我國LNG儲罐的預冷過(guò)程及作用

隨著(zhù)LNG(液化氣)需求的日益增長(cháng)，LNG儲罐產(chǎn)業(yè)也發(fā)展起來(lái)。LNG儲罐一旦破壞會(huì )產(chǎn)生大的災難，因此其性變得尤其重要，特別是能的。一直以來(lái)，儲罐的主要考慮的是水平地震作用的影響，而忽略了垂直地震荷載對儲罐的影響。實(shí)際的震害表明，在中等地震烈度的情況下，忽略垂直地震荷載的作用，就可能使儲罐在地震中遭受損害?；诖朔N現狀，文中在靜力分析的基礎上，對內罐泄漏條件下全容式LNG儲罐混凝土外墻進(jìn)行時(shí)程分析，比較不同場(chǎng)地地震波及單向水平、雙向水平和三向地震激勵下儲罐外墻的地震響應。

LNG是液化氣(LiquefiedNaturalGas)的簡(jiǎn)稱(chēng)，與成品油和CNG相比，是一種清潔、又便于存儲運輸的能源。目前，LNG貿易正成為能源市場(chǎng)的新熱點(diǎn)。由于LNG-162℃的低溫特性，LNG儲罐作為儲存LNG的主要設備，在一次LNG裝卸前，對LNG儲罐進(jìn)行預冷。預冷時(shí)，對冷卻速率的控制、預冷介質(zhì)用量和預冷時(shí)間的預估是大型全容式常壓LNG儲罐預冷工作順利實(shí)施的關(guān)鍵。

對于小型LNG儲罐一般采用液氮預冷，大型全容式LNG儲罐一般采用LNG預冷。目前，LNG儲罐預冷的都處于理論分析與數值模擬相結合的階段，實(shí)驗較少。理論分析都是基于能量守恒的原則，建立方程式，推導預冷介質(zhì)用量、預冷時(shí)間和儲罐溫度的關(guān)系。建立的方程式是在忽略漏熱、不考慮材料比熱容等對儲罐預冷影響的假設下建立的，這將導致預冷介質(zhì)用量與實(shí)際用量存在差距，沒(méi)有貼合實(shí)際的儲罐預冷溫降曲線(xiàn)。

本文綜合考慮了儲罐漏熱及材料比熱容對儲罐預冷的影響，對目前建立的預冷數學(xué)模型進(jìn)行了優(yōu)化。得出不同冷卻速率下的預冷介質(zhì)用量和預冷時(shí)間，并與實(shí)際預冷數據進(jìn)行對比分析，為大型全容式LNG儲罐預冷提供參考。

目前，LNG儲罐預冷的規范較為成熟，我國LNG儲罐預冷多由公司實(shí)施，國內不足。根據規范規定，低溫儲罐預冷通常使用低溫液化氣體預冷，為了避免儲罐溫降過(guò)大，破壞儲罐結構，應該制定合理的冷卻方案，控制冷卻速率。根據NFPA59A一2009，推薦儲罐的冷卻速率一3℃/h，控制冷卻速率較大為一5℃/h，相鄰罐壁或底部測溫元件的較大溫差不超過(guò)30℃，儲罐任意兩點(diǎn)溫差不超過(guò)50℃。

在整個(gè)LNG儲罐的預冷過(guò)程中，預冷介質(zhì)冷量的消耗包括兩部分：(1)儲罐內罐壁、隔熱層及罐內氣體達到使用溫度所需要的熱量；(2)儲罐漏熱消耗的熱量。

大型LNG儲罐結構復雜，對儲罐冷卻函數的是基于物料守恒原理，但對其預冷過(guò)程中整個(gè)傳熱過(guò)程進(jìn)行分析是很困難的，現做如下假設：(1)大型LNG儲罐預冷過(guò)程中壓力恒定不變；(2)內罐壁溫度與罐內氣體溫度相同，外罐壁混凝土溫度與環(huán)境溫度相同；(3)垂直方向上絕熱層的熱流量大于平行殼壁方向上的熱流量，故假設傳熱為一維徑向熱傳導。

LNG低溫儲罐在充注LNG之前，或因需要進(jìn)行內部檢修而停止使用之后，應對儲罐進(jìn)行凈化處理。凈化的目的是要用惰性氣體將儲罐內的空氣或氣置換出來(lái)，避免形成氣與空氣的爆炸性混合氣體。這種凈化處理也稱(chēng)“惰化”。惰化用的氣體通常采用氮氣或二氧 化碳。

氣儲罐處于作業(yè)狀況時(shí)，存在著(zhù)走漏、超壓、爆炸等潛在危險，若不及時(shí)發(fā)現處理發(fā)作這些事端前的隱患，就會(huì )開(kāi)展成嚴重事端。因而擬定完善的點(diǎn)檢制度并認真執行，對貯槽運轉非常重要。氣儲槽日常點(diǎn)檢主要包含以下內容：

1、閥門(mén)、管路是不是走漏，殼體是不是結霜、出汗。

2、悉數閥門(mén)是不是處于正常啟閉狀況。

3、外表（液位計、壓力表）作業(yè)是不是正常，DCS顯現參數與現場(chǎng)一次表是不是共同。

4、儲槽壓力是不是正常，當壓力挨近或等于較高壓力時(shí)，需翻開(kāi)放空閥泄壓。

5、液體充溢率是不是。

6、關(guān)于常壓粉末絕熱儲槽，密封氣是不是正常。（50mmH2O）

7、儲槽鄰近嚴禁放置易燃、易爆物品及悉數雜物。

8、儲槽鄰近嚴禁煙火。

氣儲罐是LNG氣化站的主要設備，直接影響氣化站的正常生產(chǎn)，也占有較大的造價(jià)比例。對于LNG儲罐，現有真空粉末絕熱型儲罐、正壓堆積絕熱型儲罐和高真空層絕熱型儲罐，中、小型氣化站一般選用真空粉末絕熱型低溫儲罐。儲罐分內、外兩層，夾層填充珠光砂并抽真空，減小外界熱量傳入，罐內LNG日氣化率低于0.3%。

氣儲罐的操作壓力為0.8MPa，1.2MPa，操作溫度為-162℃，（分為立式或臥式）其罐體由內外兩層構成，為了減少外部熱量向罐內的傳入，兩層間采用抽真空填充珠光砂保冷材料絕熱結構，與大氣隔離，避免了大氣壓力或溫度變化的影響以及濕空氣進(jìn)入內、外罐間保冷層，和提高了保冷材料的使用效果。

LNG是儲存在低溫儲罐內的。早期的儲罐都是采用單壁形式。單壁儲罐頂蓋及底部采用塊體絕熱，但存在許多缺點(diǎn)，例如沒(méi)有層、易受風(fēng)災危害等。為了這些缺點(diǎn)，后來(lái)提出了雙壁雙頂儲罐。它是將干燥的純氣體充入兩壁間的環(huán)形絕熱空間內，保持正壓以防止吸入潮濕空氣。但是，隨著(zhù)儲罐容量的增大，供應干燥純氣體的費用顯著(zhù)增大。此外，由于液化氣體是接近其正常沸點(diǎn)儲存，很容易產(chǎn)生蒸汽造成罐內超壓。這就促使了懸掛式頂蓋技術(shù)的發(fā)展，并較終形成了雙壁單頂儲罐。這種儲罐取消了純氣體系統，用懸掛的絕熱吊頂取代了內容器的頂蓋，形成一個(gè)單獨的穹頂空間，其中雙壁單頂敞口儲罐是將內容器的頂部做成敞口，使LNG蒸汽可以進(jìn)入環(huán)形空間。這樣既阻止了潮濕空氣的進(jìn)入，又可讓內容器減壓。雙壁單頂儲罐的另一種形式是采用具有氣密性的外壁來(lái)防止潮濕空氣的進(jìn)入，改用穹頂空間盛裝LNG蒸汽減壓，這樣還可起到減少罐頂自重負擔的效果。