LNG储罐的不同形式

低温常压液化天然气按储罐的设置方式及结构形式，可分为地下储罐及地上储罐。地下储罐主要有埋置式和池内式；地上储罐有球形罐、单容罐、双容罐、全容罐及膜式罐。其中单容罐、双容罐及全容罐均为双层罐，即由内罐和外罐组成，在内、外罐间充填有保冷材料。

1.地下储罐

地下储罐除罐顶外，罐内储存的LNG的最高液面在地面以下，罐体座落在不透水稳定的地层上。为防止周围土壤冻结，在罐底和罐壁设置加热器。有的储罐周围留有1m厚的冻结土，以提高土壤的强度和水密性。

LNG地下储罐采用圆柱形金属罐，外面有钢筋混凝土外罐，能承受自重、液压、地下水压、罐顶、温度、地震等载荷。内罐采用金属薄膜，紧贴在罐体内部，金属薄膜在162℃具有液密性和气密性，能承受LNG进出时产生的液压、气压和温度的变动，同时还具有充分的疲劳强度，通常制成波纹状。图5-1为LNG地下储罐结构示意图。

图5-1 LNG地下储罐结构示意图

1—槽顶 2—隔热层 3—侧壁 4—储槽底板 5—沙砾层 6—底部加热器 7—沙浆层 8—侧加热器 9—薄膜

日本川崎重工业公司为东京煤气公司建造了目前世界上最大的LNG地下储罐。其容量为140000m³，储罐直径64m，高60m，液面高度44m，外壁为3m厚的钢筋混凝土，内衬为200mm厚的聚氨酯泡沫隔热材料，内壁紧贴耐热162℃的川崎不锈钢薄膜，罐底为7.4m厚的钢筋混凝土。

地下储罐比地上储罐具有更好的抗震性和安全性，不易受到空中物体的碰击，不会受到风载的影响，也不会影响人员的视线，不会泄漏，安全性高。但是，地下储罐的罐底应位于地下水位以上，事先需要进行详细的地质勘察，以确定是否可采用地下储罐形式。地下储罐的施工周期较长，投资较高。

2.地上储罐

目前世界上LNG储罐应用最为广泛的是金属材料制成的圆柱形双层壁地上储罐，可分为以下五种形式：

（1）单容罐 这是常用的形式，它分为单壁罐和双壁罐。出于安全和绝热考虑，单壁罐未在LNG中使用。双壁单容罐的外罐是用普通碳钢制成，它不能承受低温的LNG，也不能承受低温的气体。单容罐一般适宜在远离人口密集区，不容易遭受灾害性破坏，如火灾、爆炸和外来飞行物的碰击的地区使用。由于它的结构特点，要求有较大的安全距离及占地面积。图5-2是单容罐结构示意图。

图5-2 单容罐结构示意图

对于大直径的单容罐，设计压力相应较低，BS7777规范中推荐这种储罐的设计压力小于14kPa，如储罐直径为70～80m时已经难以达到。其最大操作压力约在12kPa。因设备操作压力较低，在卸船过程中蒸发气不能返回到LNG船舱中，需增加一台返回气风机。较低的设计压力使蒸发气体的回收压缩系统需要较大的功率，并增大投资和操作费用。

单容罐的投资相对较低，施工周期较短；但易泄漏是它的一个较大的问题，根据规范要求单容罐罐间安全防护距离较大，并需设置防火堤，从而增加占地及防火堤的投资，其周围不能有其他重要的设备，对安全检测和操作的要求较高。由于单容罐的外罐是普通碳钢，需要严格的保护，以防止外部的腐蚀。外部容器要求长期的检查和油漆。由于单容罐的安全性比其他形式罐的低，近年来在LNG生产厂及接收站已较少使用。

（2）双容罐 图5-3是双容罐结构示意图。双容罐具有能耐低温的金属材料或混凝土的外罐，在内筒发生泄漏时，气体会发生外泄，但液体不会外泄，增强了外部的安全性；同时在外界发生危险时，其外部的混凝土墙也有一定的保护作用，安全性比单容罐高。根据规范要求，双容罐不需要设置防火堤，但仍需要较大的安全防护距离。当事故发生时，LNG罐中气体被释放，但装置的控制仍然可以持续。

储罐的设计压力与单容罐相同（均较低），也需要设置返回气鼓风机。双容罐的投资高于单容罐，约为单容罐投资的110%，其施工周期也比单容罐略长。

（3）全容罐 图5-4是全容罐结构示意图。全容罐的结构，采用镍的质量分数为9%的镍钢内筒、镍钢或混凝土外筒和顶盖、底板。外筒或混凝土墙与内筒大约1～2m，可允许内筒里的LNG和气体向外筒泄漏，可以避免火灾的发生。其设计最大压力30kPa，其允许的最大操作压力25kPa，设计最小温度165℃。由于全容罐的外筒体可以承受内筒泄漏，的LNG及其气体，不会向外界泄漏，其安全防护距离也要小得多。一旦事故发生，对装置的控制和物料的输送仍然可以继续，这种状况可持续几周，直至设备停车。

当采用金属顶盖时，其最高设计压力与单壁储罐和双壁储罐的设计一样；当采用混凝土顶盖（内悬挂铝顶板）时，安全性能增高，但投资相应地增加。因设计压力相对较高，在卸船时可利用罐内气体自身压力将蒸发气返回LNG船，省去了蒸发气（BOG）返回气风机的投资，并减少了操作费用。

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图5-3 双容罐结构示意图

全容罐具有混凝土外罐和罐顶，可以承受外来飞行物的攻击和热辐射，对于周围的火情具有良好的耐受性。另外，对于可能的液化天然气溢出，混凝土提供了良好的防护；低温冲击现象即使有，也会限制在很小的区域内，通常不会影响储罐的整体密封性。

（4）膜式罐 它适用的规范可参照EN1473。膜式罐采用了不锈钢内膜和混凝土储罐外壁，对防火和安全距离的要求与全容罐相同。与双容罐和全容罐相比，它只有一个筒体。膜式罐的操作灵活性比全容罐的大，因不锈钢内膜很薄，没有温度梯度的约束。

该类型储罐可设在地上或地下。建在地下时，当投资和工期允许，可选用较大的容积。这种结构可防止液体的溢出，提供了较好的安全设计，且有较大的罐容，适宜在地震活动频繁及人口稠密地区使用；但投资比较高，建设周期长。由于膜式罐本身结构特点，它的缺点在于有微量泄漏。

（5）球形罐 图5-5所示为LNG球形罐，其内、外罐均为球状。工作状态下，内罐为内压容器，外罐为真空外压容器，夹层通常为真空粉末隔热。球罐的内、外球壳板在压力容器制造厂加工成形后，在安装现场组装。球壳板的成形需要专用的加工工装，现场安装难度大。

图5-4 全容罐结构示意图

图5-5 LNG球形罐

虽然从理论分析出发，双层球形罐可作为LNG陆上储罐的选择方案之一，在早期的LNG运输船上也曾采用过LNG双层球形罐，但至今未见有陆上LNG双层球形罐应用实例报道。

球形罐的优点如下：

1）在相同容积条件下，球体具有最小的表面积，设备的净重最小。

2）球形罐具有最小的表面积，意味着传热面积最小，加之夹层可以抽真空，有利于获得最佳的绝热保温效果。

3）球形罐的球形特征具有最佳的耐内外压力性能。

球形罐的缺点如下：

1）加工成形需要专用加工工装，加工精度难以保证。

2）现场组装技术难度大，不利于保证质量。

3）球壳虽然净重最小，但成形时材料利用率最低。

球形罐的使用范围为200～1500m³，工作压力0.2～1.0MPa。容积＜200m³时，应当选用在制造厂整体制造完工后的圆筒罐产品出厂为宜，以减少现场安装工作量。容积超过1500m³时，外罐的壁厚太厚，材料来源和球壳板加工都将十分困难，不宜采用球形罐。这时制造的最大困难是外罐而非内罐。