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LNG接收站储罐形式及储罐大型化发展趋势

该信息来自:www.hongitech.com 作者:湖北弘仪 发表时间:2019-10-25 09:56:08 浏览量:64

[导读]:LNG产业链主要包括天然气的液化、储存、运输、接收、气化等,其中LNG的储存是非常重要的环节,对于LNG液化工厂和LNG接收站而言,LNG储罐均是关键核心设备。LNG储罐作为储存LNG的低温常压容器,设计温度一般为-165℃左右。由于使用大型储罐具有造价低、占地少、方便管理和操作等优点,世界上许多国家对大型常压LNG储罐的设计与建造都非常重视,特别是随着LNG运输船的大型化发展(船容从常规的14.5×104m3逐步发展至21×104m3和26×104m3),LNG接收站储罐也逐步朝大型化(LNG有效储存容积为16×104m3以上)发展。

  LNG产业链主要包括天然气的液化、储存、运输、接收、气化等,其中LNG的储存是非常重要的环节,对于LNG液化工厂和LNG接收站而言,LNG储罐均是关键核心设备。LNG储罐作为储存LNG的低温常压容器,设计温度一般为-165℃左右。由于使用大型储罐具有造价低、占地少、方便管理和操作等优点,世界上许多国家对大型常压LNG储罐的设计与建造都非常重视,特别是随着LNG运输船的大型化发展(船容从常规的14.5×104m3逐步发展至21×104m3和26×104m3),LNG接收站储罐也逐步朝大型化(LNG有效储存容积为16×104m3以上)发展。

  1 液化天然气接收站LNG储罐形式

  对LNG接收站而言,LNG储罐按对气、液的包容性可分为单容罐、双容罐、全容罐和薄膜罐;根据储罐的放置方式,又可分为地上罐和地下罐。地下罐多采用薄膜罐,而地上罐多采用单容罐、双容罐和全容罐。

  ①单容罐

  单容罐(结构见图1)是LNG储罐较初使用的形式,在大型LNG储罐建设的早期,单容罐占据了非常重要的地位,其分为单壁罐和双壁罐。出于安全和绝热考虑,单壁罐仅应用于液化天然气初期发展阶段,目前已很少在LNG产业中使用。双壁罐的外壁是用普通碳钢制成,不能承受低温LNG和低温气体。

  易泄漏是单容罐的一个较大的风险和隐患,因此单容罐安全防护距离较大,对安全检测和操作的要求较高。单容罐设计压力较低,一般小于14kPa,较大操作压力约为12kPa。由于操作压力低,卸船过程中产生的BOG不能利用储罐与船上储罐的压差返回到LNG船上储罐中,需增加一台返回气风机,增大了LNG接收站的造价和运行费用。单容罐造价较低,但罐间安全距离较大,并需设置围堰,也增大了接收站占地面积及造价。

  ②双容罐

  双容罐(结构见图2)的内罐和外罐均能单独包容LNG,一旦内罐泄漏,气体会外泄,而液体将由外罐包容不会泄漏,安全性较单容罐高。吊顶上、下的气相空间通过吊顶上的孔洞相连接。

  与单容罐相比,双容罐的主要优势在于一定程度上提高了泄漏时的安全性;罐与罐、罐与其他建构筑物或设备之间的安全距离小于单容罐。但双容罐较单容罐造价高、施工周期长。双容罐的设计压力与单容罐相近,也需要设置返回气风机。双容罐目前在国外应用较多。

  ③全容罐

  全容罐(预应力混凝土全容罐结构见图3)由外罐和内罐组成。内罐采用9%Ni钢,而罐顶和外罐有钢结构和预应力混凝土结构两种类型(对应双金属全容罐和预应力混凝土全容罐)。内罐用于储存LNG,外罐可作为BOG的主容器,当内罐泄漏时,外罐可储存全部的泄漏液体,并保持结构上的气密性,避免LNG及BOG泄漏至周围环境中,其安全防护距离较小。

  双金属全容罐操作压力低,一般为12~15kPa:预应力混凝土全容罐设计压力为29kPa,其允许的较大操作压力为25kPa,设计温度为-165℃。由于预应力混凝土全容罐操作压力较高,在卸船时可利用全容罐与LNG船上储罐的压差,使卸船过程中产生的BOG返回到LNG船上储罐中,不需要返回气风机。因此,相比预应力混凝土全容罐,双金属全容罐应用较少。前已投产的较大容积的地上式全容罐LNG有效储存容积达20×104m3,LNG有效储存容积为27×104 m3的全容罐正在韩国建设。

  ④薄膜罐

  薄膜罐(结构见图4)由一个薄的钢质主容器(即薄膜,材质为36Ni钢或不锈钢)、绝热层和一个预应力混凝土罐组成,作用在薄膜上的全部静压荷载及其他荷载均通过绝热层传递至预应力混凝土罐上,蒸发气储存在储罐顶部。

  ⑤LNG储罐综合比较

  LNG储罐综合比较见表1。由表1可知,预应力混凝土全容罐和地下薄膜罐的造价比其他形式高,但安全性好,是现在LNG接收站普遍采用的形式。

  大型LNG单容罐一般适宜在远离人口密集区、不容易遭受灾害性破坏(如火灾、爆炸和外来飞行物碰击)、可占用面积较大的地区使用。在早期的LNG储罐工程中,大部分大型LNG储罐为单容罐,2000年以后除了国内外一些小型液化工厂有较广泛使用外,大型液化工厂和接收站已较少使用单容罐,但单容罐由于技术成熟性和施工周期短等特点依然具有较强的生命力。例如我国西部地区在施工周期、费用为约束条件且不受占地限制时,一般采用单容罐。

  双容罐较单容罐造价高、施工周期长,在国外应用较多,目前国外已投产的较大LNG双容罐在波多黎各,LNG有效储存容积为16×104m3。与单容罐相比,双容罐造价和施工周期的增加并没有解决操作压力低带来的问题,2000年以后,建设的双容罐逐渐减少。

  预应力混凝土全容罐安全性较高、技术成熟,是近年来全球应用广泛的储罐形式。

  基于地震安全因素考虑,地下薄膜罐一般在地震频发区应用,且对地质条件要求较高,造价高,施工周期长。目前日本、韩国应用较为广泛,日本东京瓦斯所建设的地下薄膜罐LNG有效储存容积达到25×104m3。地上薄膜罐造价较预应力混凝土全容罐和地下薄膜罐低,但由于地上薄膜罐设计***转让费用较高,导致制造商很少,施工工艺也较为复杂,限制了该罐型的发展。我国LNG接收站选址一般避开地震频发区,综合经济性考虑,目前没有在建的大型LNG薄膜罐。

  2 LNG储罐大型他发展趋势

  随着LNG储罐规范的更新、材料技术和施工技术的发展、设计技术的不断突破,LNG储罐大型化是未来重要的发展趋势。近几年LNG接收站大型化储罐应用实践也表明,随着储罐大型化,单位罐容成本呈下降趋势,规模效应明显;同时罐容的增大也可以更高效地提高土地利用率(单位罐容占地面积减少)以及更大程度降低储罐蒸发率。此外,LNG运输船船容的增大、数量的增加以及LNG接收站数量的增加,均需要与之配套的更大容积的LNG储罐。因此,综合来看,大型化是目前LNG储罐的发展趋势。目前世界上LNG有效储存容积为19×104m3以上的LNG储罐分布情况见表2,全世界LNG储罐类型及罐容发展情况见图5。由图5可知,2000年以后,LNG储罐呈大型化发展趋势。

  与世界发达国家相比,我国的大型LNG接收站储罐技术起步较晚,国内LNG接收站起步于2005年的广东大鹏LNG接收站,该站一期工程由两座有效储存容积16×104m3LNG全容罐组成。由于有效储存容积16×104m3LNG全容罐在国际上技术成熟,且应用较广,我国福建、上海、浙江、大连、江苏、珠海等省市已建成的LNG接收站均以此罐型为主,随着我国对有效储存容积为16×104m3LNG全容罐核心技术的掌握,国内公司如寰球工程公司、中石化工程公司也已开始逐步与国外的LNG储罐设计单位竞争,开展储罐总承包工作。

  3 经济性比较和储罐大型化优势

  LNG接收站一般设置2座或2座以上储罐,储罐数量与LNG接收站储气调峰能力、储罐罐容有关。假设我国某LNG接收站需要的LNG总储存能力为43×104m3,分别采用LNG有效储存容积为16×104m3、20×104m3及22×104m3的地上全容罐,则这3种方案的比较见表3。

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