大型LNG储罐罐底承压环梁区域保冷系统设计

姜永胜

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

液化天然气（Liquefied Natural Gas，简称LNG）主要成分为甲烷，是一种公认的优质清洁能源。全容式LNG钢筋混凝土储罐作为一种常规存储LNG的专业设备，内部温度-165℃同外部环境温度之间存在着巨大的温度差，对罐体产生极大的温度应力[1]。合理设计储罐结构的保冷系统，不仅能够减少罐内冷量流失，降低罐内BOG生成量，避免出现翻滚等危险工况，而且还能够减小储罐混凝土结构内外侧温差，降低结构所承受的热应力，发挥一定的保护作用，避免对运行效率和生产安全造成严重后果[2]。

1 LNG储罐常规罐底承压环梁区域保冷系统方案概述

在常规大型全容式LNG储罐工程中，罐底承压环梁区域通常选用多种材料组合方案。通常选用HLB2400型泡沫玻璃砖作为承重和保冷材料，布置在内罐下方承压环梁两侧区域一般3～5层，层间交错布置，避免存在贯穿缝隙，每层泡沫玻璃之间都要布置一层沥青毡防潮层[3]。由于对产品抗压强度、导热系数、密度等重要性能参数有严格要求，当前LNG储罐工程项目使用的HLB2400型泡沫玻璃砖主要依靠进口，国内尚无同规格代替产品。某LNG工程的16万方全容式LNG储罐罐底部承压环梁区域保冷系统示意图如图1-1所示[4]。

图1-1 全容式LNG储罐罐底部承压环梁区域保冷系统示意图

2 基于珍珠岩混凝土块的罐底承压环梁区域保冷系统设计

珍珠岩混凝土块是以膨胀珍珠岩砂、膨胀珍珠岩碎石和水泥混合而成的材料，具有保温隔热效果好、热稳定性强、承载能力强等优点[5]。当前，国产的珍珠岩混凝土块已广泛应用于建筑工程行业。泡沫玻璃砖和珍珠岩混凝土块主要技术参数对比见表2-1所示[6]。

表2-1 泡沫玻璃砖和珍珠岩混凝土块主要技术参数

以国内某LNG工程项目16万方储罐为研究对象，选用保冷和承压性能优良的珍珠岩混凝土块，对承压环梁区域的HLB2400保冷材料方案进行替代设计，将环梁下方区域HLB2400泡沫玻璃砖替代为珍珠岩混凝土块，共计一层，如示意图下2-1所示：

图2-1 基于珍珠岩混凝土块的罐底承压环梁区域保冷系统设计示意图

3 珍珠岩混凝土块承载能力验算

结合工程站场实际情况开展罐底珍珠岩混凝土块进行运行工况、水压工况和地震工况下的力学承载能力校核。在常规荷载工况下，来自上部内罐壁板的压力，沿着底部找平层、承压环梁、玻璃砖等沿斜向下45°方向作用延伸[7]。珍珠岩混凝土块承载能力验算主要考虑以下荷载：

表3-1 珍珠岩混凝土块承载能力验算荷载工况表

根据上述荷载，珍珠岩混凝土块承载能力验算结果如表3-2所示：

表3-2 珍珠岩混凝土块承载能力验算结果表

上表格可见，对于珍珠岩混凝土块产品的最低强度要求为1.923 MPa，若材料选用表1-1中厂家A珍珠岩混凝土块，其产品抗压强度值为5.5MPa，远大于上表中最低强度要求的1.923 MPa，满足承载能力要求。

4 储罐BOG蒸发率验算

依据设计方案，采用表1-1中厂家A的珍珠岩混凝土材料参数，对储罐的静态BOG蒸发率进行了计算。罐底每小时的漏热量计算公式如下：

经过计算罐顶、罐壁和罐底的漏热量如下表所示：

表4-1 储罐各位置漏热量计算表

依照《液化天然气接收站工程设计规范》[8]，日蒸发率定义为储罐因漏热产生的日蒸发量与储罐总容积的百分比，以纯甲烷计。因此，静态BOG日蒸发率=一天累计漏热量/(介质密度×储罐总容积×气化潜热)×100%。由此可得，储罐静态BOG日蒸发率为0.0499wt%/day，满足小于0.05wt%/day的设计要求。

5 结论

根据某LNG储罐项目站场条件和需求，设计了基于珍珠岩混凝土块的罐底承压环梁区域保冷系统，并开展了珍珠岩混凝土块承载能力验算和储罐BOG蒸发率验算。

结果表明，若选用表1-1中厂家A生产的珍珠岩混凝土块，抗压强度5.5MPa，承载力满足力学承压计算结果要求；储罐BOG日蒸发率计算结果为0.0499wt%/day，满足小于0.05wt%/day的蒸发率设计要求,因此,基于珍珠岩混凝土块的罐底承压环梁区域保冷系统设计方案可行。