验，包括在低温条件下周期性载荷的疲 劳试验，费时费力。 按照绝热层材料及施工方式的不同，g 1 v r 薄膜舱分为g tn 0 9 6 、t g zm a r ki i i 型 及c si 型等三种，见图1 - 5 - - - 1 7 ，g tn o 9 6 型主次屏壁薄膜是i n v a r 薄膜( 含镍3 6 的合金) ，绝热材料是珍珠岩胶合板；m a r ki i i 型主薄膜采用1 2 m m 厚的不锈钢波形薄 膜，绝热材料是聚亚胺酯泡沫；c si 型是前两者的综合，主屏壁薄膜是i n v a r 薄膜， 次屏壁薄膜是不锈钢波形薄膜，绝热层材料是聚亚胺酯泡沫。 图1 5g t tn o9 6 结构 f i g l - 5 g t tn o9 6s t r u c t u r e s e c o n d a r yb a r r i e r 图1 - 6m a r k i i i 型绝热结构 f i g l - 6 m a r ki i lh e a ti n s u l a t i n gc o n s t r u c t i o n 7 第一章绪论 图1 - 7c s1 型绝热系统结构 f i g l 一7 c s1h e a ti n s u l a t i n gc o n s t r u c t i o n 图1 8g t t 型储槽结构的l n g f p s o 船 f i g l 8 l n g - f p s ou s i n gg t tt a n k ( 二) m o s s 独立球型 该舱型是由挪威m o s sr o s e n t h a l 公司开发的，其舱体采用耐低温的铝合金或9 镍 钢。绝热层材料为聚氨酯泡沫或采用3 0 0 m m 的多层聚苯乙烯板。一般该类型的储槽独 立于船体，是通过支撑装置安置在船体上。m o s s 独立球型储槽的结构( 见图1 9 ) ，主 要有平衡支架系统、金属舱裙、局部次屏、液舱内胆壁、绝热层等组成。金属舱裙支撑 球型储槽的赤道环与船体接触，局部次屏防止储液泄漏后与船体接触；绝热层用氮气维 持，并装有气体探测监控器；液舱内胆壁由铝薄板组成【l o l 。 独立球型储槽具有以下特点： 1 ) 储槽热胀冷缩产生的变形不直接作用于船体本身，而是被槽内圆柱型裙板吸收； 2 ) 液货与储槽的隔热材料不发生直接作用； 3 ) 结构简单，没有应力集中现象； 4 ) 安装简单，单独建造并能缩短施工周期，检查质量容易，安全性好，初期投资 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 也较少； 5 ) 可以在恶劣环境下使用，液面晃荡效应少，不受装载限制； 6 ) 选用由滴盘和防溅板构成的部分次屏蔽，维持l n g 的泄漏量在较低水平。 独立球型储槽的缺点： 液货重心高；操纵困难，特别是在甲板上部受风面积大，在船上，驾驶台视线不理 想。 ( 三) s p b 独立角型 s p b 型最初于1 9 6 5 年安装于4 6 5 0 0 m 3 的l p g 船“j o y a m am a r u ”上，对液舱的测 试表明该液舱出现疲劳失效的几率很小。该型储槽( 见图1 1 1 ) 中设有防止储液流动的 隔壁，其内壁采用耐低温的铝合金，隔热材料采用稳定的聚氨甲基酸酯泡沫，并用玻璃 布加强。独立角型储槽用支撑块和制动垫块固定在船体内，储槽的上下载荷由支撑块支 e o u 啪i l r l g 图1 - 9m o s s 独立球型储槽结构 f i g l 一9 t h es t r u c t u r e o fm o s s i n d e p e n d e n ts p h e r i c a lt a n k 图1 1 0m o s s 独立球型f l n g 船 f i g l - 1 0 f l n g s h i pu s i n gm o s si n d e p e n d e n ts p h e r i c a lt a n k 9 第一章绪论 撑，左右的移动由制动块承受。这种储槽的优势是对任何充装高度都没有晃动问题，可 以随时装卸液货，安全性很强。 其独特的特点： 1 ) 由于储槽中设有防止储液流动的隔壁，故不存在晃动问题，装载量及液位不受 限制； 2 ) 宽而平的甲板能够安装各种装置，如液化装置及附属管道等，能减少风的阻力， 开阔视野，易于航线； 3 ) 操作简单，便于维护； 4 ) 易在恶劣环境下使用，当出现泄漏或船舱破裂时，通过移开外部绝热结构对液 舱进行维修，无需进入干船坞维修； 5 ) 结构坚固，低蒸发率。 由于s p b 独立角型储槽有以上独有的特点，为近几年及未来投入的l n g 船及f l n g 备受关注，见表1 1 。 图l 一1 1s p b 独立角型储槽结构( 左) 及s p b 型l n gf p s o 船