一、存储方式的选择
对于液化天然气的储存方式来说,它是 在存储设计中第一个要考虑的问题,对存储方式有影响的因素有多种多样,小管是 储存量、液化天然气的进液速率以及频率,还是 所存储液化天然气的物理性质以及热力学性质,亦或是 建设投资以及储存所需要的运行管理费用等等,都是 对存储方式有着或多或少的影响的。就目前而言,液化天然气的存储方式主要有两种,也就是 常压低温储存以及压力储存。在对 LNG低温储罐进行设计时,要依照液化天然气储罐的储存能力来选择储存方式。
首先,压力储存分为常温压力储存和低温压力储存。对于常温压力储存来说,它的储存压力要比在该温度下的饱和蒸汽压来的小,通常在对常温压力储存储罐进行设计时,其压力一般设置为最高液体温度下的饱和蒸汽压。储罐的设计压力和钢材的消耗量成正比,也就是 钢材的消耗量会随着储罐设计压力的升高而加大,但是 ,罐壁会受到钢板厚度的限制,所以,容积一般都小会超过5000立方米,对于大型液化天然气储存基地来说,如果选用这一方式来储存,那么,所需要的储罐数量就会太多,其占地而积也比较大,所以,这一储存方式一般适用于储量较小的储配站。对于低温压力储存来说,它在低温条件下,液体的饱和蒸汽压都相对比较低,储存容器的设计压力也低于常温压力储存,所以,能够使钢材的消耗量减少。这一储存方式一般在北方地区使用的比较多,因为它能够使制冷等设备的操作运行费用减少。这一方式一般适用于钟祥液化天然气储存站。
其次,低温常压储存,对于这一储存方式来说,就是 把液化天然气的温度降到它的饱和蒸汽压和常压相接近的温度来进行储存,把储存温度降低到它的沸点温度之下,并始终保持冷冻状态。对储存压力的设计来说,要按照略微高出常压的标准来设计,这一方式大大降低了壁厚,它是 目前比较先进的一种液化天然气储存方式。和压力储存相比较起来,低温常压的储存压力比较低,安全性能也高,而且在储存时液化天然气之中处于冷冻状态,液体的挥发相对来讲比较慢,再加上储罐中气相空间比较少等等,因此,它大大增加了液化天然气的储存量,对大容量的储存尤为适合。其实,该技术在20世纪五六十年代就已经开始在一些发达国家得到应用,发展至今,这一技术已经相当成熟了,而且储罐的单罐体积也在逐步的向大型化进行发展。
二、低温常压存储设备的设计选材
1、钢材的选用
首先,内罐用的低温板材一般要按照美国的标准来进行选用,也就是 ASMEⅡA537/A537M《压力容器用经热处理的碳锰硅合金钢》SA537C1.2以及ASMEⅡA516/A516M《中、低温压力容器用碳钢板》SA516Gr60。内罐底板以及罐体下部采用的是 SA537C1.2。如果子啊焊前预热温度和ASME规范要求相满足时,A537C1.2最大免做热处理的使用厚度能够达到38.1毫米。其次,低温材料的供货状态:SA537C1.2是 淬火加上回火,SA516Gr60是 正火。板材的供货要按照A537/A537M((钢板超声斜射波检验》里规定的要求实行100%的超声检测,小仅如此,在钢板加工以前还要用20%超声进行复检,其合格的判定依据是 满足JB4730《压力容器无损探伤检测》的ⅡI级。对于钢板的化学成分以及机械性能来说,它们也分别应该满足满足ASMEⅡA537/A537M以及ASMEⅡA516/A516M的规定。
另外,由于内罐的焊接接头要进行100%的射线检测,在加上它的每一圈的接缝长度在120米左右,每一圈的拍片数量在400张左右,所以,尽量要选用宽幅版,来使环向焊接接头的数量减少。
2、保冷材料的选用
2.1、聚氨酯发泡料
对其进行催化、发泡,并加上表而活性剂,从而制成的。它的密度是 30到60千克没立方米,温度范围在零下190至120摄氏度之间,吸水率大概在1.5%左右,抗压强度要大于等于0.2兆帕。
2.2、膨胀珍珠岩
这是 一种多空的粒状物料,其原料是 珍珠岩,在珍珠岩经过粉碎、分级、预热之后,进行高温熔烧使其瞬时急剧膨胀成为质量较轻且功能多样的绝缘材料,也就是 膨胀珍珠岩。其密度是 70至250千克每立方米,温度范围在零下200至800摄氏度之间,吸水率在29%至30%之间,通常都是 在干燥的条件下使用的。
2.3、玻璃纤维毡
这是 由石灰石、石块以及石英粉等矿物质经过熔炉溶化后,再进行高速离心形成自径小于6微米的人造无机纤维,最后经成型设备制成的保冷产品。其密度是 32千克每立方米,温度范围在零下120至400摄氏度之间,吸水率在2%以下,其特征是 质量轻、能够压缩,并且具有较高的强度和弹性。
2.4、泡沫玻璃
它是 以玻璃为基料,加入外加剂并经过隧道窑炉的加热焙烧发泡以及退火冷却加工而成的。其密度为150千克每立方米,温度范围在零下260至430摄氏度之间,吸水率大约为0.2%左右,抗压强度大于等于0.5兆帕。
三、 保冷层的结构设计
1、罐顶的结构设计
保冷层是 保持液化天然气处于深冷状态的保证,所以,保温层结构的设计就显得十分重要了,对于储罐顶部的隔冷保冷设计来说,通常选用的是 膨胀珍珠岩散料,并让其自然堆积来作为顶部的保温材料。
2、罐壁的结构设计
2.1、单壁罐的结构设计
对于单壁罐来说,它通常都是 地上式的储罐,其罐壁采用的是 包含有9%的合金钢或者是 铝合金来作为内壁材料。另外,因为单壁罐的侧壁没有承载定型保温层的功能,所以,它的保温层一般情况下选用的都是 聚氨酯发泡料,保温材料一次性发泡成型。在罐体的外层应该铺设有薄金属板,这样就能抵抗外界的冲击力以及恶劣天气,从而对保温材料起到保护作用。
2.2、双壁罐的结构设计
对于双壁罐的内罐设计来说,要在内外壁之间填充珍珠岩粉料,在这之后,校核对内罐造成的外压稳定性。各层层板的壁厚设计和加强圈的设置要依照稳定性的要求来进行。对于双壁罐的外罐设计来说,首先要进行承压圈的设计,并进行校核,再在风载荷以及地震载荷作用下校核罐壁的稳定性。在之前的基础上设计壁厚和设置加强圈。在此需强调的是 ,罐壁保冷层结构设计通常采用的是 150毫米的玻璃纤维棉和膨胀珍珠岩散料的混合。
3、罐底的结构设计
对于单壁罐的罐底结构来说,它底部的核心部分采用的是 泡沫玻璃。对于双壁罐的罐底结构设计主要有两个方而,也就是 双层底板设计以及保冷结构设计。外罐的底板主要用于底部保冷层的防护层,它是 在底部混凝土基础环的范围之内,进行圈板的设置和施工排水日的设置,一般为8个施工排水口,底板的外壁设置有120个M56的地脚螺栓。对于内罐边缘的对接焊接头来说,采用的是 反坡日地全焊透结构,这里对边缘板的焊接接头的要求是 要进行100%的射线检测以及100%的磁粉检测。
四、储罐的基础设计
对于大型 低温容器来说,它的基础分为地上设置式以及高台式基础。采用地上设置式时,在没有供热设施的情况下,周围的土壤温度会降至零度以下,这样,容器就成为了吸热源,从而使得罐的周围土壤中的水分冻结,从而出现地而隆起的现象。所以,为了避免这一现象的产生,一般都会在储罐基础内安装电阻加强电缆,来提高土壤的温度。
总之,对于储量比较小的储配站来说适合选用常温储存,对于储量较大的储配站来说,要选用比较先进的低温常压方式来储存,就目前而言对于低温常压储存方式来说,虽然绝大部分工程的施工安装都来自于国内,但是 仍有部分工程的双层罐内壁材料要依靠进口,所以,对于我国来说要加快科技的发展,不断研究创新,争取所有工程的材料都能够立足于国内。
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