低温储罐详解

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1、1,低温储存储罐设计基础,金 国强 中国石化集团 上海工程有限公司 SSEC 2006-7-18,2,内容,1 基础知识 2 常压低温储存储罐的主要相关标准与分 类 3 低温储罐的设计条件 4 设计载荷 5 低温储罐的材料 6 结构简介 7 防火要求及布置,3,1 基础知识,1.1 低温储存储罐的概念 一般可以定义为在环境温度下，常压、低温储存液态烃的储罐，或者 GB50160-92（1999版）石油化工企业设计防火规范所划分的称之为全冷冻式液化烃储罐，通常也俗称为“冷罐”，其特征是储存压力为常压、储存温度在液化烃的沸点以下。,4,1.2 常压与低温的一般界限 1) 常压 15kPa G (一

2、般) (有一种真空绝热的双壁金属储罐,设计压力在0.1MPa G 以上,其储存温度比常压下的液化烃沸点略高,按GB50180-92定义，可以称之为半冷冻式液化烃储罐，按NFPA 59A 定义，属于ASME压力容器规范控制的容器范畴。这次 讲课，不包括此内容。),5,2) 低温 几种液态烃常压的沸点,6,1.3 几种液态烃的其他重要物理性质,7,1.4 几种性质定义 1) 临界温度 某种气体，当气体超过一定温度时，无论加 多大压力都不能使其液化，这一温度称为该气 体的临界温度。 2） 临界压力 在某气体的临界温度时，给气体加压使其液 化所需的最低压力，称为该气体的临界压力。,8,3) 爆炸极限

3、可燃气体，无空气参与就不会燃烧。即使有空气而不在与空气的混合比例范围之内也不会引起燃烧。将能引起燃烧的混合比例范围，用燃烧气体与空气的体积百分比% 表示称为燃烧范围。 在燃烧范围内引起爆炸的范围称为爆炸范围。燃烧范围与爆炸范围几乎相同。 A 可燃气体在空气中刚刚维持火焰蔓延的最低 浓度称为气体的爆炸下限。 B 可燃气体在空气中足以使火焰蔓延的最高 浓度称为气体的爆炸上限。,9,1.5 液态烃的火灾危险性分类 1) 液态烃的气化气体 属可燃气体，上表所列的液态烃由于空气 混合物的辨证下限均 0.1MPa, 因此属 于甲A类. 3) 火灾危险性分类类别，是工厂布置、 建筑等防火设计的主要依据。,1

4、0,常压低温储存储罐的 主要相关标准与分类,2.1 标准 1) API 620_1996, 大型、低压焊接储罐设计与建造标准 （Design and Construction Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks.） API 620_1996（附录Q）， 液态烃气体低压储存储罐 （Low-Pressure Storage Tanks for Liquefied Hydrocarbon Gases）,11,2) BS 7777_1997, 立式平底圆筒型低温储罐标准 （Flat-bottomed, vertical, cylindrical stor

5、age tanks for low temperature service） 3) NFPA 59A_2001, 液化天然气（LNG）生产、储存、装卸标准（Standard for the Production, Storage and Handling Liquefied Natural Gas (LNG) 4) GB 50160_92 (1999年版) 石油化工企业设计防火规范 5）GB 50183_2004 石油天然气工程设计防火规范,12,2.2 主要标准规范简介 1) API 620_1996，附录Q 是目前低温储罐的材料、设计与建造的标 准依据，国内尚无相应标准。 适用于单壁保冷与

6、双壁的冷冻罐。 温度适用于 -51 -1680C（-60 -2700F） 范围，可满足LNG、液态乙烯等上述 液态烃的 设计要求。,13,2） BS 7777_1997， 标准由三部分组成： （1）第1部分 设计、建造、安装与操作一般准则 （Part 1，Guide to general provisions applying for design, construction, installation and operation）. （2）第2部分 储存温度-1650C以上液化气的单包容、双包 容和全包容金属储罐的设计与建造规定 （Part 2, Specification for the

7、design and construction of single, double and full containment metal tanks for the storage of liquefied gas at temperatures down to -1650C.,14,（3）第3部分 预应力混凝土与钢筋混凝土储罐及其基础的设 计与建造推荐性规定；以及储罐绝热、寸里与 储罐涂层的设计与安装推荐性规定 （Part3, Recommendation for the design and construction of pre-stressed and reinforced concr

8、ete tanks and tank foundations, and for the design and installation of tank insulation, tank liners and tank coatings） 是目前常压低温液态烃储罐分类的主要依据标 准 比API 620 附录Q 与 NFPA 59A更具体化,15,3）NFPA 59A_2001 是世界上LNG液化、储存与装卸工程设计中应用 最广，最全面并最有权威性的一部防火设计规 范。 1971年初版，已经有35年历史，目前已经第8 版，2006版也即将发布。 国内所建LNG基地生产型装置、LNG调峰站，大 型L

9、NG接收终端均以该标准作为设计的主导标 准。 主要内容有：,16,- 绪论 - LNG站场的厂址选择和布置 - 工艺设备 - 固定式LNG储罐 - 气化设备 - 配管系统及部件 - 仪表与电气设施 - LNG与冷剂的输送 - 防火、安全与保安 - 采用固定式ASME储罐的补充规定 - 操作、维护与人员培训,17,4） GB 50160_92 (1999年版) 是国内石油化工工程设计防火最主要的规范， 5） GB 50183_2004 随着国内天然气工业的发展与大型LNG接收 终端的建设，原来的GB 50183未 包括LNG 液化天然气站，2004版增加了第10章液化天 然气站场，原则上引用了N

10、FPA 59A。,18,2.3 常压低温储存储罐的分类 2.3.1 按储罐的基础板标高对建造的地面标高 区分 1) 地上式 可分为两种: 基础平板(Slab)贴地式和 基础平板架空式 2) 地下式 可分为半地下式与地下式,19,20,21,2.3.2 按储罐的主要建造材料区分 1) 钢板金属(Metal Sheet) 外罐与内罐主要构件均采用金属钢板制 造 2) 混凝土(Concrete) 一般外罐筒体采用预应力混凝土加外罐 内壁金属薄板寸里，拱顶采用钢筋混凝 土加内壁寸里。内罐采用与介质低温 相适应的金属板材制造。 3) 薄膜式(Membrane) 0.71.2mm的35Ni钢薄板贴于硬绝热

11、 材料上,设计、建造难度计极高，也用于 LNG 运输船上，世界上掌握该技术的国 家为数不多。,22,23,24,25,26,2.3.3 按对介质的拦截程度区分 (以LNG 储存为例) 1) 单包容储罐(Single Containment) 内罐储存低温液体，外罐只是承担保存 绝热材料的功能。内罐如果破裂，对低 温液体与气相物料均不能截留，内罐万 一破裂，流出的低温液体将由设置在储 罐周围的防油堤进行截留控制，气相物 料则扩散至大气。,27,单包容储罐,28,2） 双包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐破裂后流出的低温液 体，但对气相物料不能截留，气相物料扩

12、散至 大气。储罐外可不设防油堤。,29,双包容储罐,30,3) 全包容储罐 内罐储存低温液体，外罐的功能除保存绝热材 料外，并可截留从内罐流出的低温液体和气相 物料，因此内罐如果破裂，对气液两相均可由 外罐截留。储罐外可不设防油堤。,31,全包容储罐,32,2.3.4 BS 7777的分类举例 2.3.4.1 单包容储罐 见图4- A、B、C、D 2.3.4.2 双包容罐 见图5- A、B、C 2.3.4.3 全包容罐 见图6- A、B、C,33,图4 单包容罐,34,图5 双包容罐,35,图6 全包容罐,36,3 低温储罐的设计条件,3.1 设计单位或承包商与业主之间需沟通的基本条件 1）

13、储罐建造的地点 2) 确定储罐类型 3) 储罐的直径、高度或容积 4） 外罐的直径与高度 5） 基础的类型与基础底板的加热方式 6） 储罐的合同范围与交接 7） 对所确定的储罐类型，确定设计的载荷与条件 8） 有关储存介质的性质，包括密度、温度、腐蚀 裕度以及允许的蒸发量（BOG rate） 9） 内罐的设计正压与负压值，以及外罐或外罐壁 的设计值。,37,10）储罐的最低与最高设计金属壁温 11）在储罐寿命期内以及水压试验时，预期 的基础最大总的沉降量与差异沉降量 12）所有要安装的附件、平台与楼梯的尺 寸、数量、形式与布置位置。 13）储存介质的最大充装与送出速率，以及 其他排气的配置。

14、14）水压试验所需用水量,38,3.2 设计单位或承包商与业主之间可选择而由设 计单位或承包商提供的其他条件 1) 周边可能发生所影响的爆炸强度与仃留时间. 2) 上空飞行物的重量与速度. 3) 内罐突然事故造成的冲击载荷. 4) 地震载荷条件, 包括静力分析与动力分析. NFPA 59A 中的抗震设计，对LNG储存储罐 引入了OBE及SSE概念. 不影响操作的基本地震Operating Basis Earthquake (OBE) OBE发生时和之后, LNG储罐的构筑物与系 统, 仍可维持操作。 安全仃车地震Safe Shutdown Earthquake (SSE) SSE发生时和之后，

15、储罐所包容的容量没有 损失，且能保持储罐的性能。,39,5）防止罐内液体翻滚（Roll Over）的措施 翻滚（Roll Over）现象 由于进料密度的差异，或随着外界热量 不断由外向内的传递，当储罐内某一区 域的大块团液体温度与周围发生一定差 异时，温度较高的大块团液体由于密 度较高而发生向上串升，温度较低的液 体则迅速填补大块团液体，此时就发 生所谓的翻滚（Roll Over）现象。此 现象会造成液位表面的液体迅速蒸发， 蒸发率的剧增会造成泄压装置的超负荷 而来不及排放，储罐压力会超过设计压 力而造成危险。 防止的一般措施有： 设置密度计，监视不同液位密度， 两种进料方式，上部与下部进料，

16、,40,6）在内外罐之间的环形空间设置液体泄漏探测与 排除设施。 3.3 储罐类型的选择准则 3.3.1 不设限制的控制项 1) 地震 2) 风、雪、气候条件 3） 来自工厂以外的危险 3.3.2 需设限制的控制项 1) 厂内飞行物 2) 厂内爆炸的压力波 3) 维修时的危险性防止 4) 临近储罐或工厂的火灾,41,5) 满载后液体溢出 6) 工艺超压 7) 翻滚 8) 主要金属材料失效, 如脆性断裂 9) 金属材料部分事故, 如泄漏 10) 材料疲劳 11) 腐蚀 12) 与罐底、罐体或罐顶相连接的配管失效 13）储罐基础情况,42,3.3.3 必须控制项 1) 临近的其他工厂 2) 工厂内与储罐临近的控制室、办公室与其他 建筑物 3） 工厂外的临近的居民区 4） 国家与当地主管部门要求 5） 规范要求,43,4 设计载荷,4.1 正常载荷 4.1.1 静载荷 1) 储罐自重 2