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    LNG接收站儲罐形式及儲罐大型化發展趨勢

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    [導讀]:LNG產業鏈主要包括天然氣的液化、儲存、運輸、接收、氣化等,其中LNG的儲存是非常重要的環節,對于LNG液化工廠和LNG接收站而言,LNG儲罐均是關鍵核心設備。LNG儲罐作為儲存LNG的低溫常壓容器,設計溫度一般為-165℃左右。由于使用大型儲罐具有造價低、占地少、方便管理和操作等優點,世界上許多國家對大型常壓LNG儲罐的設計與建造都非常重視,特別是隨著LNG運輸船的大型化發展(船容從常規的14.5×104m3逐步發展至21×104m3和26×104m3),LNG接收站儲罐也逐步朝大型化(LNG有效儲存容積為16×104m3以上)發展。

      LNG產業鏈主要包括天然氣的液化、儲存、運輸、接收、氣化等,其中LNG的儲存是非常重要的環節,對于LNG液化工廠和LNG接收站而言,LNG儲罐均是關鍵核心設備。LNG儲罐作為儲存LNG的低溫常壓容器,設計溫度一般為-165℃左右。由于使用大型儲罐具有造價低、占地少、方便管理和操作等優點,世界上許多國家對大型常壓LNG儲罐的設計與建造都非常重視,特別是隨著LNG運輸船的大型化發展(船容從常規的14.5×104m3逐步發展至21×104m3和26×104m3),LNG接收站儲罐也逐步朝大型化(LNG有效儲存容積為16×104m3以上)發展。

      1 液化天然氣接收站LNG儲罐形式

      對LNG接收站而言,LNG儲罐按對氣、液的包容性可分為單容罐、雙容罐、全容罐和薄膜罐;根據儲罐的放置方式,又可分為地上罐和地下罐。地下罐多采用薄膜罐,而地上罐多采用單容罐、雙容罐和全容罐。

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      單容罐(結構見圖1)是LNG儲罐較初使用的形式,在大型LNG儲罐建設的早期,單容罐占據了非常重要的地位,其分為單壁罐和雙壁罐。出于安全和絕熱考慮,單壁罐僅應用于液化天然氣初期發展階段,目前已很少在LNG產業中使用。雙壁罐的外壁是用普通碳鋼制成,不能承受低溫LNG和低溫氣體。

      易泄漏是單容罐的一個較大的風險和隱患,因此單容罐安全防護距離較大,對安全檢測和操作的要求較高。單容罐設計壓力較低,一般小于14kPa,較大操作壓力約為12kPa。由于操作壓力低,卸船過程中產生的BOG不能利用儲罐與船上儲罐的壓差返回到LNG船上儲罐中,需增加一臺返回氣風機,增大了LNG接收站的造價和運行費用。單容罐造價較低,但罐間安全距離較大,并需設置圍堰,也增大了接收站占地面積及造價。

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      雙容罐(結構見圖2)的內罐和外罐均能單獨包容LNG,一旦內罐泄漏,氣體會外泄,而液體將由外罐包容不會泄漏,安全性較單容罐高。吊頂上、下的氣相空間通過吊頂上的孔洞相連接。

      與單容罐相比,雙容罐的主要優勢在于一定程度上提高了泄漏時的安全性;罐與罐、罐與其他建構筑物或設備之間的安全距離小于單容罐。但雙容罐較單容罐造價高、施工周期長。雙容罐的設計壓力與單容罐相近,也需要設置返回氣風機。雙容罐目前在國外應用較多。

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      全容罐(預應力混凝土全容罐結構見圖3)由外罐和內罐組成。內罐采用9%Ni鋼,而罐頂和外罐有鋼結構和預應力混凝土結構兩種類型(對應雙金屬全容罐和預應力混凝土全容罐)。內罐用于儲存LNG,外罐可作為BOG的主容器,當內罐泄漏時,外罐可儲存全部的泄漏液體,并保持結構上的氣密性,避免LNG及BOG泄漏至周圍環境中,其安全防護距離較小。

      雙金屬全容罐操作壓力低,一般為12~15kPa:預應力混凝土全容罐設計壓力為29kPa,其允許的較大操作壓力為25kPa,設計溫度為-165℃。由于預應力混凝土全容罐操作壓力較高,在卸船時可利用全容罐與LNG船上儲罐的壓差,使卸船過程中產生的BOG返回到LNG船上儲罐中,不需要返回氣風機。因此,相比預應力混凝土全容罐,雙金屬全容罐應用較少。前已投產的較大容積的地上式全容罐LNG有效儲存容積達20×104m3,LNG有效儲存容積為27×104 m3的全容罐正在韓國建設。

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      薄膜罐(結構見圖4)由一個薄的鋼質主容器(即薄膜,材質為36Ni鋼或不銹鋼)、絕熱層和一個預應力混凝土罐組成,作用在薄膜上的全部靜壓荷載及其他荷載均通過絕熱層傳遞至預應力混凝土罐上,蒸發氣儲存在儲罐頂部。

     ?、軱NG儲罐綜合比較

      LNG儲罐綜合比較見表1。由表1可知,預應力混凝土全容罐和地下薄膜罐的造價比其他形式高,但安全性好,是現在LNG接收站普遍采用的形式。

      大型LNG單容罐一般適宜在遠離人口密集區、不容易遭受災害性破壞(如火災、爆炸和外來飛行物碰擊)、可占用面積較大的地區使用。在早期的LNG儲罐工程中,大部分大型LNG儲罐為單容罐,2000年以后除了國內外一些小型液化工廠有較廣泛使用外,大型液化工廠和接收站已較少使用單容罐,但單容罐由于技術成熟性和施工周期短等特點依然具有較強的生命力。例如我國西部地區在施工周期、費用為約束條件且不受占地限制時,一般采用單容罐。

      雙容罐較單容罐造價高、施工周期長,在國外應用較多,目前國外已投產的較大LNG雙容罐在波多黎各,LNG有效儲存容積為16×104m3。與單容罐相比,雙容罐造價和施工周期的增加并沒有解決操作壓力低帶來的問題,2000年以后,建設的雙容罐逐漸減少。

      預應力混凝土全容罐安全性較高、技術成熟,是近年來全球應用廣泛的儲罐形式。

      基于地震安全因素考慮,地下薄膜罐一般在地震頻發區應用,且對地質條件要求較高,造價高,施工周期長。目前日本、韓國應用較為廣泛,日本東京瓦斯所建設的地下薄膜罐LNG有效儲存容積達到25×104m3。地上薄膜罐造價較預應力混凝土全容罐和地下薄膜罐低,但由于地上薄膜罐設計***轉讓費用較高,導致制造商很少,施工工藝也較為復雜,限制了該罐型的發展。我國LNG接收站選址一般避開地震頻發區,綜合經濟性考慮,目前沒有在建的大型LNG薄膜罐。

      2 LNG儲罐大型他發展趨勢

      隨著LNG儲罐規范的更新、材料技術和施工技術的發展、設計技術的不斷突破,LNG儲罐大型化是未來重要的發展趨勢。近幾年LNG接收站大型化儲罐應用實踐也表明,隨著儲罐大型化,單位罐容成本呈下降趨勢,規模效應明顯;同時罐容的增大也可以更高效地提高土地利用率(單位罐容占地面積減少)以及更大程度降低儲罐蒸發率。此外,LNG運輸船船容的增大、數量的增加以及LNG接收站數量的增加,均需要與之配套的更大容積的LNG儲罐。因此,綜合來看,大型化是目前LNG儲罐的發展趨勢。目前世界上LNG有效儲存容積為19×104m3以上的LNG儲罐分布情況見表2,全世界LNG儲罐類型及罐容發展情況見圖5。由圖5可知,2000年以后,LNG儲罐呈大型化發展趨勢。

      與世界發達國家相比,我國的大型LNG接收站儲罐技術起步較晚,國內LNG接收站起步于2005年的廣東大鵬LNG接收站,該站一期工程由兩座有效儲存容積16×104m3LNG全容罐組成。由于有效儲存容積16×104m3LNG全容罐在國際上技術成熟,且應用較廣,我國福建、上海、浙江、大連、江蘇、珠海等省市已建成的LNG接收站均以此罐型為主,隨著我國對有效儲存容積為16×104m3LNG全容罐核心技術的掌握,國內公司如寰球工程公司、中石化工程公司也已開始逐步與國外的LNG儲罐設計單位競爭,開展儲罐總承包工作。

      3 經濟性比較和儲罐大型化優勢

      LNG接收站一般設置2座或2座以上儲罐,儲罐數量與LNG接收站儲氣調峰能力、儲罐罐容有關。假設我國某LNG接收站需要的LNG總儲存能力為43×104m3,分別采用LNG有效儲存容積為16×104m3、20×104m3及22×104m3的地上全容罐,則這3種方案的比較見表3。

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