摘要：本文主要介紹國(guó)內(nèi)城市燃?xì)庵谐Ｓ玫恼婵展藓妥幽腹薜脑?、結(jié)構(gòu)、相關(guān)規(guī)定及使用情況，并分析了這兩種儲(chǔ)罐在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。由制造和運(yùn)輸?shù)臈l件決定了適合真空絕熱低溫容器的儲(chǔ)存量小于200m3，而現(xiàn)場(chǎng)組裝的非真空絕熱的子母罐適用于儲(chǔ)存量大于200m3，同時(shí)給出了設(shè)計(jì)和制造過程中典型規(guī)格技術(shù)參數(shù)表，為設(shè)計(jì)、制造和選用提供了技術(shù)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：液化天然氣、真空罐、子母罐、低溫容器
1、前言
近年來隨著國(guó)際油價(jià)的上漲，液化石油氣(LPG)作為石油的副產(chǎn)品，價(jià)格也隨之上揚(yáng)，而天然氣作為一種清潔、廉價(jià)能源越來越引起世人的關(guān)注。燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)商著眼于天然氣的經(jīng)濟(jì)有效利用，加大了液化天然氣(LNG)在存儲(chǔ)運(yùn)輸中的比例。
LNG主要有以下的幾個(gè)特性：
1)溫度低：其沸點(diǎn)在大氣壓力通常在-166℃到-157℃之間。
2)安全性高：無色、無味、無毒且無腐蝕性。
3)存儲(chǔ)空間?。浩潴w積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600。
4)重量輕：密度通常在430kg/m3～470kg/m3之間，較少情況下可達(dá)520kg/m3。
5)熱值高：熱值為52MMBtu/t(1MMBtu=2.52×108cal，13104kcal/kg)。
而我國(guó)已建和在建較多的LNG接收站、LNG氣化站和LNG調(diào)峰站，用于大量存儲(chǔ)LNG。
當(dāng)LNG容器的有效容積V≤200m3時(shí)，可采用真空粉末或真空多層絕熱方式儲(chǔ)存，也就是我們常說的真空罐．在制造廠內(nèi)整體制作完工，經(jīng)公路、鐵路或水路運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝。當(dāng)有效容積V＞200m3時(shí)，如做成單獨(dú)的一個(gè)罐體，則由于體積龐大使罐的運(yùn)輸、吊裝都十分困難，導(dǎo)致運(yùn)輸、吊裝及制造成本大幅度上升，甚至無法實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于有效容積V＞200m3時(shí)，常采用“化整為零”的子母罐形式，即將多個(gè)容積較小的罐(即子罐)組成內(nèi)罐以滿足對(duì)容積的要求，外部加保冷絕熱材料后置于一個(gè)大型外罐 (即母罐)之中。這樣既解決了運(yùn)輸與安裝的難題，又滿足了對(duì)儲(chǔ)存量的需要，同時(shí)比多個(gè)獨(dú)立的真空管減少占地面積，減少用戶的設(shè)備投資成本，又易于維護(hù)和管理。
目前國(guó)內(nèi)城市燃?xì)獬Ｓ玫膬?chǔ)存形式也主要是真空罐和子母罐這兩種低溫帶壓儲(chǔ)罐形式。以下分別介紹這兩種儲(chǔ)罐。
2、真空罐
國(guó)內(nèi)的LNG氣化站，采用真空罐儲(chǔ)存LNG的較多。常用的真空罐有40m3、50m3、100m3、150m3、200m3和250m3等幾種規(guī)格，適用于存儲(chǔ)量較小的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)上真空罐分為內(nèi)外兩層，內(nèi)罐用于存儲(chǔ)LNG，外罐用于保持內(nèi)外罐壁間的真空度以保持內(nèi)罐的低溫并抵抗外界的大氣壓力。故內(nèi)罐采用耐低溫的奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9(GB 4237-1992)制成，外罐采用壓力容器用鋼板16MnR(GB 6654-1996)制成。內(nèi)外罐壁材料必須符合《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(1999)、《鋼制壓力容器》GB 150(1998)和《低溫絕熱壓力容器》GB 18442(2001)的相關(guān)規(guī)定。建成后內(nèi)外罐壁均須接受焊接工藝評(píng)定、焊接試板力學(xué)性能檢驗(yàn)、真空檢漏(包括氦質(zhì)譜真空檢漏考核，以符合真空絕熱要求)的嚴(yán)格檢測(cè)。
內(nèi)、外罐壁間安裝有內(nèi)、外罐的固定裝置，用來確保真空罐能夠滿足其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中對(duì)于強(qiáng)度、穩(wěn)定性及絕熱保冷需要。夾層保冷填料為珠光砂，填裝容重為40~60Kg/m3，粒度 0.1~0.2mm，含濕量重<0.1%(質(zhì)量)，露點(diǎn)≤-25℃；同時(shí)夾層內(nèi)還設(shè)置抽真空管道，封結(jié)真空度≤5Pa。
本文以100m3真空儲(chǔ)罐為例，見表1，進(jìn)行介紹。
罐體上的接口包括底部進(jìn)液口(DN50)、頂部進(jìn)液口(DN50)、出液口(DN50)、氣相口(DN50)、溢流口(DN15)、液位計(jì)及壓力表接口 (DN10)、抽真空口(DN50)、測(cè)真空口(1/8NPT)和防爆口(φ127)等。與罐體相連的管線均由耐低溫奧氏體不銹鋼管制成，接管在內(nèi)外罐之間設(shè)膨脹彎，用以適用低溫工況、減小LNG接管的溫差應(yīng)力。所有進(jìn)出料管均由外罐底部的封頭引出。引出管與外罐封頭采用杜拉管結(jié)構(gòu)；液位計(jì)接口管道分別引自內(nèi)罐的頂部和底部，在外罐側(cè)部位置統(tǒng)一引出，便于安裝液位計(jì)及壓力表。
在實(shí)際運(yùn)用中LNG真空儲(chǔ)罐配有液位計(jì)、差壓變送器、壓力變送器、壓力表各一套，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG液位、壓力的現(xiàn)場(chǎng)指示及遠(yuǎn)傳顯示控制，增強(qiáng)了使用過程中的安全性。表1 100m3低溫LNG儲(chǔ)罐技術(shù)參數(shù)表
3、子母罐
對(duì)于某些用氣量大且離氣源較遠(yuǎn)的城市，需要的存儲(chǔ)周期較長(zhǎng)(一般為7-15d)，如采用真空罐存儲(chǔ)LNG來滿足城市對(duì)燃?xì)獾男枨?，則需要大幅增加基建投資，在這種情況下采用子母罐來儲(chǔ)存LNG，則可以相對(duì)減少占地面積及材料設(shè)備的投資。
子母罐是將多個(gè)子罐并列組裝在一個(gè)大型外罐即母罐之中。子罐一般為3-10個(gè)，單個(gè)子罐的有效容積通常在100~250m3之間，可以組建300~2500m3的大型儲(chǔ)槽，以滿足站場(chǎng)對(duì)低溫液體儲(chǔ)存量的要求。為減少占地面積以、保證操作的安全性，子罐通常采用立式圓筒形結(jié)構(gòu)，外罐采用常見的立式平底拱頂圓筒形結(jié)構(gòu)。子罐為該種存儲(chǔ)形式的關(guān)鍵所在，一般設(shè)計(jì)成壓力容器，可以實(shí)現(xiàn)帶壓存儲(chǔ)(子罐的工作壓力通常為0.2～1.0MPa)，降低對(duì)絕熱材料及環(huán)境條件的要求，減少投資。外罐形狀尺寸大，不易做成耐壓結(jié)構(gòu)，一般為常壓罐。 內(nèi)外罐之間采用堆積填加珠光砂粉末以減少罐內(nèi)外的傳熱量。
子罐通常是在壓力容器制造廠制造完工后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位，外罐則是由零部件在現(xiàn)場(chǎng)組裝而成。
考慮到子母罐后期的維護(hù)和維修一般同時(shí)建兩座，也可建一座，而把子罐分為兩個(gè)流程。
本文以2500m3子母罐為例，見表2和圖1，進(jìn)行介紹。
該子母罐內(nèi)部設(shè)置10只子罐，結(jié)構(gòu)為立式、圓柱形式，底部為支腿支撐。單個(gè)子罐貯存容積為250m3，工作壓力為0.6MPa，主體材質(zhì)為0Cr18Ni9；外罐為平底拱蓋結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為16MnR。
在子罐上、下部分別設(shè)置可遠(yuǎn)傳的測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)子罐進(jìn)行觀測(cè)、監(jiān)控，及時(shí)檢測(cè)LNG貯存的分層情況。在母罐底部設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，頂部設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)母罐進(jìn)行觀測(cè)、監(jiān)控。同時(shí)還有一套完善的就地壓力、液位指示系統(tǒng)，并遠(yuǎn)傳中控室，對(duì)儲(chǔ)罐的壓力、液位進(jìn)行就地觀測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。
子罐設(shè)有頂部進(jìn)液和底部進(jìn)液2條管線。頂部進(jìn)液管線采用噴淋裝置，以保證內(nèi)罐均勻冷卻，避免局部溫差引起翻沸。子罐所設(shè)的排液管線滿足LNG排量，排液管線還設(shè)有專用氣封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，由封頭下部引出，以保證液體排盡。子罐上還設(shè)有兩套安全閥，并配備三通切換閥，保證使用過程中的安全性，并滿足安全監(jiān)檢的要求。
罐體上部引出管道的溫差應(yīng)力補(bǔ)償均采用不銹鋼π形管道和波紋管補(bǔ)償器。所有液相引出外殼管道均采用真空絕熱管道，最大限度地減少冷損。
外罐頂部設(shè)置了珠光砂填充口以確保珠光砂填充均勻；頂部和側(cè)面各設(shè)置人孔，便于檢修時(shí)人員的出入；外罐還設(shè)有珠光砂扒出口，以滿足維修的要求。同時(shí)外罐還設(shè)有呼吸閥和防爆裝置。罐上有氣相、液相分析閥，可對(duì)罐內(nèi)LNG純度進(jìn)行分析。罐上有測(cè)滿閥和控制貯槽壓力的自動(dòng)放空管線，并聯(lián)手動(dòng)放空閥。
夾層充微正壓干氮?dú)庖员ＷC珠光砂的干燥，保證其絕熱效果。氮?dú)庀到y(tǒng)采用自力式調(diào)節(jié)閥控制(帶旁通)，保證夾層壓力恒定。
儲(chǔ)罐還設(shè)有導(dǎo)靜電接地接口、防雷設(shè)施和消防水噴淋管道等，以最大限度的保證儲(chǔ)罐使用過程中的安全性。表2 2500m3子母罐技術(shù)參數(shù)表
關(guān)鍵詞：液化天然氣、真空罐、子母罐、低溫容器
1、前言
近年來隨著國(guó)際油價(jià)的上漲，液化石油氣(LPG)作為石油的副產(chǎn)品，價(jià)格也隨之上揚(yáng)，而天然氣作為一種清潔、廉價(jià)能源越來越引起世人的關(guān)注。燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)商著眼于天然氣的經(jīng)濟(jì)有效利用，加大了液化天然氣(LNG)在存儲(chǔ)運(yùn)輸中的比例。
LNG主要有以下的幾個(gè)特性：
1)溫度低：其沸點(diǎn)在大氣壓力通常在-166℃到-157℃之間。
2)安全性高：無色、無味、無毒且無腐蝕性。
3)存儲(chǔ)空間?。浩潴w積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600。
4)重量輕：密度通常在430kg/m3～470kg/m3之間，較少情況下可達(dá)520kg/m3。
5)熱值高：熱值為52MMBtu/t(1MMBtu=2.52×108cal，13104kcal/kg)。
而我國(guó)已建和在建較多的LNG接收站、LNG氣化站和LNG調(diào)峰站，用于大量存儲(chǔ)LNG。
當(dāng)LNG容器的有效容積V≤200m3時(shí)，可采用真空粉末或真空多層絕熱方式儲(chǔ)存，也就是我們常說的真空罐．在制造廠內(nèi)整體制作完工，經(jīng)公路、鐵路或水路運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝。當(dāng)有效容積V＞200m3時(shí)，如做成單獨(dú)的一個(gè)罐體，則由于體積龐大使罐的運(yùn)輸、吊裝都十分困難，導(dǎo)致運(yùn)輸、吊裝及制造成本大幅度上升，甚至無法實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于有效容積V＞200m3時(shí)，常采用“化整為零”的子母罐形式，即將多個(gè)容積較小的罐(即子罐)組成內(nèi)罐以滿足對(duì)容積的要求，外部加保冷絕熱材料后置于一個(gè)大型外罐 (即母罐)之中。這樣既解決了運(yùn)輸與安裝的難題，又滿足了對(duì)儲(chǔ)存量的需要，同時(shí)比多個(gè)獨(dú)立的真空管減少占地面積，減少用戶的設(shè)備投資成本，又易于維護(hù)和管理。
目前國(guó)內(nèi)城市燃?xì)獬Ｓ玫膬?chǔ)存形式也主要是真空罐和子母罐這兩種低溫帶壓儲(chǔ)罐形式。以下分別介紹這兩種儲(chǔ)罐。
2、真空罐
國(guó)內(nèi)的LNG氣化站，采用真空罐儲(chǔ)存LNG的較多。常用的真空罐有40m3、50m3、100m3、150m3、200m3和250m3等幾種規(guī)格，適用于存儲(chǔ)量較小的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)上真空罐分為內(nèi)外兩層，內(nèi)罐用于存儲(chǔ)LNG，外罐用于保持內(nèi)外罐壁間的真空度以保持內(nèi)罐的低溫并抵抗外界的大氣壓力。故內(nèi)罐采用耐低溫的奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9(GB 4237-1992)制成，外罐采用壓力容器用鋼板16MnR(GB 6654-1996)制成。內(nèi)外罐壁材料必須符合《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(1999)、《鋼制壓力容器》GB 150(1998)和《低溫絕熱壓力容器》GB 18442(2001)的相關(guān)規(guī)定。建成后內(nèi)外罐壁均須接受焊接工藝評(píng)定、焊接試板力學(xué)性能檢驗(yàn)、真空檢漏(包括氦質(zhì)譜真空檢漏考核，以符合真空絕熱要求)的嚴(yán)格檢測(cè)。
內(nèi)、外罐壁間安裝有內(nèi)、外罐的固定裝置，用來確保真空罐能夠滿足其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中對(duì)于強(qiáng)度、穩(wěn)定性及絕熱保冷需要。夾層保冷填料為珠光砂，填裝容重為40~60Kg/m3，粒度 0.1~0.2mm，含濕量重<0.1%(質(zhì)量)，露點(diǎn)≤-25℃；同時(shí)夾層內(nèi)還設(shè)置抽真空管道，封結(jié)真空度≤5Pa。
本文以100m3真空儲(chǔ)罐為例，見表1，進(jìn)行介紹。
罐體上的接口包括底部進(jìn)液口(DN50)、頂部進(jìn)液口(DN50)、出液口(DN50)、氣相口(DN50)、溢流口(DN15)、液位計(jì)及壓力表接口 (DN10)、抽真空口(DN50)、測(cè)真空口(1/8NPT)和防爆口(φ127)等。與罐體相連的管線均由耐低溫奧氏體不銹鋼管制成，接管在內(nèi)外罐之間設(shè)膨脹彎，用以適用低溫工況、減小LNG接管的溫差應(yīng)力。所有進(jìn)出料管均由外罐底部的封頭引出。引出管與外罐封頭采用杜拉管結(jié)構(gòu)；液位計(jì)接口管道分別引自內(nèi)罐的頂部和底部，在外罐側(cè)部位置統(tǒng)一引出，便于安裝液位計(jì)及壓力表。
在實(shí)際運(yùn)用中LNG真空儲(chǔ)罐配有液位計(jì)、差壓變送器、壓力變送器、壓力表各一套，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG液位、壓力的現(xiàn)場(chǎng)指示及遠(yuǎn)傳顯示控制，增強(qiáng)了使用過程中的安全性。
序號(hào)
技術(shù)參數(shù)名稱
內(nèi)罐
外罐
01
容器類別
三類
02
全容積(m3)
105.3
46(夾層)
03
有效容積(m3)
100
04
貯存介質(zhì)
LNG
珠光砂(夾層)
05
直徑(mm)
φ3000
φ3500
06
材質(zhì)
0Cr18Ni9
16MnR
07
設(shè)計(jì)溫度(oC)
－196
50
08
工作溫度(oC)
－162
環(huán)境溫度
09
工作壓力(MPa)
≤0.60
真空
10
設(shè)計(jì)壓力(MPa)
0.66
-0.1
11
氣壓試驗(yàn)壓力(MPa)
0.80
/
12
日蒸發(fā)率
≤0.25％/d
/
13
內(nèi)槽射線探傷比例
100%RTⅡ級(jí)
100％UT+ 100％PT I級(jí)
14
腐蝕裕量
0
1
15
焊縫系數(shù)
1.0
0.85
16
設(shè)備總重(kg)
約37380
17
外形尺寸(mm)
Φ3500×16983(直徑×總高度)
3、子母罐
對(duì)于某些用氣量大且離氣源較遠(yuǎn)的城市，需要的存儲(chǔ)周期較長(zhǎng)(一般為7-15d)，如采用真空罐存儲(chǔ)LNG來滿足城市對(duì)燃?xì)獾男枨?，則需要大幅增加基建投資，在這種情況下采用子母罐來儲(chǔ)存LNG，則可以相對(duì)減少占地面積及材料設(shè)備的投資。
子母罐是將多個(gè)子罐并列組裝在一個(gè)大型外罐即母罐之中。子罐一般為3-10個(gè)，單個(gè)子罐的有效容積通常在100~250m3之間，可以組建300~2500m3的大型儲(chǔ)槽，以滿足站場(chǎng)對(duì)低溫液體儲(chǔ)存量的要求。為減少占地面積以、保證操作的安全性，子罐通常采用立式圓筒形結(jié)構(gòu)，外罐采用常見的立式平底拱頂圓筒形結(jié)構(gòu)。子罐為該種存儲(chǔ)形式的關(guān)鍵所在，一般設(shè)計(jì)成壓力容器，可以實(shí)現(xiàn)帶壓存儲(chǔ)(子罐的工作壓力通常為0.2～1.0MPa)，降低對(duì)絕熱材料及環(huán)境條件的要求，減少投資。外罐形狀尺寸大，不易做成耐壓結(jié)構(gòu)，一般為常壓罐。 內(nèi)外罐之間采用堆積填加珠光砂粉末以減少罐內(nèi)外的傳熱量。
子罐通常是在壓力容器制造廠制造完工后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)吊裝就位，外罐則是由零部件在現(xiàn)場(chǎng)組裝而成。
考慮到子母罐后期的維護(hù)和維修一般同時(shí)建兩座，也可建一座，而把子罐分為兩個(gè)流程。
本文以2500m3子母罐為例，見表2和圖1，進(jìn)行介紹。
該子母罐內(nèi)部設(shè)置10只子罐，結(jié)構(gòu)為立式、圓柱形式，底部為支腿支撐。單個(gè)子罐貯存容積為250m3，工作壓力為0.6MPa，主體材質(zhì)為0Cr18Ni9；外罐為平底拱蓋結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為16MnR。
在子罐上、下部分別設(shè)置可遠(yuǎn)傳的測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)子罐進(jìn)行觀測(cè)、監(jiān)控，及時(shí)檢測(cè)LNG貯存的分層情況。在母罐底部設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，頂部設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)母罐進(jìn)行觀測(cè)、監(jiān)控。同時(shí)還有一套完善的就地壓力、液位指示系統(tǒng)，并遠(yuǎn)傳中控室，對(duì)儲(chǔ)罐的壓力、液位進(jìn)行就地觀測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。
子罐設(shè)有頂部進(jìn)液和底部進(jìn)液2條管線。頂部進(jìn)液管線采用噴淋裝置，以保證內(nèi)罐均勻冷卻，避免局部溫差引起翻沸。子罐所設(shè)的排液管線滿足LNG排量，排液管線還設(shè)有專用氣封補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，由封頭下部引出，以保證液體排盡。子罐上還設(shè)有兩套安全閥，并配備三通切換閥，保證使用過程中的安全性，并滿足安全監(jiān)檢的要求。
罐體上部引出管道的溫差應(yīng)力補(bǔ)償均采用不銹鋼π形管道和波紋管補(bǔ)償器。所有液相引出外殼管道均采用真空絕熱管道，最大限度地減少冷損。
外罐頂部設(shè)置了珠光砂填充口以確保珠光砂填充均勻；頂部和側(cè)面各設(shè)置人孔，便于檢修時(shí)人員的出入；外罐還設(shè)有珠光砂扒出口，以滿足維修的要求。同時(shí)外罐還設(shè)有呼吸閥和防爆裝置。罐上有氣相、液相分析閥，可對(duì)罐內(nèi)LNG純度進(jìn)行分析。罐上有測(cè)滿閥和控制貯槽壓力的自動(dòng)放空管線，并聯(lián)手動(dòng)放空閥。
夾層充微正壓干氮?dú)庖员ＷC珠光砂的干燥，保證其絕熱效果。氮?dú)庀到y(tǒng)采用自力式調(diào)節(jié)閥控制(帶旁通)，保證夾層壓力恒定。
儲(chǔ)罐還設(shè)有導(dǎo)靜電接地接口、防雷設(shè)施和消防水噴淋管道等，以最大限度的保證儲(chǔ)罐使用過程中的安全性。
序號(hào)
技術(shù)參數(shù)名稱
單臺(tái)子罐
母罐
備注
01
工作壓力
0.6 MPa
2.0kPa
02
設(shè)計(jì)壓力
0.66 MPa
3.0kPa
03
氣壓性試驗(yàn)壓力
0.76MPa
3.75kPa
04
有效容積(m3)
2500
/
充滿率95％
05
幾何容積(m3)
2640
5040 (夾層)
06
貯存介質(zhì)
LNG
珠光砂充氮(夾層)
07
直徑(mm)
Ф3800
Ф19338
08
壁厚(mm)
10/12
8/10/12
壁厚沿高度變化
09
母罐底板厚度(mm)
8～15
10
高度(mm)
23880
27195
11
材質(zhì)
0Cr18Ni9
16MnR
12
地震烈度
7度
13
設(shè)計(jì)風(fēng)速(m/s)
/
29
14
設(shè)計(jì)溫度(℃)
－196
－19
15
日蒸發(fā)率
≤0.2%
環(huán)境溫度20℃
16
射線探傷比例
100%射線Ⅱ級(jí)
按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
17
腐蝕裕量
0
1
18
焊縫系數(shù)
1
0.8
19
單臺(tái)子罐凈重(t)
約34
20
子母罐空重(t)
約897
21
子母罐滿重(t)
約1962
22
設(shè)計(jì)壽命
15年
