液化天然气(LNG)气化站中低温贮罐的应用

一、前言

液化天然气(LNG)是气田开采出来的天然气，经过脱水、脱酸性气体和重烃类，然后压缩、膨胀、液化而成的低温液体。液化天然气(LNG)其密度为标准状态下天然气的600多倍，是天然气的一种独特的储存和运输形式，它有利于天然气的远距离运输、有利于边远天然气的回收、降低天然气的储存成本、有利于天然气应用中的调峰、有利于目前无法接通管道天然气的中小城市居民使用天然气，同时，由于天然气在液化前进行了净化处理，所以它比管道输送的天然气更为洁净。

二、液化天然气(LNG)气化站的一般工艺

气化站的主要功能如下：①液化天然气(LNG)的卸车及储存；② 将液化天然气(LNG)气化、调压后作城市燃气气源；
液化天然气(LNG)气化采用空气式气化器(自然气化)与电加热或燃气锅炉加热的水浴式气化器(强制气化)相结合的并联流程。夏季以自然气化为主，冬季用热水气化。空气式气化器为翅片管换热器，管内为液化天然气(LNG)，管外为大气。液化天然气(LNG)气化站工艺流程见图1。

气化站内主要设备为：①体积为50或100m3的低温贮罐，贮罐夹层填充珠光砂并抽真空进行绝热；② 贮罐增压气化器，气化能力为200m3/h，用于维持贮罐压力；③ 流量为1500~2500m3/h空气式气化器；④ 流量为2000m3/h电加热或燃气锅炉加热的水浴式气化器；⑤ BOG加热器，加热BOG能力为800m3/h。

由于目前液化天然气(LNG)气化站主要建立在中小城市，主要以民用为主，贮存的液化天然气(LNG)量不是很大，低温贮罐为50或100m3真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)。

三、低温贮罐的主要形式

液化天然气(LNG)低温贮罐是液化天然气(LNG)气化站的核心设备。根据气化站的规模和贮存量的大小，低温LNG贮罐可选用小型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)、粉沫堆积绝热子母贮罐、真空粉沫绝热球罐、大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)、粉沫堆积绝热常压罐。

1、粉沫堆积绝热子母贮罐
粉沫堆积绝热子母贮罐的内罐为压力罐，材料为奥氏体不锈钢；外罐为低合金钢或碳素压力容器用钢。
 

图1

粉沫堆积绝热子母贮罐的结构形式参见图1所示。

粉沫堆积绝热子母贮罐是指拥有多个(三个以上)子罐并联组成的内罐，以满足大容量贮存液化天然气(LNG)的要求。多个子罐并列组装在一个大型外罐(即母罐)之中。子罐通常为立式圆筒形，外罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐形状尺寸过大等原因不耐外压而无法抽真空，外罐为常压罐。绝热方式为粉末(珠光砂)堆积绝热。

子罐通常在压力容器制造厂制造完工后运抵现场吊装就位，外罐则加工成零部件运抵现场后，在现场组装。

单只子罐的几何容积通常在100～150m3之间，单只子罐的容积不宜过大，过大会导致运输吊装困难。子罐的数量通常为3～7只，因此可以组建300～1050m3的大型贮槽。

子罐可以设计成压力容器，最大工作压力可达1.8MPa，通常为0.2～1.0MPa，根据使用压力要求而定。

1.1、粉沫堆积绝热子母贮罐的优势

(1)、依靠容器本身的压力可采用压力挤压的办法对外排液，而不需要输液泵排液。由此可获得操作简便和可靠性高的优点。
(2)、容器具备承压条件后，可采用带压贮存方式，减少贮存期间的排放损失。
(3)、粉沫堆积绝热子母贮罐的制造安装较球罐容易实现，制造安装成本较球罐低。

1.2、粉沫堆积绝热子母贮罐的不足之处

(1)、由于外罐的结构及尺寸原因夹层无法抽真空，夹层厚度通常选择800mm以上，导致保温性能与真空粉末绝热球罐相比较差。
(2)、由于夹层厚度较厚，且子罐排列的原因，设备的外形尺寸庞大。
(3)、粉沫堆积绝热子母贮罐夹层容积过大，珠光砂充满所有的夹层空间，绝热材料使用过多浪费较大。
粉沫堆积绝热子母贮罐通常适用于容积300～1000m3，工作压力为0.2～1.0MPa范围。

2、真空粉沫绝热球罐

真空粉沫绝热球罐的内罐为压力罐，材料为奥氏体不锈钢；外罐为低合金钢或碳素压力容器用钢。
真空粉沫绝热球罐的结构形式参见图2。
 

真空粉沫绝热球罐的内外罐均为球罐。工作状态下，内罐为内压力容器，外罐为真空外压容器．夹层通常为真空粉末绝热。
球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现场组装。球壳板的成形需要专用加工工装保证成形，现场安装难度大。

2.1、真空粉沫绝热球罐的优势

(1)、在相同容积条件下，球体具有最小的表面积，设备的净重最小。
(2)、球罐具有最小的表面积，则意味着传热面积最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的绝热保温效果。
(3)、真空粉沫绝热球罐的球形特性具有最佳的耐内外压力性能。

2.2、真空粉沫绝热球罐的不足之处

(1)、加工成形需要专用加工工装保证成形，加工精度难以保证。
(2)、现场组装技术难度大，质量难以保证。
(3)、球壳虽然净重最小，但成形时材料利用率最低。
真空粉沫绝热球罐的使用范围为200～1500m3，工作压力0.2～1.0MPa。容积超过1500m3时外罐的壁厚太厚，这时外罐的制造困难。
 

3、粉沫堆积绝热常压罐+输液泵

粉沫堆积绝热常压罐的结构参见图3所示。

粉沫堆积绝热常压罐为立式平底拱盖双圆筒结构，内罐用于常压贮存液体，夹层充填绝热材料。外罐为常压容器，夹层无法抽真空，绝热方式为堆积绝热。

粉沫堆积绝热常压罐自身的排液压力极为有限，通常需采用输液泵加压排液。因此，对泵的可靠性要求较高。

3.1、粉沫堆积绝热常压罐的优点

(1)、建造技术难度相比较低，容易实现。
(2)、材料利用率高，运费低，投资省。
(3)、容量适用范围宽，可达200～140000m3。
(4)、占地面积小。
(5)、维护方便。

3.2、粉沫堆积绝热常压罐的不足

(1)、由于夹层无法抽真空，保温性能较差。
(2)、排液需用低温泵加压输送，对低温液体泵的要求较高，泵的可靠性受到制约。
(3)、由于内罐为常压罐，BOG无法进入管网，需要用压缩机加压输送。
(4)、由于需要低温泵和压缩机，日常运营成本较高。
 

　　 图4 600m3大形真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)

4、大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)

大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)的结构形式和技术特性参见图4和表1。

大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)为双圆筒夹套式结构，夹层充填或包扎绝热材料并抽真空，保温效果较为理想。

图4和表1给出了几何容积600m3的立式圆筒形贮罐的基本特性。该大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)可以取代4只150m3或6只100m3LNG贮罐。

4.1、大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)优点

(1)、以一台大型贮槽等容量取代多台小容量并联贮槽，可以节省3～5套贮槽配套用阀门仪表。
(2)、由于操作阀门仪表的减少，操作更加方便可靠。
(3)、占地面积大幅度减少。
(4)、设备运输吊装费大幅度降低，节省的运费和绝热材料费用可以基本满足现场安装费用。
(5)、气化站内将大幅度节省场站配套用仪表阀门管网成套费用。并使操作使用更加简化。
(6)、与球罐相比，大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)加工成形、组装技术难度比低，更易实现。
(7)、大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)由于采用真空粉末绝热方式，对于容量约600m3的LNG贮槽，日蒸发率值≤0.10％。
　　  

4.2、大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)缺点

大形真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)设备零部件在制造厂加工成形后运抵现场组装。

大形真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)适用于容器200～1000m3，工作压力0.2～1.0MPa范围。

5、小型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)

小型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)的结构形式和技术特性参见图5和表2。
　　  

　　 图5、100m3真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)

小型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)为双圆筒夹套式结构，夹层充填绝热材料并抽真空，保温效果较为理想，LNG的理论计算日蒸发率为≤0.27%/d。
图5和表2给出了几何容积100m3的立式圆筒形贮罐的基本特性。在制造厂整体制造完工的真空粉末绝热贮罐，运抵气化站现场，当LNG气化站的总贮量≤200m3时，采用真空粉末绝热贮罐可以获得缩短建站周期，减少现场安装工作量等效果。

5.1、小型真空粉末绝热贮罐的优点

(1)、贮罐可在制造厂整体制造(包括抽真空合格)完工后交付安装。产品制造施工条件较好，有利于保证质量。
(2)、贮罐的容量≤100m3，无论公路、铁路运输均能实现。运输方便，且运费便宜。
(3)、建站周期短，投资占用期相应缩短。
　　  

5.2、小型真空粉末绝热贮罐的缺点

(1)、真空粉末绝热贮罐一般情况下各自配套一套完整的阀门仪表及增压器。对LNG贮罐而言，该套阀门、仪表及增压器的费用均在5万元以上。贮罐数量越多，这部份投资浪费越大。
(2)、多只贮罐并网联结时，并网管路阀门仪表投资仍然是一笔数目较大的投入。
(3)、占地面积浪费较大。
(4)、管网复杂，操作复杂，使安全性、可靠性下降。
(5)、设备数量多，阀门仪表多，管网复杂。会导致长期维修服务量大，费用高。
(6)、设备总运输费用高。

四、各种低温贮罐的成本比较
　 （下表所示价格仅为参考之用，非我司最终之报价）
 

五、结论

通过以上分析表明，在气化站建设中考虑低温LNG储罐时，应根据LNG贮存容量、压力要求不同，其选型可参考以下原则：

(1)、如果液化天然气(LNG)为压力液体时，粉沫堆积绝热子母贮罐、真空粉沫绝热球罐、大型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)、小型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)均可适用于压力贮存要求工况。而当液化天然气(LNG)为无压液体时，上述五种低温储罐都能使用。
(2)、从贮罐的制造成本来考虑：当采用压力贮存时，液化天然气(LNG)的贮存大于1000m3应选用粉沫堆积绝热子母贮罐。
(3)、从贮罐的制造成本来考虑：当采用无压贮存时，液化天然气(LNG)的贮存大于1000m3应粉沫堆积绝热常压罐。
(4)、从贮罐的制造成本来考虑：液化天然气(LNG)的贮存小于1000m3小型真空粉沫绝热贮罐(圆筒型)。

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