液化石油气冷冻储罐的结构及技术经济分析.pdf

I 3 6 煤气与热力 文章编号： 1 0 0 04 4 1 6 ( 2 0 0 0 ) 0 2 0 1 3 60 3 2 0 0 0年 3月 液化石油气冷冻储罐的结构及技术经济分析 韩显军 r ； ( 深圳华安液化 石硒气 台 7 深 圳5 1 8 0 0 8 ) 三 P 7 提要： 阐述 了冷冻储罐 的结构特点， 主要对 圆筒立式双壁冷冻罐 包括双壳金属罐、 予应力 砼罐和薄膜罐的结构特点及结合两座单罐客积为8 O 0 0 0 112 3 、 单罐储量为4 0 0 0 0 t 圆筒立 式双壳金属罐进行分析， 同时依据结构昀特点在安全可靠性方面进行了 技术经济分析。 关键词： 液化石油气； 冷冻储存； 储罐的随曲； 技术经济分析 中图分委号： T IJ 9 9 6 文献标识码： l 概 况 目前国际上的液化石油气低温常压储罐一般都 是单罐储存能力在 2万 IT I 上的大型储罐 ， 按其罐 壁单双层分为圆筒立式单壁罐和圆筒立式双壁 罐 ( 双层罐) 。而圆筒立式双层罐的基本构造 ， 按其设 置方式分为地上式、 半地下式、 地下式； 按其构成双 层罐内外罐材质的不同和特点， 分为双壳金属罐， 予 应力砼罐和薄膜罐。 若按其内罐是否起拱可分为双拱顶罐和外拱顶 承吊内平顶罐( 通常外罐起拱 ， 是结构稳定和强度的 要求 ) ； 若按其内外罐问是否用惰性气体( 通常用氮 气) 填充隔离密封可分为惰性气体 隔离罐和气相液 化石油气连通罐。 单壁罐应该认为是早期产品 ， 无论是金属单壁 罐还是砼单壁罐( 金属单壁罐通常是地上式储罐， 砼 单壁罐通常应用于地上式 、 半地下式、 地下式储罐) ， 其在安全可靠性方面有明显劣势， 如其它条件等同， 在强度上缺少了外罐对 内罐 的保护作用； 在保冷措 施方面金属单壁罐通常用聚胺脂发泡 ， 保玲面积大， 要解决发泡均匀 问题 通常用薄的镀锌板或不绣钢 板保护发泡聚胺脂， 一旦发生渗入雨水、 脱落及破坏 等增加 了维护的难度 ， 严重时要停产甚至带来安全 问题等； 砼 单壁罐通常用玻璃棉、 地面 内绝热等保 冷 ， 砼直接 接触液体。 气密性方 面 自然不如金属材 料。本文主要分析圆筒立式 双层罐。 不讨论 砼为 直接盛载液体的双壁罐。 2 低温双层储罐的构造 2 1 低压双层储罐的基本结构 双壳金属罐内外罐都为金属材料钢材 ； 予应力 砼罐外罐为砼 、 预应力砼 、 预制砼 、 特性砼等 ， 内罐为 金属材料钢材 ； 薄膜罐外罐为砼 、 预应力砼 、 特性砼 ， 内罐为金属材料薄膜钢 、 薄膜合金。不论是双壳金 属罐， 予应力砼罐还是薄膜罐， 其共同特点为： 外罐 起着对内罐的保护作用， 要求具有抗震、 抗风、 抗压 、 防渗透 、 抗机械冲击、 抗热冲击、 盛放保 冷材料及防 止罐二次泄漏等性质； 内罐为液态液化石油气 的盛 载罐， 要防止一次泄漏 ， 具有良好液密性 ， 材质必须 是耐低温在 一4 2。 c 下。丙烷罐耐低温的设计温 度通常为 一4 2 一一 4 5； 丁烷罐设计温度通常为 一 6 一I O。丙烷罐、 丁烷罐 的设计压力通常为 一 5 O P a 3 0 k P a 。内外罐之 间通常设 置隔热保冷材 料 ， 如玻璃棉 、 珍珠岩颗粒或氮气等。内罐和外罐底 板之间通常采用具有一定承载强度和保冷效果的珍 珠岩混凝土， 当薄膜罐时 ， 应采用适应薄膜可挠性的 柔性保冷材料。在基础承台中或罐底板间设有防冻 保温效果的加热设施 ， 或在基础承台中设有空气流 动孔， 防止基础冻裂破坏及冰胀压力对罐体的影响 从低温罐工艺角度看 ， 低温罐必需有下列工艺 接口： 气液相接 口， 至少设置两个液位计 、 两个安全 萼 罂 嚣 釜 ? 一 )男 吉 林 扶 余 凡 ，硬 士 ，从 事 燃 气 方 面 设 备 及 技 术 的 管 理 工 作 。 维普资讯 http:/ 第2 0 卷 第2 期 煤气与热力 1 3 7 阀、 两个真空阀、 两个 内罐压力计 、 两个外罐压力计 ( 或内外罐差压计) 的接 口， 多点内罐顶底表面温度 测量计接 口， 内罐沿深度方向温度测量计接口， 填充 保玲材料的开孔及必要的人孔 ， 同时还要考虑罐在 投入使用时需要置换和冷却的开孔及设施 相应设 备应具有耐低温特点， 材料配管要适应 罐的特点及 热胀冷缩的变化。 2 2 双壳金属罐的结构特点 我公司建造的储量 为 4万 t 丙烷 、 丁烷储罐 各 一 座 均以储存丙烷的条件设计建造的， 设计耐低温 温度为 一 4 5， 设计压力为 一0 4 9 1 4 7 k P a ， 地震 裂度设防等级级， 每座储罐承坐在直径为 6 0 m、 厚为 1 2 i 1 11 的均匀沉降的承台之上， 承台之下有9 4 9 根桩径为 4 5 01 1 1 1 33 ， 桩长为 培 02 1 6 5i 1 11 入基岩的 无砂砼压浆灌柱桩 ， 单桩的设计承载力为 1 3 0 0 k in ， 外罐通过预埋在承台中地脚螺栓 固定。储罐结构属 于外拱顶承吊内平顶 ( 略有锥度) ， 气态 ， c连通罐 间的双壳金属罐 ， 外罐直径为 5 8 3 m， 高为 4 0 3 I 1 ； 内罐直径为 5 7 m， 高为 2 7 8 m； 内外罐径向间距为 6 5 0一 ( 包括了内罐的壁厚) 。外罐常温钢材质为 A 2 8 3 G r C、 A 1 3 1 C - r B和 A 5 7 3 G t 7 0 ， 壁板厚 度为 l 2 0 1 4 0n 共有 l 0 带板， 每带 l 4块， 底板厚度为 4 8 6 4一 顶板厚度为 7 4 r l n l ， 肩板厚度为 4 2 l fl l rl ， 起拱 的龙骨为 9 6条长短 相间 3 0 0号工字钢。 内罐低温钢材质为 A 5 3 7 C 1 2和 ? ,5 1 6 G r 6 0 ， 壁板厚 度为 8 0 2 7 6 h i m， 共有9带板 ， 每带 1 2块， 底板厚 度为 6 4 8 0 n ， 顶板厚度为 4 8l fi lr l 。内罐底采 用真珠 岩混凝土 ， 内外罐 壁间在 内罐包有厚度 为 1 0 0 r 一 玻璃棉后填充真珠岩颗粒， 内罐顶包有厚度 为 2 O 0m m玻璃棉 内罐水平焊缝 自动焊机焊接， 竖缝采用手焊； 外 罐水平缝外侧 自动焊机焊接 ， 内侧和竖缝采用手焊 罐顶重约 5 ( 10 t ， 安装采用气体( 空气) 顶升法。 2 3 予应力砼罐的结构特点 这种罐是将双壳金眉罐外罐用砼 、 预应力砼代 替 ， 外罐也按盛载液态 L P G设计建造， 同时考虑使 砼适应各种负荷变化的特点， 外罐 内倜附有保冷隔 热材料 。 在隔热保冷材料与内罐之间设有径向间距 约为 1 5 m的空间， 当内罐储存液化石油气时， 其空 间用氨气隔离密封。内罐为起拱罐， 罐体 自承罐顶 重 ， 罐的接 口全部开设在罐项， 液态 I G通常用设 置在罐内低温潜液泵输出。 2 4 薄膜罐结构特点 薄膜罐应该说在 L N G中较在 I PG中应用的更 为广泛， 内罐为薄膜钢、 薄膜台金， L P G内罐采用耐 低温 一4 2以下的碳钢； I 2 4 G内罐通常采用耐低温 在 一1 6 2以下 9镍钢， 其薄膜厚度为0 7 r i m， 是 具有非常低膨胀系数的不胀钢 ， 也可采用 4锰铝 轻台金。内罐强度设计主要是可承受液态燃气 的液 体静压。外罐预应力砼除了承受传递的内罐液体的 静压外， 还要足够保证 承受各种机械负荷的影响。 罐间称为保冷绝热空间， 保冷材料要直接接触预应 力砼和薄膜， 保冷材料要适应内罐薄膜的可挠性变 化。 底部通常用发泡玻璃 ， 筒体部分用聚氯乙烯板和 纤维层压板等， 顶部用玻璃棉。管道及附属设施要 采用柔性接口。 3 低压储存的技术经济分析 根据双壳金属罐、 予应力砼 罐和薄膜罐的结构 特点进行技术比较， 阐述影响安全可靠性及技术成 本的因素。 3 1 影响安全可靠性韵结构因素 ( 1 )予应力砼罐的外罐以能够盛载低温液态液 化石油气 的要求进行设计建造 ， 起到内罐一次泄漏 后防止二次泄漏的保护作用， 较双壳金属罐的外罐 由常温钢材建造在强度方面主要以盛载保冷材料优 越得多 ( 2 )予应力砼外罐的砼特别是预应力砼具有耐 低温、 不变脆、 抗老化 、 不需防腐、 不受地下水腐蚀等 特性， 液密性和拉震性能也很好， 同时正常情况下防 止热量浸十分有效。 ( 3 )予应力砼外罐是防火构造 ， 用于罐间填充 的隔热材料和氮气 ， 能够有效实现与内罐的热量隔 绝 ， 一旦发生火灾较双壳金属罐能够在较长时闻内 不致使内罐的温度上升 ， 对防止火灾也十分有效。 ( 4 )予应力砼外罐与内罐之间的空间是为满足 对罐进行维修检查设计 的， 较双壳金属罐需取出罐 间保冷材料才能检查节省时间， 且空间较大便于检 查维护。同时 ， 填充氮气 能与内罐的液化气保持同 一 温度 ， 即使内罐液化气泄漏到罐间， 也能防止液态 液化石油气急剧气化， 可通过放散设备安全排放。 ( 5 )予应力砼罐对建设用地范围较宽， 可建成 地上式、 半地下式、 地下式储罐 ， 对半地下式、 地下式 维普资讯 http:/ 1 3 8 煤气与热力 2 0 0 0 年3 月 储罐 的基础加热器可设置在罐底问 的保 冷混凝土 内， 而双壳金属只适合于建地 上式储罐。地上罐当 防冻措施采用空气流动孔 ， 增加了基础结构的设计 施工难度， 同时热稳定性差、 冷量损失不均匀， 在我 国冬夏温度 一般可 能的变化 范 围为 一2 0至 3 o ， 而采用加热器虽增加了这部分投资， 但热稳定性 好， 如可实现自动地控制保持在 5。 ( 6 )低温双层罐间用氨气隔离时 ， 予应力砼罐 较双壳金属罐容易控制因台风来临大气压变化而导 致内外罐压差的变化。用氮气隔离 当内罐压力过低 时氨气进入内罐较液化石油气连通罐空气进入罐内 具有较高的可靠性( 因为空气进入罐内， 空气中水蒸 气会冻结， 同时有形成爆炸性混合气体的危险) ( 7 )薄膜罐因外罐是预应力砼 ， 因此具备 了予 应力砼罐的一些优点 ， 更重要的是薄膜内罐由外罐 承吊罐顶， 并且具有良好的柔性和可挠性 ， 可免受由 温度引起的复杂约束力的作用 ， 当外罐由于各种因 素如罐基础冰胀力 、 不均匀沉降及地震产生变形时， 也具有一定的适应能力， 具有极好的安全可靠性。 3 2 影响投资成本的因素 ( 1 )对于建造同等规模双壳金属罐时， 外拱顶 承吊内平顶罐较双拱顶罐经济。因为外拱顶承吊内 平顶罐只要适 当增加外罐常温钢材的壁板厚即可， 而双拱顶罐内罐为支撑式罐顶则必须增加内罐壁板 和拱顶部份的低温钢材的数量， 同时采用正装法施 工也增加了施工的难度， 导致成本有所增加。 ( 2 )采用惰性气体填 充内外罐空间， 安全可靠 性有所提高， 但增加氨气缓冲呼吸系统 ， 使成本有所 增加。 ( 3 )目前建造一座储量为 4万 t 双壳金属所用 钢材大约在 2 2 0 0 t 左右。予应力砼罐较双壳金属 罐节约常温钢材 ， 但需增加砼的量， 从投人材料成本 来看， 特别是采用预应力砼时并不存在大的差异， 从 施工方法来看 ， 采用预应力砼增加施工难度， 予应力 砼罐在技术、 安全可靠性方面具有明显优点， 应该看 作属于技术进步型本设备。 ( 4 ) 考虑地理条件对投资成本的影响， 予应力 砼罐对地理条件适应范围较宽， 但建设半地下式， 地 下式储罐， 不太适宜建在地下水位较高的地方。特 别是在 日本予应力砼罐的外罐可兼作防液堤减少土 地使用费和防液堤的造价， 降低投资成本。 ( 5 )从附属设施来看， 予应力砼罐可减少部份 防腐和冷却喷淋工程量， 可相应降低部份成本和 日 常维护管理费。 ( 6 )考虑到施工技术的进步， 予应力砼罐较双 壳金属罐便于交叉施工作业， 可缩短工期 ( 7 ) 薄膜罐的内罐薄膜钢较贵， 特别是镍钢， 焊 接难度大、 技术要求高 ， 施