LNG儲罐ppt課件

精選,1,LNG儲罐的相關(guān)知識任鴻彬,精選,2,LNG儲罐,LNG儲罐屬常壓、低溫大型儲罐,精選,3,LNG低溫儲罐的特殊要求,(1)耐低溫。常壓下液化天然氣的沸點為-160。LNG選擇低溫常壓儲存方式,將天然氣的溫度降到沸點以下,使儲液罐的操作壓力稍高于常壓,與高壓常溫儲存方式相比,可以大大降低罐壁厚度,提高安全性能。因此,LNG要求儲液罐體具有良好的耐低溫性能和優(yōu)異的保冷性能。(2)安全要求高。由于罐內(nèi)儲存的是低溫液體,儲罐一旦出現(xiàn)意外,冷藏的液體會大量揮發(fā),氣化量大約是原來冷藏狀態(tài)下的300倍,在大氣中形成會自動引爆的氣團。因此,API、BS等規(guī)范都要求儲罐采用雙層壁結(jié)構(gòu),運用封攔理念,在第一層罐體泄漏時,第二層罐體可對泄漏液體與蒸發(fā)氣實現(xiàn)完全封攔,確保儲存安全。,精選,4,(3)材料特殊。內(nèi)罐壁要求耐低溫,一般選用9Ni鋼或鋁合金等材料,外罐壁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。(4)保溫措施嚴格。由于罐內(nèi)外溫差最高可達200,要使罐內(nèi)溫度保持在-160,罐體就要具有良好的保冷性能,在內(nèi)罐和外罐之間填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料還要有足夠的承壓性能。,精選,5,(5)抗震性能好一般建筑物的抗震要求是在規(guī)定地震荷載下裂而不倒。為確保儲罐在意外荷載作用下的安全,儲罐必須具有良好的抗震性能。對LNG儲罐則要求在規(guī)定地震荷載下不倒也不裂。因次,選擇的建造場地一般要避開地震斷裂帶,在施工前要對儲罐做抗震試驗,分析動態(tài)條件下儲罐的結(jié)構(gòu)性能,確保在給定地震烈度下罐體不損壞。(6)施工要求嚴格儲罐焊縫必須進行100%磁粉檢測(MT)及100%真空氣密檢測(VBT)。要嚴格選擇保冷材料,施工中應(yīng)遵循規(guī)定的程序。為防止混凝土出現(xiàn)裂紋,均采用后張拉預(yù)應(yīng)力施工,對罐壁垂直度控制十分嚴格。混凝土外罐頂應(yīng)具備較高的抗壓、抗拉能力,能抵御一般墜落物的擊打;由于罐底混凝土較厚,澆注時要控制水化溫度,防止因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的開裂。,精選,6,1、內(nèi)罐壁內(nèi)罐壁是低溫儲罐的主要構(gòu)件,由耐低溫、具有較好機械性能的鋼板焊接而成,一般選用A5372級、A516Gr.60、Gr18Ni9、ASME的304等特種鋼材。如某罐內(nèi)罐底板和環(huán)板選用厚16mm、材質(zhì)為A537CL2的鋼板,其余板則可選用厚6.35mm、材質(zhì)為A537CL1的鋼板。,精選,7,2、保冷層(1)罐壁保冷。外罐襯板內(nèi)側(cè)噴涂聚氨酯泡沫,一般要求聚氨酯泡沫導(dǎo)熱系數(shù)0.03W/(mK),密度4060kg/m3,厚度150mm左右。(2)罐頂保冷。內(nèi)罐頂采用懸吊式巖棉保冷層,如某罐罐頂設(shè)置了4層玻璃纖維保冷層,每層厚100mm,玻璃纖維棉的密度為16kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)為0.04W/(mK),精選,8,（3）罐底保冷罐底保冷比較復(fù)雜,除了鋼板下噴涂聚氨酯泡沫外,還要設(shè)計防水結(jié)構(gòu)。下圖是某罐罐底的保冷結(jié)構(gòu),包括65mm厚的墊層,60mm厚的密實混凝土,2mm厚的防水油氈,2層各100mm厚的發(fā)泡玻璃,最后用70mm厚混凝土覆蓋,以保護外罐混凝土不受過低溫度的影響。,精選,9,3、混凝土外罐混凝土外罐壁、外罐頂由預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土及耐低溫鋼襯板構(gòu)成?；炷翉姸葢?yīng)25MPa。外罐頂和罐壁要能承受氣體意外泄漏產(chǎn)生的內(nèi)壓力,因此,鋼筋混凝土要具備足夠的抗拉強度。對于大型儲罐,為使預(yù)應(yīng)力混凝土罐壁均衡受力,可采用等強不等厚或等厚不等強的設(shè)計方法。,精選,10,低溫絕熱技術(shù),絕熱：減少或抑制熱流從高溫流向低溫。絕熱方式：1）堆積絕熱2）高真空絕熱3）真空粉末絕熱4）高真空多層絕熱5）高真空多屏絕熱,精選,11,堆積絕熱：選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的絕熱材料裝填在在需要絕熱的部位上以達到絕熱的目的。堆積絕熱材料的種類:（1）泡沫型聚氨酯、聚苯乙烯、橡膠等（2）粉末型珠光砂（3）纖維型玻璃纖維、礦棉、石棉（2）和（3）共同使用,精選,12,LNG儲罐形式,按儲罐的設(shè)置方式：地上儲罐和地下儲罐按儲罐結(jié)構(gòu)形式：單包容罐、雙包容罐、全包容罐及膜式罐,精選,13,按容量分類（1）小型（550m3）：常用于民用LNG汽車加注點及民用燃氣液化站等。（2）中型（50100m3）：多用于工業(yè)燃氣液化站。（3）大型（1001000m3）：適用于小型LNG生產(chǎn)裝置。（4）大型（1000040000m3）：用于基本負荷型和調(diào)峰型液化裝置。（5）特大型（40000200000m3）：用于LNG接收站。,精選,14,LNG儲罐球形,按形狀分類,精選,15,LNG儲罐圓柱形,精選,16,大型LNG儲罐-圓柱形,精選,17,按LNG儲罐設(shè)置方式：,精選,18,按結(jié)構(gòu)型式分：單包容罐、雙包容罐及全包容罐,精選,19,儲罐主要技術(shù)參數(shù),外罐內(nèi)徑82000mm，內(nèi)罐直徑80000mm，外罐總高度49925mm，內(nèi)罐總高度35430mm。,精選,20,精選,21,第二節(jié)儲罐的結(jié)構(gòu)與建造,精選,22,由于全容罐具有更高的安全性，在LNG儲存越來越大型化并且對儲存安全性要求越來越高的今天，全容罐得到更多的采用也是必然的。,地上,地下,精選,23,（一）全容罐結(jié)構(gòu),外罐-預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土內(nèi)罐-9%Ni鋼保冷層-膨脹珍珠巖、彈性玻璃纖維或泡沫玻璃磚等材料絕熱保溫,精選,24,1-混凝土罐頂蓋；2-金屬頂；3-懸掛式平臺4-玻璃絲保溫層；5-聚氨酯泡沫保溫層；6-18Cr-8Ni不銹鋼薄膜;7-混凝土側(cè)墻;8-混凝土隔離墻；9-側(cè)面加熱系統(tǒng);10-混凝土底板;11-底部加熱器;12-砂礫層,精選,25,全容LNG儲罐特點：（1）大大減小外部撞擊、飛行物對罐的威脅。（2）消防的噴淋不需要覆蓋整個罐頂。（3）混凝土頂儲罐的內(nèi)壓可以設(shè)計得更高，減少了BOG的量，減少了操作費用，而且由于此壓力高于LNG船艙壓，BOG返回船艙不需要增壓機，減少了設(shè)備投資和操作費（4）工期長,精選,26,1、設(shè)計要求,（1）內(nèi)罐設(shè)計溫度：-170+60設(shè)計壓力：29kPa（真空1.5kPa）（2）外罐安全經(jīng)受6h的外部火災(zāi)；承受地震加速度0.21g；承受風(fēng)力70m/s；抗?jié)B性：當發(fā)生內(nèi)罐LNG溢出時，外罐混凝土墻至少要保持10cm厚不開裂并保持2MPa以上的平均壓力；日最大蒸發(fā)率0.05%（質(zhì)量）,精選,27,（3）設(shè)計標準,儲罐的基本設(shè)計規(guī)范為BS7777。其它相關(guān)規(guī)范有API620、ACI318、NFPA59A,精選,28,2、內(nèi)罐,（1）板材內(nèi)罐壁板材料為含鎳9%的合金鋼板，如廣東大鵬LNG接收站采用ASTMA553MType1。,9%Ni鋼板（ASTMA553MType1）化學(xué)成分%,9%Ni鋼板（ASTMA553MType1）機械性能,精選,29,（2）罐底,罐底鋪設(shè)兩層9%Ni鋼板，厚度為6mm和5mm。底板外圈為環(huán)板，兩層底板中間為保溫層、混凝土層、熱氈層和干沙層。,精選,30,（3）罐壁,罐壁分層安裝，分層數(shù)按板材寬度而定。對于容積16104m3以上的全容罐一般有10層。最底層壁板厚度24.9mm，最上層壁板厚度12mm。內(nèi)罐外壁用保溫釘固定絕熱保溫材料。,精選,31,（4）罐頂,內(nèi)罐頂部為懸掛式鋁合金吊頂，以支撐罐頂膨脹珍珠巖保溫層。,精選,32,坐基式內(nèi)罐底板直接坐落在基礎(chǔ)上，為防止罐內(nèi)的低溫使土壤凍脹，坐基式基礎(chǔ)需要配置加熱系統(tǒng)。架空形混凝土柱澆灌，可以不設(shè)加熱系統(tǒng),（1）罐基礎(chǔ),精選,33,（2）罐墻壁,全容罐的外罐墻用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土制成。墻體豎向采用VSL預(yù)應(yīng)力后張束，兩端錨固于混凝土墻底和頂部。墻體環(huán)向采用同樣規(guī)格的鋼絞線組成的VSL預(yù)應(yīng)力后張束，環(huán)向束沒束圍繞混凝土墻體半圈，分別錨固于布置成90o的四根豎向扶壁柱上。墻體內(nèi)置入預(yù)埋件以固定防潮襯板及罐頂承壓環(huán),精選,34,（3）罐頂,罐頂蓋為鋼筋混凝土球面穹頂，支承于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土圓形墻體上。球面穹頂混凝土由H鋼梁、頂板及鋼筋構(gòu)成加強結(jié)構(gòu)，頂面上設(shè)有工作臺，放置運行控室設(shè)備及儀表、閥等?；炷榴讽攦?nèi)設(shè)有碳鋼鋼板內(nèi)襯，施工時作為模板，使用時可以防止氣體泄漏。,精選,35,全容罐的建造,（一）外罐建造（二）內(nèi)罐建造（三）焊接（四）后續(xù)工作,精選,36,（一）外罐建造,精選,37,外罐建造,精選,38,（一）外罐建造,精選,39,1、墻體澆筑外罐墻體澆筑是混凝土工作量最大的部分。按照通常鋼筋混凝土施工程序，在布置鋼筋，安裝預(yù)應(yīng)力護套、預(yù)埋件和模板后，進行混凝土澆筑、養(yǎng)護。對于近40m高的墻體，需要分層從下至上逐層澆筑。,精選,40,2、安裝承壓環(huán),在澆筑最上層墻體前，安裝承壓環(huán)。在按照承壓環(huán)結(jié)構(gòu)分段預(yù)制，預(yù)埋螺栓焊接完成后，吊裝于罐壁頂部組裝焊接，檢驗合格后進行混凝土澆筑。,精選,41,3.氣升罐頂,罐頂結(jié)構(gòu)在罐底預(yù)制完成后與罐壁密封，為防止氣升過程的傾斜、偏移，罐頂上均布平衡鋼索，一端固定在罐底中心，另一端固定在承壓環(huán)上。使用鼓風(fēng)機鼓風(fēng)，在空氣壓力下，罐頂勻速、平穩(wěn)升起。罐頂?shù)轿缓?，與預(yù)埋于墻體的頂部承壓環(huán)固定、焊接。壓縮空氣吹升法，可減少高空作業(yè)工作量，所需施工機具和設(shè)備少，對施工進度和安全有利。,精選,42,吹頂風(fēng)機啟動,吹頂過程中,升頂即將到位測量,升頂?shù)轿还潭?精選,43,4、罐頂建造,罐頂為球面結(jié)構(gòu)，H型鋼作為鋼梁，頂部鋪碳鋼板，預(yù)板上焊接預(yù)埋螺栓，升頂后固定于澆筑在混凝土罐壁頂部的承壓環(huán)上。同時在罐底預(yù)制鋁合金吊頂，吊頂桿用螺栓連接于罐頂鋼梁上，然后將預(yù)制好的鋁合金吊頂提升與吊頂桿連接。氣升前，將罐頂上的入孔、接管、電纜托架等附件一塊安裝上去，以減少高空作業(yè)工作量。布鋼筋完成后分兩次澆筑混凝土。,精選,44,球形頂組裝,精選,45,5、罐壁預(yù)應(yīng)力張拉,預(yù)應(yīng)力設(shè)計：為抵御各類荷載和作用，在外罐布置預(yù)應(yīng)力筋，張拉后在罐體混凝土中建立合理的預(yù)壓應(yīng)力，以保證LNG不至外泄?；炷翂w澆筑、養(yǎng)護完成后，將鋼絞線穿進預(yù)埋于墻體的護套中，豎向鋼絞線兩端錨固于混凝土墻底部及頂部；墻體環(huán)向的鋼絞線每束圍繞混凝土墻體半圈，分別錨固于布置成90o的四根豎向扶壁柱上。用液壓設(shè)備拉伸到設(shè)計壓力后，兩端固定，進行水泥灌漿。,精選,46,外罐罐壁的LNG液體壓力,儲罐基礎(chǔ)的LNG液體壓力,精選,47,在鋼制罐頂氣舉前先張拉罐壁的環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋；罐頂氣舉后，水壓測試前張拉一半的豎向預(yù)應(yīng)力；關(guān)閉外罐壁臨時開孔后張拉剩余的豎向預(yù)應(yīng)力。,精選,48,（二）內(nèi)罐建造,1、罐底內(nèi)罐底部有兩層底板，均為9%鎳鋼。施工順序：從下而上，由內(nèi)而外，由四周到中間。先進行第二層罐底環(huán)板安裝，焊接完成后，進行底板鋪設(shè)。,精選,49,2.罐壁,內(nèi)罐罐壁的施工由下而上，逐層安裝和焊接。每層板的卷制、坡口準備應(yīng)預(yù)先加工完成?，F(xiàn)場吊裝采用吊車和罐頂電動絞車。第一層壁板安裝時，要確定在環(huán)板的準確位置，可以用專用卡具及輔助工具以調(diào)整位置保證組裝質(zhì)量。底板與壁板角焊縫的焊接，至少應(yīng)安裝完第三層壁板及第12層壁板焊縫全部焊完后方可進行。,精選,50,內(nèi)壁板安裝,內(nèi)罐球縫自動焊,內(nèi)壁罐安裝,精選,51,3、保溫層,內(nèi)罐和外罐之間的環(huán)形空間填充膨脹珍珠巖。內(nèi)層罐壁的外側(cè)安裝彈性玻璃纖維保溫毯，保溫毯為珍珠巖提供彈性，克服儲罐應(yīng)溫度變化而產(chǎn)生的收縮，防止珍珠巖的沉降。保溫毯還對儲罐惰化處理過程中，吹掃氣體的流動有利。罐頂?shù)蹴斏习惭b1.2m的膨脹珍珠巖。氣密性試驗合格后，進行內(nèi)頂保溫層的安裝及夾層珍珠巖的填充。首先在內(nèi)罐壁外包一層纖維玻璃棉，包扎好后用專用加熱設(shè)備加熱到900，然后從頂部往下裝填珍珠巖，分層裝填，分層夯實，直至到頂。最后進行頂部甲板珍珠巖的鋪設(shè)。灌注時注意防潮。儲罐底部鋪設(shè)泡沫玻璃磚。,精選,52,膨脹珍珠巖,玻璃纖維,泡沫玻璃磚,精選,53,（三）9%鎳鋼焊接,9%鎳鋼：對磁性敏感，為避免現(xiàn)場焊接時產(chǎn)生電弧偏吹，要求出廠鋼材的殘余磁含量不超過50高斯，同時現(xiàn)場施工時應(yīng)遠離強磁場，并準備消磁設(shè)備。,精選,54,1、9Ni鋼的焊接方法,焊條電弧焊(SMAW)鎢極氬弧焊(GTAW)熔化極惰性氣體保護電弧焊(GMAW)埋弧焊(SAW)SMAW是9Ni鋼現(xiàn)場焊接所使用的一種適合各種焊接位置,非常靈活且可行的焊接方法。雖然GTAW的焊接效率太低,在工程中選擇此焊接方法不太經(jīng)濟,但能得到具有窄坡口的高質(zhì)量焊接接頭,所以只有在特定場合下才選擇GTAW。SAW是熔敷速率最高的一種焊接方法,特別是在環(huán)焊縫焊接時,由于使用了環(huán)縫焊接機械系統(tǒng),其優(yōu)點更加突出,它幾乎適于焊接所有橫焊縫和水平位置焊縫。生產(chǎn)實踐證明,SMAW和SAW是9Ni鋼儲罐現(xiàn)場焊接效率最高,而且最常用的焊接方法。,精選,55,內(nèi)罐壁板環(huán)縫自動焊接,精選,56,焊條電弧焊,如圖4-1所示，焊接時電源的一極接工件，另一極與焊條相接。工件和焊條之間的空間在外電場的作用下，產(chǎn)生電弧。該電弧的弧柱溫度可高達5000-8000K,陰極溫度達2400K，陽極溫度達2600K。它一方面使工件接頭處局部熔化，同時也使焊條端部不斷熔化而滴入焊件接頭空隙中，形成金屬熔池。當焊條移開后，熔池金屬很快冷卻、凝固形成焊縫，使工件的兩部分牢固的連接在一起。,精選,57,埋弧焊(SAW),電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法稱為埋弧焊,精選,58,2、焊接材料,選擇焊接材料一般應(yīng)考慮以下幾個問題:（1）低溫韌性9Ni鋼主要用來建造低溫設(shè)備,焊縫要在低溫下工作,在選擇焊接材料時,一定要考慮焊縫的低溫韌性問題。（2）熱膨脹9Ni鋼的線膨脹系數(shù)較大,在20196之間,線膨脹系數(shù)為8.05106-1。為了降低接頭的焊接應(yīng)力,在選擇焊接材料時,焊縫金屬的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能的接近9Ni鋼的熱膨脹系數(shù)。（3）電弧磁偏吹盡量選用適應(yīng)交流電源施焊的焊條或焊絲焊劑。,精選,59,9Ni鋼在電弧焊中常用的焊接材料有4種,即w(Ni)=11%的鐵素體型w(Ni)=13%和w(Cr)=16%的奧氏體不銹鋼型w(Ni)60%的鎳基型(Ni-Cr-Mo系合金)w(Ni)40%的Fe-Ni基型(Fe-Ni-Cr系合金)。雖然高鎳合金焊材將增加成本,但使用高鎳合金焊材是解決性能和結(jié)構(gòu)完整性等首要問題的最適合的選擇。,精選,60,3、焊接方法,用9Ni鋼建造的設(shè)備要在-100低溫,甚至-196的超低溫下工作,故其焊接接頭必須有良好的低溫韌性,所以必須避免接頭過熱和晶粒長大。,精選,61,（1）焊前不預(yù)熱且須嚴格控制層間溫度。因為預(yù)熱溫度和層間溫度直接影響焊后冷卻速度,冷卻速度越慢,有助于晶粒長大,所以9Ni鋼焊前一般不預(yù)熱,層間溫度不宜超過100。（2）選擇合適的線能量。因為焊接熱循環(huán)的正確與否直接關(guān)系到接頭組織、晶粒大小和性能。焊接線能量應(yīng)控制在45kJ/cm以下,通常為735kJ/cm。,精選,62,（3）進行多層多道焊,避免單道焊。實驗發(fā)現(xiàn),即使小線能量(15kJ/cm)單道熱循環(huán)CGHAZ(粗晶熱影響區(qū))的低溫(-196)沖擊功也非常低,經(jīng)過800或900二次熱循環(huán)后,低溫沖擊功明顯提高;三次熱循環(huán)能進一步改善其低溫韌性。所以,焊接9Ni鋼時應(yīng)進行多層多道焊。（4）盡量選用交流極性的電流。由于9Ni鋼是一種強磁性材料,極易被磁化,采用直流電源時易出現(xiàn)磁偏吹現(xiàn)象,影響焊接工藝的穩(wěn)定性,直接影響接頭質(zhì)量。,精選,63,（四）后續(xù)工作,1、檢驗儲罐的檢驗工作主要是圍繞焊縫進行的。按照相關(guān)標準，儲罐需要進行包括PT、RT、PMI和真空試驗等必要的檢驗。（1）PT檢驗-焊縫，焊道檢驗（EN571-1標準）（2）RT檢驗-鎳鋼壁板與環(huán)板的對接焊縫進行射線探傷（3）真空試驗-確保焊縫氣密性（4）PMI檢驗-焊縫抽檢，合金成分鑒定，確認焊縫金屬的Ni、Cr、Mo含量在規(guī)定的范圍內(nèi)。,精選,64,2、試驗,（1）水壓試驗在空罐、1/4、1/2、3/4液位高度和盛滿水時分別進行基礎(chǔ)沉降、環(huán)向位移、徑向位移和傾斜的測量。試驗完成后，第二次對焊縫進行真空檢驗。（2）氣壓試驗內(nèi)罐盛水試漏合格后，將外罐開口大門復(fù)位合格后，進行外罐氣密性試驗，氣壓試驗壓力36.25kPa，保持1h以上，負壓500Pa檢測真空性。,精選,65,3、干燥和冷卻,1）干燥：采用液氮循環(huán)冷卻的方式，進行儲罐的干燥和惰化，降低罐內(nèi)濕度和含氧量到規(guī)定的要求。2）冷卻：罐內(nèi)噴射LNG，緩慢，均勻進行。,精選,66,精選,67,珍珠巖,混凝土,角保護,WallX-Section,不銹鋼內(nèi)襯1mm,精選,68,第三節(jié)LNG的儲存安全,精選,69,液化天然氣儲存安全技術(shù)主要有以下幾個方面,（1）儲罐材料（2）LNG充注（3）儲罐的地基（4）儲罐的隔熱（5）安全保護系統(tǒng),精選,70,一、LNG的儲存特性,（一）液體分層LNG是多組分混合物，因溫度和組分的變化，液體密度的差異使儲罐內(nèi)的LNG可能發(fā)生分層。一般罐內(nèi)液體垂直方向上溫差大于0.2、密度大于0.5kg/m3時，即認為罐內(nèi)液