工业化进程的加快, 对能源的需求大大增加, 这就为天然气提供了巨大的市场。同时, 随着人们对环境的关注度的提高, 使得素有“清洁能源”之称的天然气的市场进一步扩大。但天然气的产地同消费市场之间距离很远, 实现天然气的管道运输对技术以及成本都有较高的要求, 这在一定程度上限制了天然气的运输。液化天然气的出现, 为天然气运输提供了一种经济的、可接受的方法。液化天然气从生产到销售之间经历了很多工序, 包括LNG净化、LNG存储、LNG运输以及接收、气化等, 而这些工序的进行都离不开LNG储罐。LNG储罐经过多年的发展, 其技术已较为成熟。
1 LNG全容罐的主要特点及其储罐的发展
1.1 LNG储罐的发展
LNG储罐从拦蓄方式来说, 可以分为单容罐 (即单层封拦) 、双容罐 (双层封拦) 、全容罐 (彻底封拦) 。单容罐的内罐是用不锈钢制成的, 包含保温层, 而其外罐由碳钢制成, 当然还有一层挡液墙来防止液化天然气泄露;全容罐与单容罐相比, 其外罐由不锈钢或者混凝土浇筑而成, 当液化天然气在内罐中发生泄露时, 其除了挡液墙外, 外罐同样能够保存液化天然气, 换句话说, 全容罐相对于拥有两个保护层, 这是单容罐与全容罐之间最大的差别;双容罐是位于单容罐与全容罐之间的一种容器, 它也拥有内罐、外罐, 与全容罐的区别在于, 其外罐虽然也由不锈钢或者钢筋混凝土浇筑而成, 但外罐的灌顶没有封口, 能起到双容的作用, 但会与空气接触, 起不到全封闭的作用。
同时, 科学技术的发展, 也使得储罐的容量越来越大。目前, 我国的大型储罐普遍使用全容罐。根据相关规定, 液化天然气的内外罐分开都可以储备低温的液化天然气, 同时, 两罐应相距一到两米。一般情况下, 内罐负责存储液化天然气, 外罐一方面能够存储液化天然气, 另一方面可以排放内罐液化天然气经过气化后产生的气体, 保障存储安全。
1.2 LNG全容罐的主要特点:
(1) 构建外罐的主要材料为钢筋混凝土, 它主要是由罐底承台、罐壁、罐顶等三部分构成, 这三部分通过运用刚性连接方式来实现无缝连接。同时, 罐底承台应采用架高设计, 故其不需要安装加热系统。若不采用架高设计, 则需要安装加热系统, 防止地面冻裂, 上海LNG就采取的是这种方式。
(2) 为了阻止气体的泄露, 外罐内表面全部内衬碳钢, 形成一个隔气层。
(3) 全容罐的热角保护装置是采用一定比例的镍钢二层底、壁以及保温材料组成的。同时, 保温材料的运用, 使得储罐的罐底、内外罐之间、吊顶等地方都具有保温效果, 这构成了全容罐自身的保温系统。
2 内罐结构及其性能
2.1 内罐的组成及其参数
2.1.1 全容罐的内罐的组成包含以下几部分:
内罐壁、环形以及中心底部、加强筋等。吊顶等物体将灌顶与其他几个部分隔开, 具有开放性的特征。
2.1.2 全容罐的内罐的各部分在制作过程中, 需要满足以下几个参数:
(1) 基础金属在选择时, 必须注意测量其抗张强度以及屈服强度的最小值, 其中, 抗张强度的最小值应满足689.48Mpa, 屈服强度的最小值应满足586.06Mpa。当然, 在满足上述两个参数的基础上, 其弹性系数还应满足E=204 000/195 000MPa@-170/25°C这一数据。[3]
(2) 为了选择合适的焊接金属, 需要注意其抗张强度以及屈服强度的最小值, 其中, 抗张强度的最小值应满足689.48Mpa, 屈服强度的最小值应满足399.90Mpa。
(3) 其他几个参数:如选择0.28作为内罐制作的泊松系数, 选择9.40*10-6mm/mm/°C为线性热收缩系数, 同时, 还需要注意材料密度应为7850 Kg/m。
2.1.3 内罐结构的设计应满足的几个参数:
静态设计以及试验的允许应力分贝为260.00MPa、339.91MPa, 同时, 内壁的厚度的最小值应为12毫米, 环形以及中心底部的厚度的最小值分别为10毫米、6毫米。[3]
2.2 内罐加强筋的设计及其布置
加强筋是指当结构体跨度过大时, 为增加结合面的强度, 而在两个结合体的公共垂直面增加一块加强肋。内罐加强筋的设计以及定位应遵循“内罐的壁板根据壁厚进行高度转换后, 其上的加强筋之间的距离应比最大的允许距离小”这一原则。一般情况下, 内罐壁由10块九镍钢板层组成, 中间加强筋有五个, 第一个在内罐的第九块壁板上, 和顶部的加强筋相差大约4米;第二个在第八块壁板上, 与第一个之间的距离约为3.6米;第三个在第七个壁板上, 与前一个相差4.4米;第四个位于第六块壁板上, 与前一个相差4.2米;第五个位于第五块壁板上, 与前一个相差4.33米。这一设置满足国家对于液化天然气的内罐加强筋布置的要求, 因此, 具有一定的合理性、科学性。
3 外罐结构及其性能
3.1 预应力的主要概念
3.1.1 预应力混凝土
在混凝土的构件使用之前, 为了防止添加的混凝土会出现裂缝, 就会提前给予混凝土一个压力, 即人工将钢筋向外拉, 人为给予一个张力, 此时的钢筋就具有一个紧缩力。当混凝土产生拉力、裂缝将要出去时, 钢筋的收缩力就会与混凝土的张力相抵消, 从而推迟混凝土裂缝出现的时间。这种在混凝土产生裂缝之前人为的给予一种压力就是预应力混凝土。
其使用的混凝土需要满足: (1) 混凝土的强度都应与钢筋的强度相适应, 最大限度的发挥预应力钢筋的作用; (2) 其收缩力要小, 避免预应力的过多损失 (3混凝土的硬化时间应短, 这样有助于缩短施工时间, 提高施工效率。
3.1.2 施加预应力的方法
根据人为给钢筋受力和添加混凝土的先后顺序, 施加预应力的方法可以归纳为两类方法:一是先张法, 就是先给钢筋受力, 再进行混凝土的添加, 主要的步骤为先在混凝土构件中穿钢筋, 然后人为施力, 赋予钢筋一个收缩力, 然后添加混凝土同时进行一般的护理, 最后将多余的钢筋切断;另一个方法为后张法, 即先添加混凝土, 然后在给钢筋一个收缩力。具体的步骤为直接将混凝土添加到构件中, 要注意在构件为钢筋预留穿孔, 当混凝土变硬后, 将钢筋传入孔道中, 然后拉钢筋, 并用专门的器具固定, 再用混凝土灌满孔道。
3.2 预应力筋的布置[3]
预应力筋的布置分为水平预应力筋、垂直预应力筋以及螺纹钢筋与箍筋。
在进行预应力筋的布置之前, 首先要了解外罐的相关信息, 如其外罐的罐内半径约为41米, 外半径为41.8米;底部承台的外部半径约有43.3米。其次, 水平预应力筋需要安放61条, 在外罐周围 (其所在圆的半径约为42.4米) 安放4个凸纹, 这是为了固定外罐的水平预应力筋。当然, 在承台周围也应安放4条预应力筋;垂直预应力筋大约需要安放220条, 是在半径为41.4米的圆的周长上, 两根之间大约相距11.8米;螺纹钢筋与箍筋则一部分放在半径为41.1米左右的圆上, 两根之间相距约为两米的距离, 一部分放在半径为41.7米的圆上, 两根之间相距1.98米。
4 结语
液化天然气的出现, 是天然气运输的一大变革。为了适应液化天然气的存储, 相关人员研究出单容罐、双容罐以及全容罐。目前, 全容罐深受大型液化天然气接收站的喜爱。在设计全容罐时, 必须充分了解全容罐各部分的结构以及制作的注意事项, 内外罐作为全容罐的重要组成部分, 必须严格控制其所选择材料的各项参数, 进行精确的加强筋、预应力筋的设计以及布置。只有这样, 才能确保全容罐在存储液化天然气时, 其泄露的概率降低。
摘要：天然气是世界三大能源支柱之一, 作为清洁能源, 其消费量逐年增长。但天然气的产地与消费地的距离较远, 其运输往往受到成本以及技术的限制。而液化天然气的出现, 一定程度上解决了天然气长距离运输的问题。在天然气的运输、存储的过程中, 离不开LNG储罐。本文以LNG全容罐为研究的主要对象, 着重分析其内罐和外罐的结构以及性能。
关键词：液化天然气,全容储罐,结构,性能,分析
参考文献
[1] 于述强;彭文山;朱兴吉;;大型LNG储罐在温度应力作用下热角保护厚度的计算[J];科学技术与工程;2012年21期.
[2] 邓鑫;大型预应力LNG全容罐用低温材料与力学性能的研究进展[J];化工机械;2012年04期.
[3] 程旭东;朱兴吉;胡晶晶;;大型LNG储罐预应力混凝土外墙应力分析与结构优化[J];油气储运;2011年11期.
[4] 夏岩;基于BOG波动的LNG接收站工艺操作优化[D];华南理工大学;2013年.