液化天然气储罐安全技术分析LPG储罐

液化天然气储罐安全技术分析 .doc液化天然气储罐安全技术分析
摘要: 我国液化天然气的应用技术还处于发展阶段,其安全储存尤为重要。根据其特性,从涉及储罐安全的技术环节分析了储罐安全的技术要求和措施,如围堰、设计压力、主体材料等。
关键词: 低温储罐液化天然气安全技术建造
液化天然气(简称LN G) 以运输灵活、储存的显著特点,被广泛用做城市输配气系统扩容、调峰等方面的主要气源。LN G 是以甲烷为主要组分的烃类混合物,在大气压力下的沸点约为- 160 ℃,其沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为1. 25 ×10 - 4 ℃/ Pa 。LN G 的密度取决于其组分, 通常为430~470 kg/ m3 ,其密度是液体温度的函数,每度的变化梯度约为1. 35 kg/ m3 [1 ] 。
根据LN G特性,储罐不仅具有良好的绝热保冷性能,而且更需要从设计、制造及运行管理等方面对LN G储罐的安全性提出一定要求。
1 平面布置及基础
1. 1 储罐布置
LN G储罐以外的热源会对LN G储罐产生热作用。因此,LN G 储罐的布置须符合LN G 安全防火的要求。一般根据储罐的体积合理确定安全间距。美火协会标准NFPA59A 中规定了储罐围堰墙与站区建筑的小水平净距、LN G储罐之间的小净距,见表1[ 2 ] 。GB/ T 20368 —2006《液化天然气(LN G) 生产、储存和装运》中也给出了相同的数据要求[3 ] 。
表1 储罐围堰与建筑物及储罐之间的安全间距
储罐建造的位置应避开易燃物释放的下风向。平面布置设计时,应根据工艺确定的流程位置来确定工艺装置及储罐的相对位置。一般场站的工艺装置系统离储罐较远,在储罐围堰以外较近距离,可以根据需要布置热源危害相对影响小的建筑,如消防水池及废水收集池等。
1. 2 储罐围堰
单容罐的结构特性需设置围堰,其作用是用来容纳一旦内罐发生泄漏而流出的液体,阻止泄漏范围的扩大。围堰距单容罐内罐的距离要大于或等于储罐高液位减去围堰高度之后的尺寸加上液面上蒸汽压的当量压头的值之和[ 2 ] 。即在储罐发生泄漏的时候,围堰有足够的空间容纳泄漏液体。由于围堰的特殊作用,在设计时应注意以下几点: ①围堰的强度能承受拦蓄的LN G 全部静水压头。②围堰材料能承受温度骤冷所产生的影响。③围堰能承受预计到的火灾和自然力的影响。④选用热导率较小的材料来建造围堰及罐区场平。一般围堰采用钢筋混凝土材料建造。
1. 3 储罐基础
大型立式平底圆筒形储罐的基础有高架式和落地式两种。高架式基础为储罐支撑于伸出地面的桩基承台上,内罐底设置隔热层,以便阻止接触冷态介质的内罐的冷能向基础传递,从而避免由于基础接受冷能后发生冷冻膨胀,对储罐底板产生破坏作用力,影响储罐的安全储存。落地式储罐基础的底部用珍珠岩混凝土与绝热层结构组合构成,基础中间预埋加热管,在管中通入热风或热水或在罐基础上预设电加热器。在储罐运行期间,保持热风热水或电加热装置持续工作,以防止土壤冻胀鼓起损坏储罐。前者的安全性要高一些,后者的加热系统的隔热环节需要进行特殊设计,以便阻断加热系统向储罐漏热,而使得内罐的冷态低温介质气化,防止出现安全事故。
目前,大型立式平底型圆筒储罐多采用高架式的混凝土桩基基础。基础承台由柱桩支撑,可空气流通畅通。内罐底部与外罐底部之间设置隔热层,使用玻璃砖及珠光砂混凝土等导热系数小的材料作为支撑层,隔断内罐冷能,即接触LN G的材料为- 162 ℃,而到混凝土承台可以降到常温。中小型LN G 储罐多采用柱腿支撑,支撑构件作为此类储罐漏热的一个主要部分,在储罐设计时需要考虑支撑的隔热措施,一般用玻璃钢或其它具有较小导热系数又具有强度的材料做中间材料,切断内罐和外界的冷热传递。
2 储存系统
2. 1 设计压力
目前用于民用燃气气化站的小型储罐和用于LN G生产装置及调峰型液化装置的子母罐,其内罐设计成压力容器,按GB 150 —1998《钢制压力容器》附录C 设计[ 4 ] ,其设计压力大为1. 8 MPa ,通常工作压力在0. 2~1. 0 MPa[5 ] 。
大型及特大型LN G接受终端用的立式平底圆筒形储罐,按照BS EN1462021 —2006《低温工作条件下立式平底圆筒型储罐:部分设计、建造、安装和操作通用指南》进行设计,储罐大设计压力不超过0. 05 MPa[6 ] 。
立式圆筒型单容罐,国内目前参照API 620《大型焊接低压储罐设计与建造》附录Q 及上述标准建造,其工作压力0. 01 MPa ,设计正压0. 025 MPa ,内部负压0. 000 5 MPa[ 7 ] 。
2. 2 主体(内罐) 材料要求
2. 2. 1 材料基本要求
通常LN G储存在- 162 ℃,低温下金属材料的性质较常温状态有很大变化。为LN G储罐的安全,选用制造低温储罐的金属材料须考虑以下因素: ①常温至- 196 ℃(设计温度) 范围内的强度。②在使用温度范围内具有足够的韧性和塑性,以免发生脆性破坏。
③稳定的金相结构。④具有良好的加工性和焊接性。⑤价格低廉,且容易采购。⑥适合低温要求的物理性能[8 ] 。
目前,适宜建造LN G 储罐内罐的材料主要有9Ni 钢,如国产的06Ni9 钢、ASTM A553 Type I 以及奥氏体不锈钢0Cr18Ni9 Ti 等。中小型LN G 储罐的内罐常用奥氏体不锈钢制造,大型及特大型LN G储罐选用9Ni 钢作为内罐的材料。
2. 2. 2 低温韧性要求
冲击试验是评定材料低温韧脆性的常用方法,选用9Ni 钢作为LN G储罐的主材就需要对9Ni 钢板及焊缝做- 196 ℃下的冲击试验,每单个试验值不得小于35 J [ 9 ] 。由于钢材本身的纯净度、微合金化、铸态组织、控制扎制、两相区热处理及焊接磁偏吹都对9Ni 钢的焊接及低温韧性有很大影响。对于9Ni 钢及焊缝来说,35 J 试验的单个值相对比较苛刻。采用9Ni 钢制造的大型常压LN G 储罐,就需要采用适当的焊接工艺,以9Ni 钢的焊后低温性能指标,从而储罐的安全。菏泽
奥氏体不锈钢的抗拉强度、屈服强度、弹性极限及硬度随温度降低而增大,其冲击值随温度的降低减小较缓慢,奥氏体不锈钢的晶体结构为面心晶格结构,不存在脆性转变温度,在低温下能足够的塑性及韧性。这类钢中含有镍元素,镍为强奥氏体化元素,随着镍含量的增加,钢在低温下的冲击值也增大[ 7 ] ,LN G用奥氏体内罐一般不要求作材料的低温冲击试验[4 ] 。
除了以上的要求外,侧向膨胀量也是考核低温韧性的一项重要指标,一般要求每块试样的侧向膨胀量都不小于0. 38 mm。
2. 3 绝热保冷
2. 3. 1 小型储罐的绝热要求