常用大型液化氣儲罐的保溫材料與結構特點

大型液化氣儲罐通常采用圓筒立式結構。根據其罐壁結構的不同，大型液化氣圓筒立式儲罐又分為單壁罐和雙壁罐兩大類。按照雙壁罐內外罐材質和結構的不同，又分為雙壁金屬罐、預應力混凝土罐和薄膜罐三種。儲罐結構   先要考慮儲存液化氣的性，針對不同的存儲條件，而相應采用不同的結構和保溫材料。
　　1、保溫材料
　　用于低溫儲罐的材料應滿足導熱系數小、密度低、吸濕率與吸水率小、抗凍性強的要求，并在低溫度下滿足不開裂、耐火性好、無氣味、不易霉爛、對人體、能防止蟲蛀鼠咬、機械、經久、及施工方便等要求。
　　(1)聚氨酯發泡料(PolyurethaneFoam)
　　采用高功能聚醚多元醇和多次甲基多苯基異氰酸脂為主要原料，在催化劑、發泡劑、表面活性劑等作用下經化學反應發泡制成。其密度為30~60kg/m³，使用溫度范圍在-190~120℃，熱導率為0.019~0.029W/(m·K)，吸水率在1.5%左右，抗壓強度不低于0.2MPa。
　　(2)膨脹珍珠}(InflatePerlite)
　　膨脹珍珠巖是一種多孔的粒狀物料，以珍珠巖礦石為原料，經過破碎、分級、預熱、高溫熔燒瞬時急劇加熱膨脹而成的一種輕質、多功能絕熱材料，膨脹珍珠巖密度為70~250kg/m³，熱導率為0.047~0.072W/(m·K)，使用溫度范圍在-200~800℃，吸水率較大，為29%~30%，在干燥條件下使用，在中性條件下化學穩定性好。
　　(3)玻璃纖維氈(FibreGlassSlab)
　　玻璃纖維氈是由石灰石、石塊、石英粉等礦物質在熔爐中熔化后，經高速離心或噴制而成的直徑在6μm以下的人造無機纖維，再經成型設備制成保溫產品，其密度為32kg/m³，使用溫度范圍在-120~400℃，熱導率為0.038W/(m·K)，吸水率小于2%，具有輕質、可壓縮、和等特性，是用于金屬結構的理想隔熱材料。
　　(4)珍珠巖混凝土(PerliteConcreteBlack)
　　膨脹珍珠巖制品是一種熱導率低、密度小、、原始材料易得、制作方便、廣泛應用在較低溫度熱管道、熱設備上的保溫材料。珍珠巖和混凝土混合的比例不同，其強度和導熱系數也有變化，抗壓強度越高，則導熱系數也越高。珍珠巖混凝土的密度為500~100032kg/m³，熱導率為0.12~0.25W/(m·K)，使用溫度在-273~200℃，抗壓強度為1.5~8.5MPa。
　　(5)泡沫玻璃(CellularGlass)
　　泡沫玻璃以玻璃粉為基料，加入外加劑，通過隧道窯爐加熱焙燒發泡和退火冷卻加工而成，是   材料，其主要成分為鋁硅等無機化合物，不含膠粘劑。這種材料耐酸性腐蝕(氟化氫除外)，本身   ，不含CFC(氟氯化炭)和HCFC(氫氟氯酸)，物理化學性能穩定，尺寸穩定，密度在150kg/m³左右，使用溫度范圍在-260~430℃，熱導率在0.060W/(m·K)以下，導熱性能穩定，吸水率在0.2%左右，，抗壓強度不低于0.7MPa，抗折強度不低于0.5MPa。
　　2、保溫層結構
　　保溫層是儲罐液化氣處于深冷狀態的主要結構。對于液化氣儲罐頂部的隔冷保溫設計，因保溫材料無需承受設備和液化氣的壓力(僅承受保溫材料自身的重量)，一般的隔冷保溫材料抗壓強度均可滿足要求。通常選用膨脹珍珠巖散料自然堆積作為頂部的保溫材料。液化氣側壁的隔冷保溫，則要針對不同儲罐的特點采用相應的保溫材料及結構。單壁罐選用輕質的聚氨酯發泡料附著在罐壁周圍作為其保溫層，保溫材料發泡一次成型。雙壁金屬儲罐和預應力混凝土罐選擇膨脹珍珠巖為其側壁保溫材料。薄膜罐則采用的玻璃纖維硬質聚氨酯泡沫。
　　對于液化氣儲罐底部保溫材料和隔冷結構設計，不但要儲罐的冷損失率降至   小，而且保溫材料抗壓強度還要能支撐內罐、液化氣和上部保溫材料的總重量。在設計建造中，根據儲罐底部不同部位承受壓力不同及   大限度降低冷損失率的原則，可將底部隔熱保溫結構分成周邊圈梁和核心隔熱兩部分，采用不同的隔熱保溫材料。
　　周邊圈梁是承受儲罐設備及液化氣重量的主要構件，因而對其隔熱保溫材料的強度要求相對較高，材料的導熱系數可以稍大一些，建造中通常會采用強度相對較大的珍珠巖混凝土作為圈梁保冷材料。珍珠巖混凝土在使用前，需調配試驗珍珠巖與混凝土的比例，以滿足設計所要求的抗壓強度和導熱系數。對于底部核心部分保溫材料，目前使用較多的是泡沫玻璃，與珍珠巖混凝土相比，泡沫玻璃無需再加工和測試即可直接進行施工，在技術上   能滿足儲罐核心隔熱部分的設計要求。
　　3、單壁罐的結構
　　單壁金屬罐通常是地上式儲罐，罐頂用膨脹珍珠巖作為保溫材料。在液化氣的低溫度，大部分普通低碳鋼易變脆，不適用于建造液化氣儲罐，可用含有9%鎳的合金鋼或鋁合金低溫鋼作為與液化氣直接接觸的內壁材料。針對單壁罐側壁無盛載定型保溫層的功能，其保溫層通常選用聚氨酯發泡料，保溫材料一次發泡成型。底部核心部分采用泡沫玻璃，其機械強度能載荷均勻分配。珍珠巖混凝土外環處于罐體內，支撐內罐重量。罐體外層鋪設薄金屬板來保護保溫材料，以抵抗外界不可預見性沖擊力及惡劣天氣。
　　4、雙壁罐的結構
　　雙壁罐比金屬單壁罐多一層外罐。外罐可盛載保溫材料，對內罐起保護作用并能防止罐的二次泄漏，具有、抗風、抗壓、防滲透、抗機械沖擊和熱沖擊等特點。內罐作為低溫液化氣的盛載罐，具有良好的氣密性，能防止一次泄漏，耐低溫。保溫層設置在內外罐之間，液化氣處于深冷低溫狀態。
　　(1)雙壁金屬罐
　　由兩個各自相對獨立的金屬罐體套裝組成，頂部保溫結構材料采用膨脹珍珠巖自然堆積。儲存液化   氣的內罐與單壁金屬罐相同，由含鎳9%的合金鋼或鋁合金低溫金屬構成，外罐由普通鋼材制成，主要起防護作用。側壁保冷為珍珠巖散料，充注液化氣設備降溫后，內罐收縮會使得儲罐側壁上部及邊緣區域填充的珍珠巖不足。珍珠巖的二次填充量很高，操作難度大，需要在儲罐內罐的外壁增加一層彈性保溫玻璃纖維氈，其在松散珍珠巖側壓力的作用下可被壓縮，當內罐降溫收縮時，玻璃纖維氈將回彈，以補償罐的收縮量，可減少或免除珍珠巖的二次填充。
　　(2)預應力混凝土罐
　　這種預應力儲罐是將雙殼金屬罐的外罐用預應力混凝土代替，同時使混凝土適應各種負荷變化，能承受外部的沖擊。外罐按能盛載液化氣的標準來設計制造，外罐內側填充珍珠巖混凝土，并在隔熱保溫層與內罐之間留有適當的空間，當內罐儲存液化氣時，用氮氣隔離密封。
　　預應力混凝土罐內層金屬罐的結構由含鎳9%的合金鋼或鋁合金構成，保溫材料為膨脹珍珠巖。混凝土外壁有氣密功能，可封存偶發事故時內罐泄漏的氣體。對于大型儲罐預應力混凝土罐壁的設計，需要應用分層不等壁厚或等壁厚不等強度的方法來解決其受力的均衡問題。
　　雙壁金屬罐和預應力混凝土罐均屬自支撐式儲罐，其特點為內罐裝液體，獨立于外部儲罐，有足夠的機械強度來滿足儲存液體及保持氣密性的要求。罐體保溫層材料只具有保溫性能，而無機械強度。
　　(3)薄膜罐
　　薄膜罐源自LNG運輸船所采用的儲存技術。與自支撐式儲罐結構相比，膜式結構的主要特點是將儲罐的氣密功能與機械強度分開，氣密功能由不受任何應力的薄膜來實現，保溫層將所有的作用力都傳導至混凝土罐壁。
　　薄膜罐內罐采用具有低膨脹系數的低溫薄膜鋼，其內罐強度設計主要考慮液化氣的液體靜壓。外罐預應力混凝土除了承受內罐液體的靜壓外，還要受到儲罐內各種機械及負荷的影響。罐間保溫材料采用玻璃纖維硬質聚氨酯泡沫，直接與預應力混凝土和薄膜接觸。