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1、关于 LNG(液化天然气)储罐产品开发的可行性报告北车同力钢构有限公司2014.12北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 1 页 共 21 页前言随着世界经济的发展，石油危机的冲击和煤、石油所带来的环境污染问题日益严重，使能源结构逐步发生变化，天然气的消费量急剧增长。天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷组成，其蕴藏量和开采量都很大。天然气除了是一种廉价的化工原料之外，由于其热值高，燃烧产物对环境污染少，因此是一种公认的优质清洁燃料。天然气在联合发电、供冷和供热、燃料电池等方面都具有十分诱人的前途，发达国家都在竞相进行应用开发。多年来，煤炭和石油一直在我国能源
2、消费结构中占主导地位，一次能源消费对煤炭和石油的过高地依赖，造成大量二氧化碳和烟尘排放，给我国能源效率提高和环境改善都带来了较大的压力。开发利用天然气对优化能源消费结构，改善和保护环境，建设生态文明，促进人与自然和谐，实现科学发展有着十分重要的意义。加快天然气产业发展，提高天然气在一次能源消费中的比重，对我国调整能源结构、提高人民生活水平、促进节能减排、应对气候变化具有重要的战略意义。北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 2 页 共 21 页1 深冷低压液化天然气（LNG)及相关装备发展天然气、煤炭、石油并称当今世界一次能源的三大支柱，而天然气是人类 2l 世纪最可靠的清洁能
3、源。据国际能源机构（IEA）预测，到 2035年全球天然气需求总量将达到 5.1 万亿立方米，占全球能源需求的25。LNG 在全球的生产和贸易日趋活跃，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视 LNG 的引进，日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建 LNG 接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向 LNG 业务。我国对 LNG 产业的发展越来越重视，正在规划和实施的沿海 LNG 项目有：广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁、宁夏、河北等，这些项目将最终构成一个沿海 LNG 接收站与输送管网。按照我国的 LNG 使用计划，
4、2020 年国内生产能力将达 2400 亿立方米，进口 350 亿立方米。1.1 LNG 组成及优点液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称 LNG），是指天然气原料经过预处理，脱除其中的杂质后，再通过深冷低压冷冻工艺在-162下形成的深冷低压液体混合物。一般商业 LNG 产品的组成如表 1 所示。表 1 商业 LNG 的基本组成组分 /% 组分 /%甲烷 9298 丁烷 04乙烷 16 其他烃类化合物 01丙烷 14 惰性成分 03北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 3 页 共 21 页LNG 的基本性质为：在-162与 0.1MPa 条件下，LNG
5、为无色无味的液体，其密度约为 430kg/m3，燃点为 650，热值约为 37.62MJ/m3，在-162时的汽化潜热约为 510kJ/kg，爆炸极限为 5%15%，压缩系数为0.7400.820。LNG 的主要优点表现在以下方面：安全可靠 LNG 的燃点比汽油高 230，比柴油更高；LNG 爆炸极限比汽油高 2.54.7 倍；LNG 的相对密度为 0.47 左右，汽油为 0.7 左右，它比空气轻，即使稍有泄露，也将迅速挥发扩散，不至于自然爆炸或形成遇火爆炸的极限浓度。因此，LNG 是一种安全的能源。清洁环保 天然气在液化前必须经过严格的预净化，因而 LNG 中的杂质含量较低。根据取样分析对比
6、，LNG 作为汽车燃料，比汽油、柴油的综合排放量降低约 85%左右，其中 CO 排放减少 97%、NO2 减少30%40%、CO2 减少 90%、微粒排放减少 40%、噪声减少 40%，而且无铅、苯等致癌物质，基本不含硫化物，环保性能非常优越。因此，LNG 是一种洁净的能源。便于输送和储存 通常的液化天然气多储存在温度为-162、压力为0.1MPa 左右的深冷低压储罐内，其密度为标准状态下甲烷的 600 多倍，体积能量密度为汽油的 72%，十分有利于输送和储存。可作优质的车用燃料 天然气的辛烷值高, 抗爆性好, 燃烧完全, 污染小, 与压缩天然气相比, LNG 储存效率高, 自重轻且建站不受供
7、气管网的限制。北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 4 页 共 21 页便于供气负荷的调节 对于定期或不定期的供气不平衡, LNG 能很好地起到削峰填谷的调节作用。北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 5 页 共 21 页1.2 LNG 产业装备的发展世界上普遍认为液化天然气工业是当代天然气工业的一场革命，其发展已经历了六十多年的历史，形成了从液化、储存、运输、汽化到终端利用的一整套完整的工艺技术和装备。我国早在六十年代，国家科委就制订了 LNG 发展规划，六十年代中期完成了工业性试验。四川石油管理局威远化工厂拥有国内最早的天然气深冷低压分离及液化的工业生产
8、装置，除生产 He 外，还生产 LNG。进入九十年代，我国进一步开展了液化天然气技术的实践，中科院深冷低压中心联合有关企业，分别在四川和吉林研究建成了两台液化天然气装置，一台容量为每小时生产 0.3m3LNG，采用自身压力膨胀制冷循环，一台容量为每小时生产 0.5 m3LNG，采用氮气膨胀闭式制冷循环。与国外情况不同的是，国内天然气液化的研究都是以小型液化工艺为目标。随着我国天然气工业的发展，在液化天然气技术实践的基础上，通过引进国外技术，第一台事故调峰型天然气液化装置于 2000 年在上海浦东建成，第一台商业化的天然气液化装置于 2001 年在中原油田建成。这标志着，在引进国外天然气液化技术
9、的基础上，国内天然气液化应用技术开始全面推开，随后在新疆、四川等地相继有多个 LNG 工厂建成投产，促使我国天然气从液化、储存、运输、到终端使用的 LNG 应用技术的全面发展。从 2001 年中原油田建成的第一套商业化天然气液化装置开始，到目前近十年的时间，我国 LNG 应用技术得到了快速发展，建立起了涉及天然北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 6 页 共 21 页气液化、储存、运输、汽化和终端使用，以及配套装备各个方面，具有中国特色的 LNG 产业，成为了我国天然气工业发展中的一个重要方面。主要体现在：前期的工厂大都是在引进国外技术的基础上，通过消化吸收与国内技术相结合完
10、成，中原天然气液化装置由法国索菲燃气公司设计，使用丙烷和乙烯为制冷剂的复叠式制冷循环。新疆广汇天然气液化装置由德国林德公司设计，采用混合制冷剂循环。而国内已建和拟建的中小型 LNG 液化工厂，其液化设备除主要设备外基本以国产设备为主，配套国产化设备已达到 60%。近年来，随着多套小型液化装置的建设，我国已完全能自行设计、制造、安装和调试 LNG 生产装置。2009 年 10 月，由四川空分设备(集团)有限责任公司自行设计、制造、安装和调试的宁夏 3x105m3/天天然气液化装置在银川开发区正式开车成功。该套装置采用带制冷机预冷的氮、甲烷混合介质膨胀制冷工艺流程，是目前国内最大的完全国产化的天然
11、气液化装置。在 LNG 储运方面，我国在深冷低压液体储罐领域，如液氧、液氮、乙烯储罐，国内已有成熟的设计、建造技术。四川空分设备(集团)有限公司从 20 世纪 80 年代开始吸收外国设计、建造储罐的先进技术，近年来自主开发了(4006000) m 3的深冷低压液体储罐，目前已建成该类储罐上百台，其中 2000 m3以上储罐 20 多台（见图 1）。在国内主要有堆积绝热和真空粉末绝热两种类型的 LNG 储槽，容积从 30 m3、100 m3、150 m3、700 m3 (组合)不等。而结构形式有立式和卧式两种。根据目前国内大型深冷低压北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 7 页
12、 共 21 页LNG 储罐设计、建造技术现状，我国 30000 m3以下的 LNG 储罐实现自主设计、建造的条件已基本成熟。图 1 5000m3LNG 贮槽随着 LNG 生产装置商业化运行，LNG 卫星站也得到了快速发展。以2001 年建成投产的山东淄博 LNG 卫星汽化站为标志，在全国已建成 100 多座日供气规模在 60 m3的 LNG 卫星站，主要分布在华南和长三角等沿海经济发达地区。目前 LNG 卫星站已成为城市燃气调峰和弥补管道天然气不足的重要手段。LNG 卫星站主要具有接卸、储存和汽化功能。我国的 LNG 卫星站以及陆上运输技术也已基本成熟，高真空粉末和超级真空缠绕式绝热技术得到了
13、快速发展，小型 LNG 气瓶（见图 2）的无损存放期在 15 天以上，车载罐和卫星站储罐在 75 天以上，LNG 卫星站的建造和内陆液态运输设备制造都已完全国产化，同类型同性能产品价格比国外成倍的便宜，极具竞争力。北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 8 页 共 21 页图 2 LNG 气瓶2 LNG 储罐基本结构及特点目前，比较典型的 LNG 储罐（见图 3）结构主要由内筒体、外筒体、支撑系统、夹层管路系统、外管路系统机绝热材料等组成。以 60m的 LNG立式储罐为例，内筒体采用直圆结构，内径为 2600mm，壁厚 6mm，材质为 06Cr19Ni10 不锈钢，内筒体开设液
14、面计气相管路孔、测满管路孔、气相管路孔、上部进液管路孔、下部进出液管路孔、增压口、液面计液相管路孔等管路连接口。外筒体分为上下两部分，采用直圆结构，内径为3100mm，壁厚 10mm，材质为 Q345R，外筒体开设液面计气相管路孔、测满管路孔、气相管路孔、上部进液管路孔、下部进出液管路孔、增压口、液面计液相管路孔、外罐防爆口、抽真空管路口等管路连接口。外筒体内设置耐低温且绝热性能良好的环氧玻璃钢支座，前支座为滑动连接，以补偿温度变化引起的罐体伸缩，后支座采用玻璃钢螺栓紧固连接内筒体，支承并传递内筒体和介质的载荷。内、外筒之间填充珠光砂作为绝热材料。北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行
15、性报告第 9 页 共 21 页内、外筒之间抽至高真空，并设置空气吸附剂保持长期高真空度。图 3 60m3LNG 储罐结构图深冷低压技术是 19 世纪末在液态空气工业上发展起来的，随着科学的进步，在近 30 年中得到了广泛的应用。深冷低压容器是深冷低压工业过程中的关键设备，其特点是很容易产生深冷低压脆性破坏。深冷低压脆北车同力钢构有限公司 LNG 储罐产品开发可行性报告第 10 页 共 21 页断是在没有预兆的情况下突然发生的，危害性很大，因此在选材、试验方法和制造等方面均要采取措施，防止深冷低压脆断事故的发生。对于深冷低压下运行的容器，还必须有良好的深冷低压绝热结构和密封结构。大型深冷低压 LNG 储罐内罐用深冷低压材料的选用是其设计与建造的技术关键之一。现在深冷低压 LNG 储罐内罐材料最常用的是 9Ni 钢和不锈钢，前者因其强度高、深冷低压韧性好广泛应用于大型深冷低压 LNG 储罐，后者主要用于 50000 m3以下的中、小型深冷低压 LNG
