中小型lng立式储罐设计

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1、中小型ＬＮＧ立式储罐设计双击自动滚屏作者：张杰毛雪东王明富周凯崧  【字体：大中小】                                                  中小型ＬＮＧ立式储罐设计                                              张 杰 毛雪东 王明富 周凯崧                                         （北京航天发射技术研究所 北京 100076）   摘 要：从总体和局部结构、设计计算以及工程图纸等几个方面对ＬＮＧ立式储罐

2、的设计进行了介绍，总结了一些相关方面的设计要点和注意事项，并对低温ＬＮＧ立式储罐的设计和当前研究热点做了一定展望。   关键词：ＬＮＧ储罐；设计计算；应力分析；结构设计   中图分类号：TE626.7           文献标识码：A１ 概述   天然气作为一种新兴燃料，其主要成分是甲烷，由于燃烧后对空气的污染非常小，而且燃烧热值大，被公认是地球上最干净的能源。ＬＮＧ（ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ，液化天然气）是将天然气净化深冷液化而成的液体，其体积约为气态时体积的１／６００。液化了的天然气更有利于进行远距离运输、储存

3、，使天然气的应用方式更灵活、范围更广。尤其是在工业中心和人口稠密地区，ＬＮＧ的应用更具优越性，ＬＮＧ也被称为最有前景的能源，日本等一些国家已将其作为进口能源的主要形式。目前，ＬＮＧ工业相关技术发展已经十分成熟，已形成稳定可靠的ＬＮＧ工业链（见图１）。ＬＮＧ工业链中无论是ＬＮＧ液化工厂到装船海运，还是ＬＮＧ接收站到各中转站（ＬＮＧ加注站或汽化站），基本都离不开低温储存设备—ＬＮＧ储罐（槽）。虽然压力容器在总体结构设计和技术实现方面已经非常成熟，但是在具体的设计计算和局部结构等细节方面还是有一些值得总结的地方，特别是ＬＮＧ的低温、易燃

4、易爆等危险性，决定了设计储存设备时考虑要更全面，笔者就此对用于储存ＬＮＧ的立式储罐（中小型）在设计中经常碰到的问题和容易忽视的细节作一个归纳，以期对相关设计有所帮助。２ 总体结构２．１ 外形   考虑到单位容积的表面积较小，能节省材料；在预冷时能减少冷量损失等优点，低温容器一般做成球形或者圆筒形。从制造工艺方面考虑，球形只适用于杜瓦瓶和大型固定式储槽，因此中小型ＬＮＧ贮罐选用圆筒形，外容器两端封头用碟形封头，内容器两端封头用椭圆形封头，具体结构如图２所示。２．２ 材料选用   选用金属材料时应考虑材料在低温深冷条件下的强度和韧性，

5、内容器还须同时考虑材料与液化天然气的相容性。奥氏体不锈钢０Ｃｒ１８Ｎｉ９（３０４）在低温条件下有较好的韧性和强度性能，且与天然气能很好相容，因此内容器和管路均可选用；外容器由于在常温和真空条件下工作，故可选用质优价廉的碳钢。２．３ 绝热方式及材料选用   绝热方式和材料在选用时主要从以下几方面来考虑：绝热的效果、是否经济、结构是否牢固、重量和体积的影响、制作加工是否方便，以及技术上是否能够实现等。目前比较常见的方式有以下几种：   （１）高真空绝热：也称为单纯真空绝热。一般要求绝热的封闭空间（夹层中）保持１．３３×１０－３Ｐａ以下

6、压强的真空度，才能消除对流换热和绝大部分的气体导热。但是要获得和保持这样的高真空是比较困难的，所以一般稍大型的装置很少使用。   （２）真空多孔介质绝热：是一种在真空空间充填多孔介质绝热材料的绝热形式，一般的多空介质材料为粉末和纤维，真空空间的真空度一般维持在１～１０Ｐａ。真空多孔介质的应用，不但克服了高真空不适宜制作大型容器的缺点，且绝热性能有所提高，要求的真空度有所降低。   （３）真空多层绝热：绝热结构是由许多层辐射屏及其间的间隔物组成，将其置于夹套中，再将夹套空间抽至高真空。相比较于单纯高真空绝热方式，由于辐射漏热的大大降

7、低，真空多层绝热方式绝热性能有很大提高；而其绝热层厚度（夹套厚度）相对于真空多孔介质方式降低很多，设备整体十分轻便，主要用于移动式低温液体设备和小型杜瓦容器。   综合考虑绝热性能、设备的制造成本以及加工难易程度等因素，立式ＬＮＧ储罐（槽）绝热方式应选用真空多孔介质绝热方式。   常用的多孔介质材料有珠光砂、气凝胶、蛭石、硅胶粉等。根据填充、抽取真空等要求，综合考虑经济因素，装填珠光砂。好处主要如下：①材料易于获得，价格低廉；②珠光砂本身具有一定能力的吸附性，能有效吸附夹套空间内剩余气体，同时珠光砂的存在能阻止剩余气体的流动，保持

8、真空度的同时能有效降低气体对流焕热；③珠光砂较好的反射作用能有效减弱辐射换热。３ 计算及结构设计要点３．１ 确定适当设计压力   根据ＧＢ１５０－１９９８《钢制压力容器》定义：名义厚度为设计厚度加负偏差后向上圆整至钢材标准规格的厚度。处于以下两种情