分析大型LNG低温常压储罐设计

程威

（广东省中山市南方空气分离设备有限公司 528441）

分析大型LNG低温常压储罐设计

程威

（广东省中山市南方空气分离设备有限公司 528441）

天然气的各种储存方式，如低温常压储存或低压储存等方式在液化天然气（LNG）终端站，液化厂以及各大城市调峰系统中有非常广泛的应用，本文结合国内外大型的低温常压储罐的设计建造标准来探讨大型液化天然气（LNG）低温常压储罐的具体设计方式。

LNG；大型低温常压储罐；设计

当前我国从对能源结构的改变与自然环境的改善为出发点，努力研究天然气的液化技术，到目前为止，取得了不错的成绩，尤其是一些沿海城市通常都建有液化天然气接收站，接收站通过接收来自海外的液化天然气，然后再通过内地的天然气液化加工厂，从而很好的储存以及运输天然气。但不管是沿海的接收站，还是内地的加工厂，大型低温储罐都是液化天然气的非常重要的储存设备。

1 LNG的概况

LNG，是液化天然气的英文缩写，其主要成分是由甲烷组成，它不仅可以节约天然气的储存与运输时的空间，还可以相应地节约成本，并且其还具备性能高与热值大等特性，LNG作为一种新型的清洁能源得到了广泛的应用，许多国家都将LNG作为国家首选的燃料。LNG储罐是天然气接收站的主要储存设备，其本身的安全性能是否良好直接关系到接收站的输送状况，以及其运行投资的经济性能等。

在1914年，美国发明了首项LNG专利，同时建设成功一座小型的天然气液化工厂，1939年，Hope天然气公司在西弗吉利亚建立一座高处理量的天然气液化工厂，来研究LNG运输技术；到1940年，俄亥俄天然气公司在克利夫兰建立了更高处理量的天然气加工厂，其处理容量为1.13×105m3/d，并成功研制3台直径为17.37m的LNG球形储罐；1954年出现了第一台用于液氧的不锈钢双壁绝热平底低温储槽；到了60年代，LNG开始得到大量生产，运输与贸易，到目前为止这种天然气液化储存运输方式已经影响到世界各国天然气实际的供需要求；在1964年，世界上第一座LNG工厂在阿尔及利亚正式建成并开始投产运行，随着LNG的需求量开始逐渐增大，各个国家以及地区都形成较为完整的LNG产生链，促进了天然气液化的进一步发展，自此天然气储罐技术开始得到不断研发与应用[1]。

2 LNG低温常压储罐国内外的设计建造标准

LNG的存储是LNG工业中一个极其重要的生产环节，但相应地其对各地的LNG接收站与调峰型的液化工厂来说都要有较高的投资建设，所以世界各国以及各地区对LNG低温常压储罐的设计与建造越来越重视。LNG低温常压储罐的形式由储罐的容积大小、投资费用以及设计建造时的安全影响因素与设计建造时的条件限制等各种条件因素来决定的。

现阶段，世界各国大型储罐的设计建造标准主要有以下几种：美国，《大型焊接低压储罐设计与建造》（APISTD 620），《生产、储存和装运标准》（NFPA 59A LNG）以及《钢质焊接石油储罐》（APISTD 650）等；英国，《BS 7777-1低温用平底、立式、圆柱形储罐－罐储的设计、制造、安装和操作的一般规定指南》与《低温用平底、立式、圆柱形储—预应力钢筋混凝土罐基础的设计和制造及罐内衬和罐涂层的设计和安装推荐方法》（BS－7777－3）等；日本，《地下储罐指南》（JGA指-107-02LNG），《地上储罐指南》（JGA指-108-02LNG），《接收站设备指南》（JGA指-102-03LNG）以及《小型接收站设备指南》（JGA指-105-03LNG）等；欧盟国家，《操作温度在0～-165℃之间的现场组装立式圆筒平底钢质低温液化气体储罐的设计与建造—总则》（BSEN 14620-1）与《操作温度在0～-165℃之间的现场组装立式圆筒平底钢质低温液化气体储罐的设计与建造-金属构件》（BSEN 14620-2）等[2]。

在我国到目前为止，对于大型的LNG低温常压储罐设计与建设并没有什么实质的标准规范，但随着天然气的应用增大，LNG的适应范围也同样在增大，相应的低温常压储存的要求也在增大，国家相关技术委员会根据英国BS 7777的设计建造标准制定了我国LNG大型低温常压储罐设计建造标准与规范的初稿，另外在LNG的储存与运输方面设定了几个相关标准规范，根据美国的NFPA59A与APISTD 620分别制定出《生产、储存和装运》（GB/T 20368 LNG）和《大型焊接低压储罐的设计与建设》（SY/T0608），另外还制定出了《接收站安全技术规程》（SY/T 6711 LNG）；《低温绝热压力容器》（GB 18442）；《固定式真空粉末绝热低温液体贮槽》（JB/T 9072）；《真空多层绝热低温液体容器》（JB/T 5905）以及《立体式圆筒形低温储罐施工技术规程》（SH/T 3537）等等设计建造标准规范。

3 大型LNG低温常压储罐的具体设计

在对大型LNG低温常压储罐进行具体设计时，要从几个方面开始着手，主要有内部罐体所用的低温材料的选择，内外储罐的罐底设计，还有罐壁与罐顶的设计以及最后的吊顶与地震设计等。

3.1 选择低温材料

当前我国的大型低温LNG储罐所常用的低温村料主要是9%Ni钢，这种低温材料主要具备强度高，在低温状态下韧性好等特性。在21世纪初以前这种低温材料以及所用的焊接材料在我国主要靠国外进口，这对我国实行大型LNG低温常压储罐建造产生了巨大的困扰，一直到2005年，山西太原钢铁集团公司担下这项重任，开始对LNG低温常压储罐建造所用的这种9%Ni钢进行研发，结果成功研发出国产的9%Ni钢和06Ni9等低温储罐材料，随后这两种材料经过安徽合肥通用机械研究院等各单位进行深入地分析与研究，结果证明这两种材料在低温-196℃下，其综合性能指标严重超过了美国与欧盟国家的标准要求，这标志着我低温常压储罐设计建造往高科技迈进了一大步。

3.2 设计内外储罐的罐底

内外储罐的罐底主要分为两个部分，即边缘板与中幅板。在固件的同一焊接拉应力下边缘板的最小厚度要求应该在6～19mm之间，应满足罐壁的不同应力状况，而边缘板的宽度要保证在罐壁里面到罐底其他部分相连接处之间最小600mm的宽度，同时应超出底圈板外侧宽度最小50mm。而针对中幅板设计时，其最小厚度在不含腐蚀量的情况下通常在5mm左右，而直边侧的最小长度不能短于700mm；而中幅板之间可以采用对接或搭接的方式进行，搭接时，其最小宽度必须是中幅板厚度的五倍左右，通常设计成40mm，对接时可采用双面焊接或带垫板和单面焊接[3]。对于中幅板与边缘板之间的连接可以采用搭接的方式来进行，边缘板应该搭接在中幅板的下面，并且搭接长短距离应该为60mm；中幅板与边缘板之间的相邻任何焊缝的距离不能低于300mm；最后设计时，中幅板的边缘位置与底圈板内侧的最短距离应该保证在边缘板厚度高于240mm，液体位置高度高于0.5mm的情况下进行设计。

3.3 设计罐壁与罐顶

在罐壁设计时，其厚度主要包括腐蚀裕量的罐壁设计厚度与静水压测试罐壁厚度中的最大值，同时，根据罐壁直径大小设计其最小厚度如表1所示。

并且每圈壁板的厚度应大于上圈壁板的厚度，罐壁的环焊缝与纵焊缝都采用对接接头进行焊接，同时保证焊接的高度透彻性与高度融合性；两圈壁板相邻近的纵焊缝之间，其距离应大于300mm；对于承受外部载荷力的内罐罐壁设计时要确保其能承受环向和轴向的组合应力；而当罐壁的厚度随高度变化而发生变化时，可以采用罐壁折算法来计算加强圈之间的间隔距离，也可参照相关标准要求进行计算。

表1 罐壁的最小厚度

针对罐顶的设计通常采用带支撑的结构，也就是球形顶来进行设计，罐顶板的最小厚度要保证在5mm左右，而罐顶板的设计通常采用搭接结构进行设计，同时搭接量最小应为25mm，并且支撑结构选择肋环形或肋环斜杆型进行设计，也可以按照国家现行标准《空间网格结构技术规程》GJ7的相关规定进行建造设计[4]。

3.4 储罐的吊顶与地震设计

储罐的吊顶及支撑结构的设计要按最低的设计温度来进行，其载荷能力要包括吊顶本身的重理、相关保冷材料的重量以及活载荷等等，当某个吊顶失去作用时，其他的要能保证吊顶的安全性能，而且对于吊顶的通气孔进行设计时，要确保吊顶上下两侧的压力差值没有超过吊顶本身的重量。

在储罐的设计中，另外还要考虑到其地震载荷问题，对于储罐的具体使用单位应该实行现场勘查，检测出地震动力的特性及其反应情况。在储罐的地震设计上具体应按OBE，即操作基准地震以及按SSE，即安全停运地震这两种情况来进行设计，同时可根据SEE进行校对核准，设计成在操作基准地震期间以及后期都能持续不断地进行运行，另外在地震安全停运期间以及后期要保证储罐的良好储存力，同时要保证在其进行问题维修时能起到有效隔离的作用[5]。

4 结束语

本文结合国内外大型的低温常压储罐的设计建造标准简单分析了大型液化天然气（LNG）低温常压储罐的具体设计方式，相信对我国以后的大型LNG低温常压储罐的设计有相应的帮助。

[1]王冰，陈学东，王国平.大型低温LNG储罐设计与建造技术的新进展[J].天然气工业，2010，05：108～112+149.

[2]王振良.大型LNG低温储罐设计理论与方法研究[D].西安石油大学，2011.

[3]许云凤.大型LNG低温储罐的安全性数值分析[D].西安石油大学，2011.

[4]陈健，马政足，季龙剑，冯俊爽，翟耀峰.大型LNG低温常压储罐设计[J].广东化工，2015，19：143～144+136.

[5]张晓东，李积杰.单容式大型LNG低温储罐设计[J].通用机械，2009，06：69～71.

TE972

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1004-7344（2016）15-0258-02

2016-5-11