大型LNG储罐蒸发率校核与测定

第４Ｏ卷２０１　１年８月增刊１　ＰＥＴＲＯ～ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　石油化工设备　Ｖｏｌ。４０　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　１　Ａｕｇ．２０１１　文章编号：１０００—７４６６（２０１１）增刊１　００１３—０３　大型ＬＮＧ储罐蒸发率校核与测定　王修康　（中海福建天然气有限责任公司，福建福州　３５０００３）　摘要：蒸发率是Ｉ．ＮＧ储罐设计的一项重要性能参数。介绍了大型ＬＮＧ储罐保冷设计和漏热量　计算，提出ＢＯＧ蒸发率核算方法，为大型ＬＮＧ储罐保冷设计提供了依据。　关键词：储罐；ＬＮＧ；校核；保冷；蒸发率　中图分类号：ＴＱ　０５２．２　文献标志码：Ｂ　Ｃｈｅｃｋ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔ　ｏｆ　Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｒａｔｅ　ｆｏｒ　Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ＬＮＧ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｔａｎｋ　ＷＡＮＧ　Ｘｉｕ－ｋａｎｇ　（ＣＮＯＯＣ　Ｆｕｊｉａｎ　ＬＮＧ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｃａｌｅ　ＬＮＧ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ．Ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｉｎｓｕｌａｔｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｌｅａｋ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ＬＮＧ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔａｎｋ；ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ；ｃｈｅｃｋ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　随着我国对清洁能源需求的上升，Ｉ　ＮＧ作为城　纯甲烷介质计算，每天ＢＯＧ蒸发量为储存介质净　市及工业保障供气越来越受到青睐。自２００６年６　含量（质量百分比）的０．０６　Ｅｌ￣４３。　月国内第一座Ｉ　ＮＧ接收站～一广东大鹏ＬＮＧ接　但是，由于ＬＮＧ接收站所处区域环境条件不　收站投运至今，国内广东大鹏、福建、上海３座ＬＮＧ　同，介质组成相异，设计承包商应针对不同环境、资　接收站已经进入商业运行，有力地缓解了我国东南　源条件和保冷结构进行设计校核和蒸发率测定，以　沿海区域对天然气能源的需求。作为大型ＬＮＧ接　验证其储罐ＢＯＧ气化率满足合同要求。文中针对　收站，Ｉ　ＮＧ储罐是其核心装置之一。国内已建和在　性地介绍了１６万ｍ。ＬＮＧ储罐蒸发率计算方法，并　建的ＬＮＧ储罐均是１６０　０００　ｍ。的地上全容式预应　与实际测定的蒸发率进行对比，证明该计算方法是　力混凝土储罐，低温ＬＮＧ通过船运以常压、　满足设计要求的。　１６２。Ｃ左右储存于ＬＮＧ储罐中。由于ＬＮＧ的　超低温特性，在储罐设计中，保冷结构及设计对整个　１　ＬＮＧ储罐保冷结构设计　接收站的能耗有着重要影响。因此，通常以蒸发率　国内已建和在建的大型ＬＮＧ储罐均为有效容　大小来衡量ＬＮＧ储罐的保冷设计性能是否优越。　积１６万ｍ。的全容式预应力混凝土储罐，罐底部设　国内ＬＮＧ储罐设计、采办、施工总承包合同　有架空式钢筋混凝土承台，距地面１．５～２．０　ｍ，主　中，通常对大罐的Ｂ０Ｇ（Ｂｏｉｌ—ｏｆｆ　Ｇａｓ，简称ＢｏＧ）气　要包括内罐、外罐、拱顶、内部吊顶及内外罐底等其　化率规定如下：①保证气化率～按照储存纯甲烷　它结构，结构示意图见图ｌｌ５］。　介质计算，每天ＢＯＧ蒸发量为储存介质净含量（质　内罐材料为９　Ｎｉ钢，外罐为预应力加强混凝　量分数）的０．０５　。②最小性能限定～按照储存　土结构，外罐内壁衬碳钢，内罐与外罐之间填充珍珠　收稿日期：２０１１－０４　１９　作者简介：王修康（１　９７２一），男，河南濮阳人，工程师，学士，从事天然气行业设计及建设工作。　石油化工设备　２０１１年第４Ｏ卷　岩保温层。罐顶为加强混凝土拱顶结构，内表面衬　碳钢，内罐顶部设有吊顶，吊顶上铺设玻璃纤维保温　罐体暴露在环境中，而且福建每年６月期间太阳辐　射最为强烈，校核时假定罐体由于太阳辐射升温　材料，内外罐底之间铺设泡沫玻璃砖。　ｌ　ｌ　ｌｌ｛　懈射　１．玻璃纤维毡　２．甲板　３．吊琐空Ｉ司　４．纤维毛毡　５．珍珠岩６．内壁７．外壁８．泡沫玻璃　图１　全容式预应力混凝土储罐结构图　２　ＬＮＧ储罐保冷校核计算［６　］　ＬＮＧ储罐蒸发率要求小于０．０５０　／ｄ。进行　储罐保冷设计时，通常要留有一定的富裕量来确保　满足合同要求（如福建ＬＮＧ设计承包商按照每天　蒸发量０．０４３　计算）。设计是否满足合同要求，可　以通过ＬＮＧ储罐各部分漏热量和蒸发率计算以及　蒸发率的测定比较来验证。　２．１　罐底漏热量计算　在ＬＮＧ储罐底部中心区域采用硬质泡沫玻璃　砖加防潮垫毡层、干沙隔热，内罐壁下环形区域采用　硬质泡沫玻璃砖和钢筋混凝土圈梁隔热，罐底传热　量Ｑ底包括３部分：①从泡沫玻璃砖传热至罐底　Ｑ　。②从钢筋混凝土圈梁传热至罐底Ｑ。。③从罐　体通过钢筋圈梁传热至罐底Ｑ。。　计算公式如下：　Ｑ１—１．１６２　８ＫｂＡｂ（Ｔｂ—Ｔｍ。）／ｘｂ　（１）　Ｑ２—１．１６２　８（丁ｂ—Ｔｍ。）／Ｒ　ｂ　（２）　Ｑ３—１．１６２　８（Ｔ　一　。）／Ｒ　（３）　式中，Ｋ　为罐底泡沫导热系数，ｗ／（ｍ・Ｋ）；Ｒ曲为　罐底混凝土圈梁阻热系数，Ｒ。　为罐体至罐底拐角处　混凝土圈梁阻热系数，Ｋ／Ｗ；Ａ　为罐底传热面积，　ｒｎ。；Ｘ　为罐底绝缘材料厚度，ｍ；Ｔ　为罐底外部环　境平均温度，Ｔ　。为罐底内部介质温度，Ｔ　为太阳辐　射下罐体温度，。Ｃ。　依照上述公式进行校核计算时，对应参数应合　理选取。福建ＬＮＧ罐底传热校核计算采取了以下　处理方式：①忽略垫毡层、干沙等传热系数。②设计　环境温度取接收站所处位置的极端最高温度。③假　定罐底外部环境温度比极端环境温度低５．５。Ｃ。④　１０．１７℃，即罐体温度为环境温度＋１０．１７℃。　２．２罐体漏热量计算　罐体主要依赖膨胀的珍珠岩隔热，同时在内罐　外壁敷设弹性毯，用以防止珍珠岩膨胀损伤内罐壁。　由于罐内介质气液相温度不同，罐体泄漏热量要区　别考虑，罐体传热量Ｑ体计算如下；　Ｑ体一１．１６２　８｛２ｚｃＫ　［Ｌ１Ｄ　＋　（Ｌ　一Ｌ　）Ｄ　］｝／Ｉｎ（Ｄ。／Ｄ　）　（４）　式中，Ｋ　为罐体绝缘层导热系数，ｗ／（ｍ・Ｋ）；Ｄ　为液面下部罐体内外温差，Ｄ　为液面上部罐体内外　温差，℃；Ｌ　为罐内平均液位，Ｌ　为罐体高度，Ｄ。为　储罐外径，Ｄ　为储罐内径，ｍ。　２．３罐顶漏热量计算　罐顶隔热材料为安装在吊顶的弹性玻璃纤维保　温棉。由于太阳的直射作用，传热计算一定要考虑　太阳的热辐射影响。在福建ＬＮＧ，由于每年６月期　间太阳辐射最为强烈，设计校核时假定罐顶由于太　阳辐射升温１４．１７℃，即罐顶外表面温度等于环境　温度＋１４．１７＾Ｃ。罐顶传热量为Ｑ顶计算如下：　Ｑ顶一１．１６２　８ＫｄＡｄ（Ｔ　～Ｔ　）／Ｘｄ　（５）　式中，Ｋａ为罐顶隔热材料导热系数，Ｗ／（ｍ・Ｋ）；Ｔ　为罐顶外表面温度，丁　为蒸发气离开顶部空间的温　度，℃；Ｘ　为吊顶隔热材料厚度，ｍ；Ａ　为罐顶面　积，ｍ　。　２．４　储罐总漏热量Ｑ　计算　综合罐底、罐体及罐顶３部分校核计算，单座　ＬＮＧ储罐总泄漏热量理论值应为上述３部分之和，　即Ｑ。一Ｑ底＋Ｑ体＋Ｑ顶。　３　ＬＮＧ储罐设计蒸发率与实际蒸发率比较　３。１　ＬＮＧ储罐设计蒸发率　根据上述储罐总体泄漏热量，可以计算ＬＮＧ　储罐设计蒸发率：　ＢＯＧ一２４Ｑ　／（ＭＨ　）　（６）　式中，Ｍ罐内储存液体总量，ｋｇ；Ｈ　罐内储存介质　的焓变，４．１８６　８　ｋＪ／ｋｇ。　以福建ＬＮＧ储罐２号为例，参数如下：Ｄｏ一　８２　ＩＴＩ，Ｄｉ一８０　ｍ，Ｌ　一３６．３８８　ＩＴＩ，—Ⅵ一７３　７１２　７３２　ｋｇ，　Ｈｖ一５０９．９５　ｋＪ／ｋｇ，ｐ一４２３．８８　ｋｇ／ｍ。。储罐蒸发率　计算结果：Ｑ　一７４　３８９　Ｗ，Ｑ。一８　４０８　Ｗ，　：　１　９８４．９　Ｗ，Ｑ底一８４　７８１．６　Ｗ，Ｑ体一７３　３８６．６　Ｗ，　第４Ｏ卷增刊１　石油化工设备　２０１１年８月　ＰＥＴＲ（）一ＣＨＥＭＩＣＡＩ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　ｌ　Ａｕｇ．２０１１　文章编号：１０００—７４６６（２０１１）增刊１－００１５　０４　球罐　取同　旱吉　允许工作压力确定及计算方法　山　涛　，凌　勇　，何　勇　，宗　伟。，雷鸣麒。　（１．石油勘察设计研究院，克拉玛依８３４０００；２．油田公司，　克拉玛依８３４０００；３．克拉玛依安泰公司，克拉玛依８３４０００）　摘要：探讨了球罐设计中最高允许Ｘ－作压力的确定原则。以开孔等面积补强理论为依据，结合工　程实例给出了球罐最高允许工作压力的计算方法。　关键词：球形储罐；人孔；最高允许工作压力；开孑Ｌ补强　中图分类号：ＴＱ　０５０．２；ＴＥ　９７２．１　文献标志码：Ｂ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍａｘｉｍｕｍ　Ａｌｌｏｗａｂｌｅ　Ｗｏｒｋｉｎｇ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｏｒ　Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｔａｎｋ　ＳＨＡＮ　Ｔａｏ　，ＬＩＮＧ　Ｙｏｎｇ　，ＨＥ　Ｙｏｎｇ　，ＺＯＮＧ　Ｗｅｉ　，ＬＥＩ　Ｍｉｎｇ—ｑｉ。　＝２８　３６３．２　Ｗ，　＝１８６　５３１．７　Ｗ，ＢＯＧ—Ｏ．０４３　／ｄ。　情况，进行合理的假定和参数、公式选取。　参考文献：　３．２　ＬＮＧ储罐实际蒸发率测定　福建ＬＮＧ储罐投运之后，对２号罐进行了为　期６　ｄ（约１４３　ｈ）的蒸发率试验测定，测定参数如下：　［１］　Ｎｅｆｆ　Ｒ　Ａ．Ｓｕｒｖｅｙ　ｏｆ　Ｓｔｏｒｇｅ　Ｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ［Ｊ］．Ａ　Ｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　１９６０，（５）：７７—８４．　罐内液体密度为４３９．１　ｋｇ／ｍ。，液体焓变为　５２８．３７　ｋＪ／ｋｇ，罐内最大设计液位为３４．７３　ｉＴＩ，介质　质量为７６　３５９．５　ｔ，测试时间为１４３　ｈ。测试期内数　据如下：①液相介质平均温度为一１５９．０℃，罐内气　相平均温度一１４５．３℃，平均环境温度为２７℃，平　均液位为２６．４４６　Ｉｌｌ，液位变化为０．０７７　ｉＸＩ。　［２］杨世铭，陶文铨．传热学（第三版）［Ｍ］．北京：高等教育　出版社，２０００．　Ｊ－３］ＧＢ　１８４４２…２００１，低温绝热压力容器Ｉｓ］．　［４］顾安忠，鲁雪生，汪荣顺，等．液化天然气技术［Ｍ］．北　京：机械工业出版社，２００３．　根据上述各测定参数，计算出ＬＮＧ储罐实际　泄漏热量、理论泄漏热量及实际蒸发率，计算结果如　下：Ｑ　一１７３．７３　ｋＷ，Ｑ　＝１６９．９７　ｋＷ，ＢＯＧ一　［５］周永春，刘　浩．ＬＮＧ低温储罐绝热性能的探究［Ｊ］．　化工设计，２０１０，２０（２）：２１—２３．　［６］　ＮＦＰＡ　５９Ａ　２ｏＯ６，Ｓｔａｎｇａｒｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｓｔｏｒｇｅ　ａｎｄ　Ｈａｎｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｉ　ｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒｅ　Ｇａｓ（Ｉ　ＮＧ）［ｓ］．　［７］　ＢＳ　ＥＮ１４６２０—１　２ＯＯ６，Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｓｉｔｅ　０．０４４　／ｄ（略微大于ｏ．０４３％／ｄ）。　由上可以看出，虽然实际的测试蒸发率略大于　理论计算值，但满足总承包合同规定要求（小于　Ｂｕｉｌｔ。Ｖｅｒｔｉｅａｌ。Ｆｌａｔ—ｂｏｔｔｏｍｅｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｔａｎｋｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ，Ｉ　ｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｇａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　Ｏｐｅｒａｔ　ｉｎｇ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　０℃ａｎｄ一１６５℃（ｐａｒｔ　１）：　０．０５　／ｄ），与设计吻合，说明该储罐的保冷结构和　计算合理。　Ｇｅｎｅｒａｌ￣Ｓ］．　［８］　ＢＳＩ　２００６，Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｓ］．　ＢＳ　ＥＮ　１４７３　２ＯＯ７。Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　４　结语　上述蒸发率校核计算是针对１６万ｍ。地上全　［９］　Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｇａｓ—ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｏｎｓｈｏｒｅ　Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ　容式预应力混凝土储罐。不同类型的ＬＮＧ储罐有　不同的保冷结构和方式，设计计算时应针对不同的　Ｉｓ］．　（许编）　收稿日期：２０１０～０３—２０　作者简介：山涛（１９８６一），男，陕西泾阳人，助理工程师，学士，从事压力容器及非标设备设计工作。