LNG接收站薄膜型储罐技术研究

宋忠兵，徐岸南，刘 恒

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

LNG接收站薄膜型储罐技术研究

宋忠兵，徐岸南，刘 恒

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）接收站储罐技术不仅决定着LNG接收站的规模，还直接影响LNG接收站的建造周期和投资成本。概述 LNG接收站薄膜型储罐技术的构成、材料及容量等，对比不同 LNG接收站储罐技术的优缺点。研究发现，薄膜式储罐具有容积大、占地面积小、建造周期短和建造成本低等特点，是未来建造LNG接收站储罐的首选。

LNG接收站储罐；9镍钢式；薄膜式

0 引 言

天然气的开发利用由一条环环相扣的供应链实现，包括液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）开采、LNG运输、LNG储藏及LNG利用等。从上游的天然气开采、生产、液化、运输、储存及再气化，到下游的发电和城市燃气利用等，目前已形成包括LNG生产、储存、运输、接收、再气化及冷量利用等在内的完整的产、运、销LNG工业体系。

LNG接收站中的储罐与LNG船运输环节紧密配套，船运来的LNG经卸船装置输送到LNG接收站中的储罐内进行储存，并加以气化后通过管道输送给下游用户，或通过槽车直接运输给卫星站、调峰站[1]。

当前日本、美国及韩国等发达国家的LNG接收站建设技术已非常成熟，而我国尚处于高速成长期。LNG接收站中的储罐主要可分成9镍钢型储罐（见图1）和薄膜型储罐2种，其中9镍钢型储罐主要分为混凝土外罐和9镍钢内罐[2]。

国内的LNG接收站全部采用9镍钢储罐，容积均为16万m3，无薄膜型储罐应用的案例。本文重点介绍薄膜型储罐技术。

1 薄膜型储罐基本构成

薄膜型储罐是法国GTT公司开发设计的，该技术已在LNG船上得到大量应用，且已有多个在国外的LNG接收站应用的案例。此外，目前菲律宾和马来西亚正在建造薄膜型LNG接收站储罐。薄膜型LNG储罐示意见图2。

薄膜型储罐系统的设计基于各功能分离的原则。从混凝土外罐到主层薄膜，每个组件的设计都保证具有一种功能。薄膜型储罐内部实景见图3。

1.1 正常操作情况

1) 混凝土外罐（1）保证承受液货负荷、LNG蒸发气压力负荷及抵抗外界的结构抗力。外层混凝土外罐在室温下工作，因此不受过高热应力的影响。混凝土外罐的结构类似于 9镍钢罐，由圆筒壁组成，置于钢筋混凝土面板上，且顶层覆盖钢筋混凝土拱顶。混凝土外罐的内壁是有56个面的多面体。

2) 混凝土罐底和罐顶（2）及铝吊顶（4）都采用与9镍钢型储罐相同的结构。

3) 不锈钢薄膜内罐（3）兼具液密性和气密性。内层薄膜并非该系统的结构组成部分（只具有密封功能）；内层薄膜的形态为双层正交波纹网格，作用类似于风箱，使之可在受热条件下双向收缩/扩张。内层薄膜由不锈钢薄膜片组成，焊在隔热板上，且薄膜片之间通过嵌入的方式搭接焊。内层薄膜通过嵌入板（6）的方式固定在墙面上。

4) 拱顶内侧的碳钢内衬（5）、墙面上的受压环及内层薄膜全部致密焊接，以保证该围护系统的气密性。

5) 混凝土外罐的内侧底座和侧墙上全部涂有防潮层，以防止使用过程中液态水或水蒸气从混凝土内渗透至隔热层。

6) 薄膜与混凝土墙之间的隔热结构（7）保证混凝土外罐结构处在室温下。隔热层在某种意义上具有“承载力”，因为其将 LNG的质量从内层储罐传递到混凝土外罐。隔热空间从内层（内层薄膜）到外层（防潮层）全部具有密封性，且永久置于氮气层中，使之便于监测。隔热空间可认为是独立空间。氮气监测可保证对围护系统内层密封性的持续控制。

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7) 上层具有隔热性的悬桥通过充分隔热使拱顶温度保持在可接受的范围内。该悬桥由覆盖有玻璃棉或玻璃纤维毯的铝片构成，安装在初级围护层的上半部分，设计上与应用在9%镍钢罐上的技术相似。隔热厚度取决于每日蒸发率的控制要求，原理与9%镍钢罐相同。悬桥上有排气孔，保证所储存的气态形式产品可通过悬桥。

8) 所有的管道和仪表（管筒结构和隔热空间监测系统）都是通过储罐拱顶与储罐连接，确保薄膜无穿透。管筒结构固定在罐顶，只在储罐底部的部分进行导引。

1.2 内层薄膜出现泄漏情况

1) 隔热空间中的氮气采样系统可检测到任何进入其中的气体产品（气体样品连续采样并自动分析，以确保膜外没有可燃气体）。一旦发生甲烷泄漏，氮气清扫模式便被激活，使得隔热空间中的气体浓度保持在30%的可燃下限以下。

2) 二级薄膜确保储罐底部倒角，即垂直侧墙与底板之间连接部位的密闭性，使之在一定时间内不受低温造成的热冷却的影响，使系统可安全关闭（也可在必要情况下停用）。该系统被称为热保护系统。由此，可保证薄膜型储罐的功能要求与9镍钢罐相同。

2 薄膜型储罐主要部件

薄膜型储罐的主要部件包括主层薄膜、次层薄膜和预制泡沫板（见图4）。

2.1 主层薄膜

主层薄膜应用于罐壁和罐底，材质为 1.2mm厚的不锈钢（304L型），采用双层正交波纹网络，允许热负荷下双向自由收缩/扩张。主层薄膜由预制泡沫板焊接而成，确保了密封性。

2.2 次层薄膜

次层薄膜应用于5m以下的罐壁和罐底，材质为约0.7mm厚的复合材料，这种复合材料通过在2层玻璃布之间插入铝片制得。铝片保证了材料的密封性，而玻璃布保证了材料的机械抗拉力。次层薄膜由预制泡沫板粘接而成，确保了密封性。

2.3 预制泡沫板

2.4 热保护区域

当内罐发生泄漏时，为保证外罐免于低温的影响，专门在罐底及距罐底 5m高的范围内安装热保护系统。

3 薄膜型储罐的优点

与9镍钢储罐相比，薄膜型储罐具有以下特点：

1) 由于薄膜并非储罐的结构部件，而是作为液体容器，不论容量大小，薄膜板都不需要增加厚度，其设计都是一样的，因此可建造25万m3的LNG储罐和32万m3的LNG储罐等，甚至更大的LNG储罐，从而节约土地，提高土地的利用率。

2) 由于薄膜型储罐的绝缘层较薄，在外罐相同的情况下，容积平均可增大10%以上。

3) 薄膜型储罐不采用价格很高的9镍钢，而是采用普通的不锈钢、聚氨酯泡沫板等材料，建造成本可节约10%～30%。

4) 由于薄膜及聚氨酯泡沫板等都是预制件，且焊接相对简单，薄膜型储罐的建造周期可缩短3个月左右。

5) 由于绝缘材料性能优越，在0.05%蒸发率情况下，9镍钢储罐的绝缘厚度为1m，而薄膜型储罐的厚度只有0.35m。

6) 薄膜型储罐采用预制的泡沫板和不锈钢薄膜等部件，焊接工作量较少，拼接工作量较大[2]。

7) 薄膜型储罐的绝缘层内充满氮气，绝缘层内的压力自动控制，一旦有泄漏，可立即监测到，保证系统的安全[3]。

4 应用情况

薄膜型储罐已在法国、日本及韩国等国家得到广泛应用。当前全球已建成33座薄膜型储罐。印度尼西亚和菲律宾正在新建薄膜型储罐。

最早在法国建造的薄膜型储罐已安全运营44a，证明其技术是可靠的，且在2011年日本福岛地震中，该地区的薄膜型储罐完好无损，更加证明了其安全性。

此外，根据初步收集到的资料，国内已建、在建及拟建的LNG接收站共计约26个，其中，6个项目的一期工程已建成投产，8个项目的一期工程在建；已投产项目的二期工程、三期工程正在积极筹划之中。考虑到薄膜型储罐的优点，拟建和扩建项目若都采用薄膜型储罐，将带来极大的经济效益和社会效益。随着天然气的需求量不断增加，LNG接收站的数量将不断增多，薄膜型储罐的应用前景是可观的[4]。

5 结 语

随着LNG的需求量不断增加，LNG接收站储罐的建造量会越来越多。薄膜型储罐由于其自身的优点，既可保证经济、安全、可靠地供气，也能促进LNG接收站储罐技术优化和成本降低。

[1]敬加强，梁光川，蒋宏业. 液化天然气技术问答[M]. 北京：化学工业出版社，2007.

[2]孙法峰. FPSO-LNG储罐储存特性及安全技术[D]. 青岛：中国石油大学，2015.

[3]孙青峰，赵德贵. LNG接收站储罐配置[J]. 油气储运，2009, 28 (3): 17-18.

[4]王冰，陈学东，王国平. 大型低温LNG储罐设计与建造技术的最新进展[J]. 加工利用，2010, 30 (5): 108-112.

Technical Study on the Membrane Type Storage Tanks of LNG Receiving Station

SONG Zhong-bing，XU An-nan，LIU Heng

（Hudong-Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China）

The technologies of the storage tank for Liquefied Natural Gas (LNG) receiving station not only determines the size of the station, but also directly influences its construction period and investment cost. This paper summarizes the structure, material and capacity of the membrane type storage tanks for LNG receiving stations, and compares the advantages and disadvantages of different technologies. As a result it is found though the study that the membrane type storage tanks have the characteristics of large volume, small footprint, short construction period and low construction cost.It is the first choice for building LNG storage tanks of receiving stations in the future.

LNG receiving station storage tank; 9 nickel steel type; membrane type

U674.13+3.3

B

2095-4069 (2017) 06-0017-03

2016-11-11

宋忠兵，男，工程师，1987年生。2011年毕业于江苏科技大学轮机工程专业，现主要从事LNG船、LNG-FSRU、FLNG、LNG接收站和LNG动力船等的液货系统研发工作。

10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.004

DOI：10.14056/j.cnki.naoe.2017.06.005