大型LNG儲罐的保冷性能及可靠性

　　大型LNG儲罐是LNG接收站的核心設備。當外界熱量不斷向罐內傳遞時，將造成LNG密度發生變化，LNG的分層平衡被破壞，進而引發分層翻滾現象。分層翻滾產生大量的蒸發氣使得大型LNG儲罐壓力升高，若蒸發氣體不能及時排出將會導致儲罐超壓，引發排空事故。

　　因此，合理評估大型低溫儲槽的保冷性能，對其隔熱層進行優化以獲得經濟、的保冷效果具有重要的工程價值。目前，對于大型LNG儲罐保冷性能的主要集中在儲罐隔熱層的建造技術、絕熱計算以及儲罐整體溫度場分布等方面。為了提高儲罐保冷性能，通常從保冷材料的選擇及施工工藝方而進行考慮，珠海LNG儲罐建造時特別增加了罐壁彈性氈的厚度，另外采用干砂作為找平層，增強了絕熱效果；山東LNG接收站儲罐建造時考慮了水蒸氣對保冷材料的危害，采用隔氣性能較好的馬蹄脂和粘結劑進行隔氣保護。但是，對于保冷效果的綜合評價、隔熱層的優化設計卻較少涉及，從罐壁受力變形來進行隔熱層優化是鮮有。

　　大型LNG儲罐內、外罐壁間的環形空間為堆積絕熱方式，保冷材料選用質量輕、絕熱性好的膨脹珍珠巖。大型LNG儲罐會因溫度變化產生變形，因此，在內罐壁外側安裝由玻璃棉制成的彈性玻璃纖維氈，為珍珠巖提供彈性，可以防止或珍珠巖的沉降，避免了二次填充。熱角保護系統由高度為5m的9%Ni鋼壁板及泡沫玻璃磚隔熱層、9%Ni鋼層底板等組成。

　　由于罐壁隔熱層中的彈性玻璃纖維氈隔熱層厚度較小，且對于膨脹珍珠巖層具有的緩沖效果，因此計算時假設彈性玻璃纖維氈厚度不變，僅考慮膨脹珍珠巖層厚度的變化，考慮到儲罐外罐壁表而較大允許保冷損失，可得罐壁隔熱層厚度與保冷損失率關系：保冷損失率隨著膨脹珍珠巖隔熱層厚度的增加而減小。當膨脹珍珠巖層厚度為0時，保冷損失率較大，達到11.2；當膨脹珍珠巖層厚度超過0.38m時，保冷損失率降幅很小，如從0.38m增至0.66m，保冷損失率僅僅降低1.485?？梢?，僅從保冷角度設計的大型LNG儲罐隔熱層厚度偏厚，膨脹珍珠巖層厚度為0.66m時的保冷損失與0.38m時基木相同。

　　液化氣儲罐外罐壁溫度在傳遞過程中，外罐壁內外兩側有較小的溫差。溫差使得儲罐結構產生收縮應變和體積變形，外罐壁在內外約束下，產生溫度應力。在正常使用狀態下，自重、預應力、內部氣壓、液壓以及罐頂壓力共同作用使得外罐壁部分區域拉應力較大，較小的溫差作用可能加劇外罐壁的受拉?；炷磷鳛橐环N抗拉強度較低的脆性材料，在較小的拉應力下即可能受到破壞，將外罐壁在溫差作用下的受力變形情況作為罐壁保冷設計參考是的。大型LNG儲罐罐體多種傳熱方式共存，考慮到罐頂與罐底的熱損失可能對罐壁熱損失產生影響，因此進行外罐壁熱損失分析時，計算整個大型LNG儲罐溫度場。由于儲罐外罐所受荷載及幾何上的對稱性，取1/4外罐進行建模。模型建立步驟如下：①通過外罐壁及隔熱層溫度場模型，求解外罐及隔熱層的溫度分布；②建立外罐壁結構模型；③溫度場與結構場禍合求解不同隔熱層厚度條件下的儲罐受力及變形情況。

　　隨著罐壁隔熱層半徑的增大，各層保溫材料溫度增加速率較快，而較外層外罐壁混凝土的溫度增加比較平緩。這主要是由于各層隔熱材料的熱阻比混凝土的熱阻大一個數量級，隔熱，因此溫度升高較快。數值模擬計算結果表明，外罐壁較低溫度出現在罐壁與罐頂交接處，為15.29℃，較高溫度出現在罐壁與罐底交接處，為17.65℃，其溫差僅為2.36℃。外罐壁內側溫度為15.30℃，溫差為2.35℃，誤差僅為0.43%，由此說明數值模擬外罐溫度變化的結果是的。

　　當外罐壁只受溫差荷載時，依據外罐的環向應力在溫差作用下，外罐外側受壓，內側受拉，在罐底部位出現較大環向壓應力，而在外罐中間出現較大環向拉應力490482N/㎡。圓筒形結構溫度應力的詳細求解方法求得的較大環向拉應力為505598N/㎡，誤差小于5%，因此用數值模擬方法來分析溫度應力結果也是的。

　　結論

　　(1)太陽輻射對儲罐溫度場影響較大，使得外罐外側溫度的變化幅度大，在進行LNG儲罐保冷設計及相關計算時，不可忽略太陽輻射的影響。

　　(2)對隔熱層(主要是膨脹珍珠巖層)進行厚度優化時，不同厚度對應不同溫差，特別是隔熱層厚度較小時，溫度應力對外罐壁的受力及變形影響較大，在進行保冷設計時，不可忽略溫差對于儲罐結構的影響。

　　(3)隔熱層膨脹珍珠巖的厚度從0.66m減小到0.38m，即厚度減小42.4%時，其保冷損失僅增大1.485%，LNG蒸發率僅增大0.0048%。實際工程設計中，在考慮富余量的前提下，可以適當減小隔熱層厚度，提高經濟性。