随着科技的快速发展和低温技术的普及,液氮、液氧、液氢、液氢、液氦和液化 气等低温产品在工业领域内广泛的应用。尤其是液化 气,随着能源的日益紧缺,其作为清洁能源迅猛的发展。
低温液体在移动式或固定式容器中贮存时,尽管采取了绝热措施,终究有热量漏入温度远低于环境温度低温液体容器中,热量的传入引起低温液体的压力和温度升高,为了减少低温液体损失及防止空气渗入容器污染低温液体产品,往往采用封闭贮存,即为通常所说的无损贮存。
液氮储罐一般分为贮存罐、运输罐两种。贮存罐主要用于室内液氮的静置贮存;运输罐为了满足运输的条件,做了专门的防震设计。其除可用于静置贮存外,还可在充装液氮状态下运输使用,但也应避免剧烈的碰撞和震动。
液氮储罐是用于盛装液氮的专用工具,不允许盛装其他液体。液氮罐在充填液氮之前, 先要检查外壳有无凹陷,真空排气口是否完好。若被碰坏,真空度会降低,严重时会进气无法保温,这时罐的上部会结霜,液氮损耗加大,失去继续使用的价值。其次要检查罐的内部是否清洁干燥,若有异物, 取出,以防内胆被腐蚀。
低温储罐保冷技巧跟低温的储存方式
(一)、LNG储罐的保冷设计
低温储罐保冷设计的目的是满足工艺生产要求,保持和发挥生产能力,减少冷损,节约能源,防止储罐外壁表面凝露,改变工作环境。低温储罐保冷结构先要考虑储存低温液体的保冷隔热性,针对不同的存储条件,而相应采用不同的结构和保温材料。
对于储罐顶部的保冷设计,因保冷材料覆盖在内罐吊顶之上,无需承受设备和蒸发气体的压力(仅承受保温材料自身的重量),保冷材料应具有导热系数低、密度小的特点。低温天然气储罐内罐顶上部为玻璃棉,保冷厚度为500mm,分5层铺设安装,较上面一层玻璃棉外侧带铝箔,以防止膨胀珍珠岩或其他杂质通过缝隙进入内罐。
内外壁夹层选择膨胀珍珠岩为保冷材料,侧壁保冷因采用膨胀珍珠岩。充注低温液体的储罐降温后,内罐收缩会使得储罐侧壁上部及边缘区域填充的膨胀珍珠岩不足,而低温储罐在预冷后无法二次充填膨胀珍珠岩。为防止湿空气进入,采用在储罐内罐的外壁增加一层弹性保温玻璃纤维毡的方法,可避免珍珠岩的二次填充,并减小珍珠岩对内罐壁的压力。
液化天然气储罐底部保冷材料和保冷结构设计,不但要保证将储罐的冷损降至较小,而且保冷材料抗压强度还要能承受内罐、低温液体的总重量和气相压力。在20000m³低温储罐设计和建造中,根据储罐底部各个部位承受的压力不同及较大限度降低冷损失率的原则,将底部隔热保温结构分成承压圈和中心环两部分,并采用不同的保冷材料。承压圈是承受内罐重量的主要构件,对其强度要求相对较高,因此采用混凝土与玻璃砖的复合结构作为承压圈保冷材料。对于底部中心部分,单独使用玻璃砖即可满足其强度及保冷的设计要求。
(二)、低温LNG储罐的储存方式
目前,国内外常用的天然气储罐有常压储存、子母罐带压储存及真空罐带压储存三种方式。采用哪种储存方式,主要取决于储存量的大小。
①真空罐
真空罐为双层金属罐,内罐为耐低温的不锈钢压力容器,外罐采用碳钢材料,夹层填充绝热材料,并抽真空。真空罐是在工厂制造试压完毕后整体运输到现场。
LNG总储存量在1000m³以下,一般采用多台真空罐集中储存,目前国内使用的真空罐单罐容积较大为150m³。真空罐工艺流程比较简单,一般采用增压器给储罐增压,物料靠压力自流进入气化器,不使用动力设备,能耗低,因此国内外的小型LNG气化站基本上全部采用真空罐形式。
②子母罐
子母罐的内罐是多个耐低温的不锈钢压力容器,外罐是一个大碳钢容器罩在多个内罐外面,内外罐之间也是填充绝热材料,夹层通入干燥氮气,以防止湿空气进入。子母罐的内罐在工厂制造、试压后运到现场,外罐在现场安装。
储存规模在1000m³到5000m³的储配站,可以根据情况选用子母罐或常压罐储存,由于内罐运输要求,目前国内单台子罐较大可以做到250m³,采用子母罐的气化工艺流程与真空罐大致相同,由于夹层需要通氮气,装置中多了一套液氮装置。
③常压罐
常压罐的结构有双金属罐,还有外罐采用预应力混凝土结构的;有地上罐,还有地下罐,20000m³以下的多为双金属罐。
常压罐的内外罐均在现场安装制造,生产周期较长。
LNG低温常压储罐的操作压力为15KPa,操作温度为-162℃,为平底双壁圆柱形。其罐体由内外两层构成,两层间为绝热结构,为保冷层。内罐用于储存液化天然气,而外壳则起保护、保冷作用。为了减少外部热量向罐内的传入,所设计的内外罐是各自分离。罐项是自立式拱顶,内罐罐项有足够的强度及稳定性以承受由保冷材料等引起的外部压力和由内部气体产生的内部压力。
焊接绝热气瓶
储罐采用珠光砂为保冷材料,并充入干燥的氮气,保证夹层微正压,绝热材料与大气隔离,避免了大气压力或温度变化的影响以及湿空气进入内、外罐间保冷层,增加了保冷材料的使用寿命,保证和提高了保冷材料的使用效果。在设计和制造绝热结构时,注意采用防潮措施。
通过技术经济比较,低温常压储罐方案的一次性投资低于子母罐的方案,但运行费用低温常压储罐方案远高于子母罐的方案。
虽然低温常压储罐方案的一次性投资低,但方案中存在以下问题:
①低温常压储罐适用于液化厂和接收终端站
通常在液化厂和接收终端站均采用低温常压储罐,这是由于接收终端站内的LNG储罐容积均很大(单罐容积大于5万m³),其它形式的储罐无法做到,接收的液体是由LNG槽船运来,LNG槽船上的储罐也是低温常压形式,压力变化不大。而且在接收终端站内设有BOG的冷凝装置,可以将BOG再变成LNG。
液化厂内由于有液化手段,储存期间产生的BOG可以变成气进行液化,故采用低温常压储罐,其BOG蒸发量的多少对其影响不大。
由于本站使用的LNG均由汽车槽车运来,槽车中的LNG均带有压力,卸入到低温常压罐中会产生大量的气化,产生大量BOG气体。而且由于BOG为常压气体,BOG压缩机的投资和运行费用高。LNG泵的运行费用亦增加。
②低温常压储罐系统复杂
低温常压储罐即要考虑储罐的超压问题,又要考虑储罐的抽空(形成负压)问题,需要有补气措施,所以储罐上要设有多个进口的低温调节阀、呼吸阀等。储罐顶部还要设自动干粉灭火系统、起吊装置。
由于低温常压储罐一般工作压力为15KPa,为维持此压力,储罐的压力调节阀需要经常开启,BOG气体回收到液化工段或至站内火炬燃烧掉。
本站没有此部分设施,若采用低温常压罐,只能将部分BOG压缩至管网输送,其余均要放散掉,既造成浪费又污染环境。或者在站内建设一座比较的BOG储罐进行BOG的储存,这样一来势必要增加很大的一笔投资。
③需要设置LNG泵,对LNG泵要求高
由于低温常压储罐储存的液体不带压力,为满足LNG泵的净正吸入压头,储罐的基础(高架式基础)要提高。而且为防止发生气蚀,LNG泵的进液管要考虑采用真空保冷管。
④施工周期长,检修较为困难
常压罐的内外罐均在现场安装制造,生产周期较长。如果储罐发生故障,需要全部停产检修。
黄骅百恒达祥通机械制造有限公司(http://www.chinaxiangtong.com)位于新兴的港口城市黄骅市,于2002年经质量监督检验检疫总局批准的特种设备生产企业。公司现具有A2压力容器设计许可证,压力容器A1、A2、D1、D2制造许可证,锅炉B级制造许可证。主要产品有液氩储罐、LNG容器、低温压力容器、液氮储罐、低温容器等。公司占地面积67320平方米。生产50多种工业产品,低温液体储罐(250m3)主要市场方向液氧储罐,LNG加注站,工业气体分装站,企业和居民气化站。油田加热炉,现阶段的市场方向西北油田、大庆油田、华北油田。各种锅炉产品及各种二氧化碳储罐产品的市场方向各大化工业。