LNG低温储罐的设计及建造技术要点分析

王龙刚

天津大港油田集团建设监理有限责任公司 天津 300280

1 LNG低温储罐的发展现状

由于LNG储存在低温储罐中，过去储罐的储罐形式为单壁形式，单壁罐顶盖采用块体隔热，但缺少防潮层，易受风影响。为了解决这一问题，采用了双壁双顶罐。储罐在两壁之间的隔热空间中充满干燥的纯气体，以防止加湿空间吸入潮湿空气。随着储罐容量的增加，干纯气体的供应成本也随之增加。

液化气产生的蒸汽很容易引起罐内的超压，为此，在LNG低温储罐施工中引入了悬顶技术，形成了双壁单顶储罐。储罐采用悬挂隔热天花板形成独立的环形空间，使LNG蒸汽顺利进入空间，有助于防止潮湿空气进入，降低内容器的压力。此外，双壁单顶罐还可以利用外壁防止潮湿空气进入，减少罐顶的负担。

2 LNG低温储罐的特殊要求

LNG低温储罐的设计由于介质的低温和深冷而具有其独特的特点：（1）耐低温性。液化天然气在常压下的沸点为-161℃，因此，LNG要求储液罐体必须具有良好的耐低温性能和良好的蓄冷性能。（2）安全要求高。由于罐体储存低温液体，一旦罐体意外发生，冷冻液将大量挥发，气化量约为原冷冻状态的300倍，并在大气中形成自动引爆的气团。因此，BS规范要求储罐采用双壁结构，采用密封概念，当第一层储罐泄漏时，第二层储罐可完全封堵泄漏液体和排出气体，确保储存安全。这种材料很特殊，内罐壁要求耐低温，外罐壁要求较高的抗拉强度。（3）保温措施严格。由于罐内外温差最高可达200℃，要使罐内温度保持在-160℃以下，罐体须具有良好的保冷性能，因此在内罐和外罐间填充高性能的保冷材料，罐底保冷材料还要有足够的承压性能[1]。（4）抗震性能要求高。为了保证储罐在非预期荷载作用下的安全，储罐必须具有良好的抗震性能。（5）施工要求严格。罐体焊接必须进行100%磁粉试验（MT）和100%真空气密性试验（VBT），严格控制罐体壁垂直度。

3 LNG低温储罐设计中的难点

LNG低温储罐设计中存在以下困难：LNG由于内部压力、地震和风荷载引起储罐体不稳定，罐壁和罐底的角焊缝应力值高，受力复杂。此外，应力值随着液位的变化而变化，如果上述区域有缺陷，很容易引起事故。底边板与罐体壁的受力也较大，罐体壁应予以足够的重视，在计算罐体强度时，腐蚀裕度仅为罐体内介质均匀腐蚀时的安全裕度，不考虑沉积。

4 大型LNG低温储罐建造技术要点

大型LNG储罐体积大，内部结构复杂，储罐施工工艺已基本完成。因此，在油罐施工过程中，采用了国内先进的施工技术，保证了安全经济，自行设计，优化了低温储罐的施工工艺，下面重点介绍大型LNG储罐的施工工艺：

4.1 LNG低温储罐的材料要求

液化天然气是低温液化后储存在常压绝缘容器中的液体，当使用时，它被蒸发，以降低天然气的温度且低于沸点。天然气为液化天然气，是原1/600液化天然气低温储罐容积的设计，温度为-165℃，设计时考虑了氮气冷凝时可能发生的温度变化，因此在实际设计过程中温度将控制在-165℃到-196℃之间。从具体的材料要求来看，首先要有足够的耐低温性，一般选用9Ni钢。外层材料为钢筋混凝土，抗拉强度应保持在20 kPa以上[2]。此外，由于液化天然气低温储罐是低温液体，如果发生液体损坏，这些液体更有可能在大气中爆炸，储罐内外温差接近200℃，因此LNG低温储罐需要具有良好的保温性能和足够的承压能力。为防止过度破坏，施工前应进行压力和抗震试验，合理选用施工材料，严格按照施工程序保证储罐的垂直度。

4.2 LNG储罐的承压性

LNG储罐的压力必须在1．5～30kPa之间，与石油或液体化工储罐相比，压力值并不大，但液化天然气储罐的承压结构主要是混凝土结构，特别是存储介质是一种超低温液化天然气液体，因此承压结构的储罐需要压力承载力处于超低温度。

4.3 LNG严防泄漏性

与其他危险化学品储存一样，泄漏是非常重要的，液化天然气尤其突出。液化天然气泄漏不仅会造成能源浪费，而且还会引起火灾和爆炸。由于LNG储运环境与外部环境的季度差异，LNG泄漏后还会对环境造成很大程度的破坏，以及短时间内物理性质的变化对周围环境造成的影响[3]。因此，在设计中，有必要降低液化天然气泄漏的可能性通过严格的设计选择的设备和密封材料，同时需要自动控制系统的优化设计，确保及时发现和及时控制液化天然气泄漏，以避免发生大面积泄漏。

5 结语

近年来，随着LNG低温储罐在设计、材料、施工等方面技术的进步，增大LNG低温储罐的尺寸成为可能，大型储罐是大势所趋。由于其规模大，具有以下优点：大型储罐占地面积小，蒸发速率低，总储罐比等容积少，便于储罐面积的运行管理和维护。