LNG储罐结构形式分析

LNG储罐结构形式分析

马冶辉

合肥燃气集团有限公司，安徽合肥230000

摘要：目前国内天然气的需求量逐年递增，受上游管道天然气供应量的限制，全国多数地方发生“气荒”，LNG作为有效补充气源发展迅猛，LNG储罐得到迅速发展。目前国内沿海接收站LNG储罐大多采用预应力钢筋混凝土结构，内地LNG工厂及城市燃气企业大多数LNG储罐采用金属储罐。本文主要介绍LNG储罐的结构及选型要求。

关键词：LNG储罐类型；结构；分析

1储罐典型结构及特点

1.1单容罐

1.1.1单容罐由主容器和外罐组成。采用吊顶式结构，主容器与外罐的气相空间连通，由外罐承压，但外罐不能承纳低温液体。

单容罐应设置围堰，应能容纳主容器可能泄漏的全容积液体。

单容罐因液体可能泄漏至罐外，因此比较适合人口稀少、建筑物较少的地区，与周围建筑物、设施以及铁路、高速公路等应有较大的安全距离。

1.2双容罐

双容罐由主容器和次容器组成，主容器可同时密封液体和蒸汽。当主容器发生泄漏时，次容器应可盛装主容器内的所有液体，可采用钢制结构或混凝土结构。

次级容器顶部为开放式，因此无法防止产品蒸汽的逃逸。

双容罐安全性能较高，无需围堰，适合建造于有一定人口密度的区域。

双容罐目前在国内还没有得到应用，国外尚未见双容罐的相关资料。

双容罐的典型结构见下图

1.3全容罐

全容罐由主容器和次容器组成。

主容器是一个储存液体产品的自支撑式、钢制单壁罐，可采用顶部开口结构不储存蒸发气，或者配备拱顶以便产品蒸发气。

次容器为配备拱顶的自支承式钢质罐或混凝土罐，当储罐正常工作时为储罐提供主要蒸汽密封，当主容器发生泄漏时，盛装所有液体产品并维持结构的蒸汽密封性能。

全容罐安全性能高，特别适合建在人口密集的地区。

LNG预应力钢筋混凝土储罐具还具有良好的抗击外部冲击和热辐射的能力

1.4薄膜罐

薄膜罐由钢制主容器（薄膜）、绝热层和混凝土罐组成。作用在薄膜上的全部液体

静压力荷载及其它荷载均承载绝热层转移至混凝土罐上。产品蒸发气储存的储罐顶部薄膜罐因其安装难度较大，质量不易控制，陆地上未得到广泛应用。

2储罐类型优缺点比较

2.1单容罐优缺点

单容罐结构简单，具有以下优势：

1）建造周期在各种LNG罐型中最短；

2）每立方米LNG的储存成本最低；

3）对小型单容罐，储罐接管可开在罐壁上，可简化罐顶操作平台和配管设计。

单容罐因结构原因，存在以下缺点：

1）当内容器泄漏时，碳钢外罐不能抵御LNG的低温破坏，LNG将泄漏到罐外，并在大气中扩散，存在遇明火爆炸的潜在危险；

2）需要在储罐周围设置防火堤，并保证与周边设施安全需要的足够距离，防火堤面积较大；

3）当外界发生火灾时，产生的热量影响外罐强度；

4）碳钢外罐需定期防腐维护，防火堤内的雨水和积雪需及时清理；

5）抗外界各类飞行物的打击破坏能力较差，抗破坏的安全性能不好。

2.2双容罐优缺点

双容罐具有以下优势：

1）建造周期和每立方米LNG的储存成本介于单容罐和全容罐之间；

2）由于建造了预应力钢筋混凝土或钢制围筒防护墙，因此不需要防火堤；

3)当采用钢筋混凝土外罐时，罐侧面抗外力破坏的能力大为提升。

双容罐存在以下缺点：

1）当外罐发生泄漏时，外罐虽能抵御LNG的低温破坏，但LNG将泄放至顶部的空间，汽化的LNG将扩散到大气中，存在遇明火爆炸的潜在危险；

2）支撑保冷层的碳钢外罐需定期防腐保护；

3）维修人员进入外罐防护墙与外罐间的环形空间时，必须提供安全保护措施，维修性能较差；

2.3全容罐优缺点

全容罐具有以下优点：

1）全容罐的安全设计完整性最高；

2）能够完全防止内容器泄漏时LNG外泄；

3）所有管线由顶部引出，可以避免管道损坏产生的LNG泄漏；

4）无需防火堤，占地面积小；

5）当外部发生火灾时，外部热量对储罐的影响很小；

6）预应力全容罐具有很强的抗外部冲击能力（如飞行物等）；

7）预应力全容罐无需外部防腐维护。

全容罐有以下劣势：

1）每立方米LNG的储存量建造成本最高，尤其是预应力全容罐；

2）预应力混凝土全容罐建造周期最长；

3）预应力储罐的基础平台要求较高。

2.4薄膜罐优缺点

由于薄膜采用了不锈钢薄膜和混凝土外罐，对防火与安全距离的要求与全容罐相同。薄膜罐有足够的柔性，抗温差应力强。薄膜罐适合地下建造，适合地震频发地区。但薄膜罐投资高，周期长，质量控制较难，薄膜本身存在微量泄漏的风险。

3储罐类型的选择

3.1一般要求

LNG储罐的选择应考虑安全可靠、投资合理、建造周期和操作维护等各种因素。

LNG储罐类型选择，不仅应针对储罐的正常运行阶段，还应针对储罐设计寿命内的所有其他阶段，包括设计、建造、冷却、停运，甚至可能报废。

3.2LNG储罐的危害识别

3.2.1外在威胁

对储罐整体性构成外在威胁的因素有：

1）自然条件：雨雪、地震、风载、高温等；

2）基础设施：无人机，不明飞行物，周围设施的冲击、火灾等；

3）操作失误等。

3.2.2内在威胁

对储罐整体性构成外在威胁的因素有：

1）机械故障：热辐射、腐蚀、基础冻胀、泄漏等；

2）设备故障：放空装置、呼吸阀、液位计、低温泵等；

3）操作和维护不当：LNG翻滚、控制系统失控等。

3.3储罐的安全性和建造技术成熟程度

根据储罐结构形式和特点，对各类型储罐的安全度进行定性分析，其安全性和建造技术成熟程度见下表。

4结论

4.1在人口和建筑物偏远地区，且储罐容积相对较小时，可选用单容罐。

4.2在人口和建筑物密集地区，及宜预应力钢筋混凝土储罐。对容积特别大（如≥100000m3）的储罐也以选用预应力钢筋混凝土储罐为宜。

4.3LNG双容罐与薄膜罐，在国内尚未得到成熟应用，且在安全性和建造成本等方面并无优势，故很少选用。