超低温储罐液化天然气储罐的应用和技术安全

液化天然气（Liquefied Natural Gas ，LNG）体积等于1/625气态体积，它是我国一种重要的燃料，在人们的生活和工业生产中具有重要的意义。在生产和储存中，其－162℃的超低温储罐温度很适合远距离固定和安装。随着其在应用领域中使用数量地进一步加大，储罐的安全成为当下液化天然气应用领域中重点考虑的问题。在超低温的液化天然气储罐应用中，通过加强技术研发，提升其智能化系统水平，不断完善我国的液化天然气储罐技术，增强超低温储罐技术的进步和生活能源的利用与储存及使用效果，推动天然气行业的发展，以此造福人类社会[1]。由于液化天然气易燃、易爆，在储存中受区域温度等相关变化的影响程度较大，所以对生产工艺的要求也较高。现就超低温储罐液化天然气储罐的应用和技术安全情况做出分析，并提出一些相应的方法和路径。

1、天然气储罐的应用

在工业生产中，各地的天然气存储方式就是采用储量庞大的器皿———储罐。它是天然气的供给单元，通过提供天然气给设备进行燃烧后产出热源。在非常重视环境保护的当下，煤炭产业萎缩，并被逐步淘汰，需要大量提供热源的燃烧设备只能依赖天然气作为原料了。例如化工企业需要热蒸汽，就必须要天然气锅炉燃烧储罐中的天然气，将水转化为热蒸汽。此外，在人们的日常生活中天然气储罐也起着调节作用，除了一年四季正常供给城乡居民烧水做饭，还要在淡季储存气量，保障冬季人们取暖用气的稳定。

2、超低温液化天然气储罐的安全性能

我国是能源消耗大国，且大多依赖煤炭。随着现代绿色经济理念的引入，结合能源结构的现状，为满足清洁能源天然气的需求增长，超低温LNG储罐的建设已成为实现我国能源战略、保障储备安全的可行性举措。但因LNG储罐体积巨大，在超低温环境下长期使用的安全性要求高，所以对镍系超低温钢的制造性能要求也高。镍系低温钢在超低温环境下具有极高的断裂韧性，因此其系列产品成为我国科研领域中具有创新优势的技术，为进一步实现钢板优质表面的制造，在储罐原材料控制上得到了广泛的应用，从设计角度加强对储罐安全性能的提升，使得其安全性获得很好的保障[2]。

液化天然气属易燃品，因而在靠近火源的地方，爆炸和火灾的发生率较高。我国已经研发出了“板坯差温加热＋张力弯辊力递减板型控制”和“高温低速大压下、低温快速小压下”等材料，实现了国际上最薄最宽（5×3000mm）及最厚达60mm的陆基及船用06Ni9、08Ni5钢板的产品规模化生产[３]，基本能满足超低温储罐液化天然气储罐的应用和技术安全。超低温储罐液化天然气储罐的安装需要选择合适的建造位置，并在平面布置上对工艺装置及要求需结合具体的工况建设加以确认。为进一步满足储罐围堰的远距离要求，还需要合理布置建造场地。

超低温储罐液化天然气储罐的存储技术更能摆脱温度影响，避免固定和安装环节出现泄漏扩散、低温冻伤等不当风险。

３、超低温液化天然气储罐的安装施工控制

结合超低温液化天然气的储罐情况，相关装置的设计分析如表1所示。

泄放和解除正压及负压。以微正压为例，除了要综合考虑安全阀的压力值设定外，还要避免超过内罐的设计压力。超低温储罐应用LNG存储中，根据超低温储罐储存的不同种类液体的不同性质，超低温储罐的技术安全要求也有所不同。在使用过程中必须依照其安全技术规范操作[４]。引入液位控制系统，依靠智能传感技术实时采集生产现场各类数据，借助无线传输技术，由系统平台完成数据处理，并依靠互联网和移动通讯终端，根据不同的应用要求对气体制造及储运装备进行远程实时监控和综合分析管理的专业应用系统[5]。此外，LNG接收站的工艺系统上，形成了包括LNG生产、储存、二次储存、接收、再气化及冷量利用等完整的产、运、销LNG工业体。LNG接收站由LNG储罐、储存、再气化／外输、蒸发气处理、防真空补气和火炬／放空6部分工艺系统（有的终端还有冷量利用系统）组成。LNG作业系统上，采用双母管式设计，双母管同时工作。LNG接收站的主要设备上，卸料臂考虑LNG卸量和时间，同时根据管线距离、高程、储罐内输送泵扬程等，确定其压力等级、管径及数量。

因本储罐作业中，考虑到储存待卸的LNG与终端储罐内已有LNG的密度差，可将卸管线进液口分别引至罐顶。LNG输送泵被设计成浸没式结构，连同马达一起浸没于装有LNG液体的泵内容器中。LNG气化器，能迅速调节LNG蒸发量。蒸发气压缩机采用往复式或离心式。再冷凝器使来自储罐内的蒸发气液化。利用液化天然气的冷凝特质，通过LNG变化到与外界平衡时，回收储存在LNG中的能量，以满足用户需求。

储罐安装作业中，质量安全性能控制措施有三项：一是在超低温天然气储罐的外罐施工中，要求在胎具（由立柱、斜支撑、水平拉杆、顶圈和垫板等构成）上制作顶板，确保储罐的容积控制和胎具立柱的垂直度、制作刚度等满足施工项目相关要求。安装加强筋后，以弧形样板做好对加强筋的弧度及其间隙控制，确保间隙＜2mm。以立式储罐为例，还要在模板制作和安装中，以橡胶管液位计对同一纬度的任意两块筋板进行检查，确保其高度差＜４mm，必要时以千斤顶纠正偏差。顶板安装前还要以弦长为1.5ｍ的弧形样板尺对顶板的弧度加以检查，顶板与弧形样板尺间隙控制在＜2mm，顶板搭接宽度偏差控制在（±5mm）的校验范围内，以相连两块顶板铺设作为焊接工艺的质量控制关键。二是在超低温天然气储罐的内罐施工中要精准确定壁板安装位置线（在底板上要画出），结合具体的位置线点焊定位角钢加以安装，应用脱脂液对内罐壁板予以清理和擦拭，方便后续清理。严格壁板设计安装要求，对储罐的周长、椭圆度、罐体上下水平度等进行控制。拟采用倒装法施工，以专业的吊具以有效防止罐体变形等情况的发生。三是在罐底施工环节中要采用技术手段控制板间搭接尺寸、焊接变形度及其收缩缝等处理，尤其可结合LNG罐底结构合理点就固定管的焊接参数控制。

４、提升液化天然气储罐安全储存性能的路径

储罐材料要合理选择。开发超低温韧性和各向同性控制的TMCP工艺，证实了966，1000和108３℃终轧温度下的平均晶粒尺寸（包括孪晶）分别为8.5，11.6和17.3μｍ。说明终轧温度在966℃以上时，可通过反复动态再结晶或亚动态再结晶细化组织。采用液氮制冷和浸水融化的方式，分析超低温、冻融循环、预制裂缝、钢纤维等技术，开展混凝土超低温冻融循环试验，提升储罐的安全性能[6]。

储罐充注应用动网格技术对充柱加以模拟，尤其可采用大型LNG储罐充注，并结合LNG分层的高度、密度差、偏转角和充注等方式契合储藏条件。上部及下部两种进液方式可根据实际情况自行选择使用。内胆设置了由双安全阀的安全系统装置。

此次安全保障上，系统装置由紧急切断阀、安全阀、防爆装置、放空阀、三通球阀组成，不但减少了管路焊接，还具有良好的防火及防静电结构。另外，外壳上设置的安全泄放口都充分保证了整个设备的安全可靠性。抽真空阀采用三道“Ｏ”形圈密封，有效地保证了夹层密封的可靠性，且采用全不锈钢制造，体积小巧。液化天然气低温储罐顶部设计吊挂结构，以便于储存及起吊、安装。独特的工艺人孔设计，确保内容器封闭时内部的清洁度[7]。

维修作业中，通过开展管道绝热安全检测，针对橡塑、聚异氰脲酸酯PIR、聚氨酯PU、二烯烃、气凝胶毡等保冷材料，重点测定绝热、保冷功能（低温下的导热系数）、力学功能（抗压强度、抗拉强度、抗折强度，尤其是低温下的强度）、透湿功能（透湿系数、湿阻因子、湿流密度）、含水率、吸水率等[8]。具体参照表2所示。

最后，维护技术作为保障储罐安全的基础，确保在首次充灌前，对液面计及压力表等进行检查和校正，确保阀门启闭灵活，通畅性高；打开压力表阀，按液面计操作程序使液面计处于工作状态。当低温储罐用于高纯低温液体时，必须进行吹除置换处理。

5、结语

液化天然气易燃、爆炸性强，加之超低温储罐为其基本储存和储存的媒介，因而对使用的安全性要求很高。为解决其在应用领域的相关问题，除了在技术手段上要求掌握LNG的特性和危险度液化天然气气化，还要在达到气液相平衡的储存环境中使用。低温储罐替换气瓶往返储存，这在很大程度上能节省大量的人力和物力。我们应严格规范储存方法，提升储罐应用领域的技术推广，从技术层面提升超低温液化天然气的储罐安全，更好地为国民经济服务。

参考文献

[1]袁斌.超低温储罐液化天然气储罐的应用及技术安全[J].当代化工研究，2022（19）：1３1－1３３.

[2]崔志强.液化天然气储罐安全防护技术的研究进展[J].探索科学，2019（３）：77－78.

[３]黄一新，刘振宇，刘东风，等.液化天然气储运用镍系超低温钢关键技术开发与应用[Ｚ].南京钢铁股份有限公司，2016.

[４]张鹏.超低温储罐液化天然气储罐的应用及技术安全[J].中国化工贸易，2021（17）：65－66.

[5]李静伟.液化天然气储罐安全防护措施的研究进展[J].中国化工贸易，2022（11）：26３－265.

[6]张浦阳，马宇轩，刘洋，等.基于LNG混凝土储罐的预制裂缝混凝土超低温冻融循环试验研究[J].东南大学学报，2022，３8（３）：260－269.

[7]谢剑，崔宁，李小梅.基于LNG储罐的钢筋混凝土低温试验研究进展[Ｃ]//中国石油学会.第二届中国液化天然气储运技术交流会论文集.广州：[出版者不详]，2016：56４－569.

[8]王乾，万人杰，赵斌，等.基于ＣＡＥＳＡＲⅡ的LNG卸料系统管道应力分析[J].盐科学与化工，2022，51（8）：４5－４9.

（本文文献格式：魏洁，乔小伟.超低温储罐液化天然气储罐的应用和技术安全[J].山东化工，202４，5３（３）：2４6－2４7＋251.）

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