《液化天然氣(LNG)儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)》(李兆慈)

1、液化天然氣（液化天然氣（LNGLNG）儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)）儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的設(shè)計(jì)李兆慈李兆慈石油大學(xué)（北京）石油大學(xué)（北京）主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、前言一、前言 二、二、LNGLNG儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備簡介儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備簡介 三、立式三、立式LNGLNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 四、四、LNGLNG槽車的設(shè)計(jì)槽車的設(shè)計(jì) 五、無損儲(chǔ)存的研究五、無損儲(chǔ)存的研究 六、需進(jìn)一步研究的問題六、需進(jìn)一步研究的問題1 1、前言、前言天然氣天然氣儲(chǔ)運(yùn)方式儲(chǔ)運(yùn)方式氣態(tài)壓力儲(chǔ)運(yùn)（氣態(tài)壓力儲(chǔ)運(yùn)（CNG）液化儲(chǔ)運(yùn)（液化儲(chǔ)運(yùn)（LNG）吸附儲(chǔ)運(yùn)吸附儲(chǔ)運(yùn)水合物儲(chǔ)運(yùn)（水合物儲(chǔ)運(yùn)（NGH）常用常用優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)缺缺點(diǎn)點(diǎn)氣態(tài)壓力儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)成熟壓力高，初投資大低溫液化儲(chǔ)存密

2、度高溫度低，成本高吸附儲(chǔ)運(yùn)壓力較低吸附劑壽命短，吸附和脫附周期長水合物儲(chǔ)運(yùn)儲(chǔ)存密度高、費(fèi)用低形成條件苛刻，實(shí)際儲(chǔ)量不足天然氣儲(chǔ)運(yùn)方法比較天然氣儲(chǔ)運(yùn)方法比較 LNGLNG儲(chǔ)運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)：= 節(jié)約風(fēng)險(xiǎn)性管線建設(shè)費(fèi)用節(jié)約風(fēng)險(xiǎn)性管線建設(shè)費(fèi)用= 使遠(yuǎn)洋使遠(yuǎn)洋LNGLNG貿(mào)易成為可能貿(mào)易成為可能= LNGLNG的清潔度高的清潔度高= 調(diào)峰調(diào)峰 = 冷量利用，效益明顯冷量利用，效益明顯=LNG工業(yè)鏈工業(yè)鏈 天然氣預(yù)處理、液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、接收站、天然氣預(yù)處理、液化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、接收站、再汽化裝置再汽化裝置天然氣液化調(diào)峰型液化站基本負(fù)荷型液化工廠LNG儲(chǔ)存管網(wǎng)用戶LNG汽車LNG儲(chǔ)存LNG船接收站LN

3、G儲(chǔ)存汽化站LNG加注站管網(wǎng)用戶LNGLNG工業(yè)鏈工業(yè)鏈2 2、LNGLNG儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備簡介儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備簡介2.1 LNG2.1 LNG儲(chǔ)罐（槽）儲(chǔ)罐（槽）=按容量分類按容量分類 小型儲(chǔ)罐：小型儲(chǔ)罐：550m3，常用于民用燃?xì)馄?、，常用于民用燃?xì)馄尽?LNG加注站加注站 中型儲(chǔ)罐：中型儲(chǔ)罐：50100m3，衛(wèi)星式液化站、工業(yè)燃?xì)庹?，衛(wèi)星式液化站、工業(yè)燃?xì)庹?大型儲(chǔ)罐：大型儲(chǔ)罐：1001000m3，小型，小型LNG生產(chǎn)裝置生產(chǎn)裝置 大型儲(chǔ)槽：大型儲(chǔ)槽：1000040000m3，基本或調(diào)峰型液化裝置，基本或調(diào)峰型液化裝置 特大型儲(chǔ)槽：特大型儲(chǔ)槽：40000200000m3，LNG接收站接收站=按絕

4、熱結(jié)構(gòu)分類按絕熱結(jié)構(gòu)分類 真空粉末絕熱：真空粉末絕熱：小型小型LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐 正壓堆積絕熱：正壓堆積絕熱：大中型大中型LNGLNG儲(chǔ)罐與儲(chǔ)槽儲(chǔ)罐與儲(chǔ)槽 高真空多層絕熱：高真空多層絕熱：小型小型LNGLNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐=按儲(chǔ)罐（槽）的形狀分類按儲(chǔ)罐（槽）的形狀分類 球形罐：球形罐：中小容量，少量大型儲(chǔ)槽，如林德公司中小容量，少量大型儲(chǔ)槽，如林德公司 40000m3和日本和日本NKK公司公司5000m3 圓柱形罐（槽）：圓柱形罐（槽）：各種容量（包括子母罐）各種容量（包括子母罐） =按放置形式分類按放置形式分類 地上型：地上型： 地下型：地下型：半地下型、地下型、地下坑型半地下型、地下型、地下坑型 2

5、.2 LNG2.2 LNG運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸設(shè)備=LNGLNG槽船槽船海上運(yùn)輸工具海上運(yùn)輸工具LNGLNG船船貯存方式貯存方式 常溫壓力式常溫壓力式全壓式全壓式 低溫常壓式低溫常壓式全冷式全冷式 低溫壓力式低溫壓力式半冷半壓式半冷半壓式LNGLNG船型船型球形儲(chǔ)罐船球形儲(chǔ)罐船薄膜型艙船薄膜型艙船=LNGLNG槽車槽車規(guī)格：規(guī)格：3030、3535、4040、4545m m3 3絕熱方式：絕熱方式：真空纖維、真空粉末、高真空多層真空纖維、真空粉末、高真空多層半掛式半掛式4040m m3 3LNGLNG槽車槽車4結(jié)構(gòu)基本與槽車儲(chǔ)槽相似結(jié)構(gòu)基本與槽車儲(chǔ)槽相似4靈活性靈活性4目前國內(nèi)已開發(fā)出目前國內(nèi)已開發(fā)出

6、2020英尺、英尺、4040英尺罐箱英尺罐箱=LNGLNG罐箱罐箱=LNGLNG罐箱罐箱2020英尺英尺LNGLNG罐箱罐箱= LNG管道輸送管道輸送 大量的天然氣輸送，采用液體輸送比氣體大量的天然氣輸送，采用液體輸送比氣體輸送更為經(jīng)濟(jì)，輸送量可提高輸送更為經(jīng)濟(jì)，輸送量可提高3.53.7倍，并能倍，并能節(jié)約投資節(jié)約投資24倍。一般采用單相流動(dòng)的穩(wěn)定輸倍。一般采用單相流動(dòng)的穩(wěn)定輸送，為了保證這一點(diǎn)，可以采用提高輸送壓力送，為了保證這一點(diǎn)，可以采用提高輸送壓力的方法，或使液體過冷，以及提高管道的保溫的方法，或使液體過冷，以及提高管道的保溫性能等措施。性能等措施。LNG管道輸送方式：管道輸送方式：

7、汽化器：汽化器：加壓法加壓法泵送法：泵送法：LNG泵泵冷態(tài)輸送法：冷態(tài)輸送法：節(jié)約了中間加壓站，降低了管節(jié)約了中間加壓站，降低了管 道保溫要求，終點(diǎn)是低溫氣體，輸送道保溫要求，終點(diǎn)是低溫氣體，輸送 費(fèi)用比液態(tài)輸送高費(fèi)用比液態(tài)輸送高1/3，比氣體輸送，比氣體輸送 低低60%。LNG輸送管道：輸送管道： 普通管道普通管道低溫絕熱管道低溫絕熱管道堆積絕熱堆積絕熱真空絕熱真空絕熱動(dòng)態(tài)真空動(dòng)態(tài)真空靜態(tài)真空靜態(tài)真空3 3、立式、立式LNGLNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì) 容量：容量：100100m m3 3 絕熱方式：絕熱方式：真空粉末絕熱真空粉末絕熱 LNGLNG理論日蒸發(fā)率理論日蒸發(fā)率：0.27%0.27%

8、 內(nèi)筒、管道：內(nèi)筒、管道：0 0Cr18Ni9Cr18Ni9 外筒：外筒：2020R R 100m100m3 3LNGLNG儲(chǔ)罐實(shí)物圖儲(chǔ)罐實(shí)物圖LIAPIPGLGHL23456789101112131415171816上 進(jìn)液下 進(jìn)液排液去 氣 罐 增 壓器去放空系統(tǒng)去回溫器來自氣儲(chǔ)罐增壓器11-外殼防爆裝置2-抽真空閥3-真空計(jì)閥4-金屬真空規(guī)5-低溫截止閥7、8、9-低溫截止閥10-自動(dòng)調(diào)節(jié)閥11-低溫截止閥12-低溫角式截止閥13-安全閥14、15、16、17、18-低溫角式 截止閥100100m m3 3LNGLNG儲(chǔ)罐流儲(chǔ)罐流程圖程圖項(xiàng)目單位內(nèi)筒外筒備注容器類別三類貯存介質(zhì)LNG,L

9、N2最高工作壓力0.5-0.1“-”指外壓設(shè)計(jì)壓力0.75-0.1“-”指外壓強(qiáng)度試驗(yàn)壓力（氣）0.93氣密性試驗(yàn)壓力0.750.2*內(nèi)筒同時(shí)持壓 0.1MPa管路氣密性試驗(yàn)壓力0.75安全閥啟跳壓力MPa0.55最低工作溫度-196常溫設(shè)計(jì)溫度?-196常溫幾何容積10528042000*指夾層容積有效容積L100000直筒8.9411.2設(shè)計(jì)厚度封頭8.9310.2腐蝕裕量mm01主體材質(zhì)0Cr18Ni920R主體焊材H0Cr21Ni10H08A焊接接頭系數(shù)1.00.8空重39390滿重Kg85000LNG100m100m3 3LNGLNG儲(chǔ)罐技術(shù)特性儲(chǔ)罐技術(shù)特性4 4、LNGLNG槽車的

10、設(shè)計(jì)槽車的設(shè)計(jì) LNG LNG槽車運(yùn)載狀態(tài)一般是常壓，溫度槽車運(yùn)載狀態(tài)一般是常壓，溫度約為約為112K112K的低溫。的低溫。LNGLNG又是易燃、易爆的又是易燃、易爆的介質(zhì)，運(yùn)輸中的安全可靠是至關(guān)重要的。介質(zhì)，運(yùn)輸中的安全可靠是至關(guān)重要的。 技術(shù)關(guān)鍵：技術(shù)關(guān)鍵：4支承：支承：沖擊、振動(dòng)及冷補(bǔ)償沖擊、振動(dòng)及冷補(bǔ)償 支承構(gòu)件支承構(gòu)件 常選用熱導(dǎo)率低而強(qiáng)度高的材料常選用熱導(dǎo)率低而強(qiáng)度高的材料如玻璃鋼、不銹鋼等如玻璃鋼、不銹鋼等 受拉伸的構(gòu)件受拉伸的構(gòu)件 兩固定端兩固定端 應(yīng)留有一定的活動(dòng)應(yīng)留有一定的活動(dòng)余隙，否則由于內(nèi)膽的冷收縮拉桿受力太大，余隙，否則由于內(nèi)膽的冷收縮拉桿受力太大，會(huì)在兩固定端產(chǎn)生

11、很大應(yīng)力。會(huì)在兩固定端產(chǎn)生很大應(yīng)力。 低溫儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備內(nèi)支承典型結(jié)構(gòu)低溫儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備內(nèi)支承典型結(jié)構(gòu) 4絕熱絕熱真空粉末絕熱：真空粉末絕熱： 35m真空纖維絕真空纖維絕高真空多層絕熱高真空多層絕熱: : 45m3 多層絕熱多層絕熱 阻光粉末阻光粉末纖維纖維粉末纖維粉末纖維泡沫、粉末、泡沫、粉末、纖維纖維真空真空非真空非真空10-510-410-310-210-11不同絕熱類型的有效導(dǎo)熱系數(shù)不同絕熱類型的有效導(dǎo)熱系數(shù)真空粉末（或纖維）絕熱真空粉末（或纖維）絕熱 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不需要太高的真空度，不需要太高的真空度， 易于對(duì)形狀復(fù)雜的表面絕熱易于對(duì)形狀復(fù)雜的表面絕熱缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：震動(dòng)負(fù)荷和反復(fù)熱循環(huán)后易沉降壓實(shí)

12、震動(dòng)負(fù)荷和反復(fù)熱循環(huán)后易沉降壓實(shí)多層絕熱多層絕熱 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：絕熱性能優(yōu)裕，重量輕，與粉末絕熱比絕熱性能優(yōu)裕，重量輕，與粉末絕熱比 相對(duì)預(yù)冷損失小，穩(wěn)定性好相對(duì)預(yù)冷損失小，穩(wěn)定性好缺點(diǎn)缺點(diǎn)：難以對(duì)復(fù)雜形狀絕熱，抽成難以對(duì)復(fù)雜形狀絕熱，抽成 高真空不易，抽空工藝較復(fù)雜高真空不易，抽空工藝較復(fù)雜 4安全技術(shù)安全技術(shù) 流程與結(jié)構(gòu)流程與結(jié)構(gòu)內(nèi)膽安全閥內(nèi)膽安全閥內(nèi)膽防爆膜裝置內(nèi)膽防爆膜裝置絕熱夾套防爆膜裝置絕熱夾套防爆膜裝置緊急切斷閥緊急切斷閥阻火器阻火器 4流程設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)4液體輸送液體輸送壓力輸送壓力輸送：轉(zhuǎn)注時(shí)間長，罐體設(shè)計(jì)壓力高：轉(zhuǎn)注時(shí)間長，罐體設(shè)計(jì)壓力高泵送液體：泵送液體：轉(zhuǎn)注流量大、時(shí)間短轉(zhuǎn)注

13、流量大、時(shí)間短 泵后壓力高，適應(yīng)各種壓力儲(chǔ)槽泵后壓力高，適應(yīng)各種壓力儲(chǔ)槽 泵前壓力要求低泵前壓力要求低 罐體設(shè)計(jì)壓力低罐體設(shè)計(jì)壓力低 整車造價(jià)高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜整車造價(jià)高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 實(shí)例：實(shí)例：l產(chǎn)品名稱：產(chǎn)品名稱：半掛式半掛式40m3LNG槽車槽車l 公稱容積：公稱容積：40m3l 有效容積：有效容積：36m3（充裝系數(shù)：（充裝系數(shù)：0.90）l 工作壓力工作壓力：0.8MPal 外形尺寸外形尺寸：16335 2480 3886 (長長 寬寬 高高)4040m m3 3LNGLNG半掛式槽車實(shí)物圖半掛式槽車實(shí)物圖工藝審核設(shè)計(jì)校核標(biāo)準(zhǔn)化批準(zhǔn)標(biāo)記 處數(shù) 分 區(qū) 更改文件號(hào) 簽 名 年月日階 段 標(biāo)

14、 記 重 量 比例共 張 第 張序代 號(hào) 名 稱 材 料 備注號(hào)量數(shù)重 量單件 總計(jì)45m3LNG罐車1:30上海交通大學(xué)802半掛車總成1牽引車(東風(fēng)日產(chǎn)柴)3儲(chǔ)罐1裝配件1成品件組合件1總圖主 要 技 術(shù) 特 性組裝后,罐體和管道系統(tǒng)以0.98MPa的干燥氮?dú)膺M(jìn)行整車氣密性試驗(yàn)。和JB/T6897-93低溫液體槽車的要求。罐車還應(yīng)符合GB7285-1997機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件、JB4185-86半掛車通用技術(shù)條件罐車所有活動(dòng)配合部位在裝配時(shí)應(yīng)加注潤滑劑。罐車所用的各種安全附件均應(yīng)有出廠檢驗(yàn)合格證，其中安全閥、壓力表校驗(yàn)合格后應(yīng)加鉛封。4.6.5.3.容器按GB150-1998鋼制壓力容器

15、進(jìn)行制造、試驗(yàn)及驗(yàn)收，技術(shù)要求按圖驗(yàn)收。氣體汽車罐車安全監(jiān)察規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。本罐車是用于運(yùn)輸液化天然氣的低溫液體運(yùn)輸車，其制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收應(yīng)遵守液化1.2.技 術(shù) 要 求A 向16500kg17440kg123LNGLNG半掛式槽車儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)示意圖半掛式槽車儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)示意圖專利號(hào)：專利號(hào)：ZL00249960.6ZL00249960.61.1.外殼外殼 2.2.絕熱層絕熱層 3.3.內(nèi)膽內(nèi)膽 4.4.徑向支承徑向支承 5.5.常溫吸氣劑常溫吸氣劑 6.6.軸向支承軸向支承 7.7.低溫吸氣劑低溫吸氣劑 半掛式半掛式40m3LNG槽車主要技術(shù)參數(shù)槽車主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng) 目單位參數(shù)牽引車型號(hào)CWA54HT

16、1Z發(fā)動(dòng)機(jī)功率Ps/rpm340/2200整備質(zhì)量kg32123最大總質(zhì)量kg48215外形尺寸mm1633524803886最高車速km/h89最小轉(zhuǎn)彎半徑m 12最大爬坡度度()23輪距(前/后/半掛)mm2015/1860/1860整車燃油消耗量L/100km40燃油消耗量L/100km40最高工作壓力MPa0.8設(shè)計(jì)壓力MPa0.88設(shè)計(jì)溫度C-196主要材料0Cr18Ni9幾何容積m340充裝介質(zhì)LNG(LN2/ LO2 /LAr)充裝質(zhì)量kg16092罐體絕熱方式高真空多層絕熱貯槽LNG 日蒸發(fā)率0.30%= LNGLNG槽車的發(fā)展方向槽車的發(fā)展方向4大型化大型化4列車化列車化4高

17、速化高速化5 5、LNGLNG無損儲(chǔ)存的研究無損儲(chǔ)存的研究= 無損儲(chǔ)存時(shí)間的影響因素?zé)o損儲(chǔ)存時(shí)間的影響因素 漏熱量（日蒸發(fā)率）漏熱量（日蒸發(fā)率） 充滿率充滿率 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 容器使用壓力容器使用壓力 溫度分層溫度分層低溫容器內(nèi)壓力的升高是無損儲(chǔ)存破壞的直接因素低溫容器內(nèi)壓力的升高是無損儲(chǔ)存破壞的直接因素臥式容器中低溫液體流動(dòng)過程示意圖臥式容器中低溫液體流動(dòng)過程示意圖 4模型模型 飽和均質(zhì)模型飽和均質(zhì)模型 均相表面蒸發(fā)模型均相表面蒸發(fā)模型 熱分層模型熱分層模型 俄羅斯模型俄羅斯模型 俄羅斯模型的修正模型俄羅斯模型的修正模型4計(jì)算模型（修正模型）計(jì)算模型（修正模型） )8 . 008.2420

18、4()268. 0253. 5909. 6678. 3)(83. 066. 12125. 2(020020302HHppk 80.020.00)8 . 008.24204()8732.8314.39297.5859 .285)(83. 066. 12125. 2(020020302HHppk 0 .180.00 可視化程序編制可視化程序編制6 6、需進(jìn)一步研究的問題、需進(jìn)一步研究的問題 我國我國LNGLNG應(yīng)用開發(fā)較遲，雖然目前開發(fā)的幾種貯應(yīng)用開發(fā)較遲，雖然目前開發(fā)的幾種貯運(yùn)設(shè)備很快達(dá)到國際同類水平，但從整個(gè)國家利用運(yùn)設(shè)備很快達(dá)到國際同類水平，但從整個(gè)國家利用天然氣資源、提高經(jīng)濟(jì)性來看，還與國際上存在差天然氣資源、提高經(jīng)濟(jì)性來看，還與國際上存在差距。因此，