LNG接收站儲罐形式及儲罐大型化發(fā)展趨勢

　　LNG產(chǎn)業(yè)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(huán)節(jié)，對于LNG液化工廠和LNG接收站而言，LNG儲罐均是關(guān)鍵核心設(shè)備。LNG儲罐作為儲存LNG的低溫常壓容器，設(shè)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(yōu)點，世界上許多國家對大型常壓LNG儲罐的設(shè)計與建造都非常重視，特別是隨著LNG運輸船的大型化發(fā)展(船容從常規(guī)的14.5×104m3逐步發(fā)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(fā)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(jù)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。

　　①單容罐

　　單容罐(結(jié)構(gòu)見圖1)是LNG儲罐較初使用的形式，在大型LNG儲罐建設(shè)的早期，單容罐占據(jù)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(yīng)用于液化天然氣初期發(fā)展階段，目前已很少在LNG產(chǎn)業(yè)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(fēng)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(shè)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(chǎn)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(fēng)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(shè)置圍堰，也增大了接收站占地面積及造價。

　?、陔p容罐

　　雙容罐(結(jié)構(gòu)見圖2)的內(nèi)罐和外罐均能單獨包容LNG，一旦內(nèi)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(yōu)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(gòu)筑物或設(shè)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(shè)計壓力與單容罐相近，也需要設(shè)置返回氣風(fēng)機。雙容罐目前在國外應(yīng)用較多。

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　　全容罐(預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐結(jié)構(gòu)見圖3)由外罐和內(nèi)罐組成。內(nèi)罐采用9%Ni鋼，而罐頂和外罐有鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)兩種類型(對應(yīng)雙金屬全容罐和預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐)。內(nèi)罐用于儲存LNG，外罐可作為BOG的主容器，當(dāng)內(nèi)罐泄漏時，外罐可儲存全部的泄漏液體，并保持結(jié)構(gòu)上的氣密性，避免LNG及BOG泄漏至周圍環(huán)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(yù)應(yīng)力混凝土全容罐設(shè)計壓力為29kPa，其允許的較大操作壓力為25kPa，設(shè)計溫度為-165℃。由于預(yù)應(yīng)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(chǎn)生的BOG返回到LNG船上儲罐中，不需要返回氣風(fēng)機。因此，相比預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐，雙金屬全容罐應(yīng)用較少。前已投產(chǎn)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(shè)。

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　　薄膜罐(結(jié)構(gòu)見圖4)由一個薄的鋼質(zhì)主容器(即薄膜，材質(zhì)為36Ni鋼或不銹鋼)、絕熱層和一個預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土罐上，蒸發(fā)氣儲存在儲罐頂部。

　　⑤LNG儲罐綜合比較

　　LNG儲罐綜合比較見表1。由表1可知，預(yù)應(yīng)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(xiàn)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(qū)、不容易遭受災(zāi)害性破壞(如火災(zāi)、爆炸和外來飛行物碰擊)、可占用面積較大的地區(qū)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(nèi)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(shù)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(qū)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(yīng)用較多，目前國外已投產(chǎn)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(shè)的雙容罐逐漸減少。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土全容罐安全性較高、技術(shù)成熟，是近年來全球應(yīng)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(fā)區(qū)應(yīng)用，且對地質(zhì)條件要求較高，造價高，施工周期長。目前日本、韓國應(yīng)用較為廣泛，日本東京瓦斯所建設(shè)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(yù)應(yīng)力混凝土全容罐和地下薄膜罐低，但由于地上薄膜罐設(shè)計***轉(zhuǎn)讓費用較高，導(dǎo)致制造商很少，施工工藝也較為復(fù)雜，限制了該罐型的發(fā)展。我國LNG接收站選址一般避開地震頻發(fā)區(qū)，綜合經(jīng)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(fā)展趨勢

　　隨著LNG儲罐規(guī)范的更新、材料技術(shù)和施工技術(shù)的發(fā)展、設(shè)計技術(shù)的不斷突破，LNG儲罐大型化是未來重要的發(fā)展趨勢。近幾年LNG接收站大型化儲罐應(yīng)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(guī)模效應(yīng)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(fā)率。此外，LNG運輸船船容的增大、數(shù)量的增加以及LNG接收站數(shù)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(fā)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(fā)展情況見圖5。由圖5可知，2000年以后，LNG儲罐呈大型化發(fā)展趨勢。

　　與世界發(fā)達國家相比，我國的大型LNG接收站儲罐技術(shù)起步較晚，國內(nèi)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(shù)成熟，且應(yīng)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(shù)的掌握，國內(nèi)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(shè)計單位競爭，開展儲罐總承包工作。

　　3　經(jīng)濟性比較和儲罐大型化優(yōu)勢

　　LNG接收站一般設(shè)置2座或2座以上儲罐，儲罐數(shù)量與LNG接收站儲氣調(diào)峰能力、儲罐罐容有關(guān)。假設(shè)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。