地上LNG储罐选型及基础类型的选择

静设备 石 油 化 工 设 备 技 术 2 O 1 4 3 5 4 1 P e t r o Ch e mi c a l E q u i p me n t Te c h n o l o g y 地上 L NG储 罐选 型及基础 类型的选择 孟庆 海 赵广 明 中国石化 工程建设 有限公司 北 京 1 0 0 1 0 1 摘要 L NG接收站设计过程 中 L N G储罐 选型是 重要 的第一 步 论述 了通常 用于 L N G 储存 的单容 罐 双容罐 全容罐和膜 式罐 的构造形式 阐述 了此四种罐 型用于地上建造 时的优点和缺点 通过对不同罐 型 的安全性 建造技术成熟度 建造费 用和 运行 费用的 对比分析 提 出了 L NG罐 型的选择 原则 通 过对 落地 式基础和架 空式基础 的地震安 全性 建造 费以及运行 费用分析 给 出了 L NG罐 基础类型的选择建议 关键词 液化天然气L NG储罐选型基础 选择 L NG 液化天然气 是为能够大量储存和远 距离海上运输而液化的天然气 液化天然气的常 压沸点为零下 1 6 2 其体积约为气态的六 百分 之一 L NG通 过远洋运 输至 接收终 端储存 气 化 计量之后通过管道将其供给消费者 液化天 然气接收站一 般包括码头 与系泊设备 和装卸设 备 液化天然气储罐 气化单元 以及其他必要 的 设施 以满足天然气供气的需求 其 中 L NG储罐 选型对接收站的安全性和经济性有着重大影响 L NG储存在特殊结构的低温储罐中 储存压 力接近常压 按其结构形式有单容罐 双容罐 全 容罐及膜式罐等 不论何种结构形式的 L NG储 罐 都是 由内部容器盛装 L NG 和外 部容器支撑 保冷材料或密封天然气外泄 L NG储罐根据安 放形式分为地上和地下 地上 的基础又分为架空 承台无加热式和落地加热式 目前世界上最普遍 使用 的是 地上 安装 的 全容储 罐 L NG接 收终 端 的重 中之重是 L NG储 罐 这 不仅体现在其投资 占整个接收终端投资的较大比 例 同时也体现在其设计技术 建造技术和建造质 量上的高水准要求 尤为重要 的是其整个接收终 端 的重 大危 险 源 本文着重从安全和经济的角度 对地上 L NG 储罐选型及储罐基础类型的选择加 以讨论 1 地上 L N G储 罐 类型选 择 1 1 地上 L N G储罐的类型及其优缺点 1 1 1 单包 容罐 1 单包容罐的结构特点 常规单包容 L NG 储罐 由适合低温的金属 内 罐和碳钢外罐组成n 设计压力小 于或等于 1 7 2 k P a 表 压 较大 容量 时 约为 1 2 k P a 可耐 低 温 的钢 内罐用于盛装 L NG 其外部包袱保冷材料 碳钢外罐仅作为罐保冷的支持性构造 其不具备 拦蓄 内罐破裂时泄漏的 L N G 的能力 单包容罐 需要设置防火堤以拦蓄内罐破裂时外泄的 L NG 防火 堤 的有 效 容积应 满 足罐容 的 1 1 0 乜 2 单 包容 罐 的优势 由于结构简单 且外罐材质为碳钢 因此单包 容罐的优势主要有三个 一是其建设周期在各种 L NG罐型 中最短 二是每立方米 L N G 的储存成 本最低 三是单包容罐结构有利于储罐接管开在 罐壁上 简化罐顶平台和配管设计等 3 单包容罐的缺点 单包容罐结构简单 外罐材质不耐低温的结 构 特点 决定 了其存 在 以下无法 避免 的缺点和 问题 当内罐发生破例事故 时 碳钢外罐不能抵 御 外 泄 L NG 的低 温破 坏 L NG将 外 泄 到 敞开 的 空问 气化的 L NG将在较 大范 围内扩散 存在遇 明火爆炸的潜在风险 为 避免 内罐 破裂 泄漏 的 L NG 造成 次生 灾 害 需要在储罐的周围设置 防火堤并保证周边设 收 稿 日期 2 0 1 4 0 6 2 3 作者简 介 孟庆海 男 1 9 8 3年毕业 于辽宁石 油化工大学 原 抚顺石 油学 院 石油及 天然气储 运专业 长期从事 炼油厂 和 石油化工厂储运系统 输油管道及油库等工程设计和研究 工 作 现任公 司副总工程师 高级工程师 E ma i l me n g q i n g h a i s e i s i n o p e c c o rn c n 石油化工设备技术 施 安全 需 要 的 足够 距 离 根 据 N F P A 5 9 A 的 要 求 防火堤 的有效容积应满足罐容的 1 1 0 对 于较大容积 的 L N G储罐来 说 防火堤 的 占地面 积 十分可 观 单容罐的设计压力远低于全容罐 外界热 量导致罐内 L NG蒸发产生的 B OG返 回船舱 或 去压缩 机 的 压 力 不 足 将 B OG 处 理 系 统 的成 本 增 加 碳 钢外罐 需要 定期 维护 以及 防火 堤 内 的 雨水排除或积雪清理 钢制外罐抗 外界爆炸飞物打击破坏 的能 力较差 抗破坏的安全性不好 1 1 2 双 包容 罐 1 双包 容罐 的结 构特点 双包容罐其本质上是一个 由预应力钢筋混凝 土圆筒或耐低温钢制外罐壁包 围的单容罐 混凝 土圆筒或耐低温钢制外罐壁可以盛装 内罐事故泄 漏的 L NG 但不能封闭内罐泄漏事故期间释放出 B O G 1 其结构与单 容罐相 比只是 多了预应力 钢筋混凝土或耐低温钢制外圆筒 这个外圆筒实 质上是紧邻单容罐外壁设置 的防火堤 其高度应 该能够容纳内罐破损 时的全部泄漏的 L NG量并 留有一定的安全裕量 除此之外双容罐的构造 组 成 设计参数 以及材质等与单容罐完全相同 2 双包 容罐 的优 势 双包容罐 的建设周期和储存每立方米 L NG 的建造成本界于单容罐和全容罐之间 由于建造 了预应力钢筋混凝土或钢制 圆筒外防护墙 因此 双容罐不需要防火堤 使得 内罐泄漏时安全影响 范围大大缩小 当采用混凝土外罐时 罐侧面抗 外力破 坏 的能力 也得 到 了提高 3 双包容罐的缺点 当内罐发生破例事故时 外罐虽能抵御外 泄 L NG 的低温破 坏 但 L NG 将 外 泄到 顶 部 敞开 的混 凝 土 或 钢 制 圆筒 外 防护 墙 空 间 内 气 化 的 L NG将 由圆筒外防护墙顶部扩散到大气 中 存在 遇明火爆炸的潜在风险 双容罐的设计压力单容罐相 同 由于罐 内 操作压力低 外界热量导 致罐 内 L NG 蒸发产生 的 B OG返回船舱或去压缩机 的压力 不足 将增 加 B OG处理系统的成本增加 支撑保冷层的碳钢外罐需要定期维护 维修人 员进入混凝土圆筒 外防护墙 内与 外罐 问的环形 空 间时 必 须提供 必要安全 保护 设 施 1 1 3 全 包容罐 1 全包容罐的结构特点 全包容 L NG储罐由适合低温 的金属内罐和 预应力钢筋混凝土或耐低温金属外罐组成 其 设计最高压力通 常为 2 9 k P a 表压 外罐起到 盛装内罐破 坏时泄漏 的 L NG 和封闭罐 内 B OG 外泄的作用 在 内外罐的环形空间以及罐 内上部 吊顶设置保冷材料 以控制传入 内罐的外部热量 2 全包容罐的优势 全容罐的安全设计完整性最高 外罐能够完全防止罐内的 B O G和内罐发 生泄漏 时 的 L NG外 泄 所 有管 线均 由顶 部进 出 可 以避 免管 道 损 坏弓 1 起的罐 内 L NG外泄 占地 面积 小 允许 的设计压力高 有利于降低 B OG处 理系统管道的投资 全容罐不需要防腐维护 预应力混凝土全容罐可 以做到罐壁和罐 顶全 方位 的抗 外部 力量破 坏 3 全包 容罐 的劣 势 在所有 L NG罐 型中其每立方米 L NG储 存 量建 造投 资最 高 建 造工 期最 长 罐基础 的地基处理要求高 1 1 4 膜 式罐 膜式罐采用 了不锈钢 内膜和混凝 土储 罐外 壁 对 防火 和安全 距离 的要 求与全 包容 罐相 同 但 与双包 容罐 和全 包容 罐相 比 它 只有 一个简 体 膜式罐的操作灵活性优于全包容罐 这是因为膜 式罐不 锈钢 内膜很 薄 没有 温度 梯度 的约 束 该类型储罐可设在地上或地下 建在地下时 当投资和工期允许 可选用较大的容积 这种结构 可防止液体的溢 出 提供了较好