薄膜型液化天然氣儲(chǔ)罐是一種新型的儲(chǔ)罐，目前國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)始應(yīng)用。薄膜型儲(chǔ)罐與常見(jiàn)的9%鎳鋼儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)上的主要不同點(diǎn)在于將儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)、絕緣和氣密性作用明確分離，使得每個(gè)部分得以優(yōu)化，且可有效避免事故的發(fā)生。

隨著我國(guó)對(duì)天然氣需求的不斷增加，LNG接收站建設(shè)發(fā)展很快，在建和已投入運(yùn)營(yíng)的LNG接收站逐漸增多。LNG儲(chǔ)罐是接收站的重要設(shè)備，用于儲(chǔ)存從LNG船接卸的LNG，因此LNG儲(chǔ)罐的建造是接收站建設(shè)的重要工程。 [1]  常見(jiàn)的LNG儲(chǔ)罐一般由混凝土外罐、絕緣填充層(包括襯板、膨脹珍珠巖、彈性棉氈等)和9%鎳鋼內(nèi)罐組成，而新型的薄膜型儲(chǔ)罐除混凝土外罐相同外，絕緣填充層、罐底和內(nèi)罐結(jié)構(gòu)與以前的LNG儲(chǔ)罐完全不同。到目前為止，國(guó)內(nèi)尚未開(kāi)始應(yīng)用薄膜型儲(chǔ)罐。

國(guó)外發(fā)展及運(yùn)行現(xiàn)狀編輯

自1996年始就有研究機(jī)構(gòu)對(duì)薄膜型和9%鎳鋼儲(chǔ)罐進(jìn)行了性能測(cè)試，作出了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。到2006年，一些歐洲標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)了薄膜型儲(chǔ)罐和9%鎳鋼儲(chǔ)罐具有相同的安全等級(jí)，薄膜型儲(chǔ)罐逐漸成為了認(rèn)證且批準(zhǔn)的技術(shù)。 [2] 

截至目前，全球已有近百座薄膜型儲(chǔ)罐建成，罐容為8000m3到2萬(wàn)m3 。韓國(guó)天然氣公司(KOGAS )的10座10萬(wàn)立方米薄膜型儲(chǔ)罐自使用以來(lái)未出現(xiàn)任何問(wèn)題;法國(guó)天然氣蘇伊士集團(tuán)(GDF Suez)的2座1.2萬(wàn)立方米薄膜型儲(chǔ)罐未進(jìn)行任何維護(hù)仍處于正常運(yùn)行狀態(tài);東京煤氣公司的2座1.2萬(wàn)立方米薄膜型儲(chǔ)罐未出現(xiàn)任何問(wèn)題，目前也在正常運(yùn)行。 [3] 

結(jié)構(gòu)編輯

薄膜型儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2所示。

薄膜型儲(chǔ)罐和常見(jiàn)全包容混凝土頂儲(chǔ)罐的混凝土外罐沒(méi)有太大區(qū)別，它是儲(chǔ)存LNG和承擔(dān)氣體壓力載荷的支撐結(jié)構(gòu)，系由混凝土拱頂、混凝土罐壁和混凝土承臺(tái)組成。外罐的內(nèi)壁為56邊形。

一級(jí)波狀薄膜在氣相和液相中均可伸縮，它并不是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。薄膜呈正交波紋狀，類似于自由伸縮的波紋管。二級(jí)薄膜為非波紋狀，可儲(chǔ)存二級(jí)液體，主要用于一級(jí)薄膜泄漏時(shí)的設(shè)防。

薄膜型儲(chǔ)罐內(nèi)罐罐底俯視圖見(jiàn)圖4，它由二角板區(qū)薄膜塊和長(zhǎng)方板區(qū)薄膜塊拼裝而成、一級(jí)波狀薄膜是由這些薄膜塊通過(guò)埋件焊接在絕緣層上，且相互搭接而成的。薄膜的頂端通過(guò)外圍埋件錨固在罐壁的上端。

在拱頂下面是一層碳鋼襯板，罐壁上端的抗壓環(huán)和一級(jí)薄膜緊密焊接以確保罐內(nèi)的氣密性良好。

在混凝土罐壁和一級(jí)薄膜(內(nèi)罐)之間是絕緣填充層，以支撐處于環(huán)境溫度下的外罐結(jié)構(gòu)。絕緣填充層承載了罐內(nèi)LNG從薄膜傳至外罐的載荷，它的厚度取決于日蒸發(fā)率。填充層由內(nèi)向外層層緊固，始終處于氮?dú)猸h(huán)境下，且對(duì)其進(jìn)行監(jiān)

測(cè)。絕緣填充層是一個(gè)獨(dú)立的空間，氮?dú)獗O(jiān)測(cè)確保了罐內(nèi)的氣密完整性。絕緣吊頂和拱頂之間形成了一定的絕緣空間，使得溫度處于可承受的范圍內(nèi)。絕緣吊頂是由玻璃纖維和玻璃纖維毛氈覆蓋的鋁板組成，是罐頂?shù)闹饕琳希浜穸纫踩Q于日蒸發(fā)率。

所有管道和儀表從罐頂連接，所以一級(jí)薄膜不會(huì)被穿透，保證了其完整性。管道錨固在罐頂且只延伸至罐底部分。

在混凝土罐內(nèi)罐壁和承臺(tái)上表面有一層防潮層，防止混凝土及外界的液體或水蒸氣滲透到絕緣填充層內(nèi)，從而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的使用壽命

整個(gè)薄膜儲(chǔ)罐配備了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可*控制儲(chǔ)罐的運(yùn)行。 [3] 

設(shè)計(jì)理念編輯

薄膜型儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)理念是將結(jié)構(gòu)、絕緣和氣密性作用明確分離，使得每個(gè)部分得以優(yōu)化，有效避免事故的發(fā)生。并且這樣一種設(shè)計(jì)也使得焊接應(yīng)力趨于零，薄膜材料不會(huì)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)一展，即使在循環(huán)加載的情況下也不會(huì)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。 [3] 

與常見(jiàn)儲(chǔ)罐對(duì)比編輯

結(jié)構(gòu)對(duì)比

薄膜技術(shù)的設(shè)計(jì)理念是將各個(gè)功能部分分隔開(kāi)來(lái)，這也是和常見(jiàn)的9%鎳鋼技術(shù)不同之處。薄膜型儲(chǔ)罐和9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐的對(duì)比示意圖如圖。

(1)對(duì)于薄膜型儲(chǔ)罐一般按照蒸發(fā)率為0.05 %計(jì)算，絕緣填充層的厚度小于0.4m;在相同的條件下，由于技術(shù)與安裝的限制，常見(jiàn)的9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐的絕緣層厚度一般為1m左右。

(2)對(duì)于9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐，罐底采用的是泡沫玻璃磚以起到保冷作用，需敷設(shè)兩層，其厚度達(dá)到0.6 m左右;而對(duì)于薄膜型儲(chǔ)罐，其罐底和罐壁結(jié)構(gòu)相同，其厚度仍然小于0.4m。

(3)對(duì)于9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐，從鋁吊頂?shù)娇箟涵h(huán)之間的距離一般為3m左右。而薄膜型儲(chǔ)罐僅需1.5 m。

(4)薄膜型儲(chǔ)罐的內(nèi)罐(即波狀薄膜)為1.2mm厚的不銹鋼，而9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐，在內(nèi)罐下端轉(zhuǎn)角處9%鎳鋼的厚度就達(dá)到了40mm，可見(jiàn)在內(nèi)罐厚度上薄膜型儲(chǔ)罐也更優(yōu)。

(5)薄膜型儲(chǔ)罐的絕緣填充層始終處于氮?dú)猸h(huán)境中，而不是天然氣或其他氣體。 [3] 

建設(shè)工時(shí)對(duì)比

以建設(shè)1.6萬(wàn)立方米LNG儲(chǔ)罐為例，對(duì)薄膜型儲(chǔ)罐和90Io鎳鋼全包容儲(chǔ)罐的建設(shè)工時(shí)進(jìn)行對(duì)比(不包括管理和質(zhì)量控制如下表。

薄膜型儲(chǔ)罐和9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐的建設(shè)工時(shí)對(duì)比/h

結(jié)構(gòu) 9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐 薄膜型儲(chǔ)罐

混凝土外罐 4000 4000

襯板（罐壁和罐底） 1500 無(wú)

防潮層（罐壁和罐底） 無(wú) 250

拱頂 1000 1000

吊頂 700 700

內(nèi)部管道 250 250

內(nèi)罐+熱角保護(hù) 3200 1600

罐外機(jī)械設(shè)備 300 300

其他 1500 1500

總工期 12450

9600

從上表可以看出，薄膜型儲(chǔ)罐的建設(shè)工期比9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐節(jié)省了2850 h。薄膜型儲(chǔ)罐主要節(jié)省了罐壁罐底襯板的敷設(shè)時(shí)間以及建設(shè)內(nèi)罐和熱角保護(hù)的時(shí)間。薄膜型儲(chǔ)罐可以節(jié)省約23%的工時(shí)。 [3] 

優(yōu)點(diǎn)編輯

(1)薄膜型儲(chǔ)罐保證了儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)和氣密結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性，可進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的液壓和氣動(dòng)試驗(yàn)、熱角保護(hù)的完整性檢測(cè)以及內(nèi)罐完整性檢測(cè)。

(2)由于要承載絕緣體，因此，如果在同一地址建設(shè)9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐和薄膜型儲(chǔ)罐，那么后者的混凝土外壁就要比前者的混凝土外壁堅(jiān)固。

(3)薄膜只是作為儲(chǔ)存液體的容器，無(wú)論儲(chǔ)罐的容積有多大，薄膜塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是相同的。

(4)薄膜型儲(chǔ)罐沒(méi)有容積的理論極限，25萬(wàn)立方米甚至32萬(wàn)立方米的儲(chǔ)罐都是可以考慮的。而對(duì)設(shè)計(jì)的限制就只涉及到混凝土外罐和土建部分。

(5)基于薄膜概念的設(shè)計(jì)，一級(jí)薄膜在循環(huán)加載的情況下具有無(wú)裂紋擴(kuò)展的特性，從而防止了泄漏擴(kuò)大。此外，焊接處應(yīng)力接近于零，所以裂紋擴(kuò)展的可能性極小。

(6)監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)對(duì)絕緣填充層氣體的分析來(lái)對(duì)內(nèi)罐的整體性和氣密性進(jìn)行*監(jiān)測(cè)。

(7)薄膜型儲(chǔ)罐的靜水壓力測(cè)試和9%鎳鋼全容儲(chǔ)罐不同，它要在安裝薄膜和絕緣填充層之前進(jìn)行，可利用海水進(jìn)行靜水壓力測(cè)試，而無(wú)需采取其他具體措施。

(8)與9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐相比，薄膜可快速冷卻并且更易拆卸(膨脹珍珠巖環(huán)形空間需要釋放空氣)。

(9)在混凝土外罐尺寸相同情況下，薄膜型儲(chǔ)罐比9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐容積大10%，這得益于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和薄膜內(nèi)罐體系的厚度。

(10)與9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐相比，薄膜型儲(chǔ)罐中鎳的含量少得多。例如16萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐，若為9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐，需要至少3000t9%鎳鋼，而薄膜型儲(chǔ)罐只需250t不銹鋼。

(11)薄膜型儲(chǔ)罐是基于預(yù)制的高比率設(shè)計(jì)的，可進(jìn)行全程質(zhì)量控制。且9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐內(nèi)罐建設(shè)所需工時(shí)是相同容積薄膜型儲(chǔ)罐的2倍。

(12)薄膜型儲(chǔ)罐比9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐的安裝更簡(jiǎn)單，即便對(duì)于沒(méi)有施工經(jīng)驗(yàn)的施工人員，只要經(jīng)過(guò)課程培訓(xùn)(主要是粘接和焊接)就可以進(jìn)行操作，無(wú)需調(diào)派專業(yè)施工人員。

(13)薄膜型儲(chǔ)罐與9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐相比可減少10%一35%的投資，并且建設(shè)周期短，僅1.6萬(wàn)時(shí)的儲(chǔ)罐就可節(jié)省約4個(gè)月的工期。更重要的是，在地震頻發(fā)區(qū)，需要把9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐內(nèi)罐錨固在基礎(chǔ)上，而薄膜型儲(chǔ)罐內(nèi)罐不用錨固。

(14)薄膜型儲(chǔ)罐與9%鎳鋼全包容儲(chǔ)罐相比更加環(huán)保。 [3] 

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