LNG低温储罐的设计及建造技术
- 格式：pdf
- 大小：374.24 KB
- 文档页数：5
依据存液状态下的受力特点， 内罐可用不同材 质、不同厚度的钢板组焊而成。如某罐从下向上选 择的钢板厚度为 ３４．６ ～９．６ ｍｍ， 除了最上部材质为 Ａ５１６ Ｇｒ．６０ 外， 其他各 层 均 为 Ａ５３７ ＣＬ．２。Ｘ 射 线 检测 （ ＲＴ） 抽检率水平焊缝为 ２０％， 垂 直 焊 缝 为 １００％。 ３．６ 保冷施工
（ ５） 抗震性能好。一般建筑物的抗震要求是在
座 １６ 万 ｍ３ 的低温储罐占整个接收站投资的 １ ／ ３。 规定地震荷载下裂而不倒。为确保储罐在意外荷载
为了解掌握这项技术， 本文简要介绍 ＬＮＧ 低温储 作用下的安全， 储罐必须具有良好的抗震性能。对
罐的设计与建造技术， 提出我国开展 ＬＮＧ 低温储 ＬＮＧ 储 罐 则 要 求 在 规 定 地 震 荷 载 下 不 倒 也 不 裂 。
（ ６） 施工要求严格。储罐焊缝必须进行 １００％
的温度降到沸点以下， 使储液罐的操作压力稍高于 磁粉检测 （ＭＴ） 及 １００％真空气密检测 （ ＶＢＴ） 。要
常压， 与高压常温储存方式相比， 可以大大降低罐 严格选择保冷材料， 施工中应遵循规定的程序。为
壁厚 度 ， 提 高 安 全 性 能 。 因 此 ， ＬＮＧ 要 求 储 液 罐 防止混凝土出现裂纹， 均采用后张拉预应力施工，
（ １） 罐顶保冷。内罐罐顶采用悬吊岩棉保冷 层， 该保冷层将罐内空间与罐顶隔开， 减少两者间 的对流， 使蒸发气体交换量降至最低。由于在罐顶 上空相对稳定的气体层形成保冷屏障， 增强了保冷 效果， 所以一般选择玻璃纤维棉作为保冷材料。如 某罐设置了 ４ 层厚 １００ ｍｍ、密度 为 １６ ｋｇ／ｍ３ 的 玻 璃纤维棉悬吊于罐顶上。
形成会自动引爆的气团。因此， ＡＰＩ、ＢＳ 等规范都 ２ ＬＮＧ 低温储罐的设计
要求储罐采用双层壁结构， 运用封拦理念， 在第一 ２．１ 设计规范
层罐体泄漏时， 第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气
目 前 我 国 与 之 相 关 的 设 计 规 范 有 ＧＢ ５００２８－
实现完全封拦， 确保储存安全。
１９９３ 《城 镇 燃 气 设 计 规 范 》； ＧＢ ５０１８３－ ２００４ 《石
有较好机械性能的钢板焊接而成， 一般选用 Ａ５３７ ２ 级、Ａ５１６ Ｇｒ． ６０、Ｇｒ１８Ｎｉ９、ＡＳＭＥ 的 ３０４ 等特种 钢材。如某罐内罐底板和环板选用厚 １６ ｍｍ、材质 为 Ａ５３７ ＣＬ２ 的钢板， 其余板则可选用厚 ６．３５ ｍｍ、 材质为 Ａ５３７ ＣＬ１ 的钢板。 ２．２．２ 保冷层
罐、气化装备等组成， 其设计、建造复杂， 技术要 有良好的保冷性能， 在内罐和外罐之间填充高性能
求严格， 一个液化天然气接收终端一般造价在几十 的保冷材料。罐底保冷材料还要有足够的承压性
亿人民币。以中国海洋石油总公司建设的福建莆田 能。
２６０ 万 ｔ ＬＮＧ 储 罐 为 例 ， 在 总 投 资 ６２ 亿 元 中 ， ２
罐顶由预应力钢筋混凝土及罐顶衬板构成。外 罐顶和罐壁要能承受气体意外泄漏造成的内压力， 罐顶还应具备外部意外物体冲击的能力。因此， 钢 筋混凝土要同时具备足够的抗压、抗拉强度， 如有 的罐顶厚度达 ０．６ ｍ。为使混凝土罐与外衬罐连接 牢固， 绑扎钢筋时要预留焊钉， 如某罐焊钉数量达 ３ 万多个。在进行罐顶混凝土浇注时， 为避免一次 浇注超出罐顶负荷， 可分二次进行浇注。图 ３ 为某 罐罐顶施工。
图 １ 为 ＬＮＧ 低温储罐的构造示意， 以预应力 混凝土 ＋ 金属罐双重封拦设计为例， 罐壁包括低 温钢内壁、聚氨酯保冷层和贴有较薄低温钢板的预 应力混凝土外壁。
外罐顶 保冷层 悬顶
承压钢制外罐 ９ 镍钢储液内罐 ９ 镍钢内罐底 钢制外罐底
图 １ ＬＮＧ 低温储罐的构造示意
２．２．１ 内罐壁 内罐壁是低温储罐的主要构件， 由耐低温、具
预应力混凝土外壁
聚氨酯保冷材料
低温钢内壁
低温钢罐底
珍珠岩混凝土 发泡玻璃
防潮材料 混凝土
图 ２ ＬＮＧ 低温储罐保冷结构
２．２．３ 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≥２５ ＭＰａ。 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。 ３ ＬＮＧ 低温储罐的施工 ３．１ 基础施工
（ ３） 材料特殊。内罐壁要求耐低温， 一般选用 油天然气工程设计防火规范》等， 但尚无 ＬＮＧ 专
LNG领跑者() 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛
２０
石油工程建设
２００７ 年 １０ 月
用设计规范。国外 ＬＮＧ 的专用规范有： ＡＰＩ ６２０ 规 范， 美国 ＮＦＰＡ－ ５９Ａ 《液化天然气生产、储存和装 卸》， 英国 ＢＳ ７７７７ 标准。上述规范对低温储罐的 设计做出了规定， 对特定部位材质选用和焊接规定 了具体的要求。根据位置与作用定义出主要构件和 次要构件。英国标准 ＢＳ ７７７７ 针对低温储罐做了更 详尽的叙述， 提出了低温储罐的三种设计模式： 单 层封拦设计、双重封拦设计和完全封拦设计。目前 工程上常采用双重封拦设计。双重封拦设计是指内 罐及外罐均具有承装冷液的功能， 在正常情况下冷 液体储存在内罐， 当内罐发生泄漏时， 外罐能起到 拦截、储存冷液的作用， 但不能抑制因泄漏而产生 的气体蒸发。 ２．２ 低温储罐的主要构造
LNG领跑者() 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛
摘 要： ＬＮＧ 低温储罐是液化石油天然气储运过程中的重要设施， 其建造技术复杂， 施工要求 严格， 在我国工程实例较少。文章介绍了 ＬＮＧ 低温储罐的技术特点、罐体结构以及设计过程中 应遵循的规范， 阐述了 ＬＮＧ 低温储罐在基础、罐壁、罐顶、保温层施工中的技术要求和检验中 应注意的事项， 对 ＬＮＧ 低温储罐的设计施工提出了建议。 关键词： ＬＮＧ 低温储罐； 设计； 建造 中图分类号： ＴＥ９７２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００１－ ２２０６ （ ２００７） ０５－ ００１９－ ０４
（ 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。图 ２ 是 某 罐 罐 底 的 保 冷 结 构 ， 包 括 ６５ ｍｍ 厚 的 垫 层 ， ６０ ｍｍ 厚 的 密 实 混 凝 土 ， ２ ｍｍ 厚 的 防 水 油 毡 ， ２ 层各 １００ ｍｍ 厚的发泡玻璃， 最后用 ７０ ｍｍ 厚混凝 土覆盖， 以保护外罐混凝土不受过低温度的影响。
（ 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 ≤０．０３ Ｗ／（ ｍ·Ｋ） ， 密度 ４０ ～６０ ｋｇ／ｍ３， 厚度 １５０ ｍｍ 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 １００ ｍｍ， 玻 璃 纤 维 棉 的 密 度 为 １６ ｋｇ／ｍ３、 导 热 系数为 ０．０４ Ｗ／（ ｍ·Ｋ） 。
罐壁采用预应力滑模施工工艺， 滑模爬升过程 中需预埋垂直预应力套管及水平预应力套管， 垂直
LNG领跑者() 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛
第 ３３ 卷第 ５ 期
袁中立等： ＬＮＧ 低温储罐的设计及建造技术
２１
预应力系统为碳钢套筒， 水平预应力系统为镀锌半 硬式涡卷型套管， 各套管衔接以热收缩套粘合。罐 壁浇注完工后进行钢索穿索作业， 一般用油压机具 施 加 预 应 力 ， 吹 顶 前 应 至 少 施 加 完 成 ７０％设 计 预 应力强度。 ３．３ 罐顶施工
!!!!!"
!!!!!"
第 ３３ 卷第 ５ 期
石油工程建设
１９
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
ＬＮＧ 低温储罐的设计及建造技术
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
袁中立 １， 闫伦江 ２
（ １． 中国石油集团工程技术研究院， 天津 ３００４５１； ２． 中国石油集团工程设计有限责任公司， 北京 １０００８５）
（ ２） 罐壁保冷。罐壁保冷是在外罐衬板内侧喷 涂聚氨酯泡沫。采用半自动聚氨酯泡沫喷涂机进行 喷涂， 施工中要使泡沫保持较高密度和均匀性， 以 保证保冷层的平整。现场发泡施工中须对每批次的 聚氨酯泡沫取样， 进行材质检测， 包括导热性能、 密度及抗压性能。
（ ３） 罐底保冷。因罐底需承受储存液体的压 力， 所以除了考虑传热系数外， 还需考虑材质的抗 压强度。聚氨酯 泡 沫 的 抗 压 强 度≥０．２ ＭＰａ， 并 选 择抗压强度更高的发泡玻璃 （ ０．７ ＭＰａ） ， 以增加保 冷 效 果 。 如 某 罐 由 上 向 下 依 次 有 １０ 层 ： ＰＥ 布 、
（ ２） 基础施工。为使基础具备良好的整体性， 钢筋混凝土底板要有足够厚度。如某低温储罐基础 在桩上设计的钢筋混凝土底板厚度为 １．６ ｍ， 混凝 土强度为 ２５ ＭＰａ。为防止大体积 混 凝 土 因 水 化 反 应的热应力产生裂缝， 施工中采用分层连续浇注和 由外向内顺序浇注的方法。 ３．２ 罐壁预应力施工
（ ２） 外罐环板组焊。用临时固定夹具固定环 板， 确保焊接时其曲率与混凝土罐一致。
（ ３） 外罐顶与通气管。因外罐顶不会接触到低 温液体， 按 ＡＰＩ ６２０ 归类属于次要构件， 可选用碳 钢材料。通气管嘴均可穿越罐顶， 以悬吊方式固定 在罐顶， 不需另设其他伸缩接头， 这样内罐蒸气可 以自由地流通到内外罐间的环带区域， 储罐在使用 状态下， 环带区域将充满气体， 且具有与内罐相同 的压力。 ３．５ 内罐施工
体具有良好的耐低温性能和优异的保冷性能。
对罐壁垂直度控制十分严格。混凝土外罐顶应具备
（ ２） 安全要求高。由于罐内储存的是低温液 较高的抗压、抗拉能力， 能抵御一般坠落物的击
（ ５） 抗震性能好。一般建筑物的抗震要求是在
座 １６ 万 ｍ３ 的低温储罐占整个接收站投资的 １ ／ ３。 规定地震荷载下裂而不倒。为确保储罐在意外荷载
为了解掌握这项技术， 本文简要介绍 ＬＮＧ 低温储 作用下的安全， 储罐必须具有良好的抗震性能。对
罐的设计与建造技术， 提出我国开展 ＬＮＧ 低温储 ＬＮＧ 储 罐 则 要 求 在 规 定 地 震 荷 载 下 不 倒 也 不 裂 。
（ ６） 施工要求严格。储罐焊缝必须进行 １００％
的温度降到沸点以下， 使储液罐的操作压力稍高于 磁粉检测 （ＭＴ） 及 １００％真空气密检测 （ ＶＢＴ） 。要
常压， 与高压常温储存方式相比， 可以大大降低罐 严格选择保冷材料， 施工中应遵循规定的程序。为
壁厚 度 ， 提 高 安 全 性 能 。 因 此 ， ＬＮＧ 要 求 储 液 罐 防止混凝土出现裂纹， 均采用后张拉预应力施工，
（ １） 罐顶保冷。内罐罐顶采用悬吊岩棉保冷 层， 该保冷层将罐内空间与罐顶隔开， 减少两者间 的对流， 使蒸发气体交换量降至最低。由于在罐顶 上空相对稳定的气体层形成保冷屏障， 增强了保冷 效果， 所以一般选择玻璃纤维棉作为保冷材料。如 某罐设置了 ４ 层厚 １００ ｍｍ、密度 为 １６ ｋｇ／ｍ３ 的 玻 璃纤维棉悬吊于罐顶上。
形成会自动引爆的气团。因此， ＡＰＩ、ＢＳ 等规范都 ２ ＬＮＧ 低温储罐的设计
要求储罐采用双层壁结构， 运用封拦理念， 在第一 ２．１ 设计规范
层罐体泄漏时， 第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气
目 前 我 国 与 之 相 关 的 设 计 规 范 有 ＧＢ ５００２８－
实现完全封拦， 确保储存安全。
１９９３ 《城 镇 燃 气 设 计 规 范 》； ＧＢ ５０１８３－ ２００４ 《石
有较好机械性能的钢板焊接而成， 一般选用 Ａ５３７ ２ 级、Ａ５１６ Ｇｒ． ６０、Ｇｒ１８Ｎｉ９、ＡＳＭＥ 的 ３０４ 等特种 钢材。如某罐内罐底板和环板选用厚 １６ ｍｍ、材质 为 Ａ５３７ ＣＬ２ 的钢板， 其余板则可选用厚 ６．３５ ｍｍ、 材质为 Ａ５３７ ＣＬ１ 的钢板。 ２．２．２ 保冷层
罐、气化装备等组成， 其设计、建造复杂， 技术要 有良好的保冷性能， 在内罐和外罐之间填充高性能
求严格， 一个液化天然气接收终端一般造价在几十 的保冷材料。罐底保冷材料还要有足够的承压性
亿人民币。以中国海洋石油总公司建设的福建莆田 能。
２６０ 万 ｔ ＬＮＧ 储 罐 为 例 ， 在 总 投 资 ６２ 亿 元 中 ， ２
罐顶由预应力钢筋混凝土及罐顶衬板构成。外 罐顶和罐壁要能承受气体意外泄漏造成的内压力， 罐顶还应具备外部意外物体冲击的能力。因此， 钢 筋混凝土要同时具备足够的抗压、抗拉强度， 如有 的罐顶厚度达 ０．６ ｍ。为使混凝土罐与外衬罐连接 牢固， 绑扎钢筋时要预留焊钉， 如某罐焊钉数量达 ３ 万多个。在进行罐顶混凝土浇注时， 为避免一次 浇注超出罐顶负荷， 可分二次进行浇注。图 ３ 为某 罐罐顶施工。
图 １ 为 ＬＮＧ 低温储罐的构造示意， 以预应力 混凝土 ＋ 金属罐双重封拦设计为例， 罐壁包括低 温钢内壁、聚氨酯保冷层和贴有较薄低温钢板的预 应力混凝土外壁。
外罐顶 保冷层 悬顶
承压钢制外罐 ９ 镍钢储液内罐 ９ 镍钢内罐底 钢制外罐底
图 １ ＬＮＧ 低温储罐的构造示意
２．２．１ 内罐壁 内罐壁是低温储罐的主要构件， 由耐低温、具
预应力混凝土外壁
聚氨酯保冷材料
低温钢内壁
低温钢罐底
珍珠岩混凝土 发泡玻璃
防潮材料 混凝土
图 ２ ＬＮＧ 低温储罐保冷结构
２．２．３ 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≥２５ ＭＰａ。 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。 ３ ＬＮＧ 低温储罐的施工 ３．１ 基础施工
（ ３） 材料特殊。内罐壁要求耐低温， 一般选用 油天然气工程设计防火规范》等， 但尚无 ＬＮＧ 专
LNG领跑者() 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛
２０
石油工程建设
２００７ 年 １０ 月
用设计规范。国外 ＬＮＧ 的专用规范有： ＡＰＩ ６２０ 规 范， 美国 ＮＦＰＡ－ ５９Ａ 《液化天然气生产、储存和装 卸》， 英国 ＢＳ ７７７７ 标准。上述规范对低温储罐的 设计做出了规定， 对特定部位材质选用和焊接规定 了具体的要求。根据位置与作用定义出主要构件和 次要构件。英国标准 ＢＳ ７７７７ 针对低温储罐做了更 详尽的叙述， 提出了低温储罐的三种设计模式： 单 层封拦设计、双重封拦设计和完全封拦设计。目前 工程上常采用双重封拦设计。双重封拦设计是指内 罐及外罐均具有承装冷液的功能， 在正常情况下冷 液体储存在内罐， 当内罐发生泄漏时， 外罐能起到 拦截、储存冷液的作用， 但不能抑制因泄漏而产生 的气体蒸发。 ２．２ 低温储罐的主要构造
LNG领跑者() 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛
摘 要： ＬＮＧ 低温储罐是液化石油天然气储运过程中的重要设施， 其建造技术复杂， 施工要求 严格， 在我国工程实例较少。文章介绍了 ＬＮＧ 低温储罐的技术特点、罐体结构以及设计过程中 应遵循的规范， 阐述了 ＬＮＧ 低温储罐在基础、罐壁、罐顶、保温层施工中的技术要求和检验中 应注意的事项， 对 ＬＮＧ 低温储罐的设计施工提出了建议。 关键词： ＬＮＧ 低温储罐； 设计； 建造 中图分类号： ＴＥ９７２ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００１－ ２２０６ （ ２００７） ０５－ ００１９－ ０４
（ 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。图 ２ 是 某 罐 罐 底 的 保 冷 结 构 ， 包 括 ６５ ｍｍ 厚 的 垫 层 ， ６０ ｍｍ 厚 的 密 实 混 凝 土 ， ２ ｍｍ 厚 的 防 水 油 毡 ， ２ 层各 １００ ｍｍ 厚的发泡玻璃， 最后用 ７０ ｍｍ 厚混凝 土覆盖， 以保护外罐混凝土不受过低温度的影响。
（ 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 ≤０．０３ Ｗ／（ ｍ·Ｋ） ， 密度 ４０ ～６０ ｋｇ／ｍ３， 厚度 １５０ ｍｍ 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 １００ ｍｍ， 玻 璃 纤 维 棉 的 密 度 为 １６ ｋｇ／ｍ３、 导 热 系数为 ０．０４ Ｗ／（ ｍ·Ｋ） 。
罐壁采用预应力滑模施工工艺， 滑模爬升过程 中需预埋垂直预应力套管及水平预应力套管， 垂直
LNG领跑者() 邀您打造中国最权威、最专业的液化天然气行业技术论坛
第 ３３ 卷第 ５ 期
袁中立等： ＬＮＧ 低温储罐的设计及建造技术
２１
预应力系统为碳钢套筒， 水平预应力系统为镀锌半 硬式涡卷型套管， 各套管衔接以热收缩套粘合。罐 壁浇注完工后进行钢索穿索作业， 一般用油压机具 施 加 预 应 力 ， 吹 顶 前 应 至 少 施 加 完 成 ７０％设 计 预 应力强度。 ３．３ 罐顶施工
!!!!!"
!!!!!"
第 ３３ 卷第 ５ 期
石油工程建设
１９
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
ＬＮＧ 低温储罐的设计及建造技术
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
袁中立 １， 闫伦江 ２
（ １． 中国石油集团工程技术研究院， 天津 ３００４５１； ２． 中国石油集团工程设计有限责任公司， 北京 １０００８５）
（ ２） 罐壁保冷。罐壁保冷是在外罐衬板内侧喷 涂聚氨酯泡沫。采用半自动聚氨酯泡沫喷涂机进行 喷涂， 施工中要使泡沫保持较高密度和均匀性， 以 保证保冷层的平整。现场发泡施工中须对每批次的 聚氨酯泡沫取样， 进行材质检测， 包括导热性能、 密度及抗压性能。
（ ３） 罐底保冷。因罐底需承受储存液体的压 力， 所以除了考虑传热系数外， 还需考虑材质的抗 压强度。聚氨酯 泡 沫 的 抗 压 强 度≥０．２ ＭＰａ， 并 选 择抗压强度更高的发泡玻璃 （ ０．７ ＭＰａ） ， 以增加保 冷 效 果 。 如 某 罐 由 上 向 下 依 次 有 １０ 层 ： ＰＥ 布 、
（ ２） 基础施工。为使基础具备良好的整体性， 钢筋混凝土底板要有足够厚度。如某低温储罐基础 在桩上设计的钢筋混凝土底板厚度为 １．６ ｍ， 混凝 土强度为 ２５ ＭＰａ。为防止大体积 混 凝 土 因 水 化 反 应的热应力产生裂缝， 施工中采用分层连续浇注和 由外向内顺序浇注的方法。 ３．２ 罐壁预应力施工
（ ２） 外罐环板组焊。用临时固定夹具固定环 板， 确保焊接时其曲率与混凝土罐一致。
（ ３） 外罐顶与通气管。因外罐顶不会接触到低 温液体， 按 ＡＰＩ ６２０ 归类属于次要构件， 可选用碳 钢材料。通气管嘴均可穿越罐顶， 以悬吊方式固定 在罐顶， 不需另设其他伸缩接头， 这样内罐蒸气可 以自由地流通到内外罐间的环带区域， 储罐在使用 状态下， 环带区域将充满气体， 且具有与内罐相同 的压力。 ３．５ 内罐施工
体具有良好的耐低温性能和优异的保冷性能。
对罐壁垂直度控制十分严格。混凝土外罐顶应具备
（ ２） 安全要求高。由于罐内储存的是低温液 较高的抗压、抗拉能力， 能抵御一般坠落物的击
