大型液化天然气常压低温储存技术

大型液化天然气常压低温储存技术

一、油气lpg原油通过提取塔的第一个产品，称为液化石油气（lpg），在低压下的温度下为45。对于从气田采集的天然气，经过除各种处理后，在低温下通过各种冷却和压缩得到的产品称为液化天然气（lkg），在低压下的温度下为-150-160。二、影响储存方式的因素气态天然气经深冷液化(其体积缩小为原来的1/625)后进行罐装储存,可以大大提高储存效率。液化气储存方式的选择是其储存设计中首先要考虑的问题,影响储存方式的因素很多,例如,储存量、液化气进液速度及频率、进液和输出方式、所储存液化气的物理性质和热力学性质、建设投资及各种储存方式所需的运行管理费用等。目前,液化气储存方式主要有两种,一种是压力储存,包括常温压力储存和低温压力储存;另一种是常压低温储存。在设计液化气低温储罐时,一般根据液化气储罐的储存能力来选择最佳的储存方式。1、常温压力储存液化气在常温下的储存压力一般略低于在此温度下的饱和蒸气压,常温压力储存储罐的设计压力为最高液体温度下的饱和蒸气压。储罐的设计压力越高,钢材的消耗量就越大,但罐壁通常会受到钢板厚度的限制,容积不宜太大,一般不超过5000m2、压力储罐低在低温条件下,液体的饱和蒸气压较低,储存容器的设计压力也比常温压力储罐低,因而能减少钢材的消耗量。在气温较低的北方地区使用这种工艺,可有效节省制冷等设备操作运行的费用。中型液化气储存站一般采用这种储存方式。3、压力设计来设计低温常压储存是将液化气的温度降到使其饱和蒸气压接近常压时的温度进行储存。将储存温度降到其沸点温度以下,并保持冷冻状态,储罐操作压力按稍高于常压来设计,可以大大降低壁厚,这是目前较为先进的液化气储存方式。与压力储存相比,低温常压储存压力低,安全性能好,储存时液化气处于冷冻状态,液体挥发较慢,储罐中气相空间少,因此还能大大增加液化气的储存量,特别适合大容量储存。在20世纪50～60年代,经济安全的常压低温储存技术就已经开始在一些发达国家应用,发展至今,该技术已经日趋成熟,储罐的单罐体积也在不断地向大型化发展三、选择常用的罐种类大型液化气储罐通常采用圆筒立式结构(见图1)。根据其罐壁结构的不同,大型液化气圆筒立式储罐又分为单壁罐和双壁罐两大类。按照双壁罐内外罐材质和结构的不同,又分为双壁金属罐、预应力混凝土罐和薄膜罐三种。储罐结构首先要考虑储存液化气的保温隔热性,针对不同的存储条件,而相应采用不同的结构和保温材料。1、吸湿率的要求用于低温储罐的保温隔热材料应满足导热系数小、密度低、吸湿率与吸水率小、抗冻性强的要求,并在极低温度下满足不开裂、耐火性好、无气味、不易霉烂、对人体无害、能防止虫蛀鼠咬、机械强度高、经久耐用、价格低及施工方便等要求(1)基异氰酸脂采用高功能聚醚多元醇和多次甲基多苯基异氰酸脂为主要原料,在催化剂、发泡剂、表面活性剂等作用下经化学反应发泡制成。其密度为30～60kg/m(2)石、材料、膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩是一种多孔的粒状物料,以珍珠岩矿石为原料,经过破碎、分级、预热、高温熔烧瞬时急剧加热膨胀而成的一种轻质、多功能绝热材料,膨胀珍珠岩密度为70～250kg/m(3)%固体熔喷纤维在造林后成网中的密度玻璃纤维毡是由石灰石、石块、石英粉等矿物质在熔炉中熔化后,经高速离心或喷制而成的直径在6μm以下的人造无机纤维,再经成型设备制成保温产品,其密度为32kg/m(4)保温系统的应用膨胀珍珠岩制品是一种热导率低、密度小、价格低、原始材料易得、制作方便、广泛应用在较低温度热管道、热设备上的保温材料。珍珠岩和混凝土混合的比例不同,其强度和导热系数也有变化,抗压强度越高,则导热系数也越高(5)高级保温隔热材料泡沫玻璃以玻璃粉为基料,加入外加剂,通过隧道窑炉加热焙烧发泡和退火冷却加工而成,是高级保温隔热材料,其主要成分为铝硅等无机化合物,不含胶粘剂。这种材料耐酸性腐蚀(氟化氢除外),本身无毒,不含CFC(氟氯化炭)和HCFC(氢氟氯酸),物理化学性能稳定,尺寸稳定,密度在150kg/m2、材料和罐壁材料保温层是储罐保证液化气处于深冷状态的主要结构。对于液化气储罐顶部的隔冷保温设计,因保温材料无需承受设备和液化气的压力(仅承受保温材料自身的重量),一般的隔冷保温材料抗压强度均可满足要求。通常选用膨胀珍珠岩散料自然堆积作为顶部的保温材料。液化气侧壁的隔冷保温,则要针对不同储罐的特点采用相应的保温材料及结构。单壁罐选用轻质的聚氨酯发泡料附着在罐壁周围作为其保温层,保温材料发泡一次成型。双壁金属储罐和预应力混凝土罐选择膨胀珍珠岩为其侧壁保温材料。薄膜罐则采用高强度的玻璃纤维硬质聚氨酯泡沫。对于液化气储罐底部保温材料和隔冷结构设计,不但要保证储罐的冷损失率降至最小,而且保温材料抗压强度还要能支撑内罐、液化气和上部保温材料的总重量。在设计建造中,根据储罐底部不同部位承受压力不同及最大限度降低冷损失率的原则,可将底部隔热保温结构分成周边圈梁和核心隔热两部分,采用不同的隔热保温材料周边圈梁是承受储罐设备及液化气重量的主要构件,因而对其隔热保温材料的强度要求相对较高,材料的导热系数可以稍大一些,建造中通常会采用强度相对较大的珍珠岩混凝土作为圈梁保冷材料。珍珠岩混凝土在使用前,需调配试验珍珠岩与混凝土的比例,以满足设计所要求的抗压强度和导热系数。对于底部核心部分保温材料,目前使用较多的是泡沫玻璃,与珍珠岩混凝土相比,泡沫玻璃无需再加工和测试即可直接进行施工,在技术上完全能满足储罐核心隔热部分的设计要求。3、低碳钢或铝合金材料单壁金属罐通常是地上式储罐(见图2),罐顶用膨胀珍珠岩作为保温材料。在液化气的极低温度,大部分普通低碳钢易变脆,不适用于建造液化气储罐,可用含有9%镍的合金钢或铝合金低温钢作为与液化气直接接触的内壁材料。针对单壁罐侧壁无盛载定型保温层的功能,其保温层通常选用聚氨酯发泡料4、防止罐二次泄漏,发挥复合式好氧双壁罐比金属单壁罐多一层外罐。外罐可盛载保温材料,对内罐起保护作用并能防止罐的二次泄漏,具有抗震、抗风、抗压、防渗透、抗机械冲击和热冲击等特点。内罐作为低温液化气的盛载罐,具有良好的气密性,能防止一次泄漏,耐低温。保温层设置在内外罐之间,保证液化气处于深冷低温状态。(1)罐区和壁壁保护由两个各自相对独立的金属罐体套装组成(见图3),顶部保温结构材料采用膨胀珍珠岩自然堆积。储存液化天然气的内罐与单壁金属罐相同,由含镍9%的合金钢或铝合金低温金属构成,外罐由普通钢材制成,主要起防护作用。侧壁保冷为珍珠岩散料,充注液化气设备降温后,内罐收缩会使得储罐侧壁上部及边缘区域填充的珍珠岩不足。珍珠岩的二次填充量很高,操作难度大,需要在储罐内罐的外壁增加一层弹性保温玻璃纤维毡,其在松散珍珠岩侧压力的作用下可被压缩,当内罐降温收缩时,玻璃纤维毡将回弹,以补偿罐的收缩量,可有效减少或免除珍珠岩的二次填充(2)预应力混凝土罐壁这种预应力储罐是将双壳金属罐的外罐用预应力混凝土代替,同时使混凝土适应各种负荷变化,能承受外部的冲击。外罐按能盛载液化气的标准来设计制造,外罐内侧填充珍珠岩混凝土,并在隔热保温层与内罐之间留有适当的空间,当内罐储存液化气时,用氮气隔离密封预应力混凝土罐内层金属罐的结构由含镍9%的合金钢或铝合金构成,保温材料为膨胀珍珠岩。混凝土外壁有气密功能,可封存偶发事故时内罐泄漏的气体。对于大型储罐预应力混凝土罐壁的设计,需要应用分层不等壁厚或等壁厚不等强度的方法来解决其受力的均衡问题双壁金属罐和预应力混凝土罐均属自支撑式储罐,其特点为内罐装液体,独立于外部储罐,有足够的机械强度来满足储存液体及保持气密性的要求。罐体保温层材料只具有保温性能,而无机械强度。(3)外罐预应力混凝土罐薄膜罐源自LNG运输船所采用的储存技术薄膜罐内罐采用具有低膨胀系数的低温薄膜钢,其内罐强度设计主要考虑液化气的液体静压。外罐预应力混凝土除了承受内罐液体的静压外,还要受到储罐内各种机械及负荷的影响(见图5)。罐间保温材料采用玻璃纤维硬质聚氨酯泡沫,直接与预应力混凝土和薄膜接触。四、低温储水池技术的经济性能一般情况下,选用何种储罐,应根据工程投资费用、施工难度和工艺操作流程等实际情况,结合当地气候环境来决定。1、外罐和内罐之间安全可靠性差单壁罐是早期产品,其结构比较简单,具有设计建造方便、施工周期短、造价低、易维修、保温材料补换方便等优点。但与双壁罐相比,在安全可靠性方面有明显的劣势,同等条件下在强度上缺少外罐对内罐的保护作用。另外,在隔冷保温措施方面,单壁金属罐采用聚氨酯发泡料作为保温材料,保冷面积大,但均匀发泡操作难度较大,罐壁外保温层易受损而影响绝热保温效果,维修成本较高。2、经济效益分析双壁罐结构复杂,占地面积大,投资高,施工难度大,但安全性好,不需要维修,特别适合于气候条件较恶劣的地区长期使用,总的经济效益高于单壁罐。3、薄膜罐外罐和预应力罐相结合预应力混凝土罐比双壁金属罐节约钢材,但需要增加混凝土的用量。采用预应力混凝土增加了施工的难度预应力混凝土罐对建设用地要求不高,可建成地上式、半地上式或