《液化天然气(LNG)储运设备的设计》(李兆慈)

1、液化天然气（液化天然气（LNGLNG）储运设备的设计）储运设备的设计李兆慈李兆慈石油大学（北京）石油大学（北京）主要内容主要内容 一、前言一、前言 二、二、LNGLNG储运设备简介储运设备简介 三、立式三、立式LNGLNG储罐的设计储罐的设计 四、四、LNGLNG槽车的设计槽车的设计 五、无损储存的研究五、无损储存的研究 六、需进一步研究的问题六、需进一步研究的问题1 1、前言、前言天然气天然气储运方式储运方式气态压力储运（气态压力储运（CNG）液化储运（液化储运（LNG）吸附储运吸附储运水合物储运（水合物储运（NGH）常用常用优优点点缺缺点点气态压力 储运技术成熟压力高， 初投资 大低温液化

2、储存密度 高温度低， 成本高吸附储运压力较低吸附剂寿 命短，吸附和脱 附周期 长水合物储 运储存密度 高、费用低形成条件 苛刻，实际储量 不足天然气储运方法比较天然气储运方法比较 LNGLNG储运的优点：储运的优点：= 节约风险性管线建设费用节约风险性管线建设费用= 使远洋使远洋LNGLNG贸易成为可能贸易成为可能= LNGLNG的清洁度高的清洁度高= 调峰调峰 = 冷量利用，效益明显冷量利用，效益明显=LNG工业链工业链 天然气预处理、液化、储存、运输、接收站、天然气预处理、液化、储存、运输、接收站、再汽化装置再汽化装置天然气液化调峰型液化站基本负荷型液化工厂LNG储存管网用户LNG汽车LN

3、G储存LNG船接收站LNG储存汽化站LNG加注站管网用户LNGLNG工业链工业链2 2、LNGLNG储运设备简介储运设备简介2.1 LNG2.1 LNG储罐（槽）储罐（槽）=按容量分类按容量分类 小型储罐：小型储罐：550m3，常用于民用燃气汽化站、，常用于民用燃气汽化站、 LNG加注站加注站 中型储罐：中型储罐：50100m3，卫星式液化站、工业燃气站，卫星式液化站、工业燃气站 大型储罐：大型储罐：1001000m3，小型，小型LNG生产装置生产装置 大型储槽：大型储槽：1000040000m3，基本或调峰型液化装置，基本或调峰型液化装置 特大型储槽：特大型储槽：40000200000m3，

4、LNG接收站接收站=按绝热结构分类按绝热结构分类 真空粉末绝热：真空粉末绝热：小型小型LNG储罐储罐 正压堆积绝热：正压堆积绝热：大中型大中型LNGLNG储罐与储槽储罐与储槽 高真空多层绝热：高真空多层绝热：小型小型LNGLNG储罐储罐=按储罐（槽）的形状分类按储罐（槽）的形状分类 球形罐：球形罐：中小容量，少量大型储槽，如林德公司中小容量，少量大型储槽，如林德公司 40000m3和日本和日本NKK公司公司5000m3 圆柱形罐（槽）：圆柱形罐（槽）：各种容量（包括子母罐）各种容量（包括子母罐） =按放置形式分类按放置形式分类 地上型：地上型： 地下型：地下型：半地下型、地下型、地下坑型半地下

5、型、地下型、地下坑型 2.2 LNG2.2 LNG运输设备运输设备=LNGLNG槽船槽船海上运输工具海上运输工具LNGLNG船船贮存方式贮存方式 常温压力式常温压力式全压式全压式 低温常压式低温常压式全冷式全冷式 低温压力式低温压力式半冷半压式半冷半压式LNGLNG船型船型球形储罐船球形储罐船薄膜型舱船薄膜型舱船=LNGLNG槽车槽车规格：规格：3030、3535、4040、45m45m3 3绝热方式：绝热方式：真空纤维、真空粉末、高真空多层真空纤维、真空粉末、高真空多层半挂式半挂式40m40m3 3LNGLNG槽车槽车4结构基本与槽车储槽相似结构基本与槽车储槽相似4灵活性灵活性4目前国内已开

6、发出目前国内已开发出2020英尺、英尺、4040英尺罐箱英尺罐箱=LNGLNG罐箱罐箱=LNGLNG罐箱罐箱2020英尺英尺LNGLNG罐箱罐箱= LNG管道输送管道输送 大量的天然气输送，采用液体输送比气体大量的天然气输送，采用液体输送比气体输送更为经济，输送量可提高输送更为经济，输送量可提高3.53.7倍，并能倍，并能节约投资节约投资24倍。一般采用单相流动的稳定输倍。一般采用单相流动的稳定输送，为了保证这一点，可以采用提高输送压力送，为了保证这一点，可以采用提高输送压力的方法，或使液体过冷，以及提高管道的保温的方法，或使液体过冷，以及提高管道的保温性能等措施。性能等措施。LNG管道输送方

7、式：管道输送方式： 汽化器：汽化器：加压法加压法泵送法：泵送法：LNG泵泵冷态输送法：冷态输送法：节约了中间加压站，降低了管节约了中间加压站，降低了管 道保温要求，终点是低温气体，输送道保温要求，终点是低温气体，输送 费用比液态输送高费用比液态输送高1/3，比气体输送，比气体输送 低低60%。LNG输送管道：输送管道： 普通管道普通管道低温绝热管道低温绝热管道堆积绝热堆积绝热真空绝热真空绝热动态真空动态真空静态真空静态真空3 3、立式、立式LNGLNG储罐的设计储罐的设计 容量：容量：100m100m3 3 绝热方式：绝热方式：真空粉末绝热真空粉末绝热 LNGLNG理论日蒸发率理论日蒸发率：0

8、.27%0.27% 内筒、管道：内筒、管道：0Cr18Ni90Cr18Ni9 外筒：外筒：20R20R 100m100m3 3LNGLNG储罐实物图储罐实物图LIAPIPGLGHL23456789101112131415171816上 进液下 进液排液去 气 罐 增 压器去放空系统去回温器来自气储罐增压器11-外壳防爆装置2-抽真空阀3-真空计阀4-金属真空规5-低温截止阀7、8、9-低温截止阀10-自动调节阀11-低温截止阀12-低温角式截止阀13-安全阀14、15、16、17、18-低温角式 截止阀100m100m3 3LNGLNG储罐流储罐流程图程图项目单位内筒外筒备注容器类别三类贮存介

9、质LNG,LN2最高工作压力0.5-0.1“-”指外压设计压力0.75-0.1“-”指外压强度试验压力（气）0.93气密性试验压力0.750.2*内筒同时持压 0.1MPa管路气密性试验压力0.75安全阀启跳压力MPa0.55最低工作温度-196常温设计温度?-196常温几何容积10528042000*指夹层容积有效容积L100000直筒8.9411.2设计厚度封头8.9310.2腐蚀裕量mm01主体材质0Cr18Ni920R主体焊材H0Cr21Ni10H08A焊接接头系数1.00.8空重39390满重Kg85000LNG100m100m3 3LNGLNG储罐技术特性储罐技术特性4 4、LNG

10、LNG槽车的设计槽车的设计 LNG LNG槽车运载状态一般是常压，温度槽车运载状态一般是常压，温度约为约为112K112K的低温。的低温。LNGLNG又是易燃、易爆的又是易燃、易爆的介质，运输中的安全可靠是至关重要的。介质，运输中的安全可靠是至关重要的。 技术关键：技术关键：4支承：支承：冲击、振动及冷补偿冲击、振动及冷补偿 支承构件支承构件 常选用热导率低而强度高的材料常选用热导率低而强度高的材料如玻璃钢、不锈钢等如玻璃钢、不锈钢等 受拉伸的构件受拉伸的构件 两固定端两固定端 应留有一定的活动应留有一定的活动余隙，否则由于内胆的冷收缩拉杆受力太大，余隙，否则由于内胆的冷收缩拉杆受力太大，会在

11、两固定端产生很大应力。会在两固定端产生很大应力。 低温储运设备内支承典型结构低温储运设备内支承典型结构 4绝热绝热真空粉末绝热：真空粉末绝热： 35m真空纤维绝真空纤维绝高真空多层绝热高真空多层绝热: : 45m3 多层绝热多层绝热 阻光粉末阻光粉末纤维纤维粉末纤维粉末纤维泡沫、粉末、泡沫、粉末、纤维纤维真空真空非真空非真空10-510-410-310-210-11不同绝热类型的有效导热系数不同绝热类型的有效导热系数真空粉末（或纤维）绝热真空粉末（或纤维）绝热 优点：优点：不需要太高的真空度，不需要太高的真空度， 易于对形状复杂的表面绝热易于对形状复杂的表面绝热缺点：缺点：震动负荷和反复热循环

12、后易沉降压实震动负荷和反复热循环后易沉降压实多层绝热多层绝热 优点优点：绝热性能优裕，重量轻，与粉末绝热比绝热性能优裕，重量轻，与粉末绝热比 相对预冷损失小，稳定性好相对预冷损失小，稳定性好缺点缺点：难以对复杂形状绝热，抽成难以对复杂形状绝热，抽成 高真空不易，抽空工艺较复杂高真空不易，抽空工艺较复杂 4安全技术安全技术 流程与结构流程与结构内胆安全阀内胆安全阀内胆防爆膜装置内胆防爆膜装置绝热夹套防爆膜装置绝热夹套防爆膜装置紧急切断阀紧急切断阀阻火器阻火器 4流程设计流程设计4液体输送液体输送压力输送压力输送：转注时间长，罐体设计压力高：转注时间长，罐体设计压力高泵送液体：泵送液体：转注流量大

13、、时间短转注流量大、时间短 泵后压力高，适应各种压力储槽泵后压力高，适应各种压力储槽 泵前压力要求低泵前压力要求低 罐体设计压力低罐体设计压力低 整车造价高、结构较复杂整车造价高、结构较复杂 实例：实例：l产品名称：产品名称：半挂式半挂式40m3LNG槽车槽车l 公称容积：公称容积：40m3l 有效容积：有效容积：36m3（充装系数：（充装系数：0.90）l 工作压力工作压力：0.8MPal 外形尺寸外形尺寸：16335 2480 3886 (长长 宽宽 高高)40m40m3 3LNGLNG半挂式槽车实物图半挂式槽车实物图工 艺审 核设 计校 核标 准 化批 准标 记 处 数 分 区 更 改

14、文 件 号 签 名 年 月 日阶 段 标 记 重 量 比 例共 张 第 张序代 号 名 称 材 料 备 注号量数重 量单 件 总 计45m3LNG罐 车1:30上 海 交 通 大 学802半 挂 车 总 成1牵 引 车 (东 风 日 产 柴 )3储 罐1装 配 件1成 品 件组 合 件1总 图主 要 技 术 特 性组 装 后 ,罐 体 和 管 道 系 统 以 0.98MPa的 干 燥 氮 气 进 行 整 车 气 密 性 试 验 。和 JB/T6897-93 低 温 液 体 槽 车 的 要 求 。罐 车 还 应 符 合 GB7285-1997 机 动 车 运 行 安 全 技 术 条 件 、 JB

15、4185-86 半 挂 车 通 用 技 术 条 件 罐 车 所 有 活 动 配 合 部 位 在 装 配 时 应 加 注 润 滑 剂 。罐 车 所 用 的 各 种 安 全 附 件 均 应 有 出 厂 检 验 合 格 证 ， 其 中 安 全 阀 、 压 力 表 校 验 合 格 后 应 加 铅 封 。4.6.5.3.容 器 按 GB150-1998 钢 制 压 力 容 器 进 行 制 造 、 试 验 及 验 收 ， 技 术 要 求 按 图 验 收 。气 体 汽 车 罐 车 安 全 监 察 规 程 的 有 关 规 定 。本 罐 车 是 用 于 运 输 液 化 天 然 气 的 低 温 液 体 运 输 车

16、 ， 其 制 造 、 检 验 与 验 收 应 遵 守 液 化1.2.技 术 要 求A 向16500kg17440kg123LNGLNG半挂式槽车储罐结构示意图半挂式槽车储罐结构示意图专利号：专利号：ZL00249960.6ZL00249960.61.1.外壳外壳 2.2.绝热层绝热层 3.3.内胆内胆 4.4.径向支承径向支承 5.5.常温吸气剂常温吸气剂 6.6.轴向支承轴向支承 7.7.低温吸气剂低温吸气剂 半挂式半挂式40m3LNG槽车主要技术参数槽车主要技术参数项 目单 位参 数牵 引 车 型 号C W A 5 4 H T 1 Z发 动 机 功 率P s /rp m3 4 0 /2 2

17、 0 0整 备 质 量k g3 2 1 2 3最 大 总 质 量k g4 8 2 1 5外 形 尺 寸m m1 6 3 3 5 2 4 8 0 3 8 8 6最 高 车 速k m /h8 9最 小 转 弯 半 径m 1 2最 大 爬 坡 度度 ( )2 3轮 距 ( 前 /后 / 半 挂 )m m2 0 1 5 / 1 8 6 0 / 1 8 6 0整车燃 油 消 耗 量L /1 0 0 k m4 0最 高 工 作 压 力M P a0 .8设 计 压 力M P a0 .8 8设 计 温 度C-1 9 6主 要 材 料0 C r1 8 N i9几 何 容 积m34 0充 装 介 质L N G (

18、L N2/ L O2 / L Ar)充 装 质 量k g1 6 0 9 2罐 体 绝 热 方 式高 真 空 多 层 绝 热贮槽L N G 日 蒸 发 率 0 .3 0 %项 目单 位参 数牵 引 车 型 号C W A 5 4 H T 1 Z发 动 机 功 率P s /r p m3 4 0 /2 2 0 0整 备 质 量k g3 2 1 2 3最 大 总 质 量k g4 8 2 1 5外 形 尺 寸m m1 6 3 3 5 2 4 8 0 3 8 8 6最 高 车 速k m /h8 9最 小 转 弯 半 径m 1 2最 大 爬 坡 度度 ( )2 3轮 距 ( 前 /后 / 半 挂 )m m2

19、0 1 5 / 1 8 6 0 / 1 8 6 0整车燃 油 消 耗 量L /1 0 0 k m4 0最 高 工 作 压 力M P a0 . 8设 计 压 力M P a0 . 8 8设 计 温 度C- 1 9 6主 要 材 料0 C r 1 8 N i9几 何 容 积m34 0充 装 介 质L N G ( L N2/ L O2 / L A r )充 装 质 量k g1 6 0 9 2罐 体 绝 热 方 式高 真 空 多 层 绝 热贮槽L N G日 蒸 发 率 0 . 3 0 %= LNGLNG槽车的发展方向槽车的发展方向4大型化大型化4列车化列车化4高速化高速化5 5、LNGLNG无损储存的研究无损储存的研究= 无损储存时间的影响因素无损储存时间的影响因素 漏热量（日蒸发率）漏热量（日蒸发率） 充满率充满率 环境温度环境温度 容器使用压力容器使用压力 温度分层温度分层低温容器内压力的升高是无损储存破坏的直接因素低温容器内压力的升高是无损储存破坏的直接因素卧式容器中低温液体流动过程示意图卧式容器中低温液体流动过程示意图 4模型模型 饱和均质模型饱和均质模型 均相表面蒸发模型均相表面蒸发模型 热分层模型热分层模型 俄罗斯模型俄罗斯模型 俄罗斯模型的修正模型俄罗斯