LNG储罐构造及建设技术

LNG储罐LNG储罐属常压、低温大型储罐LNG低温储罐的特殊要求(1)耐低温。常压下液化天然气的沸点为-160℃。LNG选择低温常压储存方式,将天然气的温度降到沸点以下,使储液罐的操作压力稍高于常压,与高压常温储存方式相比,可以大大降低罐壁厚度,提高安全性能。因此,LNG要求储液罐体具有良好的耐低温性能和优异的保冷性能。(2)安全要求高。由于罐内储存的是低温液体,储罐一旦出现意外,冷藏的液体会大量挥发,气化量大约是原来冷藏状态下的300倍,在大气中形成会自动引爆的气团。因此,API、BS等规范都要求储罐采用双层壁结构,运用封拦理念,在第一层罐体泄漏时,第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气实现完全封拦,确保储存安全。(3)材料特殊。内罐壁要求耐低温,一般选用9Ni钢或铝合金等材料,外罐壁为预应力钢筋混凝土。(4)保温措施严格。由于罐内外温差最高可达200℃,要使罐内温度保持在-160℃,罐体就要具有良好的保冷性能,在内罐和外罐之间填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料还要有足够的承压性能。(5)抗震性能好一般建筑物的抗震要求是在规定地震荷载下裂而不倒。为确保储罐在意外荷载作用下的安全,储罐必须具有良好的抗震性能。对LNG储罐则要求在规定地震荷载下不倒也不裂。因次,选择的建造场地一般要避开地震断裂带,在施工前要对储罐做抗震试验,分析动态条件下储罐的结构性能,确保在给定地震烈度下罐体不损坏。(6)施工要求严格储罐焊缝必须进行100%磁粉检测(MT)及100%真空气密检测(VBT)。要严格选择保冷材料,施工中应遵循规定的程序。为防止混凝土出现裂纹,均采用后张拉预应力施工,对罐壁垂直度控制十分严格。混凝土外罐顶应具备较高的抗压、抗拉能力,能抵御一般坠落物的击打;由于罐底混凝土较厚,浇注时要控制水化温度,防止因温度应力产生的开裂。1、内罐壁内罐壁是低温储罐的主要构件,由耐低温、具有较好机械性能的钢板焊接而成,一般选用A5372级、A516Gr.60、Gr18Ni9、ASME的304等特种钢材。如某罐内罐底板和环板选用厚16mm、材质为A537CL2的钢板,其余板则可选用厚6.35mm、材质为A537CL1的钢板。2、保冷层(1)罐壁保冷。外罐衬板内侧喷涂聚氨酯泡沫,一般要求聚氨酯泡沫导热系数≤0.03W/(m·K),密度40～60kg/m3,厚度150mm左右。(2)罐顶保冷。内罐顶采用悬吊式岩棉保冷层,如某罐罐顶设置了4层玻璃纤维保冷层,每层厚100mm,玻璃纤维棉的密度为16kg/m3、导热系数为0.04W/(m·K)（3）罐底保冷罐底保冷比较复杂,除了钢板下喷涂聚氨酯泡沫外,还要设计防水结构。下图是某罐罐底的保冷结构,包括65mm厚的垫层,60mm厚的密实混凝土,2mm厚的防水油毡,2层各100mm厚的发泡玻璃,最后用70mm厚混凝土覆盖,以保护外罐混凝土不受过低温度的影响。3、混凝土外罐混凝土外罐壁、外罐顶由预应力钢筋混凝土及耐低温钢衬板构成。混凝土强度应≥25MPa。外罐顶和罐壁要能承受气体意外泄漏产生的内压力,因此,钢筋混凝土要具备足够的抗拉强度。对于大型储罐,为使预应力混凝土罐壁均衡受力,可采用等强不等厚或等厚不等强的设计方法。低温绝热技术绝热：减少或抑制热流从高温流向低温。绝热方式：1）堆积绝热2）高真空绝热3）真空粉末绝热4）高真空多层绝热5）高真空多屏绝热堆积绝热：选择导热系数小的绝热材料装填在在需要绝热的部位上以达到绝热的目的。堆积绝热材料的种类:（1）泡沫型聚氨酯、聚苯乙烯、橡胶等（2）粉末型珠光砂（3）纤维型玻璃纤维、矿棉、石棉（2）和（3）共同使用LNG储罐形式按储罐的设置方式：地上储罐和地下储罐按储罐结构形式：单包容罐、双包容罐、全包容罐及膜式罐按容量分类（1）小型（5～50m3）：常用于民用LNG汽车加注点及民用燃气液化站等。（2）中型（50～100m3）：多用于工业燃气液化站。（3）大型（100～1000m3）：适用于小型LNG生产装置。（4）大型（10000～40000m3）：用于基本负荷型和调峰型液化装置。（5）特大型（40000～200000m3）：用于LNG接收站。LNG储罐–球形按形状分类LNG储罐–圆柱形大型LNG储罐-圆柱形按LNG储罐设置方式：按结构型式分：单包容罐、双包容罐及全包容罐安全性中中高占地多中少结构完整性低中高操作费用中中低储罐主要技术参数项目参数净工作容量160000m3设计液位高度34760mm最大操作液位高度34260mm设计液体密度480kg/m3设计压力最大：290mbarg，最小：-15mbarg设计输入流量12100m3/h设计输出流量1260m3/h外罐内径82000mm，内罐直径80000mm，外罐总高度49925mm，内罐总高度35430mm。第二节储罐的结构与建造由于全容罐具有更高的安全性，在LNG储存越来越大型化并且对储存安全性要求越来越高的今天，全容罐得到更多的采用也是必然的。地上地下（一）全容罐结构外罐-预应力钢筋混凝土内罐-9%Ni钢保冷层-膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或泡沫玻璃砖等材料绝热保温1-混凝土罐顶盖；2-金属顶；3-悬挂式平台4-玻璃丝保温层；5-聚氨酯泡沫保温层；6-18Cr-8Ni不锈钢薄膜;7-混凝土侧墙;8-混凝土隔离墙；9-侧面加热系统;10-混凝土底板;11-底部加热器;12-砂砾层全容LNG储罐特点：（1）大大减小外部撞击、飞行物对罐的威胁。（2）消防的喷淋不需要覆盖整个罐顶。（3）混凝土顶储罐的内压可以设计得更高，减少了BOG的量，减少了操作费用，而且由于此压力高于LNG船舱压，BOG返回船舱不需要增压机，减少了设备投资和操作费（4）工期长1、设计要求（1）内罐设计温度：-170℃~+60℃设计压力：29kPa（真空1.5kPa）（2）外罐安全经受6h的外部火灾；承受地震加速度0.21g；承受风力70m/s；抗渗性：当发生内罐LNG溢出时，外罐混凝土墙至少要保持10cm厚不开裂并保持2MPa以上的平均压力；日最大蒸发率≤0.05%（质量）（3）设计标准储罐的基本设计规范为BS7777。其它相关规范有API620、ACI318、NFPA59A2、内罐（1）板材内罐壁板材料为含镍9%的合金钢板，如广东大鹏LNG接收站采用ASTMA553MType1。CSiMnPSMoNiCuCrAlNbVTiCr+Mo≤0.13≤0.3≤0.9≤0.01≤0.005≤0.126~10≤0.4≤0.3≥0.2≤0.2≤0.2≤0.2≤0.329%Ni钢板（ASTMA553MType1）化学成分%Rp0.2%/MPa抗拉强度/MPaL0/%低温韧性/-196℃低温冲击功(J)试样断口侧膨胀≤585690-830≤20≥700.381（mm）9%Ni钢板（ASTMA553MType1）机械性能（2）罐底罐底铺设两层9%Ni钢板，厚度为6mm和5mm。底板外圈为环板，两层底板中间为保温层、混凝土层、热毡层和干沙层。（3）罐壁罐壁分层安装，分层数按板材宽度而定。对于容积16×104m3以上的全容罐一般有10层。最底层壁板厚度24.9mm，最上层壁板厚度12mm。内罐外壁用保温钉固定绝热保温材料。（4）罐顶内罐顶部为悬挂式铝合金吊顶，以支撑罐顶膨胀珍珠岩保温层。3、外罐坐基式内罐底板直接坐落在基础上，为防止罐内的低温使土壤冻胀，坐基式基础需要配置加热系统。架空形混凝土柱浇灌，可以不设加热系统（1）罐基础（2）罐墙壁全容罐的外罐墙用预应力钢筋混凝土制成。墙体竖向采用VSL预应力后张束，两端锚固于混凝土墙底和顶部。墙体环向采用同样规格的钢绞线组成的VSL预应力后张束，环向束没束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成90o的四根竖向扶壁柱上。墙体内置入预埋件以固定防潮衬板及罐顶承压环（3）罐顶罐顶盖为钢筋混凝土球面穹顶，支承于预应力钢筋混凝土圆形墙体上。球面穹顶混凝土由H钢梁、顶板及钢筋构成加强结构，顶面上设有工作台，放置运行控室设备及仪表、阀等。混凝土穹顶内设有碳钢钢板内衬，施工时作为模板，使用时可以防止气体泄漏。全容罐的建造（一）外罐建造（二）内罐建造（三）焊接（四）后续工作（一）外罐建造外罐建造（一）外罐建造1、墙体浇筑外罐墙体浇筑是混凝土工作量最大的部分。按照通常钢筋混凝土施工程序，在布置钢筋，安装预应力护套、预埋件和模板后，进行混凝土浇筑、养护。对于近40m高的墙体，需要分层从下至上逐层浇筑。2、安装承压环在浇筑最上层墙体前，安装承压环。在按照承压环结构分段预制，预埋螺栓焊接完成后，吊装于罐壁顶部组装焊接，检验合格后进行混凝土浇筑。3.气升罐顶罐顶结构在罐底预制完成后与罐壁密封，为防止气升过程的倾斜、偏移，罐顶上均布平衡钢索，一端固定在罐底中心，另一端固定在承压环上。使用鼓风机鼓风，在空气压力下，罐顶匀速、平稳升起。罐顶到位后，与预埋于墙体的顶部承压环固定、焊接。压缩空气吹升法，可减少高空作业工作量，所需施工机具和设备少，对施工进度和安全有利。吹顶风机启动吹顶过程中升顶即将到位测量升顶到位固定4、罐顶建造罐顶为球面结构，H型钢作为钢梁，顶部铺碳钢板，预板上焊接预埋螺栓，升顶后固定于浇筑在混凝土罐壁顶部的承压环上。同时在罐底预制铝合金吊顶，吊顶杆用螺栓连接于罐顶钢梁上，然后将预制好的铝合金吊顶提升与吊顶杆连接。气升前，将罐顶上的入孔、接管、电缆托架等附件一块安装上去，以减少高空作业工作量。布钢筋完成后分两次浇筑混凝土。球形顶组装5、罐壁预应力张拉预应力设计：为抵御各类荷载和作用，在外罐布置预应力筋，张拉后在罐体混凝土中建立合理的预压应力，以保证LNG不至外泄。混凝土墙体浇筑、养护完成后，将钢绞线穿进预埋于墙体的护套中，竖向钢绞线两端锚固于混凝土墙底部及顶部；墙体环向的钢绞线每束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成90o的四根竖向扶壁柱上。用液压设备拉伸到设计压力后，两端固定，进行水泥灌浆。外罐罐壁的LNG液体压力储罐基础的LNG液体压力在钢制罐顶气举前先张拉罐壁的环向预应力筋；罐顶气举后，水压测试前张拉一半的竖向预应力；关闭外罐壁临时开孔后张拉剩余的竖向预应力。预应力设计为抵御各类荷载和作用，在外罐布置预应力筋，张拉后在罐体混凝土中建立合理的预压应力，以保证LNG不至外泄。沿罐壁环向水平布设52道有粘结预应力筋，抵御罐体中的环向拉力；设扶壁柱4个，供预应力筋后张锚固用。每道内含φS15.2钢绞线12根，由2段曲线筋组成，每段的包角为180°，相互在扶壁柱上交叉搭接，张拉端上下错开，有利于罐壁均匀受力。环向预应力筋分为A、B、C、D4组，AB、CD组分别在同一水平面上包围整个筒体，AB组在扶壁2、4上张拉锚固，CD组在扶壁1、3上张拉锚固，AB和CD组在高度方向上间隔布置。（二）内罐建造1、罐底内罐底部有两层底板，均为9%镍钢。施工顺序：从下而上，由内而外，由四周到中间。先进行第二层罐底环板安装，焊接完成后，进行底板铺设。2.罐壁内罐罐壁的施工由下而上，逐层安装和焊接。每层板的卷制、坡口准备应预先加工完成。现场吊装采用吊车和罐顶电动绞车。第一层壁板安装时，要确定在环板的准确位置，可以用专用卡具及辅助工具以调整位置保证组装质量。底板与壁板角焊缝的焊接，至少应安装完第三层壁板及第1~2层壁板焊缝全部焊完后方可进行。内壁板安装内罐球缝自动焊内壁罐安装3、保温层内罐和外罐之间的环形空间填充膨胀珍珠岩。内层罐壁的外侧安装弹性玻璃纤维保温毯，保温毯为珍珠岩提供弹性，克服储罐应温度变化而产生的收缩，防止珍珠岩的沉降。保温毯还对储罐惰化处理过程中，吹扫气体的流动有利。罐顶吊顶上安装1.2m的膨胀珍珠岩。气密性试验合格后，进行内顶保温层的安装及夹层珍珠岩的填充。首先在内罐壁外包一层纤维玻璃棉，包扎好后用专用加热设备加热到900℃，然后从顶部往下装填珍珠岩，分层装填，分层夯实，直至到顶。最后进行顶部甲板珍珠岩的铺设。灌注时注意防潮。储罐底部铺设泡沫玻璃砖。膨胀珍珠岩玻璃纤维泡沫玻璃砖（三）9%镍钢焊接9%镍钢：对磁性敏感，为避免现场焊接时产生电弧偏吹