CN109973813A - 双金属全容低温储罐 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双金属全容低温储罐。双金属全容低温储罐包括外罐罐顶、吊杆、内罐罐顶及保冷层。外罐罐顶包括拱形网架和覆盖于拱形网架顶部的罐顶板；拱形网架的材质为低温钢，罐顶板的材质为常温钢；吊杆的顶端与外罐罐顶内侧连接，底端向下延伸；吊杆的材质为低温钢；内罐罐顶连接于吊杆的底端而悬挂连接于外罐罐顶的下部；保冷层连接于罐顶板的内侧，并向下延伸覆盖拱形网架的表面及吊杆顶部的外周侧壁，且保冷层与内罐罐顶之间具有高度差，保冷层隔绝外罐罐顶与罐内部介质低温蒸发气之间热量的传递。本发明的双金属全容低温储罐通过保冷层隔绝了外罐罐顶与罐内部介质低温蒸发气之间的热量的传递，降低了能量损失。
Description
技术领域
本发明涉及液化烃和液化天然气低温储罐技术领域，特别涉及一种双金属全容低温储罐。
背景技术
随着世界对环保问题重视程度的增加，液化烃(Liquefied Hydrocarbon)和液化天然气(Liquefied Natural Gas,以下简称LNG)等清洁能源的消耗正不断增加，用于储存上述清洁能源的大型低温储罐的需求也随之上升。
现有大型低温储罐多采用双层金属结构即双金属全容低温储罐。双金属全容低温储罐包括钢制内罐和钢制外罐，其中，钢制内罐采用耐低温设计，用于盛装低温液体介质。钢制外罐也采用耐低温设计，也可以盛装低温液体介质及储存介质的低压蒸发气。同时内外罐之间设有良好的绝热保冷层，保证低温液体储存过程中很低的蒸发量。正常操作工况下，钢制内罐为低温态，钢制外罐为常温态。
目前，API 625《低温液化气储存罐系统》规范认为外罐罐顶可采用常温设计以节约材料成本，但钢制内罐在发生泄漏事故时会导致钢制内罐与钢制外罐之间的环形空间产生大量的低温介质蒸发气，此时外罐罐顶将直接接触低温介质蒸发气，而使外罐罐顶处于低温，进而发生低温脆断和泄漏风险。此外，外罐罐顶与外界会有热传递，进而增大了双金属全容低温储罐的蒸发率而导致冷量损失增多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全性较高且冷量损失较少的双金属全容低温储罐，以解决现有技术中常温设计外罐罐顶时安全性较差、冷量损失较多的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种双金属全容低温储罐包括：外罐罐顶，包括拱形网架和覆盖于所述拱形网架顶部的罐顶板；所述拱形网架的材质为低温钢，所述罐顶板的材质为常温钢；吊杆，其顶端与所述外罐罐顶内侧连接，底端向下延伸；所述吊杆的材质为低温钢；内罐罐顶，连接于所述吊杆的底端而悬挂连接于所述外罐罐顶的下部；保冷层，连接于所述罐顶板的内侧，并向下延伸覆盖所述拱形网架的表面及所述吊杆顶部的外周侧壁，且所述保冷层与所述内罐罐顶之间具有高度差，所述保冷层隔绝所述外罐罐顶与罐内部介质低温蒸发气之间热量的传递。
在其中一实施方式中，所述保冷层的厚度为5mm～200mm。
在其中一实施方式中，所述保冷层材质的导热系数为0.025～0.045W/(m·K)。
在其中一实施方式中，所述保冷层材质的密度为30～180kg/m3。
在其中一实施方式中，所述保冷层的材质为硬质泡沫、棉毡、泡沫玻璃或沥青。
在其中一实施方式中，所述保冷层的材质为玻璃纤维改性的硬质泡沫。
在其中一实施方式中，所述外罐罐顶与所述保冷层之间还设有粘接层，所述粘接层覆盖所述罐顶板的内侧、所述拱形网架的底部及所述吊杆顶部的外周侧壁，且所述粘接层耐低温。
在其中一实施方式中，所述粘接层的材质为改性环氧胶粘剂或聚氨酯胶粘剂。
在其中一实施方式中，所述保冷层通过粘贴、喷涂或涂刷于所述罐顶板的内侧、所述拱形网架的表面及所述吊杆顶部的外周侧壁而成型。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明的双金属全容低温储罐包括外罐罐顶、内罐罐顶及保冷层，保冷层同时覆盖了罐顶板内侧、拱形网架的表面及吊杆顶部的外周侧壁，因此其不仅隔绝了外罐罐顶与罐内部介质低温蒸发气之间的热量的传递，降低了能量损失，同时因保冷层完全覆盖罐顶板，因此罐顶板能够使用常温钢，相较于罐顶板采用低温钢，本发明的双金属全容低温储罐不仅保证了安全性，并且更经济实惠。
同时，保冷层也覆盖了拱形网架，因拱形网架还与吊杆连接，内罐的低温还能够通过吊杆传递至拱形网架，因此拱形网架虽然还需考虑低温的影响，但其所采用的低温钢的耐低温等级能够低于直接与低温介质接触的内罐罐顶的低温等级。相较于拱形网架采用与内罐罐顶相同等级的低温钢，本发明降低了材料成本，更经济实惠。
附图说明
图1为本发明双金属全容低温储罐其中一实施例的结构示意图；
其中，附图标记说明如下：1、双金属全容低温储罐；11、内罐罐顶；12、内筒体；13、外罐罐顶；14、外筒体；15、吊杆；16、保冷层。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明提供一种双金属全容低温储罐1，可用于储存液化烃、液化天然气、液氧、液氮、液氨及其他低温介质。
参阅图1，双金属全容低温储罐1包括外罐、位于外罐内的内罐、连接于外罐与内罐之间的吊杆15及位于外罐罐顶13部内侧的保冷层16。
内罐用于储存低温介质，其沿用现有技术，具体包括顶部开口的内筒体12及盖设于内筒体12顶部的内罐罐顶11，而形成具有一定密封性和保温性的内罐。其中，内筒体12和内罐罐顶11均采用耐低温材料制造而使内罐用于装载及储存低温介质。内筒体12所需承载的载荷较大，因此内筒体12的耐低温材料为低温钢或不锈钢。内罐罐顶11所承载的载荷较小，因此内罐罐顶11的耐低温材料包括低温钢、铝或不锈钢。
其中，低温钢是指适于在-20℃以下应用的合金钢，如无特殊说明，以下关于低温钢的说明均与此处一致。低温钢包括但不限于以下钢种：SA-516、SA-537、SA-203、SA-645、SA-353、SA-553、JIS 9Ni590、11MnNi5、13MnNi6、12Ni14、X12Ni5、X7Ni9、08Ni3DR、06Ni9DR等。
铝材适用于不低于-250℃的低温。不锈钢适用于不低于-196℃的低温。
本实施例中，内罐罐顶11为平顶结构。
外罐包括顶部开口的外筒体14和外罐罐顶13。外筒体14与内筒体12之间具有间隙而形成夹层空间，该夹层空间内填充有隔热材料而可形成良好的保温系统。外筒体14沿用现有技术，采用低温钢制造。其中，低温钢包括但不限于以下钢种：SA-516、SA-537、SA-203、SA-645、SA-353、SA-553、JIS 9Ni590、11MnNi5、13MnNi6、12Ni14、X12Ni5、X7Ni9、08Ni3DR、06Ni9DR等。
外罐罐顶13盖设于外筒体14的顶端，与外筒体14一起构成密封的结构，起到密封作用。具体地，外罐罐顶13包括拱形网架和覆盖于拱形网架顶部的罐顶板。拱形网架包括沿外罐罐顶13的纬向设置的纬向梁和沿外罐罐顶13的径向设置的径向梁。拱形网架具有足够的强度、刚度和稳定性，能够承受罐顶外载荷以及罐内设计压力载荷。具体地，拱形网架的材质为低温钢。
拱形网架呈碟形、椭圆形、半球形或球冠形。采用上述设计，可将外罐顶的载荷分为径向和轴向，将力分散且分布比较均匀，因此，使得外罐罐顶13的载荷均匀的分布在连续曲面上，即使在集中载荷作用下也能较快的分散开。
罐顶板位于拱形框架顶部，并与拱形框架焊接连接。本实施例中，罐顶板具有一定弧度，且与拱形网架的上部形状相匹配，以使罐顶板正好盖于拱形网架的顶部。
罐顶板的材质为常温钢，相较于罐顶板采用低温钢，本发明中的双金属全容低温储罐1因罐顶板采用常温钢，而节约了材料成本。其中，常温钢指适用于高于-20℃应用的合金钢，在低于-20℃下易发生脆断。
外罐罐顶13与内罐罐顶11之间具有高度差，吊杆15设于外罐罐顶13与内罐罐顶11之间，而使内罐罐顶11悬挂连接于外罐罐顶13的下部。具体地，吊杆15的顶端与拱形网架焊接连接，底端向下延伸而与内罐罐顶11焊接连接。
多个吊杆15均匀分布于外罐罐顶13的下部，并使内罐罐顶11悬挂于外罐罐顶13的下方，因此，多个吊杆15使内罐罐顶11对外罐罐顶13的载荷均匀分布。
吊杆15的材质为低温钢，因此其与内罐罐顶11连接时能够接受内罐罐顶11内的低温传递并安全使用，保证了双金属全容低温储罐1的安全性。
请继续参阅图1，保冷层16连接于罐顶板的内侧，并向下延伸覆盖拱形网架的表面及吊杆15顶部的外周侧壁，且保冷层16与内罐罐顶11之间具有高度差，因此，保冷层16不仅隔绝了外罐罐顶13与外界之间热量的传递。保冷层16完全覆盖了罐顶板的内侧面，保冷层16完全覆盖了拱形网架的表面，保冷层16覆盖了拱形网架的各纬向梁与径向梁的侧面，保冷层16覆盖了吊杆15顶部的外周侧壁。
其中，拱形网架包括多个径向梁和多个纬向梁，径向梁与纬向梁交错连接。保冷层覆盖了拱形网架的表面指保冷层覆盖了径向梁的底面和纬向梁的底面、及径向梁的侧面和纬向梁的侧面。
保冷层16隔绝了外罐罐顶13与罐内部介质低温蒸发气之间的热传递，因此降低了双金属全容低温储罐1的蒸发率，进而降低了能量损失。同时，保冷层16的设置避免了内罐在发生泄漏事故时低温介质蒸发气与外罐罐顶13的直接接触，进而保护了外罐罐顶13，保证了双金属全容低温储罐1的安全性。
且保冷层16的设计避免了冬季时，内罐内储存的露点温度较高的低温介质在外罐罐顶13的内侧产生冷凝的可能性。
因保冷层16完全覆盖罐顶板，因此罐顶板能够使用常温钢，相较于罐顶板采用低温钢，本发明的双金属全容低温储罐1不仅保证了安全性，并且更经济实惠。
同时，保冷层16也覆盖了拱形网架，但拱形网架还与吊杆15连接，而能够通过吊杆15将内罐的低温传递至拱形网架，因此拱形网架虽然还需要考虑低温的影响，但其所采用的低温钢的耐低温等级能够低于直接与低温介质接触的内罐罐顶11的低温等级。例如，直接与低温介质接触的内罐罐顶11采用耐-100℃等级的钢材，而拱形网架则可以选用-40℃或-20℃的耐低温等级的钢材，相较于拱形网架采用与内罐罐顶11相同等级的低温钢，本发明降低了材料成本，更经济实惠。
具体地，保冷层16的厚度为5mm～200mm，该厚度既保证了隔绝热量传递的效果进而保护罐顶板，保证了双金属全容低温储罐1的安全性，同时也保证了外罐罐顶13能够承受该保冷层16的重量所产生的重力。
保冷层16材质的导热系数为0.025～0.045W/(m·K)。在相同冷损失的情况下，导热系数越大则保冷层16厚度越厚，导热系数越小则保冷层16的厚度越薄。
保冷层16材质的密度为30～180kg/m3。在相同厚度的情况下，密度越大则保冷层16重量越大，密度越小则保冷层16重量越小。密度越小的对外罐罐顶13造成的载荷也越小。
本实施例中，保冷层16的材质为硬质泡沫，例如聚氨酯泡沫、酚醛泡沫或聚苯乙烯泡沫。其中，聚氨酯泡沫的导热系数为0.027W/(m·K)，密度为30～60kg/m3，能够在-100℃～110℃下使用。酚醛泡沫的导热系数为0.033W/(m·K)，密度为30～150kg/m3，能够在-180℃～150℃下使用。聚苯乙烯泡沫的导热系数为0.041W/(m·K)，密度为30～60kg/m3，能够在-80℃～80℃下使用。实际使用时，根据双金属全容低温储罐1所设计的耐低温要求以及外罐能承受的载荷而选择保冷层16的材质及其厚度。
其他实施例中，保冷层16的材质还可以为玻璃纤维改性的硬质泡沫，例如纤维改性的聚氨酯泡沫、纤维改性的酚醛泡沫或纤维改性的聚苯乙烯泡沫，通过玻璃纤维的改性增加了硬质泡沫的强度，进而增加保冷层16的强度。
保冷层16通过粘贴、喷涂或涂刷于外罐罐顶13内侧及吊杆15顶部的外周侧壁而成型。具体地，硬质泡沫现场发泡喷涂，在外罐罐顶13内侧进行喷涂时，保证外罐罐顶13内侧无水珠、无粉尘、无油污和潮气，并且在喷涂施工时，先喷涂一层约5mm的底层，之后每层厚度20mm逐层进行多次喷涂，最终使厚度达到所需要的保冷层16的厚度。
在另一些实施例中，保冷层16的材质还可以是棉毡、泡沫玻璃或沥青，棉毡和泡沫玻璃通过粘贴黏结的方式附着于外罐罐顶的内侧，沥青通过涂刷的方式成型于外罐罐顶的内侧。
对于采用粘贴黏结方式将保冷层16附着于外罐罐顶13时，外罐罐顶13与保冷层16之间还设有粘接层，粘接层覆盖罐顶板的内侧、拱形网架的表面及吊杆15顶部的外周侧壁，以增加保冷层16与外罐罐顶13及吊杆15之间的连接强度。该粘接层能耐低温，并同时在低温下也具有足够的粘接强度。具体地，该粘接层的材质可以为改性环氧胶粘剂或聚氨酯胶粘剂。
粘接层成型时，涂满罐顶板内侧、拱形网架的表面及侧面、吊杆15顶部的外周侧壁。本实施例中，粘接层的厚度为2.5～3mm。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：
本发明的双金属全容低温储罐包括外罐罐顶、内罐罐顶及保冷层，保冷层同时覆盖了罐顶板内侧、拱形网架的表面及吊杆顶部的外周侧壁，因此其不仅隔绝了外罐罐顶与罐内部介质低温蒸发气之间的热量传递，降低了能量损失，同时因保冷层完全覆盖罐顶板，因此罐顶板能够使用常温钢，相较于罐顶板采用低温钢，本发明的双金属全容低温储罐不仅保证了安全性，并且更经济实惠。
同时，保冷层也覆盖了拱形网架，因拱形网架还与吊杆连接，而能够通过吊杆将内罐的低温传递至拱形网架，因此拱形网架虽然还需要考虑低温的影响，但其所采用的低温钢的耐低温等级能够低于直接与低温介质接触的内罐罐顶的低温等级。相较于拱形网架采用与内罐罐顶相同等级的低温钢，本发明降低了材料成本，更经济实惠。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种双金属全容低温储罐，其特征在于，包括：
外罐罐顶，包括拱形网架和覆盖于所述拱形网架顶部的罐顶板；所述拱形网架的材质为低温钢，所述罐顶板的材质为常温钢；
吊杆，其顶端与所述外罐罐顶内侧连接，底端向下延伸；所述吊杆的材质为低温钢；
内罐罐顶，连接于所述吊杆的底端而悬挂连接于所述外罐罐顶的下部；
保冷层，连接于所述罐顶板的内侧，并向下延伸覆盖所述拱形网架的表面及所述吊杆顶部的外周侧壁，且所述保冷层与所述内罐罐顶之间具有高度差，所述保冷层隔绝所述外罐罐顶与罐内部介质低温蒸发气之间热量的传递。
2.根据权利要求1所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述保冷层的厚度为5mm～200mm。
3.根据权利要求2所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述保冷层材质的导热系数为0.025～0.045W/(m·K)。
4.根据权利要求2所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述保冷层材质的密度为30～180kg/m3。
5.根据权利要求2所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述保冷层的材质为硬质泡沫、棉毡、泡沫玻璃或沥青。
6.根据权利要求2所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述保冷层的材质为玻璃纤维改性的硬质泡沫。
7.根据权利要求1所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述外罐罐顶与所述保冷层之间还设有粘接层，所述粘接层覆盖所述罐顶板的内侧、所述拱形网架的底部及所述吊杆顶部的外周侧壁，且所述粘接层耐低温。
8.根据权利要求7所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述粘接层的材质为改性环氧胶粘剂或聚氨酯胶粘剂。
9.根据权利要求1所述的双金属全容低温储罐，其特征在于，所述保冷层通过粘贴、喷涂或涂刷于所述罐顶板的内侧、所述拱形网架的表面及所述吊杆顶部的外周侧壁而成型。
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