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LNG低溫儲(chǔ)罐絕熱性能的探究

文檔作者：周永春劉浩文檔來(lái)源：中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月28日
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周永春等LNG低溫儲(chǔ)罐絕熱性能的探究 l7
LNG低溫儲(chǔ)罐絕熱性能的探究
周永春 劉 浩 中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司上海200120
摘要 探討LNG低溫儲(chǔ)罐的絕熱性能，詳細(xì)分析影響LNG低溫儲(chǔ)罐自然漏熱量的各種因素，并給出
計(jì)算方法，為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐的絕熱保冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞LNG 漏熱低溫儲(chǔ)罐BOG
隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和對(duì)環(huán)境保護(hù)要
求的提高，天然氣的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。作為清
潔能源的液化天然氣(Liquefied Natural Gas，簡(jiǎn)
稱LNG)是經(jīng)凈化和液化處理形成的液態(tài)天然
氣，主要成分為甲烷。常壓下LNG的體積約為
標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣態(tài)體積的1／625，溫度在一162oC
左右，通常被儲(chǔ)存在LNG低溫儲(chǔ)罐中。該種儲(chǔ)
罐常為微正壓低溫狀態(tài)，外部有絕熱保溫材料覆
蓋，以減少外界環(huán)境與之熱量傳遞(自然漏熱)
造成LNG氣化，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮絕熱保冷
性能。
LNG低溫儲(chǔ)罐的絕熱保冷性能直接影響能
耗。對(duì)于低溫儲(chǔ)罐，熱量會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻
射等方式傳人儲(chǔ)罐，從而導(dǎo)致部分LNG的氣化
產(chǎn)生BOG氣體(Boil—of Gas，簡(jiǎn)稱BOG)。對(duì)
于大型LNG低溫儲(chǔ)罐，國(guó)際上通常要求的以滿
罐為基準(zhǔn)的每天罐內(nèi)LNG氣化率見表1。
表1 LNG低溫儲(chǔ)罐氣化率控制要求 (％)
1 低溫儲(chǔ)罐絕熱設(shè)計(jì)
外界熱量漏入LNG低溫儲(chǔ)罐主要通過(guò)儲(chǔ)罐
頂部、側(cè)面和底部。對(duì)于大面積裸露區(qū)域，還應(yīng)
考慮白天的太陽(yáng)輻射因素(以每天12h計(jì)算)。
LNG低溫儲(chǔ)罐漏熱示意見圖1。
本文以地上型的單包容LNG儲(chǔ)罐為例，整
個(gè)儲(chǔ)罐置于混凝土基礎(chǔ)之上，為了防止混凝土在
低溫下發(fā)生形變，故在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)電伴熱系統(tǒng)，使
基礎(chǔ)的溫度不低于5 。
圖1 儲(chǔ)罐漏熱示意圖
(1)低溫儲(chǔ)罐底部最主要通過(guò)傳導(dǎo)的方式
進(jìn)行熱傳遞，絕熱材料一般使用剛性泡沫玻璃，
它的耐壓強(qiáng)度足夠承受液體與內(nèi)罐的重量。除了
泡沫玻璃以外，內(nèi)罐壁下是一層珍珠巖混凝土支
撐圈，用以支撐整個(gè)內(nèi)罐壁的重量，此外，底部
還使用瀝青抹面層、防潮鋁箔等，同樣需要考慮
其對(duì)傳熱的影響。
(2)儲(chǔ)罐側(cè)面的絕熱材料主要用膨脹的珍
珠巖粉末，并且在內(nèi)罐壁外側(cè)安裝纖維氈，用來(lái)
防止珍珠巖與內(nèi)罐壁直接產(chǎn)生摩擦而損壞內(nèi)罐
壁。此外， 由于側(cè)面長(zhǎng)期暴露在環(huán)境中，所以需
要考慮太陽(yáng)輻射的影響。
(3)儲(chǔ)罐頂部的絕熱材料主要是安置在懸
浮甲板上的玻璃纖維氈。對(duì)于頂部的傳熱，同樣
需要考慮太陽(yáng)輻射的影響。
1．1 底部自然漏熱量計(jì)算
總傳熱系數(shù)表達(dá)式：
周永眷：工程師。2005年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)從事化工工程沒計(jì)工作。聯(lián)系電話： (021)
58366600—2063。
l8 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工設(shè)計(jì)2010，20(2)
一寐 )
式中，O／．為傳熱系數(shù)，W／(ITI ·K)；d 一 為不
同保冷層的厚度，In； 。 為不同保冷層的導(dǎo)熱
系數(shù)，w／(m·K)。
單位面積的傳熱量：
q= (t2一t1) (2)
式中，q為單位面積傳熱量，W／m ；t 為L(zhǎng)NG
儲(chǔ)罐液體溫度，oC；t 為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐混凝土基礎(chǔ)的
維持溫度，℃ 。一般情況下t 為一162~C，t
為5℃。
底部總自然漏熱量：
Q底=g底×A底 (3)
式中，Q底為底部總自然漏熱量，W；q底為罐底
單位面積傳熱量；w／m。；A底為罐底面積，1TI 。
值得注意的是由于絕熱設(shè)計(jì)的不同漏熱量計(jì)
算，應(yīng)將底部分成中心部分和支撐圈部分，總量
應(yīng)該是兩部分總和。
1．2 頂部自然漏熱量計(jì)算
儲(chǔ)罐頂部的主要保溫材料為玻璃纖維毛氈
層，主要應(yīng)用公式如下：
g頂= 項(xiàng)( 一t1)=號(hào)(t2一t1) (4)
頂部自然漏熱量：
Q =g頂×A (5)
式中，q頂為儲(chǔ)罐頂部單位面積傳熱量，W／m ；
t 為儲(chǔ)罐液面上方BOG氣體溫度，℃；t 為儲(chǔ)罐
吊頂上方氣體溫度，分為有無(wú)太陽(yáng)輻射兩種工
況，℃ ；A為玻璃纖維毛氈層的導(dǎo)熱系數(shù)，W／
(in·℃)；d為玻璃纖維毛氈層的厚度，in；Q頂
為頂部總自然漏熱量，w；A頂為儲(chǔ)罐頂部絕熱
層面積，in 。
儲(chǔ)罐液面上方BOG氣體溫度根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，
一般在一100~(2左右。外部環(huán)境會(huì)影響此數(shù)據(jù)，
吊頂上方氣體溫度最好有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，沒有的情況
下，可用罐頂外部溫度減去20℃進(jìn)行估算。
1．3 側(cè)面自然漏熱量計(jì)算
目前絕大部分大中型LNG低溫儲(chǔ)罐內(nèi)外罐
之間填充的是珍珠巖，主要應(yīng)用的公式如下：
g側(cè)= 側(cè)(f2～￡1)= (6)
+ -一+
A1 A
側(cè)面自然漏熱量：
Q =g ×AM (7)
式中，Q側(cè)為側(cè)面總自然漏熱量，W；c 為儲(chǔ)罐
內(nèi)介質(zhì)溫度，℃ ；t 為外罐壁溫度，分為有無(wú)太
陽(yáng)輻射兩種工況，clC。
通過(guò)對(duì)儲(chǔ)罐三個(gè)不同部分的漏熱量計(jì)算，最
后可以得到儲(chǔ)罐總的自然漏熱量Q總：
Qz =Q頂+Q底+Q側(cè) (8)
由于考慮到太陽(yáng)輻射的存在，以及輻射時(shí)間
的長(zhǎng)短，以每天輻射時(shí)間12h計(jì)算，并且儲(chǔ)罐側(cè)
壁的輻射面積取整個(gè)側(cè)壁面積的60％ ，得到儲(chǔ)
罐實(shí)際自然漏熱量Q實(shí)際：
1
Q實(shí)際= 一(Q總有輻射+Q總無(wú)輻射) (9)
2 有輻射工況罐外壁溫度計(jì)算 】[ 】
在LNG儲(chǔ)罐頂部和側(cè)壁的自然漏熱量計(jì)算
中均分成有無(wú)太陽(yáng)輻射工況，如果不考慮太陽(yáng)輻
射，儲(chǔ)罐外壁溫度可以取環(huán)境溫度；如果考慮太
陽(yáng)輻射，外壁溫度必然升高，與環(huán)境溫度必然存
在溫差，此時(shí)外壁溫度應(yīng)運(yùn)用相關(guān)輻射理論及熱
量衡算計(jì)算。
總的太陽(yáng)輻射可以表示為以下公式：
Q =(Q +Q +Q +Q，) (10)
Q6= (1一 吸)Q
= (t2一t1)
Q = 對(duì)漉( 壁一 環(huán))
Q =s．67×s×【(!壁{ ) 一(!匿{ ) 】
式中，Q 為總的太陽(yáng)輻射，W／m (在沒有具體
數(shù)值情況下，取718 W／m )；Q 為外壁對(duì)太陽(yáng)
輻射的反射強(qiáng)度，W／m ；Qi為進(jìn)入儲(chǔ)罐的熱流
強(qiáng)度，w／m ；t1為BOG氣體溫度，℃ ；t2為吊
頂保溫層上方氣體溫度，℃ ；Q 為外壁和環(huán)境之
間的對(duì)流傳熱強(qiáng)度，W／m ；Q 為外壁與環(huán)境之
間的長(zhǎng)波熱輻射強(qiáng)度，W／m。；t齄為儲(chǔ)罐外壁溫
度，clC；t環(huán)為環(huán)境溫度，℃ 。
從式(10)可以試差求出(沒有太陽(yáng)輻射
條件下)外壁溫度t壁。
3 實(shí)例
以30000m。LNG單包容儲(chǔ)罐為例，計(jì)算其自
然漏熱量和每天的氣化率。
周永春等LNG低溫儲(chǔ)罐絕熱性能的探究 19
計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表2。
表2 LNG儲(chǔ)罐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
名稱 數(shù)值
LNG溫度。℃
環(huán)境溫度，℃
混凝土基礎(chǔ)溫度，℃
平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，W／m
內(nèi)罐直徑。m
外罐直徑，m
輻射常數(shù)，W／m K
表4 LNG儲(chǔ)罐自然漏熱量計(jì)算結(jié)果 (w)
最后計(jì)算得到當(dāng)?shù)刈顭釟庀髼l件下一天的
LNG氣化率為0．075％ ，符合要求，說(shuō)明該LNG
儲(chǔ)罐的絕熱保冷設(shè)計(jì)是符合要求的。
儲(chǔ)罐絕熱保冷材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表3。 4 結(jié)語(yǔ)
表3 LNG儲(chǔ)罐絕熱保冷材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
根據(jù)以上計(jì)算公式得到30000m LNG儲(chǔ)罐自
然漏熱量的計(jì)算結(jié)果，見表4。
Qz= (12×Q無(wú)輻射+12×Q有輻射)／24=56028 W
最終得出蒸發(fā)量為450kg／h。
通過(guò)對(duì)大型LNG低溫儲(chǔ)罐的絕熱性能的分
析，給出了針對(duì)此類儲(chǔ)罐自然漏熱量的具體計(jì)算
方法，并對(duì)新疆廣匯的一個(gè)30000m LNG儲(chǔ)罐進(jìn)
行了絕熱性能核算，證明該儲(chǔ)罐的LNG 日氣化
率符合設(shè)計(jì)要求。
參考文獻(xiàn)
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2 陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋．化工原理[M]．
北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999．
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社，2003．
4 BS777 Flat—bottomed，Vertical，Cylindrical Storage Tanks
for Low Temperature Service[s]．
5 NFPA 59A Standard Production Storage and Handing of Liq—
uefied Nature Gas(LNG) 一2001 Edition[s]．
(收稿日期2009—11—03)
(上接第26頁(yè))
(3)壓縮機(jī)的其他輔助設(shè)備分別露天布置
在廠房的前后，其中壓縮機(jī)的人口分液罐、各級(jí)
氣液分離罐和冷卻器均布置在壓縮廠房與裝置主
管廊問(wèn)的空地，這樣比較順工藝流程，且不占用
廠房?jī)?nèi)的空問(wèn)，油站布置在廠房后方，高位油箱
則懸掛于靠油站側(cè)的廠房外，設(shè)置直爬梯可上其
平臺(tái)。
壓縮廠房的布置全貌見圖5。
3 結(jié)語(yǔ)
(1)通過(guò)對(duì)大型合成氨裝置聯(lián)壓廠房的布
置中設(shè)計(jì)問(wèn)題和需要注意的事項(xiàng)的探討，并結(jié)合
工程實(shí)例分析，總結(jié)聯(lián)壓廠房的布置的規(guī)律，在
考慮布置的時(shí)候，應(yīng)分步驟地逐個(gè)確定有關(guān)內(nèi)
容，優(yōu)選方案。
(2)即使有這些設(shè)計(jì)規(guī)律，在設(shè)計(jì)中還有
工程的具體情況，要求我們靈活運(yùn)用，綜合考
慮，不僅要考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，還需要考
慮經(jīng)濟(jì)性和業(yè)主的要求。
只有這樣，才能設(shè)計(jì)出符合工程要求，經(jīng)濟(jì)
上可行，業(yè)主滿意的裝置。
(修改回稿2009—04—17)
3一 5 -， -， ∞一 一

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