CN104279421B - Lng储罐的氮气置换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG储罐的氮气置换系统。它包括氮气进气管道、内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统、罐底保温层上部氮气干燥置换管道和罐底保温层下部氮气干燥置换管道；氮气进气管道沿LNG储罐的内罐的壁板延伸至内罐的底部；内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统设置于LNG储罐的顶部；罐底保温层上部氮气干燥置换管道沿LNG储罐的罐壁保温层内延伸至罐底泡沫玻璃砖保温层上部混凝土找平层内；罐底保温层下部氮气干燥置换管道沿LNG储罐的罐壁保温层延伸至罐底保温层内；罐底保温层下部氮气干燥置换管道设于罐底保温层的下部混凝土找平层槽道中。本发明LNG储罐的氮气置换系统，在内罐氮气置换完成后，可以同时开始环形空间和罐底上部、下部氮气置换，N2气流量增加，加快了干燥惰化速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LNG储罐的氮气置换系统，属于液化天然气储存领域。
背景技术
无论是天然气液化工厂，还是LNG接收终端，LNG储罐的投资均占有较高的比重，尤其是在LNG接收终端中，储罐的投资约占其总投资的30～40％，可见LNG储罐是整个LNG产业链中的一个非常重要组成部分。
液化天然气(LNG)常压(表压力小于50kPa)低温(-162℃)储存于大型LNG全容罐内，由于与超低温LNG接触，若储罐罐底、罐壁、内罐存在水蒸气，则在低温环境下容易使得储罐底部、壁和顶处绝热材料保冷效果失效，水蒸气低温下在内罐里面也形成“冰”块，容易带来罐内潜液泵入口处堵塞因而造成泵损坏等现象。因此在LNG储罐开车预冷前，需要利用高纯度的N2置换罐内水蒸气；同时储存介质为烃类(LNG)，因此也需要N2在置换水蒸气同时置换出罐内氧气，使储罐装液前惰化。
欧洲标准EN14620、国标GB/T26978规定，对于大型LNG全容储罐，内罐和吊顶上部空间须干燥至露点温度低于-20℃，惰化至最大氧含量9％。对于环形空间，必须干燥至露点温度低于-10℃，最大氧含量9％。罐底氮气置换后比初始露点测量值低10℃，最大氧含量9％。
一般LNG项目考虑施工便利，且罐底下部氮气置换管道一般为直管布置，预埋在保冷层最下方找平层或干沙中。传统氮气置换方案的缺点在于氮气管道出孔太少，尤其是在选择混凝土找平层后，氮气置换阶段难度非常大。储罐底部泡沫玻璃砖绝热层上、下部都是混凝土找平层，罐底在氮气置换过程中，混凝土分子中不断渗出水分子蒸汽，后期，氮气置换气流带出的水蒸气和罐底混凝土找平层中不断渗出的水蒸气形成动态平衡，一般的罐底氮气置换系统很难使得绝热层达到好的水气置换效果，因此使得LNG储罐投产后，罐底保冷层材料一般很难达到最优的使用性能效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种LNG储罐的氮气置换系统，本发明系统可用于现场组装的立式圆筒平底式LNG(液化天然气)常压储罐(表压力小于50kPa)开车预冷前干燥和惰化(氮气置换罐内水蒸气、氧气)。
本发明所提供的LNG储罐的氮气置换系统，包括氮气进气管道、内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统、罐底保温层上部氮气干燥置换管道和罐底保温层下部氮气干燥置换管道；
所述氮气进气管道沿LNG储罐的内罐的壁板延伸至所述内罐的底部，所述氮气进气管道上设有若干个开孔；
所述内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统设置于LNG储罐的顶部；
所述罐底保温层上部氮气干燥置换管道沿LNG储罐的罐壁保温层内延伸至罐底泡沫玻璃砖保温层上部混凝土找平层内；
所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道沿LNG储罐的罐壁保温层延伸至罐底保温层内，所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道上设有若干个开孔；所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道设于所述罐底保温层的下部混凝土找平层槽道中。
所述的氮气置换系统中，所述罐底保温层上部氮气干燥置换管道于所述罐底保温层内的部分为直管，所述直管上设置若干个开孔；
将该部分设置成直管的原因是：上部工作环境处于-162℃左右，若为环状，就会和周围包裹管道的混凝土因为低温下不同材料低温收缩量不一样导致两种材料低温收缩撕裂管道或找平层混凝土；
所述开孔外缠绕有透气玻璃布，避免外部混凝土等其它杂物进入。
所述的氮气置换系统中，所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道于所述罐底保温层内的部分为环形管道，所述环形管道上设置若干个开孔；
将该部分设置成环形管道的原因是：由于其处于环境温度工作环境，和槽道周围的混凝土都处于环境温度，不会导致不一样的收缩量；所以该环形管道的设置不会造成低温下混凝土挤压底部置换管道系统的情况。
所述开孔外缠绕有透气玻璃布。
所述的氮气置换系统中，所述环形管道布置于LNG储罐罐底保温层内的找平层槽道中，该设置不会造成低温下混凝土挤压底部置换管道系统的情况。
所述的氮气置换系统中，所述内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统为一手动放空阀。
本发明氮气置换系统适用于现场组装的立式圆筒平底式LNG储罐，其主体结构由以下几个部分组成：桩承台基础；预应力混凝土外罐；内罐；铝吊顶结构(含吊顶保温层)；罐底保温层；罐壁保温层；热角保护系统(TCP)。
本发明氮气置换系统具有以下特点：
1)传统LNG全容罐罐底一般布置1道氮气置换管道系统，本发明置罐底保温层上部N2干燥置换、罐底保温层下部N2干燥置两套氮气置换系统，在内罐氮气置换完成后，可以同时开始环形空间和罐底上部、下部氮气置换，N2气流量增加，加快了干燥惰化速率；
2)传统LNG全容罐底部氮气置换管道一般为直管布置，预埋在保冷层最下方找平层或干沙中。传统氮气置换方案缺点在于管道氮气管道出孔太少，尤其是在选择混凝土找平层后，氮气置换阶段难度非常大。储罐底部泡沫玻璃砖绝热层上、下部都是混凝土找平层，罐底在氮气置换过程中，混凝土分子中不断渗出水分子蒸汽，后期，氮气置换气流带出的水蒸气和罐底混凝土找平层中不断渗出的水蒸气形成动态平衡，一般的罐底氮气置换系统很难使得绝热层达到好的水气置换效果，因此使得LNG储罐投产后，罐底保冷层材料一般很难达到最优的使用性能效果。
而本发明底部N2置换系统采用罐底保冷中管道环形布置方式，直接把环形管道布置在底层找平层槽道中，环形管道布置多数量的小孔(小孔外面可用透气玻璃布缠绕)以加强底部氮气气流交换强度。
3)本发明底部N2置换系统采用罐底保冷中管道环形布置方式，环形管道布置在底层找平层(可掏专用槽道布置)中，内罐在装LNG工况，由于隔着一层罐底绝热层，底部找平层温度处于接近环境温度，因此环形管道布置在底层找平层中不用担心由于不同热线性膨胀系数在低温下混凝土挤压底部置换管道系统。
4)本发明可在同等外部条件、置换N2流速下大大缩短了大型LNG储罐开车前干燥惰化时间。相对于传统布置方法，本发明中罐底保温层下部管道为环形布置，所以开孔数量远远多于传统的直管布置。所以理论上氮气置换气流加快(一般而言，16万方大型LNG全容储罐干燥惰化时间为3周左右，但罐底保冷层干燥用时为10天-14天，花费时间最长，所以本发明改进了底部置换管道结构为环状布置)，所以加快了整个储罐氮气置换时间。
附图说明
图1为本发明大型LNG储罐及N2干燥置换系统结构示意图。
图2为本发明实施例中LNG储罐的罐底保温层结构示意图。
图3为本发明N2干燥置换系统中罐底保温层上部N2干燥置换管道结构示意图。
图4为本发明N2干燥置换系统中罐底保温层下部N2干燥置换管道结构示意图。
图5为本发明N2干燥置换系统在氮气置换期间的氮气气流流向图。
图中各标记如下：
1桩承台基础、2预应力混凝土外罐、3内罐、4铝吊顶结构(含吊顶保温层)、5罐底保温层、6罐壁保温层、7热角保护系统(TCP)、8内罐氮气干燥置换用罐顶手动放空阀、9氮气进气管道、10罐底保温层上部氮气干燥置换管道、11罐底保温层下部氮气干燥置换管道、12上层混凝土找平层、13泡沫玻璃砖承压保温层、14下部混凝土找平层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，为本发明提供的氮气置换系统与LNG储罐配合的结构示意图，该LNG储罐的主体结构由下述7个部分组成：桩承台基础1；预应力混凝土外罐2；内罐3；铝吊顶结构(含吊顶保温层)4；罐底保温层5；罐壁保温层6；热角保护系统(TCP)7。其中，罐底保温层5包括上层混凝土找平层12、泡沫玻璃砖承压保温层13和下部混凝土找平层14。本发明氮气置换系统包括氮气进气管道9、内罐氮气干燥置换用罐顶手动放空阀8、罐底保温层上部氮气干燥置换管道10和罐底保温层下部氮气干燥置换管道11。
如图1、图2和图5所示，氮气进气管道9为一不锈钢管道，其沿LNG储罐的内罐3的壁板延伸至内罐的底部上，在该氮气进气管道9上设有多个开孔，以便N2气流流入罐内。内罐氮气干燥置换用罐顶手动放空阀8设置于LNG储罐的顶部，将置换后的水蒸气、氧气的混合气体排放到大气中。
如图1、图2和图5所示，罐底保温层上部氮气干燥置换管道10沿LNG储罐的罐壁保温层6内延伸至罐底保温层的上层混凝土找平层12内，且置于找平层槽道内，其为不锈钢管道，且置于上层混凝土找平层12内的管道部分为直管，管道上开设若干开孔，开孔表面缠绕透气玻璃布，如图3所示。
如图1、图2和图5所示，罐底保温层下部氮气干燥置换管道11沿LNG储罐的罐壁保温层6内延伸至罐底保温层内的下层混凝土找平层14内，且置于找平层槽道内，其为不锈钢管道，且置于下层混凝土找平层14内的管道部分为环形管道，环形管道上开设若干开孔，开孔表面缠绕透气玻璃布，众多开孔加快了罐底保温层氮气置换流速，可以加快氮气干燥惰化时间，开孔表面玻璃布可以防止槽道混凝土或其它杂物堵塞小孔，如图4所示。
下面详细说明本发明氮气置换系统的置换过程：
1)氮气进气管道9的作用
惰化置换用氮气一般通过施工现场临时液氮汽化装置获得，置换过程中氮气实际流量控制在流量500～2000Nm3/h期间。打开手动球阀，氮气上罐通过氮气进气管道9流入到内罐3中。
2)内罐氮气干燥置换用罐顶手动放空阀8的作用
氮气流入内罐3后，首先开始内罐干燥惰化，打开内罐氮气干燥置换用罐顶手动放空阀8，将罐内置换后的带水蒸气、氧气的混合气体排放到大气中。
置换开始后，对氧气成分和系统中的露点进行监视(“露点”是热力学术语，一般露点越低说明空气中含有水蒸气越少，越干燥)，当内罐和吊顶上部空间须干燥至露点温度低于-20℃、最大氧含量低于9％后关闭罐顶手动放空系统，开始后续的环形空间、罐底干燥置换、惰化。
3)罐底保温层上部氮气干燥置换管道10的作用
当内罐中心部位露点、氧含量干燥惰化达到要求后，关闭顶部手动放空系统，开始环形空间和罐底上部、下部保温层干燥置换。
气流从吊顶扩散到环形空间，再流动到罐底保温层处，气体通过管道气孔流入到罐底保温层上部氮气干燥置换管道10中，气流再最后流出到环境大气，置换开始后，对氧气成分和系统中的露点进行监视，干燥至露点温度低于-10℃时停止罐底保冷层上部干燥置换。
4)罐底保温层下部氮气干燥置换管道11的作用
罐底保温层上部氮气干燥置换管道10和罐底保温层下部氮气干燥置换管道11同时开始氮气置换，气体通过底部环形管道开气孔流入到罐底保温层下部氮气干燥置换管道11中，再最后流出到环境大气。置换开始后，对氧气成分和系统中的露点进行监视，记录开始前露点，当置换后测量露点比初始露点测量值低10℃时停止置换。
Claims (2)
1.一种LNG储罐的氮气置换系统，其特征在于：所述氮气置换系统包括氮气进气管道、内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统、罐底保温层上部氮气干燥置换管道和罐底保温层下部氮气干燥置换管道；
所述氮气进气管道沿LNG储罐的内罐的壁板延伸至所述内罐的底部，所述氮气进气管道上设有若干个开孔；
所述内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统设置于LNG储罐的顶部；
所述罐底保温层上部氮气干燥置换管道沿LNG储罐的罐壁保温层内延伸至罐底泡沫玻璃砖保温层上部混凝土找平层内；
所述罐底保温层上部氮气干燥置换管道于所述罐底保温层内的部分为直管，所述直管上设置若干个开孔；
所述直管上的开孔外缠绕有透气玻璃布；
所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道沿LNG储罐的罐壁保温层延伸至罐底保温层内，所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道上设有若干个开孔；所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道设于所述罐底保温层的下部混凝土找平层槽道中；
所述罐底保温层下部氮气干燥置换管道于所述罐底保温层内的部分为环形管道，所述环形管道上设置若干个开孔；所述环形管道布置于LNG储罐罐底保温层内的找平层槽道中；
所述环形管道上的开孔外缠绕有透气玻璃布。
2.根据权利要求1所述的氮气置换系统，其特征在于：所述内罐氮气干燥置换用罐顶放空系统为一手动放空阀。
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