真空罐、常压罐、子母罐和球罐在LNG储存上的对比使用

刘锦

【摘 要】随着清洁能源天然气需求的不断增长以及国家对LNG储备库的建设需求，LNG储罐作为液化天然气储存过程中最常见而且极具性价比的储存设备，其储存方式对项目投资成本、安全有着重要的影响，本文简要阐述LNG储罐的四种最常见的形式，并阐述了四种储罐的优劣势，供LNG储存项目建设、设计选型参考。

【关键词】LNG储罐,常压罐,子母罐，真空罐，球罐，LNG储存,选型。

1 前言

液化天然气(Liquefied Natmal Gas简称LNG)是天然气经净化和液化处理以后，形成的液态天然气。主要成分为甲烷(75％以上)，但来自不同气田的天然气，组分有些差异。液化天然气（LNG）是目前全球公认的清洁能源，它具有节能、环保、安全、可靠、经济效益突出等众多优点。

在大气压条件下，天然气的液化温度大约为-162℃，液体的密度大致为430～470kg／m³(因组分不同产生的差异)，单位体积的液化天然气汽化为气体后，体积将扩大约600倍。LNG的燃点为650℃，在空气中的爆炸限为4.7％~15.0％。

在整个LNG工业链当中，LNG的储存是一个主要的环节。无论基本负荷型LNG装置还是调峰型装置，液化后的天然气都要储存在储罐或储槽内。在卫星型LNG站、液化工厂以及LNG接收站，都有一定数量和不同规模的储罐或储槽。LNG储罐虽然只是工业链中的一种单元设备，但由于它不仅是连接上游生产和下游用户的重要设备，而且大型LNG储罐对于液化工厂或接收站来说，其占有很高的投资比例，因此，LNG储罐的对比、选型是整个工程建设的重要影响因素。

这里提出国内应用广泛的四种LNG储罐形式分析比较，分析其特点、优劣势，供建设方选型参考，使其综合经济性能处于合理状态。

2真空罐

真空罐为内罐、外罐双层圆筒、封头组成的夹套式结构，夹层充填或包扎绝热材料并抽真空，内罐材料采用奥氏体不锈钢，外罐材料采用碳钢或低合金钢。单只真空罐的储存容积较小，一般为5~200m³。介质储存压力范围较广，一般可达到0.1~3.0MPa。真空罐放置灵活，即可立式安装，又可以卧式安装。

目前，我国正在使用的LNG卫星站，采用多只100~200m³集群式立式并联罐组成较大容量LNG贮存站。

真空罐优点：

1. 真空罐可在厂内整体制造，试验合格后整体交给建设方，产品的制造施工条件较好，有利于产品的质量保障。

2. 产品制造周期短，投资占用期相应较短；部分罐型参数具有批量生产的优势。

3）独立性较好，具有一定的安全性，不会因一台出问题影响到全部，不会影响到连续供气。

4）绝热效果最佳，由于抽了真空并填充了保冷材料，保冷性能在LNG储罐类型中最低，蒸发率最低，同等容积下BOG的产生量较少。

5）设备整体出厂，现场只需吊装就位，现场安装费用大幅度下降。

真空罐的缺点：

1. 如容积较大，只能采用真空罐群，储罐并联管路、阀门、仪表较多，成本较高。在储存容积较大的情况下没有优势。

2. 占地面积大，管网复杂，操作不方便。

3. 真空罐由于单台储罐厂内制造，一般采用专用低平板车进行公路运输，通常储罐超宽、超长，单设备运输费用较高；某些项目受限于运输条件可能出现极难运输的情况。

3常压罐

大型低压低温液体储罐简称为常压罐，常压罐一般为立式平底拱盖双圆筒结构，内罐用于常压贮存液体，材料采用奥氏体不锈钢或者9Ni钢，夹层充填绝热材料。外罐为常压容器，夹层无法抽真空，绝热方式为正压堆积绝热。

常压罐的储存容积一般较大，储存容积范围非常广，容积范围为200m³~200000m³，储存容量较大的接收站及液化工厂配套储罐均需选择此类型。常压罐的设计压力通常为20~50kPa，因此自身的排液压力极为有限，通常需采用输液泵加压排液。因此，对泵的可靠性要求较高。

常压罐顶部的闪蒸气体由于压力低，不易回收，为了把气体引进管网，只能增加天然气压缩机，同时，输送需要配备低温泵，日后的日常维护和操作成本较高。

常压罐根据安装形式可以分为地下罐、半地下罐、地上罐三种类型储罐。根据结构则可以分为单容罐、双容罐、全容罐以及薄膜罐。

常压罐具有以下优点：

1. 建造技术成熟，难度与子母罐对比相对较低，容易实现。

2. 材料利用率高，运费低；设备一次性投入低，对比压力储存罐单位储存容积设备投资省。

3. 容量适用范围宽，国内、国外已做到20万立方，大型接收站及液化工厂均选用常压罐。

4. 工作压力低，安全性较好。

5. 占地面积小，维护也方便。

6. 储罐结构形式多样，其中双容罐、全容罐安全性最佳，不需设置围堰，同等容积下占地面积最省。

常压罐的不足之处是：

1. 排液需用低温泵加压输送，对低温液体泵的要求较高，泵的可靠性受到制约。

2. 回收气体需用压缩机。

3. 绝热效果一般，蒸发率较高。

4. 建造周期较长，建造成本高，特别是大容积常压罐。

4 子母罐

子母罐是指拥有多个子罐并联组成的内罐，以满足低温液体贮存站大容量贮液量的要求。多只子罐并列组装在一个大型外罐（即母罐）之中。子罐通常为立式圆筒形，外罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐结构型式等原因不耐外压而无法抽真空，外罐为常压罐。绝热方式为粉末（珠光砂）堆积绝热。

子罐通常设计成压力容器，设计压力取值范围同真空罐相同，但单只子罐的容积不宜过大，单个子罐的通常容积为200~250m³，过大会导致运输吊装困难。子罐的数量也有一定的限制，国内制造的子母罐通常容积为600~3000m³。

子罐通常在压力容器制造厂制造完工后运抵现场吊装就位，外罐则加工成零部件运抵现场后，在现场组装。

子母罐的优势在于：

1. 依靠容器本身的压力可采用压力挤压的办法对外排液，而不需要输液泵排液。由此

可获得操作简便和可靠性提高的优点。

2. 容器具备承压条件后，可采用带压贮存方式，增长无损排放的时间，当压力上升到一定时候，把气体直接向管网排放。

3. 安装较方便，安装成本较低。

子母罐的不足之处在于：

1. 由于夹层厚度较厚，且子罐排列的原因，设备的外形尺寸庞大，即使外罐尺寸和常压罐相当，高度也比常压罐高得多。

2. 子母罐夹层容积过大，珠光砂充满所有的夹层空间，绝热材料使用过多浪费较大。

3. 子罐为带压容器，材料板很厚，这样首次投资较常压罐高得多。

4. 绝热效果一般，蒸发率较高。

5 球罐

LNG球罐是内罐均采用球形容器，储存容积范围通常为300m³~3000m³，内罐储存介质LNG，内罐为压力容器，工作压力可与真空罐一致。外罐一般可分为两种结构型式，其一外罐结构依然采用球罐，夹层填充粉末绝热并抽真空，外罐为外压容器；另外一种结构为外罐采用立式圆筒型，夹层填充粉末绝热采用氮气微正压密封。

球罐的球壳板均在压力容器制造厂内预制加工成型，散件运至现场进行拼装。

球罐的优势在于：

1. 相同容积之下，球罐具有最小的表面积，空间最省，设备的净重最小。

2. 内外球型式球罐采用真空绝热，绝热效果最好，日蒸发率最小。

3. 内罐带压储存，不需配备低温泵。

球罐的不足之处在于：

1. 加工精度要求高，现场组装技术难度大，制造费用高。

2. 球壳板材料成型时材料利用率低。

3. 按照相关的规定，必须对球罐的安全状况定期进行开罐检验，而LNG球罐开罐费用高昂，因此，需要与相关管理部门进行沟通。

6 结论

根据上述分析对比，建设方主要应根据不同的容积要求来选择LNG储罐的形式。在同等储存容积的情况下，常压罐、子母罐、真空罐（群）、球罐的对比见下表：

项目	常压罐	子母罐	真空罐（群）	球罐
首次投资	低	中	较高	高
运行费用	高	中	低	低
设备出厂条件	散件	外罐散件，内罐整体	整体	散件
交货周期	长	中	短	长

根据以上LNG储罐的分析对比表明，在建造、选型低温LNG储罐时，应根据储存介质的容量、压力、安全性以及经济性等因素的综合考虑，合理的选择LNG储罐的形式，可以带来最佳的经济效益。

参考文献：

[1]化学工业部第四设计院主编.深冷手册[M].1版，北京：石油化学工业出版社，1979.