LNG运输船储罐发展综述.pdf
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1、第 50 卷第 4 期化工机械化工机械DOI:10.20031/ki.0254鄄6094.202304002LNG 运输船储罐发展综述马星星1张霖2李敏1渊1.东北石油大学机械科学与工程学院曰2.中国石油西南油气田分公司川西北气矿冤摘要介绍了几种常用的 LNG 运输船储罐发展现状袁通过对比分析给出了储罐发展趋势袁为 LNG 运输船储罐设计及选型提供参考遥关键词船用储罐LNG 运输船LNG中图分类号TQ053.2文献标识码A文章编号0254鄄6094渊2023冤04鄄0443鄄05作者简介院马星星渊1997-冤袁硕士研究生袁从事压力容器设计工作袁遥引用本文院马星星袁张霖袁李敏.LNG 运输船储罐
2、发展综述咱J暂.化工机械袁2023袁50渊4冤院443-447.天然气作为清洁能源袁需求量与消费量逐年增加遥 LNG运输船作为运输液化天然气渊LNG冤的主要手段袁近年来其投入运营数量稳步增长遥 其中袁运输船储罐对LNG运输船的运输量尧空间利用率等关键性能具有重要影响袁是LNG运输船的关键技术之一遥不同于常规储罐袁LNG运输船储罐内储存的LNG在标准大气压下沸点为-162 益袁具有低温尧易挥发等特性袁 且需要在罐内外大温差 渊最高可达200 益冤的条件下保持罐内低温袁所以LNG运输船储罐必须具有良好的耐低温性能和保温性能遥 一旦储罐意外破损袁 罐内储存的低温液体将大量泄漏尧挥发袁极易引发爆炸袁所
3、以LNG运输船储罐的安全性等级要求较高遥另外袁在船行驶过程中LNG运输船储罐内液体不可避免地会发生晃荡袁 液体晃荡时会产生多种类型的水动压力袁 这些载荷主要作用在容器的壁面和其他内部结构物上咱1暂遥 所以袁 为确保储罐在液体晃荡产生压力时的安全性袁LNG运输船储罐不仅需要具有良好的抗振性能袁还需要考虑液体晃荡所产生的压力对储罐壁面的冲击遥考虑到上述问题袁笔者介绍几种常用的LNG运输船储罐技术的发展现状袁并对LNG运输船储罐选型和发展趋势作出分析袁为LNG运输船储罐的设计和选型提供参考遥1LNG运输船储罐概况LNG运输船储罐独立于运输船船体袁 依靠LNG自身蒸发带走的热量来维持储罐内的低温袁少量
4、蒸发的天然气称为闪蒸气渊BOG冤袁一般被用作运输船行驶过程中锅炉的补充燃料遥 绝热层设在储罐内部的液货舱与船体结构之间袁一方面可以防止船体结构过冷造成低温损坏袁另一方面可以使LNG的蒸发量尽可能减少遥 储罐和船体外壳需保持一段距离袁 这样在LNG运输船处于碰撞尧搁浅等危急情形时可以防止储罐遭到破坏咱2暂遥 常用的LNG运输船储罐有自撑式储罐和薄膜型储罐两种遥 由国际液化天然气进口国联盟组织渊GIIGNL冤 发布的2021年液化天然气年度报告可知袁2020年LNG运输船共交付35艘袁 其中采用薄膜式储罐的有34艘袁占据了现今大部分市场咱3暂遥2自撑式储罐自撑式储罐依靠自身支撑袁与船体互相独立袁储
5、罐置于船内袁分为A尧B尧C3种不同类型遥A型储罐按传统的结构设计曰B型储罐需要进行精确的应力分析渊FEM冤尧疲劳分析和裂纹扩展分析曰C型储罐设计遵从常规的压力容器标准进行咱4暂遥2.1SPB型储罐SPB型储罐结构如图1所示袁 其外形似棱柱袁储罐中间装有纵向隔舱壁袁最内层是货舱袁货舱外表面覆盖有热绝缘层袁 热绝缘层外是储罐外443化工机械2023 年化工机械壳袁基座和胶合板楔子组成储罐支撑结构遥图1SPB型储罐结构SPB型储罐的特点是储罐内部设有水密舱壁渊规定压力下能保持不透水的舱壁冤尧扶强材渊确保结构刚性的结构冤和横向边板袁其作用是分隔储罐内部空间袁减小自由液面袁提高液体晃荡频率袁使之远离船体
6、晃动频率袁避免共振的发生遥SPB型储罐通常选择5083铝合金尧304不锈钢或9%镍钢作为货舱材料袁选择聚氨基甲酸酯泡沫作为热绝缘层材料咱5暂遥SPB型储罐设计复杂袁需要进行模型试验袁分析船舶整体运动袁并对储罐和船体进行有限元分析渊FEM冤尧疲劳分析和裂纹扩展分析遥 同时还需要设计完整的防漏层袁防止货物泄漏遥SPB型储罐主要适用于大中型LNG运输船袁并且由于SPB型储罐对液货装载高度没有限制袁其他船型也可以使用袁如LNG加注船尧LNG浮式装置等咱5暂遥 但是目前SPB型储罐的国际认可度还有待提高袁并且由于其材料价格昂贵尧专利保护等原因袁 实际使用SPB型储罐的LNG运输船只占少数遥目前袁SPB型
7、储罐的LNG货物围护系统渊货舱的隔离屏障和热绝缘层冤专利属于日本IHI株式会社袁该项专利打破了欧洲技术垄断遥2.2Moss型储罐Moss型储罐结构如图2所示袁其外形似球形袁内部为货舱袁在货舱外表面覆盖热绝缘层袁最外层是保护型金属外壳遥 储罐内部没有强力构件尧扶强材等结构遥 储罐由垂直方向的柱形裙围支撑袁裙围底部焊接固定在船体表面袁裙围与球面需要利用具有特殊截面的连接件才能完成焊接遥球体中心垂线上设有泵塔袁 固定在储罐底部袁并通过滑销连接于储罐顶部遥图2Moss型储罐结构一般情况下罐体材料选择高强度铝合金袁为了增强结构强度袁同一储罐不同部位板材厚度不同袁大致范围在30耀170 mm遥 热绝缘层材
8、料选择板块式聚苯乙烯或发泡喷涂式聚苯乙烯袁从而得到理想的保温效果遥 柱形裙围上尧中尧下3部分采用不同的材料袁上部采用高强度铝合金袁与储罐材料保持一致曰 中部通常选择导热性差的不锈钢曰下部通常选择低温钢袁从而降低船体与液货的热交换量遥Moss型储罐需要设计防漏隔层袁以防发生少量货物泄漏遥 传统Moss型储罐主要适用于大中型LNG运输船袁具有结构坚固的优点袁且液体晃荡不会对储罐造成破坏袁所以无需限制装载液位遥 但缺点是院过大的体积影响驾驶室视野曰暴露在甲板外的罐体加大了受风面积袁 使得整体风阻变大曰运输船内部容积利用率不高曰船舶重心较其他船要高袁稳定性差遥目前袁Moss型储罐货物围护系统的专利属于
9、挪威Moss maritime公司遥 2011年三菱重工MHI开发了MHI Sayaendo玉型Moss型储罐货物围护系统袁降低了船体整体风阻袁并且电缆等附件安装在船舱内部袁使得设备的可维护性得到了极大的提升遥 2012年袁MHI又在此基础上开发了MHISayaendo域型Moss型储罐货物围护系统袁 储罐外形似苹果袁运输船重量减少约10%袁内部容积增加约8 000 m3袁能耗降低约20%咱6暂遥2.3C型储罐C型储罐结构如图3所示遥 C型储罐独立于船体袁由中间圆柱形的筒体和两端半球形的封头构成遥 与SPB型储罐和Moss型储罐一样袁C型储罐内部为货舱袁货舱表面覆盖热绝缘层袁最外层是保护型金属
10、外壳遥444第 50 卷第 4 期化工机械化工机械图3C型储罐结构通常C型储罐选择5083铝合金尧304不锈钢或9%镍钢作为货舱材料袁液货舱外层覆盖的是聚苯乙烯板或喷涂发泡聚苯乙烯等绝缘材料遥C型储罐按照常规压力容器标准设计袁 无专利限制袁属于通用技术遥 C型储罐承压性能好袁无需另外设置防漏层袁可将干空气或者惰性气体填充到储罐与船体之间的缓冲空间遥 同时C型储罐对液货装载高度没有限制遥C型储罐具有不受专利限制尧造价低尧制作工艺相对简单等特点袁 在中小型LNG运输船中应用前景可观遥 近年来袁 由于内河LNG运输船发展迅猛袁C型储罐的市场发展空间进一步扩大遥 这是因为内河LNG运输船受航道水深尧
11、桥梁高度等多种因素制约袁所以多数是容积为10 000耀20 000 m3的小型运输船咱7暂袁该种运输船储罐的容积不大袁且为短途运输袁故多采用C型储罐遥3薄膜型储罐薄膜型储罐采用双壳结构袁内壳是液货舱的承载壳体袁外壳是船体遥 与自撑式储罐相比袁薄膜型储罐具有容积利用率高尧重量轻等优点袁因此新建的液化天然气船袁尤其是大型LNG运输船袁多采用薄膜型储罐遥3.1Mark芋型储罐Mark芋型储罐结构如图4所示袁 储罐由船体结构直接支撑袁内壁为波纹型遥 Mark芋型储罐从内到外分别是主屏壁尧主层热绝缘板尧次屏壁尧次层热绝缘板遥 主屏壁是指用于装货的内层构件袁次屏壁是指如果主屏壁泄漏袁能在规定时间内容纳泄漏
12、液体的外层结构遥 国际散装运输液化气体船舶构造和设备规则渊IGC code冤中要求袁由意外破损尧失效等原因引起主屏壁发生泄漏时袁在15天内袁 次屏壁要保存泄漏的LNG并保护船体钢板遥图4Mark芋型储罐结构主屏壁采用波纹不锈钢板袁一般选用304不锈钢曰 次屏壁由两层玻璃纤维布中间夹一层铝箔构成咱8暂遥 热绝缘板材料可选择硬质聚氨酯泡沫渊PU冤遥Mark芋型储罐设置有完整的二级防漏隔层袁该专利属于GTT公司遥 Mark芋型储罐的装载液位为液货舱高度的10%耀70%袁部分装载时袁由于薄膜型储罐的强度较弱袁为了防止液体晃荡所产生的压力破坏储罐内壁袁需要设计防晃结构遥Mark芋型储罐主要适用于大中型L
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