20000m3液化天然气储罐区的安全设计.ppt

1、20000m3液化天然气储罐区的安全设计,按容量分类 （1）小型（550m3）：常用于民用LNG 汽车加注点 及民用燃气液化站等。 （2）中型（50100m3）：多用于工业燃气液化站。 （3）大型（1001000m3）：适用于小型LNG 生产装置。 （4）大型（1000040000m3）：用于基本负荷型和调峰型液化装置。 （5）特大型（40000200000m3）：用于LNG 接收站。,大型LNG储罐-圆柱形,设计内容,1）20000m3的储罐（含附件）选型及尺寸设计； 2）储罐区平面设计； 3）防火堤设计； 4）消防通道设计； 5）总平面设计； 6）罐区重大危险源辨识； 7）罐区危险性分析；

2、 8）罐区的安全管理对策措施设计。,LNG储罐设计,LNG储罐形式,按储罐的设置方式：地上储罐和地下储罐 按储罐结构形式：单包容罐、双包容罐、全包容罐及膜式罐,按容量分类 （1）小型（550m3）：常用于民用LNG 汽车加注点 及民用燃气液化站等。 （2）中型（50100m3）：多用于工业燃气液化站。 （3）大型（1001000m3）：适用于小型LNG 生产装置。 （4）大型（1000040000m3）：用于基本负荷型和调峰型液化装置。 （5）特大型（40000200000m3）：用于LNG 接收站。,储罐选型：全容罐,LNG储罐属常压、低温大型储罐,按结构型式分：单包容罐、双包容罐及全包容罐

3、,（一）全容罐结构,外罐-预应力钢筋混凝土 内罐-9%Ni钢 保冷层-膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或泡沫玻璃砖等材料绝热保温,1-混凝土罐顶盖； 2-金属顶； 3-悬挂式平台 4-玻璃丝保温层； 5-聚氨酯泡沫保温层； 6-18Cr-8Ni不锈钢薄膜; 7-混凝土侧墙; 8-混凝土隔离墙； 9-侧面加热系统; 10-混凝土底板; 11-底部加热器; 12-砂砾层,全容LNG储罐特点： （1）大大减小外部撞击、飞行物对罐的威胁。 （2）消防的喷淋不需要覆盖整个罐顶。 （3）混凝土顶储罐的内压可以设计得更高，减少了BOG的量，减少了操作费用，而且由于此压力高于LNG船舱压，BOG返回船舱不需要增压机，

4、减少了设备投资和操作费 （4）工期长,1、设计要求,（1）内罐 设计温度：-170+60 设计压力：29kPa（真空1.5kPa） （2）外罐 安全经受6h的外部火灾； 承受地震加速度0.21g； 承受风力70m/s； 抗渗性：当发生内罐LNG溢出时，外罐混凝土墙至少要保持 10cm厚不开裂并保持2MPa以上的平均压力； 日最大蒸发率0.05%（质量）,（3）设计标准,储罐的基本设计规范为BS7777。 其它相关规范有API620、ACI318、NFPA59A,2、内罐,（1）板材 内罐壁板材料为含镍9%的合金钢板，如广东大鹏LNG接收站采用ASTM A553M Type 1。,9%Ni钢板（

5、 ASTM A553M Type 1）化学成分 %,9%Ni钢板（ ASTM A553M Type 1）机械性能,（2）罐底,罐底铺设两层9%Ni钢板，厚度为6mm和5mm。底板外圈为环板，两层底板中间为保温层、混凝土层、热毡层和干沙层。,（3）罐壁,罐壁分层安装，分层数按板材宽度而定。对于容积16104m3以上的全容罐一般有10层。最底层壁板厚度24.9mm，最上层壁板厚度12mm。内罐外壁用保温钉固定绝热保温材料。,（4）罐顶,内罐顶部为悬挂式铝合金吊顶，以支撑罐顶膨胀珍珠岩保温层。,3、外罐,坐基式 内罐底板直接坐落在基础上，为防止罐内的低温使土壤冻胀，坐基式基础需要配置加热系统。 架空

6、形 混凝土柱浇灌，可以不设加热系统,（1）罐基础,（2）罐墙壁,全容罐的外罐墙用预应力钢 筋混凝土制成。 墙体竖向采用VSL预应力后 张束，两端锚固于混凝土墙 底和顶部。 墙体环向采用同样规格的 钢绞线组成的VSL预应力后 张束，环向束没束围绕混凝 土墙体半圈，分别锚固于布 置成90o的四根竖向扶壁柱上。 墙体内置入预埋件以固定 防潮衬板及罐顶承压环,（3）罐顶,罐顶盖为钢筋混凝土球面穹顶，支承于预应力钢筋混凝土圆形墙体上。球面穹顶混凝土由H钢梁、顶板及钢筋构成加强结构，顶面上设有工作台，放置运行控室设备及仪表、阀等。 混凝土穹顶内设有碳钢钢板内衬，施工时作为模板，使用时可以防止气体泄漏。,全

7、容罐的建造,（一）外罐建造 （二）内罐建造 （三）焊接 （四）后续工作,（一）外罐建造,外罐建造,（一）外罐建造,1、墙体浇筑 外罐墙体浇筑是混凝土工作量最大的部分。按照通常钢筋混凝土施工程序，在布置钢筋，安装预应力护套、预埋件和模板后，进行混凝土浇筑、养护。 对于近40m高的墙体，需要分层从下至上逐层浇筑。,2、安装承压环,在浇筑最上层墙体前，安装承压环。在按照承压环结构分段预制，预埋螺栓焊接完成后，吊装于罐壁顶部组装焊接，检验合格后进行混凝土浇筑。,3.气升罐顶,罐顶结构在罐底预制完成后与罐壁密封，为防止气升过程的倾斜、偏移，罐顶上均布平衡钢索，一端固定在罐底中心，另一端固定在承压环上。使

8、用鼓风机鼓风，在空气压力下，罐顶匀速、平稳升起。罐顶到位后，与预埋于墙体的顶部承压环固定、焊接。 压缩空气吹升法，可减少高空作业工作量，所需施工机具和设备少，对施工进度和安全有利。,吹顶风机启动,吹顶过程中,升顶即将到位测量,升顶到位固定,4、罐顶建造,罐顶为球面结构，H型钢作为钢梁，顶部铺碳钢板，预板上焊接预埋螺栓，升顶后固定于浇筑在混凝土罐壁顶部的承压环上。同时在罐底预制铝合金吊顶，吊顶杆用螺栓连接于罐顶钢梁上，然后将预制好的铝合金吊顶提升与吊顶杆连接。 气升前，将罐顶上的入孔、接管、电缆托架等附件一块安装上去，以减少高空作业工作量。布钢筋完成后分两次浇筑混凝土。,球形顶组装,5、罐壁预应

9、力张拉,预应力设计：为抵御各类荷载和作用，在外罐布置预应力筋，张拉后在罐体混凝土中建立合理的预压应力，以保证LNG不至外泄。 混凝土墙体浇筑、养护完成后，将钢绞线穿进预埋于墙体的护套中，竖向钢绞线两端锚固于混凝土墙底部及顶部；墙体环向的钢绞线每束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成90o的四根竖向扶壁柱上。用液压设备拉伸到设计压力后，两端固定，进行水泥灌浆。,外罐罐壁的LNG液体压力,储罐基础的LNG液体压力,在钢制罐顶气举前先张拉罐壁的环向预应力筋； 罐顶气举后，水压测试前张拉一半的竖向预应力； 关闭外罐壁临时开孔后张拉剩余的竖向预应力。,预应力设计 为抵御各类荷载和作用，在外罐布置预应力筋

10、，张拉后在罐体混凝土中建立合理的预压应力，以保证LNG不至外泄。沿罐壁环向水平布设52道有粘结预应力筋，抵御罐体中的环向拉力；设扶壁柱4个，供预应力筋后张锚固用。每道内含S15.2钢绞线12根，由2段曲线筋组成，每段的包角为180，相互在扶壁柱上交叉搭接，张拉端上下错开，有利于罐壁均匀受力。环向预应力筋分为A、B、C、D4组，AB、CD组分别在同一水平面上包围整个筒体，AB组在扶壁2、4上张拉锚固，CD组在扶壁1、3上张拉锚固，AB和CD组在高度方向上间隔布置。,（二）内罐建造,1、罐底 内罐底部有两层底板，均为9%镍钢。 施工顺序：从下而上，由内而外，由四周到中 间。先进行第二层罐底环板安装

11、，焊接完成后，进 行底板铺设。,2.罐壁,内罐罐壁的施工由下而上，逐层安装和焊接。每层板的 卷制、坡口准备应预先加工完成。 现场吊装采用吊车和罐顶电动绞车。第一层壁板安装 时，要确定在环板的准确位置，可以用专用卡具及辅助工具 以调整位置保证组装质量。 底板与壁板角焊缝的焊接，至少应安装完第三层壁板及 第12层壁板焊缝全部焊完后方可进行。,内壁板安装,内罐球缝自动焊,内壁罐安装,3、保温层,内罐和外罐之间的环形空间填充膨胀珍珠岩。内层罐壁的外侧安装弹性玻璃纤维保温毯，保温毯为珍珠岩提供弹性，克服储罐应温度变化而产生的收缩，防止珍珠岩的沉降。保温毯还对储罐惰化处理过程中，吹扫气体的流动有利。 罐顶

12、吊顶上安装1.2m的膨胀珍珠岩。气密性试验合格后，进行内顶保温层的安装及夹层珍珠岩的填充。首先在内罐壁外包一层纤维玻璃棉，包扎好后用专用加热设备加热到900，然后从顶部往下装填珍珠岩，分层装填，分层夯实，直至到顶。最后进行顶部甲板珍珠岩的铺设。灌注时注意防潮。 储罐底部铺设泡沫玻璃砖。,膨胀珍珠岩,玻璃纤维,泡沫玻璃砖,（三）9%镍钢焊接,9%镍钢：对磁性敏感，为避免现场焊接时产生电弧偏吹，要求出厂钢材的残余磁含量不超过50高斯，同时现场施工时应远离强磁场，并准备消磁设备。,1、9Ni 钢的焊接方法,焊条电弧焊(SMAW) 钨极氩弧焊( GTAW) 熔化极惰性气体保护电弧焊 ( GMAW) 埋

13、弧焊 ( SAW) SMAW是 9Ni 钢现场焊接所使用的一种适合各种焊接位置 ,非常 灵活且可行的焊接方法。虽然GTAW的焊接效率太低 ,在工程中选择 此焊接方法不太经济 ,但能得到具有窄坡口的高质量焊接接头 ,所以只 有在特定场合下才选择 GTAW。SAW 是熔敷速率最高的一种焊接方 法 ,特别是在环焊缝焊接时,由于使用了环缝焊接机械系统 ,其优点更 加突出 ,它几乎适于焊接所有横焊缝和水平位置焊缝。生产实践证 明 ,SMAW 和 SAW 是 9Ni 钢储罐现场焊接效率最高 ,而且最常用的 焊接方法。,内罐壁板环缝自动焊接,焊条电弧焊,如图4-1所示，焊接时电源的一极接工件，另一极与焊条相

14、接。工件和焊条之 间的空间在外电场的作用下，产生电弧。该电弧的弧柱温度可高达5000-8000K, 阴极温度达2400K，阳极温度达2600K。它一方面使工件接头处局部熔化，同时 也使焊条端部不断熔化而滴入焊件接头空隙中，形成金属熔池。当焊条移开后， 熔池金属很快冷却、凝固形成焊缝，使工件的两部分牢固的连接在一起。,埋弧焊 ( SAW),电弧在焊剂层下 燃烧进行焊接的 方法称为埋弧焊,2、 焊接材料,选择焊接材料一般应考虑以下几个问题: （1）低温韧性 9Ni 钢主要用来建造低温设备 ,焊缝要在低温下工 作 ,在选择焊接材料时 ,一定要考虑焊缝的低温韧性问题。 （2）热膨胀 9Ni 钢的线膨胀

15、系数较大 ,在 20196 之间 ,线 膨胀系数为8. 05 10 6 - 1。为了降低接头的焊接应 力 ,在选择焊接材料时 ,焊缝金属的热膨胀系数应尽可能 的接近 9Ni 钢的热膨胀系数。 （3）电弧磁偏吹 尽量选用适应交流电源施焊的焊条或焊丝焊剂。,9Ni钢在电弧焊中常用的焊接材料有 4 种,即 w(Ni) = 11 %的铁素体型 w (Ni) = 13 %和 w (Cr) =16 %的奥氏体不锈钢型 w (Ni ) 60 %的镍基型(Ni-Cr-Mo 系合金) w (Ni)40 %的 Fe-Ni 基型( Fe-Ni-Cr 系合金) 。 虽然高镍合金焊材将增加成本 ,但使 用高镍合金焊材是

16、解决性能和结构完 整性等首要问题的最适合的选择。,3、焊接方法,用9Ni 钢建造的设备要在 - 100 低温 ,甚至- 196 的超低温下工作 ,故其焊接接头必须有良好的低温韧性 ,所以必须避免接头过热和晶粒长大。,（1）焊前不预热且须严格控制层间温度。 因为预热温度和层间温度直接影响焊后冷却速度 ,冷却 速度越慢 ,有助于晶粒长大 ,所以 9Ni 钢焊前一般不预热,层 间温度不宜超过 100。 （2）选择合适的线能量。 因为焊接热循环的正确与否直接关系到接头组织、 晶粒大小和性能。焊接线能量应控制在 45 kJ / cm 以下 ,通 常为 735kJ / cm。,（3）进行多层多道焊 ,避免

17、单道焊。 实验发现 ,即使小线能量( 15 kJ / cm) 单道热循环CGHAZ(粗晶热影响区) 的低温( - 196 ) 冲击功也非常低,经过800 或 900 二次热循环后 ,低温冲击功明显提高;三次热循环能进一步改善其低温韧性。所以 ,焊接 9Ni 钢时应进行多层多道焊。 （4）尽量选用交流极性的电流。 由于 9Ni 钢是一种强磁性材料 ,极易被磁化 ,采用直流电源时易出现磁偏吹现象,影响焊接工艺的稳定性 ,直接影响接头质量。,（四）后续工作,1、检验 储罐的检验工作主要是围绕焊缝进行的。按照相关标准，储罐需要进行包括PT、RT、PMI和真空试验等必要的检验。 （1）PT检验-焊缝，焊

18、道检验（EN571-1标准） （2）RT检验-镍钢壁板与环板的对接焊缝进行射线探伤 （3）真空试验-确保焊缝气密性 （4）PMI检验-焊缝抽检，合金成分鉴定，确认焊缝金属的 Ni、Cr、Mo含量在规定的范围内。,2、试验,（1）水压试验 在空罐、1/4、1/2、3/4液位高度和盛满水时分别进行基础沉降、环向位移、径向位移和倾斜的测量。试验完成后，第二次对焊缝进行真空检验。 （2）气压试验 内罐盛水试漏合格后，将外罐开口大门复位合格后，进行外罐气密性试验，气压试验压力36.25kPa，保持1h以上，负压500Pa检测真空性。,3、干燥和冷却,1）干燥： 采用液氮循环冷却的方式，进行储罐的干燥和惰

19、 化，降低罐内湿度和含氧量到规定的要求。 2）冷却： 罐内喷射LNG，缓慢，均匀进行。,珍珠岩,混凝土,角保护,Wall X-Section,不锈钢内衬1mm,全容LNG储罐特点： （1）大大减小外部撞击、飞行物对罐的威胁。 （2）消防的喷淋不需要覆盖整个罐顶。 （3）混凝土顶储罐的内压可以设计得更高，减少了BOG的量，减少了操作费用，而且由于此压力高于LNG船舱压，BOG返回船舱不需要增压机，减少了设备投资和操作费 （4）工期长,尺寸计算,设全容罐的高径比为1：2，则 （3.14/4）*d2*h=20000, 得Di=38m,附件,据SH/T3007-2007石油化工储运系统灌区设计规范 压

20、力储罐除应设置人孔，放水管、进出口接合管、梯子及操作平台外，应尽量减少开口数量。 一、支柱 根据全容罐罐储量，采用8根支柱 二、人孔结构 一般选用DN500较适宜。通常全容罐上设有两个人孔 三、接管结构 接管应按有关规定进行补强。 四、梯子平台 全容罐外部设有顶部平台、中间平台以及从地面进入平台的斜梯、直梯或盘梯。,五、水喷淋装置 全容罐罐上装设水喷淋装置是为了内盛的液化天然气的隔热需要，同时也可起消防保护作用。 六、液位计 应设置两个液位计，全容罐采用的液位计主要有浮子-齿带液位计、玻璃板式液位计、雷达液位计、超声波液位计 七、压力表 应在罐壳的上部和下部各设一个以上的压力表，压力表的最大刻

21、度为正常运转压力的1.5倍以上（不要超过3倍）。 八、安全阀 在气相部分设置一个以上的安全阀和辅助的火灾安全阀。安全阀的形式通常采用直接载荷弹簧式 九、温度计 在全容罐上安装1个以上的温度计。,防火堤设计,根据石油化工企业设计防火规范 6.2.12.1、6.2.17.2、6.2.17.6， 以及根据储罐区防火堤设计规范（GB50351-2005）中3.31防火堤、防护墙及隔堤、隔墙的设计高度，应符合下列规定： 1. 防火堤内的有效容积不应小于一个最大储罐的容积； 2.应在防火堤的不同方位上设置不少于两个人行台阶或梯子, 确定防火堤的高度为2.2m,消防道路设计,根据石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008）中5.2.10和消防信 道设计规范装置内消防道路的设置应符合下列规定： 1. 装置内应设贯通式道路，道路应有不少于两个出入口，且两个出入口宜位于不同方位。当装置外两侧消防道路间距不大于120m