大中型LNG儲(chǔ)罐的應(yīng)用及適用規(guī)范的探討

  一、大中型LNG儲(chǔ)罐在國(guó)內(nèi)應(yīng)用概況
    目前的國(guó)內(nèi)(含國(guó)外引進(jìn)技術(shù)建造)的大型儲(chǔ)罐容量規(guī)格為300-500m3至10-20多m3。
  目前沿海一帶的進(jìn)口LNG接收站配套的大型LNG儲(chǔ)罐一般為10萬(wàn)一至20萬(wàn)m3，甚至更大。儲(chǔ)罐一般為常壓全容罐或薄膜罐。此規(guī)格的大型儲(chǔ)罐目前完全依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口技術(shù)及國(guó)內(nèi)大型工程集團(tuán)公司承建。如：中海油在寧波的三座16萬(wàn)立方米混凝土全容罐為中集安瑞科TGE與中國(guó)成達(dá)工程公司組成的聯(lián)合體承建。
  而國(guó)內(nèi)陸上大型儲(chǔ)配站、調(diào)峰站、LNG液化工廠配套的LNG儲(chǔ)罐一般規(guī)格為4000-5000m3到2-3萬(wàn) m3LNG常壓?jiǎn)稳莨藁?00—3000m3LNG帶壓罐。對(duì)于4000-5000m3到2-3萬(wàn)m3常壓?jiǎn)稳莨�，此�?guī)格范圍的常壓儲(chǔ)罐經(jīng)近幾年國(guó)內(nèi)自主研發(fā)或引進(jìn)技術(shù)等方式，包括設(shè)備內(nèi)外鋼板及絕熱材料、現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量控制、進(jìn)液調(diào)試等方面都已成熟，目前已基本能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
  本文以下重點(diǎn)介紹的內(nèi)容就針對(duì)陸上幾百到幾萬(wàn)立方配套LNG液化工廠、大型儲(chǔ)配站或調(diào)峰站的大中型壓力罐及常壓?jiǎn)稳莨蕖?BR>  二、大中型LNG儲(chǔ)罐的壓力劃分
  根據(jù)LNG的儲(chǔ)存壓力高低(一般按工作壓力 O.1Mpa)劃分為帶壓儲(chǔ)罐和常壓儲(chǔ)罐。兩種不同壓力等級(jí)的儲(chǔ)罐各自的使用范圍有一定的差別。目前，較大容量的LNG壓力罐常見(jiàn)類(lèi)型或組合方式為：1)LNG帶壓子母罐2)LNG真空罐群3)LNG帶壓球罐等。以上3種類(lèi)別的LNG帶壓罐多用于LNG城市調(diào)峰站(配套下游用氣管網(wǎng))及大型工業(yè)用戶(hù)。
  三、大中型LNG儲(chǔ)罐的T程應(yīng)用實(shí)例
    根據(jù)不同液化工藝流程的壓力要求，配套液化工廠的儲(chǔ)罐有常壓罐和壓力罐。目前大部分的液化工廠配套的是常壓罐。但也有少量的液化工廠配備壓力罐，如重慶民生燃?xì)馐�柱黃水5萬(wàn)方／天液化工廠配套600m3LNG帶壓子母罐；內(nèi)蒙古鄂托克前旗15萬(wàn)方／天液化工廠配套1750m3LNG帶壓子母罐。而大部分的城市調(diào)峰站選用的是壓力罐。但也有少數(shù)的城市調(diào)峰站選用的是常壓罐，如合肥城市調(diào)峰站配套的是4500m3LNG常壓罐。
    幾種類(lèi)別儲(chǔ)罐的分類(lèi)使用實(shí)例見(jiàn)表1：
    四、大中型LNG壓力罐的優(yōu)缺1占111比較
    對(duì)于600-3000m3容積范圍的LNG帶壓儲(chǔ)罐，其壓力等級(jí)一般在O.5-0.8Mpa之間，可滿(mǎn)足絕大部分的工藝要求。在600-3000m3的容積區(qū)間，由于容積量相對(duì)較小，設(shè)備成本一般，較多的配置在一些小型液化工廠、調(diào)峰站、衛(wèi)星站等工程中。此容積范圍儲(chǔ)罐常采用子母罐、真空罐群以及帶壓球罐等幾種方式儲(chǔ)存較為合理。對(duì)于子母罐來(lái)說(shuō)，單個(gè)子罐一般為150m3、200m3、250m3，單臺(tái)子罐最優(yōu)配置個(gè)數(shù)為3個(gè)、4個(gè)、7個(gè)、10個(gè)、12個(gè)。對(duì)應(yīng)的子母罐容積規(guī)格在600-3000m3之間。低于或超過(guò)這個(gè)容積區(qū)間，都不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于帶壓球罐，這也是合理的容積范圍。真空罐的單臺(tái)容量一般為lOOm3-200m3之間，常見(jiàn)組合為4-12臺(tái)偶數(shù)組合。
    在帶壓子母罐、帶壓球罐、真空儲(chǔ)罐群之間，各自的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：
    ①帶壓球罐的優(yōu)勢(shì)是占地省，設(shè)備成本較低，配管簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)施工工作量大，難度高。而且單臺(tái)球罐不能勝任同時(shí)進(jìn)液、對(duì)外排液的連續(xù)作業(yè)工況。
    ②帶壓子母罐卻與之相反，優(yōu)勢(shì)是單臺(tái)子母罐可以進(jìn)行內(nèi)部分組使用，l臺(tái)可當(dāng)2臺(tái)使用，占地��；缺點(diǎn)是成本較高，內(nèi)部配管復(fù)雜漏點(diǎn)多。
    ⑨真空罐群的優(yōu)勢(shì)是組合或拆分性好，獨(dú)立性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)施工工作量小。缺點(diǎn)是占地面積大，外部閥門(mén)及配管多，操作復(fù)雜，價(jià)格無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。
綜合以上分析，我們?cè)谶x擇帶壓儲(chǔ)罐時(shí)需要多方面進(jìn)仃比較選擇。
五、大中型LNG常壓儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)差開(kāi)
    在結(jié)構(gòu)方面，由于罐體直徑與容量的關(guān)系，一般在5000-6000m3以下規(guī)格常采用內(nèi)外罐體自支撐雙拱頂結(jié)構(gòu)，即內(nèi)外罐體及夾層絕熱空間是相互獨(dú)立的，設(shè)備內(nèi)罐承受主要的氣相壓力及液柱靜壓，外罐幾乎不承壓。而在10000ma及以上規(guī)格均采用內(nèi)懸項(xiàng)外拱頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，內(nèi)罐氣相空間與夾層空間相通，內(nèi)罐僅承受液柱靜壓，外罐承受氣壓。
  六、大中型LNG常壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討及低溫泵設(shè)置方式
    由于常壓罐自身氣相壓力的限制，常壓罐對(duì)外排液裝車(chē)或氣化進(jìn)管網(wǎng)，都需要配置低溫泵進(jìn)行增壓排液。對(duì)于低溫泵的設(shè)置，目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的有罐內(nèi)潛液泵(管頂部出液)和罐外泵(罐底部或底側(cè)部出液)兩種方式。仔細(xì)分析目前現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，對(duì)此問(wèn)題也可有不同的解讀方式。
    1．國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)
    嚴(yán)格意義來(lái)講，對(duì)于適用于一100~C以下的冷藏液體(如LNG、LOX、LIN、LAr等類(lèi)別的深冷介質(zhì)的大型常壓儲(chǔ)罐，國(guó)內(nèi)尚無(wú)針對(duì)性的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和適用規(guī)范。目前國(guó)內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均是根據(jù)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的翻譯、轉(zhuǎn)化。與此相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有：
    ①NB／T47003．1-2009《鋼制焊接常壓容器))(原 JB4735-1997)
    此標(biāo)準(zhǔn)為能源部推薦標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于(翎制焊接常壓容器》標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是新版NB／T 47003．1-2009還是舊版JB4735-1997，都不適用于-100~C以下的冷藏液體儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、建造。
    ⑦SYT 0608-2006  鈦型焊接低壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)與建勘
    此規(guī)范為石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)美標(biāo) APl620-2002(伏型低壓焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》為原版的翻譯修編版。此標(biāo)準(zhǔn)中的附錄Q適用于金屬溫度不低于-168"C的液化烴低壓儲(chǔ)罐，可用于LNG常壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)參考。此規(guī)范中沒(méi)有明確規(guī)定大型儲(chǔ)罐的開(kāi)孔設(shè)置要求。
    ③GB／T 22724-2008  賊化天然氣設(shè)備與安裝陸上裝置設(shè)啪此規(guī)范是根據(jù)歐標(biāo)EN 1473—1997為原版的翻譯修編版。此規(guī)范適用范圍涵蓋總儲(chǔ)存能力在200t(約450m3)以上的LNG衛(wèi)星站。此規(guī)范相關(guān)章節(jié)明確規(guī)定儲(chǔ)罐的管壁或罐底不能開(kāi)口且使用潛液泵。
    對(duì)于此標(biāo)準(zhǔn)的此條款要求，個(gè)人理解是不妥當(dāng)或不嚴(yán)謹(jǐn)：
    首先，此標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家推薦適用性標(biāo)準(zhǔn)，并不是針對(duì)LNG儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造的專(zhuān)業(yè)規(guī)范，不應(yīng)對(duì)儲(chǔ)存容器的結(jié)構(gòu)設(shè)置等內(nèi)容作出過(guò)于“武斷“的限定。
    第二，此標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)總儲(chǔ)存能量超過(guò)200t的描述中未限定是單臺(tái)儲(chǔ)罐容量。試想，若一個(gè)儲(chǔ)存總量為600m3(4：Icl50m3)的LNG衛(wèi)星站，容量設(shè)置滿(mǎn)足此規(guī)范要求，能按此標(biāo)準(zhǔn)要求采用潛液泵?顯然是不可能的。
    第三，對(duì)于大部分實(shí)際工程項(xiàng)目，LNG進(jìn)口潛液泵(國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品性能不過(guò)關(guān)，一般選用進(jìn)口產(chǎn)品)的價(jià)格占儲(chǔ)罐本體造價(jià)的60～70％甚至更高，對(duì)于容量小于2～3000m3的LNG常壓儲(chǔ)罐，潛液泵的價(jià)格都超過(guò)儲(chǔ)罐本身的價(jià)格，顯然不具備合理的經(jīng)濟(jì)適用性，也與編制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展的意愿相悖。
    ④GBT20368-2006轍化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝運(yùn)》
    此規(guī)范是美標(biāo)NFPA 59A一2001的翻譯版本。對(duì)于大型儲(chǔ)罐的開(kāi)孔設(shè)置，此標(biāo)準(zhǔn)中有提及頂部開(kāi)孔及側(cè)壁開(kāi)孔的相關(guān)內(nèi)容。
    此標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)容有“儲(chǔ)罐排液口低于液面”和“不低于液面排液口”的描述。表明此規(guī)范允許有液面以下的底開(kāi)孔。同樣美標(biāo)NFPA 59A-2001中對(duì)應(yīng)章節(jié)中有類(lèi)似的描述。因此，設(shè)置罐外排液泵是符合本標(biāo)準(zhǔn)要求。
    2．國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)
    ①美標(biāo)：美國(guó)石油學(xué)會(huì)APl620-2002(伏型低壓焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建勘
    此標(biāo)準(zhǔn)適用于儲(chǔ)罐金屬溫度不超過(guò)250。F(121℃)和罐內(nèi)氣體或蒸汽空間不超過(guò)151bf／in。表壓(0．1MPa)的儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)。此標(biāo)準(zhǔn)的附錄Q以API 620標(biāo)準(zhǔn)要求為基礎(chǔ)，適用于儲(chǔ)裝液化乙烷、乙烯和甲烷儲(chǔ)罐的材料、設(shè)計(jì)和制造的要求。所有其他API 620標(biāo)準(zhǔn)的要求均適用。此規(guī)范中沒(méi)有明確規(guī)定大型儲(chǔ)罐的開(kāi)孔設(shè)置要求。
    ②歐標(biāo)：歐盟標(biāo)準(zhǔn)ENl4620-2006(段計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)建造立式、圓筒形、平底、鋼制、操作溫度介于O0C-1650C的冷卻液化氣儲(chǔ)錨)
    根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)工作組的安排，原計(jì)劃2008年制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(操作溫度O0C-1650C儲(chǔ)存冷凍液化氣的立式圓筒平底鋼質(zhì)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)建造》(等同采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)ENl4620-2006)，但到目前仍未推出。
    此標(biāo)準(zhǔn)的初稿版中有如下界定：儲(chǔ)罐****設(shè)計(jì)壓力限于500mbar。對(duì)于較高的壓力，可參考其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。需要儲(chǔ)存的氣體，其操作范圍應(yīng)介于O0C-1650C 之間。不含儲(chǔ)存液化氧、氮和氬的儲(chǔ)罐。罐內(nèi)應(yīng)儲(chǔ)存的代表性產(chǎn)品有：  甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁二烯(此范圍包括液化天然氣和液化石油氣的產(chǎn)品)。
    此標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)儲(chǔ)罐的開(kāi)孔設(shè)置有明確的規(guī)定要求：
    以上要求非常明確注釋到：如設(shè)置了可靠的遠(yuǎn)程切斷及相應(yīng)的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)措施，是可在儲(chǔ)罐底部開(kāi)孔的。因此，設(shè)置罐外排液泵是符合本標(biāo)準(zhǔn)要求的。
    鑒于以上情形，目前國(guó)內(nèi)的大型LNG常壓儲(chǔ)罐(包括同類(lèi)別的空氣分離產(chǎn)品的深冷介質(zhì))大部分按照或參照上述的美標(biāo)APl620或歐標(biāo)ENl4620進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造。
    在實(shí)際工程項(xiàng)目中，一般在超過(guò)10000m3及以上規(guī)格的儲(chǔ)罐中，采用的是頂部開(kāi)孔，設(shè)置2臺(tái)(1用1備)內(nèi)置式潛液泵。而在10000m3以下規(guī)格的常壓儲(chǔ)罐設(shè)置的是底部開(kāi)孔，相應(yīng)的配備的是2臺(tái)罐外低溫泵。同時(shí)在此類(lèi)儲(chǔ)罐內(nèi)部設(shè)置了可遠(yuǎn)程控制的內(nèi)置式緊急切斷裝置，且設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，符合規(guī)范要求。
    雖然在常見(jiàn)的間歇性使用工況條件下，罐外泵較內(nèi)置潛液泵有預(yù)冷時(shí)間長(zhǎng)、預(yù)冷氣化損失大(可回收)
的不足，但對(duì)實(shí)際工況的操作和成本影響是不大的。相反，罐外泵具備維護(hù)方便；價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯(同樣是進(jìn)口品牌的罐外輸送泵價(jià)格是潛液泵的十分之一)：交貨期短(能有效縮短項(xiàng)目建成周期)的巨大優(yōu)勢(shì)。
    ③其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：
    如日本燃?xì)鈪f(xié)會(huì)(JGA)制定的LNG儲(chǔ)罐及設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與建造規(guī)范，國(guó)內(nèi)外引用或參照的較少，在此不作討論。
    作者簡(jiǎn)介：何江山，男，畢業(yè)于四川大學(xué)化工機(jī)械專(zhuān)業(yè)，工科本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)任張家港中集圣達(dá)因低溫裝備有限公司工程業(yè)務(wù)部經(jīng)理。何江山先生在低溫壓力容器行業(yè)具有近12年的技術(shù)設(shè)計(jì)和商務(wù)管理經(jīng)驗(yàn)，尤其擅長(zhǎng)大型低溫容器、低溫工程成套類(lèi)項(xiàng)目的技術(shù)設(shè)計(jì)、工程預(yù)算和商務(wù)管理。其參與設(shè)計(jì)、管理的大型低溫容器和低溫工程項(xiàng)目的產(chǎn)品主要介質(zhì)為液化天然氣、液氧、液氮、液氬類(lèi)等深冷液體。何江山先生曾多次主持和參與城市LNG調(diào)峰站、LNG氣化站、LNG加氣站等工程類(lèi)項(xiàng)目的技術(shù)及商務(wù)管理相關(guān)工作，對(duì)燃?xì)忸?lèi)項(xiàng)目工程具有較深刻的認(rèn)識(shí)。