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LNG 低温储罐开发技术研究论文

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  关键词:LNG;低温储罐;耐久性;开发技术

  0引言

LNG 低温储罐开发技术研究论文

  液化天然气是经过冷却至极低温(-162℃)后的天然气形态,广泛应用于发电、供暖、交通等各个领域。为实现LNG的长期储存和运输,离不开低温储罐技术。

  1低温储罐开发优势

  低温储罐是用于储存和运输液化天然气(LNG)的重要设施,具备以下技术优势:

  (1)低温绝热性能。LNG储罐采用高性能绝热材料和先进的设计结构,能够有效防止热量进入或逃逸,从而维持LNG的低温状态。这种绝热性能有助于降低液化天然气的蒸发损失,提高储罐的效率和经济性。

  (2)大容量和灵活性。LNG储罐可以设计为非常大的容量,能够存储大量的液化天然气。这种大容量使得LNG终端用户可以获得持续供应,并满足不同需求的灵活性。

  (3)高度安全性。其结构和材料能够承受液化天然气的高压和低温,同时采用多重防护系统,如泄漏检测和报警系统、气体浓度监测等,以确保操作人员和环境的安全。

  (4)节能环保性。在液化天然气运输和储存过程中,其高效的储运方式能够最大程度地降低能源消耗和环境影响。

  (5)长寿命和可靠性。LNG储罐采用高强度和耐腐蚀的材料,具有较长的使用寿命。储罐设计和制造符合国际标准和规范,经过严格的质量控制和检测,保证了其可靠性和运行的稳定性。

  总之,LNG低温储罐凭借其优异的绝热性能、大容量和灵活性、安全性、节能环保以及长寿命和可靠性等技术优势,为液化天然气行业的发展提供了重要支撑。

  2储罐开发过程中存在的问题

  2.1低温环境下的材料耐久性问题

  液化天然气作为一种清洁、高效的能源形式,其储存和运输过程中通常使用低温储罐。然而,低温环境对储罐材料的耐久性提出了一些技术挑战和问题。

  (1)材料脆性。在极低的温度下,许多材料会变得脆化,失去原有的韧性,导致材料出现裂纹,甚至可能引发事故。因此,需要选择具有足够韧性的材料,以适应低温环境。

  (2)材料疲劳寿命。由于LNG储罐在储存和运输过程中会发生周期性的热胀冷缩,材料会承受不断的应力变化,疲劳寿命可能会大幅缩短,导致材料失效。因此,需要选择具有较高疲劳寿命的材料,以确保储罐的安全运行。

  (3)材料的耐腐蚀性能。LNG储罐内可能存在一些腐蚀性物质,如硫化氢等,这些物质在低温下可能引发腐蚀,并对材料造成损害。

  因此,需要选择具有良好耐腐蚀性能的材料,以防止储罐受到腐蚀。在材料选择方面,虽然很少有材料能够在极低的温度下保持足够的强度和韧性,同时满足经济和可行性的要求,但是可以通过合理的材料设计和加工工艺来提高储罐的耐久性。

  2.2系统安全问题

  储存和运输使用低温储罐存在着系统安全方面的问题。

  液化天然气低温储罐开发技术面临着火灾和爆炸风险。由于LNG在低温下能够迅速蒸发并形成可燃气体,一旦出现泄漏或爆炸等意外情况,在储罐内积聚的能量可能引发严重的火灾和爆炸。

  液化天然气低温储罐系统存在着泄漏和渗漏的风险。LNG储存在极低温下可能会导致储罐材料的收缩和变形,从而产生裂缝或接口松动,导致泄漏或渗漏。这不仅会造成能源的浪费,还会对环境造成污染,并可能引发火灾和爆炸。

  液化天然气低温储罐系统还需要考虑天然灾害和人为破坏等外部因素的影响。例如,地震、风暴和洪水等自然灾害可能对储罐系统造成破坏,导致泄漏和安全事故。

  恶意破坏和恐怖袭击等人为因素也可能对储罐系统带来严重的危害。

  2.3费用和经济性问题

  由于LNG的低温要求相对较高,储罐需要采用具有良好绝热性能的材料和结构,以降低能量损失。为了确保储罐的安全性,还需要投入大量的资金用于火灾探测、泄漏检测以及安全措施等。这些成本需要在液化天然气项目的规划和设计中充分考虑,对于项目的经济性和可行性确实带来了一定的挑战。

  液化天然气低温储罐的维护和运营成本也较高。由于储罐长期处于极低温环境下,对设备维护和管理提出了更高的要求。液化天然气低温储罐需要定期进行维修和检测,以确保其安全运行。而且储罐需要进行定期保温和冷却,以减少能量损失,这些维护和运营成本对于储罐的经济性和可持续性也提出了一定的挑战。

  液化天然气低温储罐的建设和运营时间较长,需要考虑到资本投入回报周期的问题。建设一个液化天然气低温储罐项目通常需要数年的时间,而运营周期通常也较长。这意味着资本投入需要等待较长的周期来回收,对投资者的风险偏好和资金流动性确实提出了一定的要求。液化天然气市场波动性也对液化天然气低温储罐的经济性产生影响。

  液化天然气市场的价格受到供需关系、国际政治因素和能源政策等多重因素的影响,价格波动较大。这也会对LNG低温储罐项目的回报和盈利能力产生一定的不确定性,需要投资者具备相应的风险管理能力。

  3 LNG低温储罐开发技术要点

  3.1内胆设计

  储罐是存储和运输液态天然气的关键设备,其内胆设计至关重要。

  (1)满足低温环境下的温度要求。内胆采用低温钢材或其他具有良好低温性能的材料,如镍合金等。

  (2)考虑液化天然气的密度和压力。内胆需具备足够的强度和刚度,能够承受液化天然气的压力,并防止内部失压。

  (3)考虑液化天然气的膨胀性。内胆设计需考虑到气体体积的膨胀,要有足够的膨胀空间来容纳气体的增加,以防止内部压力过高。

  (4)保温设计。内胆采用多层隔热材料,如泡沫塑料、玻璃棉等,以减少传热损失和减缓温度变化。

  (5)考虑储罐的结构和施工要求。内胆的造型和安装需便于施工和维护,以满足储罐的操作和维护需求。

  (6)考虑耐腐蚀性能。内胆需考虑耐腐蚀性能,以应对液化天然气中可能含有的腐蚀性物质。

  通过以上要点,可以确保储罐在低温环境下安全、有效地存储和运输液化天然气。

  3.2绝热层设计

  绝热层是液化天然气低温储罐中的核心组件,它的设计旨在最大限度地减少热能传输,确保储罐内的低温环境,从而保证LNG的稳定存储和运输。

  绝热材料的选择。选择高效的绝热材料,如泡沫玻璃和聚氨酯泡沫,是非常重要的。这些材料具有低导热系数,能够显著减少热量传输,降低能量损失。此外,它们还具备优良的耐低温、耐腐蚀和机械强度高等特性,能够适应LNG储罐的严苛工作环境。

  通常采用多层结构设计,包括内外两层绝热材料和中间层的防潮层。内外两层绝热材料的厚度和密度需要进行精确的计算和模拟,以确保满足储罐的散热需求和绝热效果。防潮层的设计能够防止潮气侵入绝热层,减少水分的积累,从而防止绝热材料受潮和绝热效果的降低。

  绝热层的安装方法。在安装绝热层时,需要考虑到施工的便利性和绝热性能的保证。通常采用预制绝热板进行安装,通过密封接头和专用胶水进行连接,以确保绝热层的连续性。同时,还需要注意绝热层与储罐壁的贴合度和固定性,以防止热桥效应和绝热层的脱落。

  在使用过程中,绝热层可能会受到机械冲击、温度变化和湿度的影响。因此,需要定期进行维护和检测。维护工作包括绝热层的清洁、检修和更换损坏部分,以保持其完整性和绝热性能。检测则包括使用红外热像仪等设备进行绝热层的热效果检测和温度分布分析,以及使用超声波检测仪进行绝热层的损伤和腐蚀检测[1]。

  3.3外壳设计

  外壳设计在储罐开发技术中占据重要地位,它直接关系到储罐的结构稳定性、容量承载能力及防护性能。

  外壳材料的选择。鉴于储罐所处的低温环境及液化天然气的特性,外壳材料必须具备出色的低温性能和抗腐蚀能力。常用的外壳材料有碳钢、低温钢和不锈钢等,根据实际需求及工程规范,选择恰当的外壳材料是确保储罐安全运行和长期耐久性的基础。

  外壳结构设计。外壳结构必须能够承载液化天然气的重量和压力,同时抵御外部环境如风、地震等带来的荷载。通常,外壳采用圆筒形设计,底部配备圆拱顶,以提供优异的刚度和承载能力。为增强稳定性,常在内壳与外壳间设置隔离空间,并采用高效支撑结构来分担荷载。

  监测与防护需求。为确保储罐安全,外壳设计需考虑配备监测系统,如温度传感器、压力传感器和液位传感器等,用于实时监控储罐的工作状态和识别异常情况。同时,设置防护层以防止外壳受损和腐蚀,从而维护储罐的结构完整性。

  外壳施工必须严格遵循相关标准和规范,以确保结构的质量和稳定性。维护工作包括定期检查外壳及其防护层的完整性,并及时处理任何缺陷和损伤。

  3.4储罐制造

  储罐的制造涉及复杂的工艺流程,并需要进行严格的质量控制。

  液化天然气储罐需要使用具有良好低温性能和耐腐蚀性能的材料。常见的材料包括低温钢和不锈钢,这些材料能够在极低温下保持良好的强度和韧性,并且能够抵御液化天然气中存在的腐蚀性物质对储罐的腐蚀。

  制造工艺的控制。液化天然气低温储罐的制造需要遵循严格的工艺控制和质量管理,包括对制造过程中的焊接、加热、成形等工艺参数的控制和监测。焊接工艺特别重要,需要采用合适的焊接方法和参数,确保焊接质量和强度达到要求,并避免产生焊接缺陷。

  制造过程中的质量检验。为确保储罐的质量和安全性能,制造过程中需要进行严格的质量检验,包括材料的检验、焊接接头的无损检测、成型后的尺寸检查等。常见的检测方法包括超声波检测、放射性检测和磁粉检测等,以发现潜在的缺陷和问题,并采取相应的纠正措施。

  满足规范和标准要求。对液化天然气低温储罐的制造过程,还需要满足相应的规范和标准要求,包括国家和行业标准的遵循。制造过程中应按照这些规范进行设计、材料选择、制造、质量检验等,并确保储罐的合规性和安全性能。

  表面处理和涂层保护。液化天然气储罐的表面需要经过除油、除锈等处理,并进行环氧涂层或聚氨酯涂层等防腐保护,以减少外界环境对储罐的腐蚀[2]。

  3.5储罐组装

  在液化气产业链中,储罐作为安全储存和运输液化天然气的关键设备,其组装工作在项目开发中具有举足轻重的地位。

  储罐的组装过程必须严格遵循相关规范和标准。设计和施工单位应充分了解并遵循如ASMEⅧ、API 620等规范,以确保储罐的结构强度、密封性等各项性能达到要求。

  在储罐组装过程中,防止焊接热应力和变形是关键。由于液化天然气储罐的介质低温特性,焊接时需要控制焊缝局部温度,避免内力集中和焊缝裂纹。因此,需要合理安排焊接顺序,并采用预热、后热和焊缝处理等措施,以控制焊接产生的应力和变形。

  材料的选择和质量控制在储罐组装中至关重要。储罐通常采用低温合金钢材料,如9%镍钢、低温碳钢等。在材料选择上,应考虑其韧性、抗裂纹性能以及耐腐蚀性等因素。采购时,应要求提供合格证书和材料化学成分分析报告,确保所使用的材料达到要求。

  绝热层在液化天然气低温储罐中具有重要地位。由于低温介质的特殊性,绝热层的质量直接关系到储罐的热损失和保温效果。因此,在绝热层的施工中,应采用合适的材料,如聚氨酯泡沫、玻璃棉等,并确保绝热层的完整性和质量。在储罐组装过程中,施工安全也不容忽视。液化天然气是一种易燃、易爆的危险介质,因此,储罐施工现场必须严格遵守相关的安全规范和操作流程,并采取适当的防火、防爆措施。同时,应配备合适的消防设备和安全保护设施。

  储罐组装完成后,严格的检测和验收工作是必不可少的环节。这包括外观检查、焊缝无损检测、介质密度测试等,以确保储罐的安全性和可靠性。

  总之,液化天然气低温储罐的组装技术要点包括遵循规范施工、控制焊接热应力和变形、选择合适的材料和质量控制、重视绝热层施工、注意施工安全以及进行严格的检测和验收。这些要点的严格执行将确保储罐的结构强度和安全性,为液化天然气行业的发展提供坚实的保障[3]。

  3.6储罐内外检测

  储罐是将天然气冷却至极低温下储存的设施,它在现代能源领域具有广泛的应用。为确保LNG储罐的安全运行,开发适用的储罐内外检测技术至关重要。

  储罐内部检测是确保储罐完整性和安全运行的关键部分。关于储罐内部检测:第一,测量液位。准确测量LNG液位是储罐内部检测的首要任务。传统的液位监测方法包括浮球测量和差压测量,但由于LNG的极低温度和高压要求,需要使用专门设计的液位传感器。第二,检测压力。LNG储罐内部压力的监测是确保储罐安全运行的重要组成部分。为实现有效的压力监测,需要在储罐内部布置合适的传感器,并与储罐控制系统实现实时数据传输和报警。第三,温度监测。LNG储罐内温度的监测对确保液态天然气保持在适宜的温度范围内至关重要。通过合适的温度传感器和配套的数据采集系统,可以实时监测储罐内的温度变化,并做出相应的控制调整。第四,气体成分检测。由于液态天然气中可能存在杂质或其他不良成分,必须进行成分检测以确保LNG的质量和安全性。这可以通过使用气体分析仪和质谱仪等高精度设备进行。

  除了储罐内部检测,储罐外部检测也是确保LNG储罐安全运行的重要部分。第一,储罐壁腐蚀检测。LNG储罐壁腐蚀是导致储罐泄漏和事故的主要原因之一。使用超声波技术、磁粉检测和涡流检测等技术,可以对储罐壁进行定期检测,及早发现和修复潜在腐蚀问题。第二,可燃气体检测。LNG储罐周围的可燃气体泄漏是潜在的火灾和爆炸风险。使用气体探测器和火焰检测器等设备,可以实时监测周围环境中可燃气体的浓度,并及时发出警报。第三,地震监测。地震是导致LNG储罐损坏的主要自然灾害。通过安装地震监测设备,可以实时监测地震活动,并及时启动保护系统以确保储罐的安全。总之,液化天然气低温储罐开发技术要点包括储罐内部的液位、压力、温度和气体成分检测,以及储罐外部的壁腐蚀、可燃气体和地震监测。通过采用先进的检测技术和设备,可以确保LNG储罐的安全运行,并最大程度降低潜在风险[4]。

  4结语

  液化天然气低温储罐开发技术的持续进步将推动LNG行业的可持续发展。通过不断的研究和创新,未来的液化天然气低温储罐将更加安全可靠、高效节能,并成为清洁能源产业链中的核心环节,为全球能源转型作出重要贡献。

  参考文献:

  [1]胡绍辉.浅谈大型低温储罐三层罐壁板安装施工技术[J].石油化工设备技术,2023,44(3):7-11,75.

  [2]杨贺同.陆基低温储罐双面同步埋弧焊工艺及应用研究[J].世界有色金属,2022(21):214-216.

  [3]袁斌.超低温储罐液化天然气储罐的应用及技术安全[J].当代化工研究,2022(19):131-133.

  [4]李治阳.低温储罐用13MnNi6-3钢板焊接性能研究[J].广州化工,2022,50(19):200-202,220.

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