薄膜型液化天然氣儲罐

薄膜型液化天然氣儲罐是一種新型的儲罐，國內尚未開始套用。薄膜型儲罐與常見的9%鎳鋼儲罐在設計上的主要不同點在於將儲罐結構、絕緣和氣密性作用明確分離，使得每個部分得以最佳化，且可有效避免事故的發生。2020年10月28日，從北京市發改委了解到，北京市正在建設天津南港液化天然氣應急儲備項目。

基本介紹

• 中文名：薄膜型液化天然氣儲罐
• 外文名：Film type LNG storage tank
• 研究背景：LNG接收站逐漸增多
• 設計理念：將結構、絕緣和氣密性作用分離
• 結構：外罐、拱頂、吊頂、襯板、埋件等
• 優點：工期短、環保、堅固等

研究背景

隨著我國對天然氣需求的不斷增加，LNG接收站建設發展很快，在建和已投入運營的LNG接收站逐漸增多。LNG儲罐是接收站的重要設備，用於儲存從LNG船接卸的LNG，因此LNG儲罐的建造是接收站建設的重要工程。常見的LNG儲罐一般由混凝土外罐、絕緣填充層(包括襯板、膨脹珍珠岩、彈性棉氈等)和9%鎳鋼內罐組成，而新型的薄膜型儲罐除混凝土外罐相同外，絕緣填充層、罐底和內罐結構與以前的LNG儲罐完全不同。國內尚未開始套用薄膜型儲罐。

國外發展及運行現狀

自1996年始就有研究機構對薄膜型和9%鎳鋼儲罐進行了性能測試，作出了質量風險評價。到2006年，一些歐洲標準確認了薄膜型儲罐和9%鎳鋼儲罐具有相同的安全等級，薄膜型儲罐逐漸成為了認證且批准的技術。

全球已有近百座薄膜型儲罐建成，罐容為8000m到2萬m 。韓國天然氣公司(KOGAS )的10座10萬立方米薄膜型儲罐自使用以來未出現任何問題;法國天然氣蘇伊士集團(GDF Suez)的2座1.2萬立方米薄膜型儲罐未進行任何維護仍處於正常運行狀態;東京煤氣公司的2座1.2萬立方米薄膜型儲罐未出現任何問題，正在正常運行。

結構

薄膜型儲罐結構示意圖如圖1所示。

圖1

薄膜型儲罐和常見全包容混凝土頂儲罐的混凝土外罐沒有太大區別，它是儲存LNG和承擔氣體壓力載荷的支撐結構，系由混凝土拱頂、混凝土罐壁和混凝土承台組成。外罐的內壁為56邊形。

一級波狀薄膜在氣相和液相中均可伸縮，它並不是系統的結構部件，其結構見圖3。薄膜呈正交波紋狀，類似於自由伸縮的波紋管。二級薄膜為非波紋狀，可儲存二級液體，主要用於一級薄膜泄漏時的設防。

薄膜型儲罐內罐罐底俯視圖見圖4，它由二角板區薄膜塊和長方板區薄膜塊拼裝而成、一級波狀薄膜是由這些薄膜塊通過埋件焊接在絕緣層上，且相互搭接而成的。薄膜的頂端通過外圍埋件錨固在罐壁的上端。

圖3

在拱頂下面是一層碳鋼襯板，罐壁上端的抗壓環和一級薄膜緊密焊接以確保罐內的氣密性良好。

在混凝土罐壁和一級薄膜(內罐)之間是絕緣填充層，以支撐處於環境溫度下的外罐結構。絕緣填充層承載了罐內LNG從薄膜傳至外罐的載荷，它的厚度取決於日蒸發率。填充層由內向外層層緊固，始終處於氮氣環境下，且對其進行監測。絕緣填充層是一個獨立的空間，氮氣監測確保了罐內的氣密完整性。絕緣吊頂和拱頂之間形成了一定的絕緣空間，使得溫度處於可承受的範圍內。絕緣吊頂是由玻璃纖維和玻璃纖維毛氈覆蓋的鋁板組成，是罐頂的主要屏障，其厚度也取決於日蒸發率。

圖4

所有管道和儀表從罐頂連線，所以一級薄膜不會被穿透，保證了其完整性。管道錨固在罐頂且只延伸至罐底部分。

在混凝土罐內罐壁和承台上表面有一層防潮層，防止混凝土及外界的液體或水蒸氣滲透到絕緣填充層內，從而影響整個結構的使用壽命

整個薄膜儲罐配備了監測系統，可永久控制儲罐的運行。

設計理念

薄膜型儲罐的設計理念是將結構、絕緣和氣密性作用明確分離，使得每個部分得以最佳化，有效避免事故的發生。並且這樣一種設計也使得焊接應力趨於零，薄膜材料不會出現裂紋擴一展，即使在循環載入的情況下也不會出現裂紋擴展。

與常見儲罐對比

結構對比

薄膜技術的設計理念是將各個功能部分分隔開來，這也是和常見的9%鎳鋼技術不同之處。薄膜型儲罐和9%鎳鋼全包容儲罐的對比示意圖如圖5。

圖5

(1)對於薄膜型儲罐一般按照蒸發率為0.05 %計算，絕緣填充層的厚度小於0.4m;在相同的條件下，由於技術與安裝的限制，常見的9%鎳鋼全包容儲罐的絕緣層厚度一般為1m左右。

(2)對於9%鎳鋼全包容儲罐，罐底採用的是泡沫玻璃磚以起到保冷作用，需敷設兩層，其厚度達到0.6 m左右;而對於薄膜型儲罐，其罐底和罐壁結構相同，其厚度仍然小於0.4m。

(3)對於9%鎳鋼全包容儲罐，從鋁吊頂到抗壓環之間的距離一般為3m左右。而薄膜型儲罐僅需1.5 m。

(4)薄膜型儲罐的內罐(即波狀薄膜)為1.2mm厚的不鏽鋼，而9%鎳鋼全包容儲罐，在內罐下端轉角處9%鎳鋼的厚度就達到了40mm，可見在內罐厚度上薄膜型儲罐也更優。

(5)薄膜型儲罐的絕緣填充層始終處於氮氣環境中，而不是天然氣或其他氣體。

建設工時對比

以建設1.6萬立方米LNG儲罐為例，對薄膜型儲罐和90Io鎳鋼全包容儲罐的建設工時進行對比(不包括管理和質量控制如下表。

從上表可以看出，薄膜型儲罐的建設工期比9%鎳鋼全包容儲罐節省了2850 h。薄膜型儲罐主要節省了罐壁罐底襯板的敷設時間以及建設內罐和熱角保護的時間。薄膜型儲罐可以節省約23%的工時。

優點

(1)薄膜型儲罐保證了儲罐結構和氣密結構的獨立性，可進行混凝土結構的液壓和氣動試驗、熱角保護的完整性檢測以及內罐完整性檢測。

(2)由於要承載絕緣體，因此，如果在同一地址建設9%鎳鋼全包容儲罐和薄膜型儲罐，那么後者的混凝土外壁就要比前者的混凝土外壁堅固。

(3)薄膜只是作為儲存液體的容器，無論儲罐的容積有多大，薄膜塊的結構設計都是相同的。

(4)薄膜型儲罐沒有容積的理論極限，25萬立方米甚至32萬立方米的儲罐都是可以考慮的。而對設計的限制就只涉及到混凝土外罐和土建部分。

(5)基於薄膜概念的設計，一級薄膜在循環載入的情況下具有無裂紋擴展的特性，從而防止了泄漏擴大。此外，焊接處應力接近於零，所以裂紋擴展的可能性極小。

(6)監控系統可通過對絕緣填充層氣體的分析來對內罐的整體性和氣密性進行永久監測。

(7)薄膜型儲罐的靜水壓力測試和9%鎳鋼全容儲罐不同，它要在安裝薄膜和絕緣填充層之前進行，可利用海水進行靜水壓力測試，而無需採取其他具體措施。

(8)與9%鎳鋼全包容儲罐相比，薄膜可快速冷卻並且更易拆卸(膨脹珍珠岩環形空間需要釋放空氣)。

(9)在混凝土外罐尺寸相同情況下，薄膜型儲罐比9%鎳鋼全包容儲罐容積大10%，這得益於結構的最佳化和薄膜內罐體系的厚度。

(10)與9%鎳鋼全包容儲罐相比，薄膜型儲罐中鎳的含量少得多。例如16萬立方米儲罐，若為9%鎳鋼全包容儲罐，需要至少3000t9%鎳鋼，而薄膜型儲罐只需250t不鏽鋼。

(11)薄膜型儲罐是基於預製的高比率設計的，可進行全程質量控制。且9%鎳鋼全包容儲罐內罐建設所需工時是相同容積薄膜型儲罐的2倍。

(12)薄膜型儲罐比9%鎳鋼全包容儲罐的安裝更簡單，即便對於沒有施工經驗的施工人員，只要經過課程培訓(主要是粘接和焊接)就可以進行操作，無需調派專業施工人員。

(13)薄膜型儲罐與9%鎳鋼全包容儲罐相比可減少10%一35%的投資，並且建設周期短，僅1.6萬時的儲罐就可節省約4個月的工期。更重要的是，在地震頻發區，需要把9%鎳鋼全包容儲罐內罐錨固在基礎上，而薄膜型儲罐內罐不用錨固。

(14)薄膜型儲罐與9%鎳鋼全包容儲罐相比更加環保。