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低温储罐类型的选择影响因素和绝热技术

发布时间:2020-11-10

[一]、天然气储罐类型的选择影响因素
天然气储罐为低温储罐终端站的重要设备,用于储存低温液态LNG。整个终端站由专用码头、卸船系统、储存系统、再液化系统、尾气焚烧系统及汽化系统组成。国内以前单纯依靠国外技术设计LNG终端站及LNG储罐,直至2006年,我国空分设备有限公司凭借多年低温储存领域的技术储备,开发了低温液化碳氢气体终端站及其配套的大型液化天然气储罐,并于2007年顺利完成了20000m³低温储罐的全部设计工作。
根据英国BSEN14620标准(原BS7777),低温液体储罐分为3种不同的类型:单容罐、双容罐及全容罐。单容罐是指一个单独的低温储罐或者是包含一个内罐而外罐仅仅用来承装保冷材料及蒸发气体,只有内罐满足承装低温液体要求的双层储罐。现针对双层金属单容罐的设计进行介绍。
低温液体储罐类型的选择宜考虑国家或当地主管部门的规定,以及LNG储罐所处位置的荷载、实际条件和其他因素的影响。影响因素具体分为:
(1)不可控因素:地震、风雪等气候以及来自厂区以外的危害等;
(2)有限可控因素:火灾、爆炸、维修引起的危害以及腐蚀、疲劳、金属失效、工艺系统超压、罐底基础情况等;
(3)完全可控因素:与其他建筑物距离、国家或当地的规定以及所适用的设计规范的规定等。
低温液体储罐的高度及容积应根据从码头到储罐沿程水力计算及工艺流程模拟确定,以满足工艺设计要求。
[二]、LNG低温储罐绝热技术以及真空应用大揭秘
一、绝热的目的和方法
低温绝热的目的主要是为了减少由环境与LNG的热传导,即减少冷损。对于低温储罐来说,可以减小气化损失,或为长时间储存及远距离运送创造条件。特别是对于
液化天然气储罐及LNG储存容器,如果没有良好的绝热,液化和储存都难以实现。因此,低温绝热不仅具有经济意义,而且具有技术意义。除此之外,对设备、管道进行绝热还可以避免在外表面上结露、结霜,也可以避免人的皮肤与之接触时有冷的感觉甚至。这对改变工作条件及防止意外事故的发生都是有必要的。
二、绝热方法的分类
低温绝热分为普通绝热和真空绝热。
1、普通(堆积)绝热
普通绝热是一种使用较早的传统的绝热方法,它是在设备、容器,管道的外侧敷设固体的多孔性绝热材料,而在绝热材料的空隙中充满着大气压力下的空气(或其它气体)。这种绝热方法的绝热性能较差,但其结构简单、造价低廉,故在绝热要求不高的情况下普遍使用。现在LNG加液站的管道多采用这种绝热方法。
2、真空绝热
真空绝热是将绝热结构做成密闭的夹层,内部空间抽至一定的真空度,以减少热量的传入。真空绝热有三种基本类型:高真空绝热、真空多孔绝热及真空多层绝热。
2.1、高真空绝热
亦称单纯真空绝热,它只是单纯地将夹层空间抽至1.38*10-3Pa(1.0*10-5mmHg)1的真空。常见的真空保温杯即采用这种绝热方式。在真空夹层中,只有两个壁面之间的辐射传热及夹层内残余气体的导热。如果将夹层内表面抛光,或者涂上一层反射性物质,就形成反射性能良好的真空夹层,辐射传热量即可减小。这种绝热结构因有辐射热交换,故绝热性能不是很好;但它的结构较简单,重量轻,热容量小,故自上世纪初以来它一直应用很普遍。
2.2、真空多孔绝热
它是在夹层中充填多孔性绝热材料,然后再抽至一定的真空。从工艺的方便性考虑,一般都是充填粉末材料或纤维材料,故这种绝热方式也称为真空粉末绝热或真空纤维绝热。真空夹层中的绝热材料削弱了壁面之间的辐射换热,所以它的绝热性能比高真空绝热要好,对真空的要求可以降低,一般达1.33Pa(10-2mmHg)左右即可。如果向粉末或纤维材料中加入一定比例的反射性强的金属粉末,例如铝粉或铜粉,以减小材料内粉粒或纤维之间的辐射换热称为阻光作用,则可使绝热性能大为提高。真空粉末及真空纤维绝热现在广泛用于LNG液体的贮存及运输设备。
2.3、真空多层绝热
它是在真空夹层中装入许多辐射屏,用来减少壁面之间的辐射换热。多层绝热有两种基本形式,一种是用金属箔作辐射屏,屏间填入导热性能低的间隔材料;一种是用单面喷铝的涤纶薄膜作辐射屏,且压制成波纹形成凹凸形,以减少屏间的接触传热。真空多层绝热要求真空达1.3*10-2Pa左右(10-4mmHg)左右即可。真空多层绝热是当前绝热性能较好的绝热方式之一,常称为“超级绝热”,多用于LNG/液氢及液氦储运容器,现也用于小型液氧、液氮容器。真空多层绝热的缺点是施工比较麻烦,造价比较高,且绝热性能随施工质量而变。
三、绝热性能的评定分级
绝热结构的绝热性能可用其导热系数(或称表观导热系数,包括对流及辐射换热在内)来评定,它的数值越小,则绝热性能越好。在图4-2中示出各种绝热方式导热系数的变化范围。由图可以看出,多层绝热比其它绝热方式具有高得多的绝热性能,而非真空绝热方式的绝热性能较差。
LNG常用低温绝热技术
在各种绝热方式中,除高真空绝热外都要应用绝热材料。绝热材料是用来增强绝热结构的绝热性能,以减小通过绝热结构的传热量。对绝热材料性质的了解是设计绝热结构的基础。
1、绝热材料的种类及一般特性
绝热材料的品种较多,它们的性质相互差别也较大。绝热材料按材质可分为矿物质材料及有机质材料两类。在低温装置中多应用矿物质材料。绝热材料按其组织结构可分为泡沫状材料、粉末状材料及纤维状材料三类,它们的组织结构不同,在其中所进行的传热过程的机理不同,用它们构成的绝热结构的型式也不完全一样。
1.1泡沫塑料
以聚合物或合成树脂为原料,加发泡剂和稳定剂经加热发泡而成。泡沫塑料用作绝热材料的优点是密度和导热系数都较小,能适用于低温,吸水性小,能抗酸碱的侵蚀,燃烧性差(离开火源后能自熄),易于切割和施工,因而它们的应用日益广泛。
1.2矿棉
矿棉或称矿渣棉,是将熔铁炉渣(也可用泥灰岩)在熔融状态时用高压水蒸汽吹成的矿质纤维(纤维中往往含有玻璃状小球),它耐火耐冻、无味不霉、密度及导热系数都较小,价格低廉,故是一种较好的绝热材料。矿棉常用于空分装置及运输式设备。
矿棉1.3珠光砂
珠光砂也称膨胀珍珠岩。珍珠岩是一种火山喷出的酸性玻璃质熔岩,其主要成分为SiO2和AlO2。当岩浆流出地表时,由于急剧冷却,水分来不及完全逸出,因而岩石中便含有一定量的结晶水。将岩石粉碎成细粒后,迅速加热至700~1000°C,结晶水急速汽化,岩石体积可增大4~20倍,便得到色白质轻的珠光砂,其尺寸大部分在0.3~0.6mm之间。珠光砂的密度和导热系数都很小,故是一种良好的绝热材料。珠光砂不燃烧、不霉烂、无毒无味、不会腐蚀;它的流动性好,可用风压输送;此外,还具有隔音和防辐射线的性能,加之来源较广,故应用较多。珠光砂主要用于空分装置及气体液化装置中,其缺点是吸水率较高,且有下沉现象。珠光砂还具有吸附气体的能力,当它吸附有时,在检修施工前应予置换,以确保施工安全。
1.4碳酸镁
粉末状碳酸镁的绝热性能良好,价格较低,故以往多用于低温装置及设备的真空绝热。但碳酸镁在易结块(且结块后较难再生),又其中常含有一定量的水分,使抽真空较困难,因而逐渐被其他材料代替。
1.5气凝胶及硅胶粉
气凝胶也称硅酸气凝胶,它是用从硅酸凝胶中除去液体而不明显压缩其骨架的方法得到的材料,是目前已知的较绝热材料。气凝胶的导热系数小,流动性好,稍具有弹性,一次装填之后不会因震动而下沉,且在真空绝热中易于抽空。但气凝胶很贵,且浸入水中后即形成硅酸凝胶,密度增大将近十倍,不能用再作绝热材料。硅胶粉是由二氧化硅构成的粉末,其密度及导热系数均较气凝胶大。
2、目前常用的LNG低温绝热技术
2.1真空多孔绝热,多采用珠光砂作为填充介质。
2.2真空多层绝热:
多采用铝箔复合材料缠绕内胆,夹层抽成高真空以获得较优绝热效果。代表产品为:,车载瓶,快易冷,低温槽车,罐箱等。