一種lng儲罐的氮氣置換系統的製作方法
2023-05-17 21:46:56
一種lng儲罐的氮氣置換系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種LNG儲罐的氮氣置換系統。它包括氮氣進氣管道、內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統、罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道和罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道；氮氣進氣管道沿LNG儲罐的內罐的壁板延伸至內罐的底部；內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統設置於LNG儲罐的頂部；罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道沿LNG儲罐的罐壁保溫層內延伸至罐底泡沫玻璃磚保溫層上部混凝土找平層內；罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道沿LNG儲罐的罐壁保溫層延伸至罐底保溫層內；罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道設於罐底保溫層的下部混凝土找平層槽道中。本實用新型LNG儲罐的氮氣置換系統，在內罐氮氣置換完成後，可以同時開始環形空間和罐底上部、下部氮氣置換，N2氣流量增加，加快了乾燥惰化速率。
【專利說明】一種LNG儲耀的氮氣置換系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種LNG儲罐的氮氣置換系統，屬於液化天然氣儲存領域。
【背景技術】
[0002]無論是天然氣液化工廠，還是LNG接收終端，LNG儲罐的投資均佔有較高的比重，尤其是在LNG接收終端中，儲罐的投資約佔其總投資的30?40 %，可見LNG儲罐是整個LNG產業鏈中的一個非常重要組成部分。
[0003]液化天然氣(LNG)常壓(表壓力小於50kPa)低溫(_162°C )儲存於大型LNG全容罐內，由於與超低溫LNG接觸，若儲罐罐底、罐壁、內罐存在水蒸氣，則在低溫環境下容易使得儲罐底部、壁和頂處絕熱材料保冷效果失效，水蒸氣低溫下在內罐裡面也形成「冰」塊，容易帶來罐內潛液泵入口處堵塞因而造成泵損壞等現象。因此在LNG儲罐開車預冷前，需要利用高純度的N2置換罐內水蒸氣；同時儲存介質為烴類(LNG)，因此也需要N2在置換水蒸氣同時置換出罐內氧氣，使儲罐裝液前惰化。
[0004]歐洲標準EN14620、國標GB/T 26978規定，對於大型LNG全容儲罐，內罐和吊頂上部空間須乾燥至露點溫度低於_20°C，惰化至最大氧含量9%。對於環形空間，必須乾燥至露點溫度低於-10°C，最大氧含量9%。罐底氮氣置換後比初始露點測量值低10°C，最大氧含量9%。
[0005]一般LNG項目考慮施工便利，且罐底下部氮氣置換管道一般為直管布置，預埋在保冷層最下方找平層或幹沙中。傳統氮氣置換方案的缺點在於氮氣管道出孔太少，尤其是在選擇混凝土找平層後，氮氣置換階段難度非常大。儲罐底部泡沫玻璃磚絕熱層上、下部都是混凝土找平層，罐底在氮氣置換過程中，混凝土分子中不斷滲出水分子蒸汽，後期，氮氣置換氣流帶出的水蒸氣和罐底混凝土找平層中不斷滲出的水蒸氣形成動態平衡，一般的罐底氮氣置換系統很難使得絕熱層達到好的水氣置換效果，因此使得LNG儲罐投產後，罐底保冷層材料一般很難達到最優的使用性能效果。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的是提供一種LNG儲罐的氮氣置換系統，本實用新型系統可用於現場組裝的立式圓筒平底式LNG(液化天然氣)常壓儲罐(表壓力小於50kPa)開車預冷前乾燥和惰化(氮氣置換罐內水蒸氣、氧氣)。
[0007]本實用新型所提供的LNG儲罐的氮氣置換系統，包括氮氣進氣管道、內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統、罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道和罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道；
[0008]所述氮氣進氣管道沿LNG儲罐的內罐的壁板延伸至所述內罐的底部，所述氮氣進氣管道上設有若干個開孔；
[0009]所述內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統設置於LNG儲罐的頂部；
[0010]所述罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道沿LNG儲罐的罐壁保溫層內延伸至罐底泡沫玻璃磚保溫層上部混凝土找平層內；
[0011]所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道沿LNG儲罐的罐壁保溫層延伸至罐底保溫層內，所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道上設有若干個開孔；所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道設於所述罐底保溫層的下部混凝土找平層槽道中。
[0012]所述的氮氣置換系統中，所述罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道於所述罐底保溫層內的部分為直管，所述直管上設置若干個開孔；
[0013]將該部分設置成直管的原因是:上部工作環境處於_162°C左右，若為環狀，就會和周圍包裹管道的混凝土因為低溫下不同材料低溫收縮量不一樣導致兩種材料低溫收縮撕裂管道或找平層混凝土；
[0014]所述開孔外纏繞有透氣玻璃布，避免外部混凝土等其它雜物進入。
[0015]所述的氮氣置換系統中，所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道於所述罐底保溫層內的部分為環形管道，所述環形管道上設置若干個開孔；
[0016]將該部分設置成環形管道的原因是:由於其處於環境溫度工作環境，和槽道周圍的混凝土都處於環境溫度，不會導致不一樣的收縮量；所以該環形管道的設置不會造成低溫下混凝土擠壓底部置換管道系統的情況。
[0017]所述開孔外纏繞有透氣玻璃布。
[0018]所述的氮氣置換系統中，所述環形管道布置於LNG儲罐罐底保溫層內的找平層槽道中，該設置不會造成低溫下混凝土擠壓底部置換管道系統的情況。
[0019]所述的氮氣置換系統中，所述內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統為一手動放空閥。
[0020]本實用新型氮氣置換系統適用於現場組裝的立式圓筒平底式LNG儲罐，其主體結構由以下幾個部分組成:樁承臺基礎；預應力混凝土外罐；內罐；鋁吊頂結構(含吊頂保溫層)；罐底保溫層；罐壁保溫層；熱角保護系統(TCP)。
[0021]本實用新型氮氣置換系統具有以下特點:
[0022]I)傳統LNG全容罐罐底一般布置I道氮氣置換管道系統，本實用新型置罐底保溫層上部N2乾燥置換、罐底保溫層下部N2乾燥置兩套氮氣置換系統，在內罐氮氣置換完成後，可以同時開始環形空間和罐底上部、下部氮氣置換，N2氣流量增加，加快了乾燥惰化速率；
[0023]2)傳統LNG全容罐底部氮氣置換管道一般為直管布置，預埋在保冷層最下方找平層或幹沙中。傳統氮氣置換方案缺點在於管道氮氣管道出孔太少，尤其是在選擇混凝土找平層後，氮氣置換階段難度非常大。儲罐底部泡沫玻璃磚絕熱層上、下部都是混凝土找平層，罐底在氮氣置換過程中，混凝土分子中不斷滲出水分子蒸汽，後期，氮氣置換氣流帶出的水蒸氣和罐底混凝土找平層中不斷滲出的水蒸氣形成動態平衡，一般的罐底氮氣置換系統很難使得絕熱層達到好的水氣置換效果，因此使得LNG儲罐投產後，罐底保冷層材料一般很難達到最優的使用性能效果。
[0024]而本實用新型底部N2置換系統採用罐底保冷中管道環形布置方式，直接把環形管道布置在底層找平層槽道中，環形管道布置多數量的小孔(小孔外面可用透氣玻璃布纏繞)以加強底部氮氣氣流交換強度。
[0025]3)本實用新型底部N2置換系統採用罐底保冷中管道環形布置方式，環形管道布置在底層找平層(可掏專用槽道布置)中，內罐在裝LNG工況，由於隔著一層罐底絕熱層，底部找平層溫度處於接近環境溫度，因此環形管道布置在底層找平層中不用擔心由於不同熱線性膨脹係數在低溫下混凝土擠壓底部置換管道系統。
[0026]4)本實用新型可在同等外部條件、置換N2流速下大大縮短了大型LNG儲罐開車前乾燥惰化時間。相對於傳統布置方法，本實用新型中罐底保溫層下部管道為環形布置，所以開孔數量遠遠多於傳統的直管布置。所以理論上氮氣置換氣流加快(一般而言，16萬方大型LNG全容儲罐乾燥惰化時間為3周左右，但罐底保冷層乾燥用時為10天-14天，花費時間最長，所以本實用新型改進了底部置換管道結構為環狀布置)，所以加快了整個儲罐氮氣置換時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型大型LNG儲罐及N2乾燥置換系統結構示意圖。
[0028]圖2為本實用新型實施例中LNG儲罐的罐底保溫層結構示意圖。
[0029]圖3為本實用新型N2乾燥置換系統中罐底保溫層上部N2乾燥置換管道結構示意圖。
[0030]圖4為本實用新型N2乾燥置換系統中罐底保溫層下部N2乾燥置換管道結構示意圖。
[0031]圖5為本實用新型N2乾燥置換系統在氮氣置換期間的氮氣氣流流向圖。
[0032]圖中各標記如下:
[0033]I樁承臺基礎、2預應力混凝土外罐、3內罐、4鋁吊頂結構(含吊頂保溫層)、5罐底保溫層、6罐壁保溫層、7熱角保護系統(TCP)、8內罐氮氣乾燥置換用罐頂手動放空閥、9氮氣進氣管道、10罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道、11罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道、12上層混凝土找平層、13泡沫玻璃磚承壓保溫層、14下部混凝土找平層。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明，但本實用新型並不局限於以下實施例。
[0035]如圖1所示，為本實用新型提供的氮氣置換系統與LNG儲罐配合的結構示意圖，該LNG儲罐的主體結構由下述7個部分組成:樁承臺基礎I ;預應力混凝土外罐2 ;內罐3 ;鋁吊頂結構(含吊頂保溫層)4 ;罐底保溫層5 ;罐壁保溫層6 ;熱角保護系統(TCP)7。其中，罐底保溫層5包括上層混凝土找平層12、泡沫玻璃磚承壓保溫層13和下部混凝土找平層14。本實用新型氮氣置換系統包括氮氣進氣管道9、內罐氮氣乾燥置換用罐頂手動放空閥8、罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道10和罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道11。
[0036]如圖1、圖2和圖5所示，氮氣進氣管道9為一不鏽鋼管道，其沿LNG儲罐的內罐3的壁板延伸至內罐的底部上，在該氮氣進氣管道9上設有多個開孔，以便N2氣流流入罐內。內罐氮氣乾燥置換用罐頂手動放空閥8設置於LNG儲罐的頂部，將置換後的水蒸氣、氧氣的混合氣體排放到大氣中。
[0037]如圖1、圖2和圖5所示，罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道10沿LNG儲罐的罐壁保溫層6內延伸至罐底保溫層的上層混凝土找平層12內，且置於找平層槽道內，其為不鏽鋼管道，且置於上層混凝土找平層12內的管道部分為直管，管道上開設若干開孔，開孔表面纏繞透氣玻璃布,如圖3所示。
[0038]如圖1、圖2和圖5所示，罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道11沿LNG儲罐的罐壁保溫層6內延伸至罐底保溫層內的下層混凝土找平層14內，且置於找平層槽道內，其為不鏽鋼管道，且置於下層混凝土找平層14內的管道部分為環形管道，環形管道上開設若干開孔，開孔表面纏繞透氣玻璃布，眾多開孔加快了罐底保溫層氮氣置換流速，可以加快氮氣乾燥惰化時間，開孔表面玻璃布可以防止槽道混凝土或其它雜物堵塞小孔，如圖4所示。
[0039]下面詳細說明本實用新型氮氣置換系統的置換過程:
[0040]I)氮氣進氣管道9的作用
[0041]惰化置換用氮氣一般通過施工現場臨時液氮汽化裝置獲得，置換過程中氮氣實際流量控制在流量500?2000Nm3/h期間。打開手動球閥，氮氣上罐通過氮氣進氣管道9流入到內罐3中。
[0042]2)內罐氮氣乾燥置換用罐頂手動放空閥8的作用
[0043]氮氣流入內罐3後，首先開始內罐乾燥惰化，打開內罐氮氣乾燥置換用罐頂手動放空閥8，將罐內置換後的帶水蒸氣、氧氣的混合氣體排放到大氣中。
[0044]置換開始後，對氧氣成分和系統中的露點進行監視(「露點」是熱力學術語，一般露點越低說明空氣中含有水蒸氣越少，越乾燥)，當內罐和吊頂上部空間須乾燥至露點溫度低於-20°C、最大氧含量低於9%後關閉罐頂手動放空系統，開始後續的環形空間、罐底乾燥置換、惰化。
[0045]3)罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道10的作用
[0046]當內罐中心部位露點、氧含量乾燥惰化達到要求後，關閉頂部手動放空系統，開始環形空間和罐底上部、下部保溫層乾燥置換。
[0047]氣流從吊頂擴散到環形空間，再流動到罐底保溫層處，氣體通過管道氣孔流入到罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道10中，氣流再最後流出到環境大氣，置換開始後，對氧氣成分和系統中的露點進行監視，乾燥至露點溫度低於-10°c時停止罐底保冷層上部乾燥置換。
[0048]4)罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道11的作用
[0049]罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道10和罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道11同時開始氮氣置換，氣體通過底部環形管道開氣孔流入到罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道11中，再最後流出到環境大氣。置換開始後，對氧氣成分和系統中的露點進行監視，記錄開始前露點，當置換後測量露點比初始露點測量值低10°c時停止置換。
【權利要求】
1.一種LNG儲罐的氮氣置換系統，其特徵在於:所述氮氣置換系統包括氮氣進氣管道、內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統、罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道和罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道； 所述氮氣進氣管道沿LNG儲罐的內罐的壁板延伸至所述內罐的底部，所述氮氣進氣管道上設有若干個開孔； 所述內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統設置於LNG儲罐的頂部； 所述罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道沿LNG儲罐的罐壁保溫層內延伸至罐底泡沫玻璃磚保溫層上部混凝土找平層內； 所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道沿LNG儲罐的罐壁保溫層延伸至罐底保溫層內，所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道上設有若干個開孔；所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道設於所述罐底保溫層的下部混凝土找平層槽道中。
2.根據權利要求1所述的氮氣置換系統，其特徵在於:所述罐底保溫層上部氮氣乾燥置換管道於所述罐底保溫層內的部分為直管，所述直管上設置若干個開孔； 所述開孔外纏繞有透氣玻璃布。
3.根據權利要求1或2所述的氮氣置換系統，其特徵在於:所述罐底保溫層下部氮氣乾燥置換管道於所述罐底保溫層內的部分為環形管道，所述環形管道上設置若干個開孔； 所述開孔外纏繞有透氣玻璃布。
4.根據權利要求3所述的氮氣置換系統，其特徵在於:所述環形管道布置於LNG儲罐罐底保溫層內的找平層槽道中。
5.根據權利要求4所述的氮氣置換系統，其特徵在於:所述內罐氮氣乾燥置換用罐頂放空系統為一手動放空閥。
【文檔編號】F17C13/00GK204176327SQ201420568514
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】張超, 揚帆, 屈長龍, 陳銳瑩, 段品佳, 肖立 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油氣電集團有限責任公司