大型液化天然气储罐的发展研究

大型液化天然气储罐的发展研究

骆晓玲 齐长勇 程换新

（青岛科技大学， 山东 青岛266061）

摘 要：世界能源日益紧张，天然气在世界能源结构中的比重将赶超石油成为世界第一大能源。到目前为止我国尚无大型液化天然气贮罐国家标准，也无自行设计、建造的大型液化天然气储罐，也未掌握液化天然气核心技术，因此加强对液化天然气储罐的研究对推动我国液化天然气工业的发展，解决日益恶化的环境问题和能源危机都具有十分重要的现实意义。本文简述了液化天然气的优点，按照不同的分类依据对液化天然气储罐进行了分类，结合国内外液化天然气储罐的建造状况对其进行了分析，并提出了液化天然气储罐大型化的发展趋势，本文对于液化天然气储罐的研究和工程应用具有一定的参考价值。 关键词： 大型；液化天然气；储罐；发展 中图分类号：TB498 文献标识码：

Large-scale Liquid Natural Gas Storage Tank Development Research

LUO Xiao-ling, QI Chang-yong，CHENG Huan-xin

(Qingdao University of Science and Technology， Qingdao，China，266061)

Abstract: With increasing world energy short supply, the specific gravity of natural gas in world energy structure is getting more than oil and becomes the fist energy. Up to now there is not any national large-scale liquid natural gas storage tank standard and large-scale liquid natural gas storage tanks designed and constructed by our country and we have not mastered liquid natural gas key technologies therefore liquid natural gas storage tank research has an important realistic significance to the development of national liquid natural gas industry and solves increasingly worse environment problem and energy crises. The paper gives a brief description of liquid natural gas advantages and sorts liquid natural gas storage tank according to different ways and analyzes liquid natural gas storage tank considering liquid natural gas storage tank construction status and puts forwards its development trend．The discussion of the thesis has some references to research and engineering application of liquid natural gas storage tank.

Key words: large-scale; liquid natural gas; storage tank; development

当今世界一次能源的三大支柱是煤、石油、天然气，天然气在世界能源结构中位居第二位，所占比例超过24%[1]。近年来随着世界经济快速发展和人口数量剧增，世界能源需求量也在日益增长，由于煤和石油所造成的环境问题日益严重和石油价格的不断上涨，能源结构逐步发生了变化，天然气作为一种优质、高效、清洁的能源被广泛应用于化工、居民生活、汽车燃料、发电、热泵、燃料电池等领域。据世界能源专家预测，大约在2020年以后，天然气在世界能源结构中的比重将赶超石油，成为世界第一大能源，21世纪将成为“天然气的世纪”。液化天然气以其运输灵活、建设投资少、见效快、安全可靠和冷能利用空间大等优点，液化天然气储罐的研究越来越得到世界各国的重视，在国际上也得到了较快的发展。

1 液化天然气的优点

液化天然气（LNG，liquid natural gas）汽化潜热高，是单位质量“热值”最高的常规燃料，在一个大气压下，到常温气态大约可放出879J/kg的能量。且液化过程中的冷能还可再回收利用，回收的冷能可以进行冷能发电、超低温冷库、冷冻食品、空气分离、制造干冰等。由于长距离天然气管道建设耗资巨大，同等质量的天然气要比液化天然气体积高出将近600倍，而且液化天然气的比重小于水的一半也不溶于水，因此将天然气液化在天然气的储存和

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运输中都具有十分明显的优越性。液化天然气具有便于经济可靠的远距离运输、便于供气负荷的调节、储存效率高、占地少、投资省、可作优质的车用燃料、天然气的辛烷值高、有利于环境保护，减少大气污染等优点，因此对液化天然气及其设备的研究具有很重要的意义。

2 大型LNG储罐及其分类

2.1 LNG储罐

LNG储罐属常压低温大型储罐，通常为平底双壁圆柱形。储罐内筒一般采用含镍9%合金钢，也可为全铝、不锈钢薄膜或预应力混凝土，外壁为碳钢或预应力混凝土。壁顶的悬挂式绝热支撑平台为铝制，罐顶则由碳钢或混凝土制成。罐内绝热材料主要为膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维毡及泡沫玻璃砖等。 2.2 LNG储罐的分类

LNG储罐有单容罐（图1）、双容罐（图2）及全容罐（图3）3种。单容罐内容器内壁一般为含镍9%合金钢，外壁为碳钢，而辅助容器只是由较低防护堤围成的收液槽，用于防止在内容器发生事故时LNG外溢扩散。与单容罐相比双容罐的辅助容器则是在内容器外围设置的一层高度与罐壁相近，并与内容器分开的圆柱形混凝土防护墙。全容罐内壁为含镍9%合金钢、不锈钢薄膜或预应力混凝土，外壁为预应力混凝土。因此全容罐外壁不仅可防止罐内LNG泄漏时外溢，还可防止子弹击穿、热辐射等，也起到了辅助容器的作用。这3种型式的储罐各有优缺点，选择罐型时应综合考虑技术、经济、安全性能、占地面积、场址条件、建设周期及环境等因素[2]。

图1 单容式储罐

图2 双容式储罐

图3 全容式储罐

图4 LNG储槽剖面

（1）按容量分类[3]

小型（5～50m3）：常用于民用LNG汽车加注点及民用燃气液化站等。 中型（50～100m3）：多用于工业燃气液化站。

大型（为100～1000m3）：适用于小型LNG生产装置。

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大型（10000～40000m3）：用于基本负荷型和调峰型液化装置。 特大型（40000～200000m3）：用于LNG接收站。 （2）按形状分类

球形：一般多用于中、小容量的储罐。 圆柱形：在各种容量的储罐中都有采用。 （3）按放置部位分类

地上型:位于地上。 地下型:位于地下。 （4）按建造材料分类

双金属型：内外罐均采用金属材料。内罐选用不锈钢或铝合金，外壳选用容器用钢。 薄膜型：该类储罐内筒由厚0.8～1.2mm的36Ni钢制造。

预应力混凝土型：内筒采用耐低温金属建造，外壳采用预应力混凝土建造。 （5）按结构分类

立式：100 m3小型立式LNG储罐作为汽车注气设备。

立式子母型：由为3～7只子罐并列组装于大型外罐（又称母罐）中，满足储存大容量储液的要求。子罐通常为立式圆筒形，每只子罐容积100～150m3。外罐为立式平底拱盖圆筒形，容积300～1000m3，工作压力为0.2～1.2MPa的大型储罐。

球形：内外罐均为球状。多为200～1500m3，工作压力为0.2～1.0MPa。

典型全封闭维护系统型：地上型特大储罐容量为80000 m3，多用于LNG接收终端站（最大为200000 m3）。

3 LNG储罐建造状况

3.1 LNG储槽[4]

浦东五号沟LNG储槽建于1999年，是国内第一座冷冻液化气常压储槽(图4)，贮存量为20000m3。一座高承台预应力砼筒体结构，其内部分为3层，第一道为内筒体9Ni钢(9％的镍合金钢)：第二道是混凝土内壁上的钢板内衬，加上1.2 m厚的珍珠岩板形成保温绝热层，为防止-165℃低温液化气泄漏；第三道是厚80cm筒壁的预应力钢筋砼筒体。内筒底部和砼槽内壁设有碳钢板焊成的屏蔽层，以填补砼外壳和顶部垫衬潜在的裂缝，内筒与槽内壁碳钢之间(1.2m)填充有弹性体垫衬，底部有泡沫玻璃砖垫层，顶部有珠光岩，以保证槽内与外界可靠隔绝，储槽最小内部设计压力-1.5kPa，最大内部设计压力23kPa。LNG储槽主要用于因上游不可抗拒的因素停气或其它事故发生时，向城市燃气管网输配系统提供正常气源的应急储备，项目建设投运以来，各项建设生产功能得以充分检验和发挥，在近几年在城市燃气供应上发挥了巨大作用。 3.2 LNG储罐

液化天然气应急事故备用站是集液化、储存、气化、输配天然气等功能为一体的综合性生产机构，LNG储罐是LNG接收站的主要设施，LNG储罐的正常运行是整个LNG接收站保持正常运转的关键。储罐均为双层结构，内筒体为含9%Ni低温钢，外层为碳钢，中间绝热层为膨胀珍珠岩，罐底绝热层为泡沫玻璃。储罐容量一般都是在10000 m3以上，LNG储罐投资巨大，截止2001年世界LNG液化基地和接受基地62处中，共有309座LNG储罐，其中日本168座，其它地区141座。LNG储罐容量随着时代进展也在不断扩大，20世纪70年代前为60000m3以下；90年代超过60000m3，以100000m3的储罐为主，120000m3以上的储罐占44%，最大的是日本根岸LNG接收站终端和扇岛LNG接收站终端的地下储罐，容量大200000m3[5]。目前世界部分LNG接收终端LNG储罐情况见表1。

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表1 世界部分LNG储罐终端LNG储罐

[6][7]

LNG接收站 LNG供应国 总容量（×104m3） 储罐型式 储罐材质 日本泉北 文莱 125 地面、地下 9%Ni，SUS 日本根岸 印尼 140 地面 AL，SUS 美国莱克查尔斯 阿尔及利亚 28.6 地面 AL 美国埃弗里特 阿尔及利亚 15.5 地面 AL 英 国 阿尔及利亚 79.5 地面、地下 AL 法国和蒙土瓦尔 阿尔及利亚 36 地面 混凝土，9%N

3.3 大型低温常压LNG储罐

3.3.1 国外大型常压LNG储罐现状[8-10]

LNG贮存是LNG工业中非常重要的一个环节，但对LNG接收站或调峰型液化工厂来说占有很高的投资比例，因此世界上许多国家都非常重视大型常压LNG储罐设计和制造。阿尔及利亚、文莱和印度尼西亚等LNG输出国和英国、法国、日本等输入国都建有大量大型常压LNG储罐。目前LNG在亚洲应用量最大，占全球78%，其中日本应用量占全球62%.LNG储罐储存容量通常按照液化装置的液化能力、长距离运输所需总容量或冬季燃气调峰贮备来考虑，其工作压力可在3.4~30KPa之间选择。储罐形式取决于容量大小、投资费、安全因素及当地的建造条件等。目前世界上不少国家都有能力和技术建造大中型常压储罐。容量为45000~200000m3数百台LNG储罐在许多国家和地区正发挥着基本负荷贮存、高峰负荷贮存及终端贮存的各种功能。

3.3.2 国内大型常压LNG储罐现状[8]

我国是世界天然气大国之一，有丰富的天然气资源，但我国还没有大规模液化天然气系统工程实践，天然气液化技术的发展使得西部地区的天然气低成本走向东、南部沿海地区成为可能，进而缓解我国天然气资源分布不均的矛盾。目前我国对天然气液化技术方面所做的研究还很少，尚未掌握液化天然气核心技术，也没有大型LNG储罐国家标准，与发达国家相比还存在很大的差距。国内目前尚无自行设计、建造的大型常压LNG储罐，由国外引进技术自行承建的也屈指可数。随着液化天然气工业的发展，我国对液化天然气储罐的研究也越来越重视。近10年来我国在积极引进液化天然气开拓能源供应渠道多元化，继建成了上海LNG事故调峰站、河南中原天然气液化工厂和新疆天然气液化工厂等。同时引进的广东、福建和上海LNG项目近年来均获重大进展。由德林公司承建的新疆广汇容量为30000m3、压力为15kPa的圆筒双层壁LNG储罐；由法国索菲公司承建的上海浦东容量为10000m3的钢筋混凝土LNG储罐；由法国和意大利STTS集团联合承建的广东深圳两台160000m3大型LNG储罐。江苏如东、辽宁大连等LNG项目也都在投资策划中。2020年我国LNG年进口量将超过60000吨/年，使天然气在一次能源消费中所占比例上升到8％以上。但在大型低温液体储罐领域，如液氧、液氮储罐，国内已有成熟的设计、建造技术。四川空分设备（集团）有限公司从20世纪80年代开始吸收外国设计，建造大型储罐的先进技术，近年来自主开发了400~6000m3的大型低温液体储罐，目前已建成该类储罐上百台，其中2000m3以上储罐20多台。国内近几年小型LNG容器已建造不少，基本上都是以压力罐的方式出现，如四川空分设备（集团）有限公司最早建造的用于中原油田的600m3子母罐。压力罐在容量小的场合是可行的，但随着容量增大其投资成本增大，发展大型常压LNG储罐，尤其是10000m3以上LNG储罐已是大势所趋。

4 LNG储罐发展趋势

纵观LNG储罐的发展历程可以看出，储罐大型化是必然趋势，其具有以下突出优点：储

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罐越大，越节省钢材、节省投资，布局紧凑，占地面积小。在总容积相同的情况下，几台大设备要比一群小设备占地面积节省得多；便于操作管理，几台大设备比一台小设备在检测、维修和管理等方面都比较方便。这些优点是储罐大型化的动力。大型常压LNG储罐将会成为LNG储罐的发展趋势。LNG储罐的大型化要适度，即需要经济规模的大型化，这有利于LNG的统一管理，从而可以使LNG的利用更加安全、合理。LNG储罐的常压化可以使LNG储罐在建造过程中可以节省更多的人力、物力，并且也降低了在LNG使用过程中的危险。由此可见综合考虑各方面因素，进一步加强对液化天然气低温储罐的研究对推动液化天然气工业的发展，解决日益恶化的环境问题和能源危机具有十分重要的现实意义，大型常压储罐是大势所趋。

参考文献：

[1] 黄帆. 我国液化天然气现状及发展前景分析[J].天然气技术.2007(1):68～71 [2] 郭揆常. LNG接收站建设[J]. 上海电力，2004 (6) ：492~494 [3] 李建军. LNG储罐的建造技术[J]. 焊接技术，2006（8）：54~56 [4] 沈雄鹰. LNG储槽施工技术[J]. 上海煤气，2004（2）：8-9 [5] 肖官平. LNG地下储罐新工艺[J]. 石油规划设计，2002（5）：10~11 [6] 熊光德，毛云龙. LNG的储存和运输[J]. 天然气与石油，2005 (1)：17~20 [7 ] 彭京旗. 大型LNG低温储罐施工技术[J]. 石油化工建设，2005，27 (4) ：12~14 [8] 唐志英. 大型常压LNG贮罐的国产化探讨[J]. 深冷技术，2006（12）：5~9 [9] 先智伟，谢箴. 世界LNG装置现状及发展[J]. 天然气与石油，2005 (6)：6~9 [10] 翟志廉. 国外液化天然气工业的现状与未来[J]. 化工设计，1991 (6) ：11~19

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J.M.Langeveld

韦树莲译 石油部北京炼油设计研究院出版 1975.9

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