关键词：液化天然气、真空罐、子母罐、低温容器
1、前言
近年来随着国际油价的上涨，液化石油气(LPG)作为石油的副产品，价格也随之上扬，而天然气作为一种清洁、廉价能源越来越引起世人的关注。燃气运营商着眼于天然气的经济有效利用，加大了液化天然气(LNG)在存储运输中的比例。
LNG主要有以下的几个特性：
1)温度低：其沸点在大气压力通常在-166℃到-157℃之间。
2)安全性高：无色、无味、无毒且无腐蚀性。
3)存储空间小：其体积约为同量气态天然气体积的1/600。
4)重量轻：密度通常在430kg/m3～470kg/m3之间，较少情况下可达520kg/m3。
5)热值高：热值为52MMBtu/t(1MMBtu=2.52×108cal，13104kcal/kg)。
而我国已建和在建较多的LNG接收站、LNG气化站和LNG调峰站，用于大量存储LNG。
当LNG容器的有效容积V≤200m3时，可采用真空粉末或真空多层绝热方式储存，也就是我们常说的真空罐．在制造厂内整体制作完工，经公路、铁路或水路运输至现场安装。当有效容积V＞200m3时，如做成单独的一个罐体，则由于体积庞大使罐的运输、吊装都十分困难，导致运输、吊装及制造成本大幅度上升，甚至无法实现。因此，对于有效容积V＞200m3时，常采用“化整为零”的子母罐形式，即将多个容积较小的罐(即子罐)组成内罐以满足对容积的要求，外部加保冷绝热材料后置于一个大型外罐 (即母罐)之中。这样既解决了运输与安装的难题，又满足了对储存量的需要，同时比多个独立的真空管减少占地面积，减少用户的设备投资成本，又易于维护和管理。
目前国内城市燃气常用的储存形式也主要是真空罐和子母罐这两种低温带压储罐形式。以下分别介绍这两种储罐。
2、真空罐
国内的LNG气化站，采用真空罐储存LNG的较多。常用的真空罐有40m3、50m3、100m3、150m3、200m3和250m3等几种规格，适用于存储量较小的场合。结构上真空罐分为内外两层，内罐用于存储LNG，外罐用于保持内外罐壁间的真空度以保持内罐的低温并抵抗外界的大气压力。故内罐采用耐低温的奥氏体不锈钢0Cr18Ni9(GB 4237-1992)制成，外罐采用压力容器用钢板16MnR(GB 6654-1996)制成。内外罐壁材料必须符合《压力容器安全技术监察规程》(1999)、《钢制压力容器》GB 150(1998)和《低温绝热压力容器》GB 18442(2001)的相关规定。建成后内外罐壁均须接受焊接工艺评定、焊接试板力学性能检验、真空检漏(包括氦质谱真空检漏考核，以符合真空绝热要求)的严格检测。
内、外罐壁间安装有内、外罐的固定装置，用来确保真空罐能够满足其在生产、运输、使用过程中对于强度、稳定性及绝热保冷需要。夹层保冷填料为珠光砂，填装容重为40~60Kg/m3，粒度 0.1~0.2mm，含湿量重<0.1%(质量)，露点≤-25℃；同时夹层内还设置抽真空管道，封结真空度≤5Pa。
本文以100m3真空储罐为例，见表1，进行介绍。
罐体上的接口包括底部进液口(DN50)、顶部进液口(DN50)、出液口(DN50)、气相口(DN50)、溢流口(DN15)、液位计及压力表接口 (DN10)、抽真空口(DN50)、测真空口(1/8NPT)和防爆口(φ127)等。与罐体相连的管线均由耐低温奥氏体不锈钢管制成，接管在内外罐之间设膨胀弯，用以适用低温工况、减小LNG接管的温差应力。所有进出料管均由外罐底部的封头引出。引出管与外罐封头采用杜拉管结构；液位计接口管道分别引自内罐的顶部和底部，在外罐侧部位置统一引出，便于安装液位计及压力表。
在实际运用中LNG真空储罐配有液位计、差压变送器、压力变送器、压力表各一套，实现了对储罐内LNG液位、压力的现场指示及远传显示控制，增强了使用过程中的安全性。
序号
技术参数名称
内罐
外罐
01
容器类别
三类
02
全容积(m3)
105.3
46(夹层)
03
有效容积(m3)
100
04
贮存介质
LNG
珠光砂(夹层)
05
直径(mm)
φ3000
φ3500
06
材质
0Cr18Ni9
16MnR
07
设计温度(oC)
－196
50
08
工作温度(oC)
－162
环境温度
09
工作压力(MPa)
≤0.60
真空
10
设计压力(MPa)
0.66
-0.1
11
气压试验压力(MPa)
0.80
/
12
日蒸发率
≤0.25％/d
/
13
内槽射线探伤比例
100%RTⅡ级
100％UT+ 100％PT I级
14
腐蚀裕量
0
1
15
焊缝系数
1.0
0.85
16
设备总重(kg)
约37380
17
外形尺寸(mm)
Φ3500×16983(直径×总高度)
3、子母罐
对于某些用气量大且离气源较远的城市，需要的存储周期较长(一般为7-15d)，如采用真空罐存储LNG来满足城市对燃气的需求，则需要大幅增加基建投资，在这种情况下采用子母罐来储存LNG，则可以相对减少占地面积及材料设备的投资。
子母罐是将多个子罐并列组装在一个大型外罐即母罐之中。子罐一般为3-10个，单个子罐的有效容积通常在100~250m3之间，可以组建300~2500m3的大型储槽，以满足站场对低温液体储存量的要求。为减少占地面积以、保证操作的安全性，子罐通常采用立式圆筒形结构，外罐采用常见的立式平底拱顶圆筒形结构。子罐为该种存储形式的关键所在，一般设计成压力容器，可以实现带压存储(子罐的工作压力通常为0.2～1.0MPa)，降低对绝热材料及环境条件的要求，减少投资。外罐形状尺寸大，不易做成耐压结构，一般为常压罐。 内外罐之间采用堆积填加珠光砂粉末以减少罐内外的传热量。
子罐通常是在压力容器制造厂制造完工后运抵现场吊装就位，外罐则是由零部件在现场组装而成。
考虑到子母罐后期的维护和维修一般同时建两座，也可建一座，而把子罐分为两个流程。
本文以2500m3子母罐为例，见表2和图1，进行介绍。
该子母罐内部设置10只子罐，结构为立式、圆柱形式，底部为支腿支撑。单个子罐贮存容积为250m3，工作压力为0.6MPa，主体材质为0Cr18Ni9；外罐为平底拱盖结构，材质为16MnR。
在子罐上、下部分别设置可远传的测温点，对子罐进行观测、监控，及时检测LNG贮存的分层情况。在母罐底部设置测温点，顶部设置测温点，对母罐进行观测、监控。同时还有一套完善的就地压力、液位指示系统，并远传中控室，对储罐的压力、液位进行就地观测和远程监控。
子罐设有顶部进液和底部进液2条管线。顶部进液管线采用喷淋装置，以保证内罐均匀冷却，避免局部温差引起翻沸。子罐所设的排液管线满足LNG排量，排液管线还设有专用气封补偿结构，由封头下部引出，以保证液体排尽。子罐上还设有两套安全阀，并配备三通切换阀，保证使用过程中的安全性，并满足安全监检的要求。
罐体上部引出管道的温差应力补偿均采用不锈钢π形管道和波纹管补偿器。所有液相引出外壳管道均采用真空绝热管道，最大限度地减少冷损。
外罐顶部设置了珠光砂填充口以确保珠光砂填充均匀；顶部和侧面各设置人孔，便于检修时人员的出入；外罐还设有珠光砂扒出口，以满足维修的要求。同时外罐还设有呼吸阀和防爆装置。罐上有气相、液相分析阀，可对罐内LNG纯度进行分析。罐上有测满阀和控制贮槽压力的自动放空管线，并联手动放空阀。
夹层充微正压干氮气以保证珠光砂的干燥，保证其绝热效果。氮气系统采用自力式调节阀控制(带旁通)，保证夹层压力恒定。
储罐还设有导静电接地接口、防雷设施和消防水喷淋管道等，以最大限度的保证储罐使用过程中的安全性。
序号
技术参数名称
单台子罐
母罐
备注
01
工作压力
0.6 MPa
2.0kPa
02
设计压力
0.66 MPa
3.0kPa
03
气压性试验压力
0.76MPa
3.75kPa
04
有效容积(m3)
2500
/
充满率95％
05
几何容积(m3)
2640
5040 (夹层)
06
贮存介质
LNG
珠光砂充氮(夹层)
07
直径(mm)
Ф3800
Ф19338
08
壁厚(mm)
10/12
8/10/12
壁厚沿高度变化
09
母罐底板厚度(mm)
8～15
10
高度(mm)
23880
27195
11
材质
0Cr18Ni9
16MnR
12
地震烈度
7度
13
设计风速(m/s)
/
29
14
设计温度(℃)
－196
－19
15
日蒸发率
≤0.2%
环境温度20℃
16
射线探伤比例
100%射线Ⅱ级
按照国家相关标准
17
腐蚀裕量
0
1
18
焊缝系数
1
0.8
19
单台子罐净重(t)
约34
20
子母罐空重(t)
约897
21
子母罐满重(t)
约1962
22
设计寿命
15年
