LNG儲罐絕熱技術跟優化設計內容

 【一】、LNG低溫儲罐絕熱技術以及真空應用大揭秘
一、絕熱的目的和方法
低溫絕熱的目的主要是為了減少由環境與LNG的熱傳導，即減少冷損。對于低溫儲罐來說，可以減小氣化損失，或為長時間儲存及遠距離運送創造條件。特別是對于LNG儲罐及LNG儲存容器，如果沒有良好的絕熱，液化和儲存都難以實現。因此，低溫絕熱不僅具有經濟意義，而且具有技術意義。除此之外，對設備、管道進行絕熱還可以避免在外表面上結露、結霜，也可以避免人的皮膚與之接觸時有冷的感覺甚至。這對改變工作條件及防止意外事故的發生都是有必要的。
二、絕熱方法的分類
低溫絕熱分為普通絕熱和真空絕熱。
1、普通（堆積）絕熱
普通絕熱是一種使用較早的傳統的絕熱方法，它是在設備、容器，管道的外側敷設固體的多孔性絕熱材料，而在絕熱材料的空隙中充滿著大氣壓力下的空氣（或其它氣體）。這種絕熱方法的絕熱性能較差，但其結構簡單、造價低廉，故在絕熱要求不高的情況下普遍使用。現在LNG加液站的管道多采用這種絕熱方法。
2、真空絕熱
真空絕熱是將絕熱結構做成密閉的夾層，內部空間抽至一定的真空度，以減少熱量的傳入。真空絕熱有三種基本類型：高真空絕熱、真空多孔絕熱及真空多層絕熱。
2.1、高真空絕熱
亦稱單純真空絕熱，它只是單純地將夾層空間抽至1.38*10-3Pa(1.0*10-5mmHg)1的真空。常見的真空保溫杯即采用這種絕熱方式。在真空夾層中，只有兩個壁面之間的輻射傳熱及夾層內殘余氣體的導熱。如果將夾層內表面拋光，或者涂上一層反射性物質，就形成反射性能良好的真空夾層，輻射傳熱量即可減小。這種絕熱結構因有輻射熱交換，故絕熱性能不是很好；但它的結構較簡單，重量輕，熱容量小，故自上世紀初以來它一直應用很普遍。
2.2、真空多孔絕熱
它是在夾層中充填多孔性絕熱材料，然后再抽至一定的真空。從工藝的方便性考慮，一般都是充填粉末材料或纖維材料，故這種絕熱方式也稱為真空粉末絕熱或真空纖維絕熱。真空夾層中的絕熱材料削弱了壁面之間的輻射換熱，所以它的絕熱性能比高真空絕熱要好，對真空的要求可以降低，一般達1.33Pa（10-2mmHg）左右即可。如果向粉末或纖維材料中加入一定比例的反射性強的金屬粉末，例如鋁粉或銅粉，以減小材料內粉粒或纖維之間的輻射換熱稱為阻光作用，則可使絕熱性能大為提高。真空粉末及真空纖維絕熱現在廣泛用于LNG液體的貯存及運輸設備。
2.3、真空多層絕熱
它是在真空夾層中裝入許多輻射屏，用來減少壁面之間的輻射換熱。多層絕熱有兩種基本形式，一種是用金屬箔作輻射屏，屏間填入導熱性能低的間隔材料；一種是用單面噴鋁的滌綸薄膜作輻射屏，且壓制成波紋形成凹凸形，以減少屏間的接觸傳熱。真空多層絕熱要求真空達1.3*10-2Pa左右（10－4mmHg）左右即可。真空多層絕熱是當前絕熱性能較好的絕熱方式之一，常稱為“超級絕熱”，多用于LNG/液氫及液氦儲運容器，現也用于小型液氧、液氮容器。真空多層絕熱的缺點是施工比較麻煩，造價比較高，且絕熱性能隨施工質量而變。
三、絕熱性能的評定分級
絕熱結構的絕熱性能可用其導熱系數（或稱表觀導熱系數，包括對流及輻射換熱在內）來評定，它的數值越小，則絕熱性能越好。在圖4-2中示出各種絕熱方式導熱系數的變化范圍。由圖可以看出，多層絕熱比其它絕熱方式具有高得多的絕熱性能，而非真空絕熱方式的絕熱性能較差。
LNG常用低溫絕熱技術
在各種絕熱方式中，除高真空絕熱外都要應用絕熱材料。絕熱材料是用來增強絕熱結構的絕熱性能，以減小通過絕熱結構的傳熱量。對絕熱材料性質的了解是設計絕熱結構的基礎。
1、絕熱材料的種類及一般特性
絕熱材料的品種較多，它們的性質相互差別也較大。絕熱材料按材質可分為礦物質材料及有機質材料兩類。在低溫裝置中多應用礦物質材料。絕熱材料按其組織結構可分為泡沫狀材料、粉末狀材料及纖維狀材料三類，它們的組織結構不同，在其中所進行的傳熱過程的機理不同，用它們構成的絕熱結構的型式也不完全一樣。
1.1泡沫塑料
以聚合物或合成樹脂為原料，加發泡劑和穩定劑經加熱發泡而成。泡沫塑料用作絕熱材料的優點是密度和導熱系數都較小，能適用于低溫，吸水性小，能抗酸堿的侵蝕，燃燒性差（離開火源后能自熄），易于切割和施工，因而它們的應用日益廣泛。
1.2礦棉
礦棉或稱礦渣棉，是將熔鐵爐渣（也可用泥灰巖）在熔融狀態時用高壓水蒸汽吹成的礦質纖維（纖維中往往含有玻璃狀小球），它耐火耐凍、無味不霉、密度及導熱系數都較小，價格低廉，故是一種較好的絕熱材料。礦棉常用于空分裝置及運輸式設備。
礦棉1.3珠光砂
珠光砂也稱膨脹珍珠巖。珍珠巖是一種火山噴出的酸性玻璃質熔巖，其主要成分為SiO2和AlO2。當巖漿流出地表時，由于急劇冷卻，水分來不及完全逸出，因而巖石中便含有一定量的結晶水。將巖石粉碎成細粒后，迅速加熱至700~1000°C，結晶水急速汽化，巖石體積可增大4~20倍，便得到色白質輕的珠光砂，其尺寸大部分在0.3~0.6mm之間。珠光砂的密度和導熱系數都很小，故是一種良好的絕熱材料。珠光砂不燃燒、不霉爛、無毒無味、不會腐蝕；它的流動性好，可用風壓輸送；此外，還具有隔音和防輻射線的性能，加之來源較廣，故應用較多。珠光砂主要用于空分裝置及氣體液化裝置中，其缺點是吸水率較高，且有下沉現象。珠光砂還具有吸附氣體的能力，當它吸附有時，在檢修施工前應予置換，以確保施工安全。
1.4碳酸鎂
粉末狀碳酸鎂的絕熱性能良好，價格較低，故以往多用于低溫裝置及設備的真空絕熱。但碳酸鎂在易結塊（且結塊后較難再生），又其中常含有一定量的水分，使抽真空較困難，因而逐漸被其他材料代替。
1.5氣凝膠及硅膠粉
氣凝膠也稱硅酸氣凝膠，它是用從硅酸凝膠中除去液體而不明顯壓縮其骨架的方法得到的材料，是目前已知的較絕熱材料。氣凝膠的導熱系數小，流動性好，稍具有彈性，一次裝填之后不會因震動而下沉，且在真空絕熱中易于抽空。但氣凝膠很貴，且浸入水中后即形成硅酸凝膠，密度增大將近十倍，不能用再作絕熱材料。硅膠粉是由二氧化硅構成的粉末，其密度及導熱系數均較氣凝膠大。
2、目前常用的LNG低溫絕熱技術
2.1真空多孔絕熱，多采用珠光砂作為填充介質。
2.2真空多層絕熱：
多采用鋁箔復合材料纏繞內膽，夾層抽成高真空以獲得較優絕熱效果。代表產品為：，車載瓶，快易冷，低溫槽車，罐箱等。
【二】、液化天然氣(LNG)氣化站優化設計的部分內容
1、氣化站工程方案的優化
天然氣儲罐工程的各部分(土建、工藝設備安裝以及消防安裝)都占據一定的投資，氣化站的七個系統都由特定設備組成，氣化站的工期規模會對這些設備的選型(主要工藝參數與技術要求)有影響，也就是說，氣化站的投資與其設計規模、供氣能力有很大聯系。城市氣源根據功能分為：主氣源、輔助氣源、調峰氣源、過渡性氣源與備用氣源等，燃氣供應對不同的氣源有不同的要求。所以，應當對氣化站工程的方案設計進行優化。
2、防護墻的設計優化
為防止意外外泄的低溫液體流向別處，在儲罐周邊設置防護墻應注意：防護墻內的容積應當足夠容納儲罐中的液化天然氣總量，并采取防冷凍措施，保證在接觸液化天然氣時不被破壞；為了避免低溫液體外泄，經過防護墻的管線或管槽不能在防護墻上開孔；防護墻內設置集水井，防止液化天然氣流入下水道或其他以頂蓋密封的溝渠中。
3、消防水系統的設計優化
消防系統的功能主要有：①預防火災。生產區裝有可燃 氣體警報探頭且與管路系統的緊急切斷閥聯動，儲罐的進出液管應當設有緊急切斷閥并與儲罐液位控制聯動，在氣體泄漏等緊急狀況下，閥門應立即自動關閉。②自救。設置滅火器和消防水池等滅火裝置，在火災發生時防止火災蔓延，爭取救援時間。
4、電氣設計優化
為了使供電可靠，站區供電一般按二類負荷設計，由兩路電源供電，一路由自備柴油發電機供電，一路由市電系統供電，當電網斷開時，柴油發電機就會立刻供電，從而保證即使在事故發生時，消防設備也可以順利運行由于消防設備用電負荷與生產辦公負荷并不相同，因此應當依據相關國家標準規定設計站區照明。
5、氣化站辦公用房的設計優化
在氣化站工程中，土建安裝的投資較大，在綜合樓、戰區道路、場地、消防水池、輔助用房等建筑中，綜合樓投資所占比例較大，目前，由于考慮了公司辦公，LNG綜合樓通常為兩層以上，面積較大，但是實際上，LNG氣化站的位置比較偏遠，公司辦公并不在綜合樓中，所以綜合樓面積并不需要太大，將其改為單層設計，能夠滿足正常運行需求即可，這樣可以減少投資。