《液化天然气(LNG)储运设备的设计》(李兆慈)

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1、液 化 天 然 气 （ LNG） 储 运 设 备 的 设 计李 兆 慈石 油 大 学 （ 北 京 ） 主 要 内 容 一 、 前 言 二 、 LNG储 运 设 备 简 介 三 、 立 式 LNG储 罐 的 设 计 四 、 LNG槽 车 的 设 计 五 、 无 损 储 存 的 研 究 六 、 需 进 一 步 研 究 的 问 题 1、 前 言天 然 气储 运 方 式 气 态 压 力 储 运 （ CNG ）液 化 储 运 （ LNG ）吸 附 储 运水 合 物 储 运 （ NG H ） 常 用 优 点 缺 点 气 态 压 力 储 运 技 术 成 熟 压 力 高 ， 初 投 资 大 低 温 液 化 储

2、 存 密 度 高 温 度 低 ， 成 本 高 吸 附 储 运 压 力 较 低 吸 附 剂 寿 命 短 ， 吸 附 和 脱 附 周 期 长 水 合 物 储 运 储 存 密 度 高 、 费 用 低 形 成 条 件 苛 刻 ， 实 际 储 量 不 足 天 然 气 储 运 方 法 比 较 LNG储 运 的 优 点 ：= 节 约 风 险 性 管 线 建 设 费 用= 使 远 洋 LNG贸 易 成 为 可 能= LNG的 清 洁 度 高= 调 峰 = 冷 量 利 用 ， 效 益 明 显 =LNG 工 业 链 天 然 气 预 处 理 、 液 化 、 储 存 、 运 输 、 接 收 站 、再 汽 化 装 置

3、天 然 气 液 化调 峰 型 液 化 站 基 本 负 荷 型 液 化 工 厂 LNG储 存管 网用 户 LNG汽 车LNG储 存LNG船接 收 站LNG储 存汽 化 站 LNG加 注 站管 网用 户LNG工 业 链 2、 LNG储 运 设 备 简 介2.1 LNG储 罐 （ 槽 ）=按 容 量 分 类 小 型 储 罐 ： 550m3， 常 用 于 民 用 燃 气 汽 化 站 、 LNG 加 注 站 中 型 储 罐 ： 50100m3， 卫 星 式 液 化 站 、 工 业 燃 气 站 大 型 储 罐 ： 1001000m3， 小 型 LNG 生 产 装 置 大 型 储 槽 ： 100004000

4、0m 3， 基 本 或 调 峰 型 液 化 装 置 特 大 型 储 槽 ： 40000200000m3， LNG 接 收 站 =按 绝 热 结 构 分 类 真 空 粉 末 绝 热 ： 小 型 LNG 储 罐 正 压 堆 积 绝 热 ： 大 中 型 LNG储 罐 与 储 槽 高 真 空 多 层 绝 热 ： 小 型 LNG储 罐 =按 储 罐 （ 槽 ） 的 形 状 分 类 球 形 罐 ： 中 小 容 量 ， 少 量 大 型 储 槽 ， 如 林 德 公 司 40000m3和 日 本 NK K 公 司 5000m3 圆 柱 形 罐 （ 槽 ） ： 各 种 容 量 （ 包 括 子 母 罐 ） =按 放

5、 置 形 式 分 类 地 上 型 ： 地 下 型 ： 半 地 下 型 、 地 下 型 、 地 下 坑 型 2.2 LNG运 输 设 备=LNG槽 船 海 上 运 输 工 具LNG船贮 存 方 式 常 温 压 力 式 全 压 式 低 温 常 压 式 全 冷 式 低 温 压 力 式 半 冷 半 压 式 LNG船 型球 形 储 罐 船 薄 膜 型 舱 船 =LNG槽 车规 格 ： 30、 35、 40、 45m3绝 热 方 式 ： 真 空 纤 维 、 真 空 粉 末 、 高 真 空 多 层半 挂 式 40m 3LNG槽 车 4结 构 基 本 与 槽 车 储 槽 相 似4灵 活 性4目 前 国 内 已

6、 开 发 出 20英 尺 、 40英 尺 罐 箱=LNG罐 箱 =LNG罐 箱 20英 尺 LNG罐 箱 = LNG 管 道 输 送 大 量 的 天 然 气 输 送 ， 采 用 液 体 输 送 比 气 体输 送 更 为 经 济 ， 输 送 量 可 提 高 3.53.7倍 ， 并 能节 约 投 资 24倍 。 一 般 采 用 单 相 流 动 的 稳 定 输送 ， 为 了 保 证 这 一 点 ， 可 以 采 用 提 高 输 送 压 力的 方 法 ， 或 使 液 体 过 冷 ， 以 及 提 高 管 道 的 保 温性 能 等 措 施 。 LNG 管 道 输 送 方 式 ： 汽 化 器 ： 加 压 法泵

7、 送 法 ： LNG 泵冷 态 输 送 法 ： 节 约 了 中 间 加 压 站 ， 降 低 了 管 道 保 温 要 求 ， 终 点 是 低 温 气 体 ， 输 送 费 用 比 液 态 输 送 高 1/3， 比 气 体 输 送 低 60%。 LNG 输 送 管 道 ： 普 通 管 道低 温 绝 热 管 道 堆 积 绝 热真 空 绝 热 动 态 真 空静 态 真 空 3、 立 式 LNG储 罐 的 设 计 容 量 ： 100m3 绝 热 方 式 ： 真 空 粉 末 绝 热 LNG理 论 日 蒸 发 率 ： 0.27% 内 筒 、 管 道 ： 0Cr18Ni9 外 筒 ： 20R 100m3LNG储

8、 罐 实 物 图 LIA PIPG LG HL2 3 45 6 7 8 9 10 111213 14 1517 1816 上 进液 下 进液 排 液 去 气 罐 增 压器去 放 空 系统 去 回 温 器来 自 气 储 罐 增 压器 1 1-外 壳 防 爆 装 置2-抽 真 空 阀3-真 空 计 阀4-金 属 真 空 规5-低 温 截 止 阀7、 8、 9-低 温 截 止 阀10-自 动 调 节 阀11-低 温 截 止 阀12-低 温 角 式 截 止 阀13-安 全 阀14、 15、 16、 17、 18-低温 角 式 截 止 阀100m3LNG储 罐 流程 图 项 目 单 位 内 筒 外 筒

9、备 注 容 器 类 别 三 类 贮 存 介 质 LNG,LN2 最 高 工 作 压 力 0.5 -0.1 “-”指 外 压 设 计 压 力 0.75 -0.1 “-”指 外 压 强 度 试 验 压 力 （ 气 ） 0.93 气 密 性 试 验 压 力 0.75 0.2* *内 筒 同 时 持 压 0.1MPa 管 路 气 密 性 试 验 压 力 0.75 安 全 阀 启 跳 压 力 MPa 0.55 最 低 工 作 温 度 -196 常 温 设 计 温 度 ? -196 常 温 几 何 容 积 105280 42000* *指 夹 层 容 积 有 效 容 积 L 100000 直 筒 8.94

10、 11.2 设 计 厚 度 封 头 8.93 10.2 腐 蚀 裕 量 m m 0 1 主 体 材 质 0Cr18Ni9 20R 主 体 焊 材 H0Cr21Ni10 H08A 焊 接 接 头 系 数 1.0 0.8 空 重 39390 满 重 Kg 85000 LNG 100m3LNG储 罐 技 术 特 性 4、 LNG槽 车 的 设 计 LNG槽 车 运 载 状 态 一 般 是 常 压 ， 温 度约 为 112K的 低 温 。 LNG又 是 易 燃 、 易 爆 的介 质 ， 运 输 中 的 安 全 可 靠 是 至 关 重 要 的 。 技 术 关 键 ：4支 承 ： 冲 击 、 振 动 及

11、冷 补 偿 支 承 构 件 常 选 用 热 导 率 低 而 强 度 高 的 材 料如 玻 璃 钢 、 不 锈 钢 等 受 拉 伸 的 构 件 两 固 定 端 应 留 有 一 定 的 活 动余 隙 ， 否 则 由 于 内 胆 的 冷 收 缩 拉 杆 受 力 太 大 ，会 在 两 固 定 端 产 生 很 大 应 力 。 低 温 储 运 设 备 内 支 承 典 型 结 构 4绝 热真 空 粉 末 绝 热 ： 35m真 空 纤 维 绝高 真 空 多 层 绝 热 : 45m3 多 层 绝 热 阻 光 粉 末纤 维 粉 末 纤 维 泡 沫 、 粉 末 、纤 维真 空 非 真 空10 -5 10-4 10-

12、3 10-2 10-1 1不 同 绝 热 类 型 的 有 效 导 热 系 数 真 空 粉 末 （ 或 纤 维 ） 绝 热 优 点 ： 不 需 要 太 高 的 真 空 度 ， 易 于 对 形 状 复 杂 的 表 面 绝 热缺 点 ： 震 动 负 荷 和 反 复 热 循 环 后 易 沉 降 压 实多 层 绝 热 优 点 ： 绝 热 性 能 优 裕 ， 重 量 轻 ， 与 粉 末 绝 热 比 相 对 预 冷 损 失 小 ， 稳 定 性 好缺 点 ： 难 以 对 复 杂 形 状 绝 热 ， 抽 成 高 真 空 不 易 ， 抽 空 工 艺 较 复 杂 4安 全 技 术 流 程 与 结 构内 胆 安 全

13、阀内 胆 防 爆 膜 装 置绝 热 夹 套 防 爆 膜 装 置紧 急 切 断 阀阻 火 器 4流 程 设 计4液 体 输 送压 力 输 送 ： 转 注 时 间 长 ， 罐 体 设 计 压 力 高泵 送 液 体 ： 转 注 流 量 大 、 时 间 短 泵 后 压 力 高 ， 适 应 各 种 压 力 储 槽 泵 前 压 力 要 求 低 罐 体 设 计 压 力 低 整 车 造 价 高 、 结 构 较 复 杂 实 例 ：l产 品 名 称 ： 半 挂 式 40m3LNG 槽 车l 公 称 容 积 ： 40m3l 有 效 容 积 ： 36m3（ 充 装 系 数 ： 0.90）l 工 作 压 力 ： 0.8

14、MPal 外 形 尺 寸 ： 1633524803886 (长 宽 高 ) 40m3LNG半 挂 式 槽 车 实 物 图 工 艺审 核设 计校 核 标 准 化批 准标 记 处 数 分 区 更 改 文 件 号 签 名 年 月 日 阶 段 标 记 重 量 比 例共 张 第 张序 代 号 名 称 材 料 备 注号 量数 重 量单 件 总 计45m3LNG罐 车 1:30 上 海 交 通 大 学 80 2 半 挂 车 总 成1 牵 引 车 (东 风 日 产 柴 )3 储 罐 1 装 配 件1 成 品 件组 合 件1 总 图 主 要 技 术 特 性 组 装 后 ,罐 体 和 管 道 系 统 以 0.98

15、MPa的 干 燥 氮 气 进 行 整 车 气 密 性 试 验 。和 JB/T6897-93 低 温 液 体 槽 车 的 要 求 。罐 车 还 应 符 合 GB7285-1997 机 动 车 运 行 安 全 技 术 条 件 、 JB4185-86 半 挂 车 通 用 技 术 条 件 罐 车 所 有 活 动 配 合 部 位 在 装 配 时 应 加 注 润 滑 剂 。罐 车 所 用 的 各 种 安 全 附 件 均 应 有 出 厂 检 验 合 格 证 ， 其 中 安 全 阀 、 压 力 表 校 验 合 格 后 应 加 铅 封 。4.6.5.3.容 器 按 GB150-1998 钢 制 压 力 容 器

16、进 行 制 造 、 试 验 及 验 收 ， 技 术 要 求 按 图 验 收 。气 体 汽 车 罐 车 安 全 监 察 规 程 的 有 关 规 定 。本 罐 车 是 用 于 运 输 液 化 天 然 气 的 低 温 液 体 运 输 车 ， 其 制 造 、 检 验 与 验 收 应 遵 守 液 化1.2. 技 术 要 求 A 向 16500kg 17440kg1 2 3 LNG半 挂 式 槽 车 储 罐 结 构 示 意 图专 利 号 ： ZL00249960.61.外 壳 2.绝 热 层 3.内 胆 4.径 向 支 承 5.常 温 吸 气 剂 6.轴 向 支 承 7.低 温 吸 气 剂 半 挂 式 4

17、0m3LNG 槽 车 主 要 技 术 参 数 项 目 单 位 参 数 牵 引 车 型 号 CWA54HT1Z 发 动 机 功 率 Ps/rpm 340/2200 整 备 质 量 kg 32123 最 大 总 质 量 kg 48215 外 形 尺 寸 m m 1633524803886 最 高 车 速 km /h 89 最 小 转 弯 半 径 m 12 最 大 爬 坡 度 度 ( ) 23 轮 距 (前 /后 /半 挂 ) m m 2015/1860/1860 整 车 燃 油 消 耗 量 L/100km 40 最 高 工 作 压 力 MPa 0.8 设 计 压 力 MPa 0.88 设 计 温

18、度 C -196 主 要 材 料 0Cr18Ni9 几 何 容 积 m 3 40 充 装 介 质 LNG(LN2/ LO2 /LAr) 充 装 质 量 kg 16092 罐 体 绝 热 方 式 高 真 空 多 层 绝 热 贮 槽 LNG 日 蒸 发 率 0.30% 项 目 单 位 参 数 牵 引 车 型 号 CWA54HT1Z 发 动 机 功 率 Ps/rpm 340/2200 整 备 质 量 kg 32123 最 大 总 质 量 kg 48215 外 形 尺 寸 m m 1633524803886 最 高 车 速 km /h 89 最 小 转 弯 半 径 m 12 最 大 爬 坡 度 度 (

19、 ) 23 轮 距 (前 /后 /半 挂 ) m m 2015/1860/1860 整 车 燃 油 消 耗 量 L/100km 40 最 高 工 作 压 力 MPa 0.8 设 计 压 力 MPa 0.88 设 计 温 度 C -196 主 要 材 料 0Cr18Ni9 几 何 容 积 m 3 40 充 装 介 质 LNG(LN2/ LO2 /LAr) 充 装 质 量 kg 16092 罐 体 绝 热 方 式 高 真 空 多 层 绝 热 贮 槽 LNG 日 蒸 发 率 0.30% = LNG槽 车 的 发 展 方 向4大 型 化4列 车 化4高 速 化 5、 LNG无 损 储 存 的 研 究=

20、 无 损 储 存 时 间 的 影 响 因 素 漏 热 量 （ 日 蒸 发 率 ） 充 满 率 环 境 温 度 容 器 使 用 压 力 温 度 分 层低 温 容 器 内 压 力 的 升 高 是 无 损 储 存 破 坏 的 直 接 因 素 卧 式 容 器 中 低 温 液 体 流 动 过 程 示 意 图 4模 型 饱 和 均 质 模 型 均 相 表 面 蒸 发 模 型 热 分 层 模 型 俄 罗 斯 模 型 俄 罗 斯 模 型 的 修 正 模 型 4计 算 模 型 （ 修 正 模 型 ） )8.008.24204( )268.0253.5909.6678.3)(83.066.12125.2( 020

21、 020302 HH ppk 80.020.00 )8.008.24204( )8732.8314.39297.5859.285)(83.066.12125.2( 020 020302 HH ppk 0.180.00 可 视 化 程 序 编 制 6、 需 进 一 步 研 究 的 问 题 我 国 LNG应 用 开 发 较 迟 ， 虽 然 目 前 开 发 的 几 种 贮运 设 备 很 快 达 到 国 际 同 类 水 平 ， 但 从 整 个 国 家 利 用天 然 气 资 源 、 提 高 经 济 性 来 看 ， 还 与 国 际 上 存 在 差距 。 因 此 ， 在 LNG储 运 设 备 的 研 究 中 ， 注 重 各 种 类 型的 LNG储 运 设 备 的 研 制 外 ， 并 应 重 点 进 行 以 下 几 方 面的 研 究 工 作 。 = LNG储 存 非 稳 定 性 的 研 究4 LNG的 迁 移 性 （ 密 度 、 导 热 系 数 、 粘 性 等 ）4 分 层4 涡 旋4 计 算 机 模 拟 与 试 验 工 作 = 新 型 绝 热 结 构 与 绝 热 材 料 的 研 究= 新 型 支 承 结 构 的 研 究= LNG用 配 套 阀 门 、 仪 表 的 研 发