一、储罐分类

储罐类型现在通常依据储存规范定义。

1．按容量分类

（1）小型储罐：容量5～50m3，常用于民用燃气汽化站、LNG汽车加气站等场合。

（2）中型储罐：容量50～100m3，常用于卫星式液化装置、工业燃气汽化站等场合。

（3）大型储罐：容量100～，常用于小型LNG生产装置。

（4）大型储槽：容量1000～，常用于基本负荷型和调峰型液化装置。

（5）特大型储槽：容量40000～，常用于LNG接受站。

2．按隔热分类

（1）真空粉末隔热：常用于小型LNG储罐。

（2）正压堆积隔热：广泛用于大中型储罐及储槽。

（3）高真空多层隔热：用于小型LNG储罐。

3．按罐的形状分类

（1）球形罐：一般用于中小型容量的储罐，某些大型LNG储槽也采用球形罐。

（2）圆柱形罐：广泛用于各种容量的储罐。

4．按罐的材料分类

（1）双金属：内罐和外壳均采用金属材料，一般内罐采用耐低温的不锈钢或铝合金，外壳采用黑色金属，目前采用较多的是压力容器用钢。

（2）预应力混凝土罐：大型储槽采用预应力混凝土外壳，内筒采用低温的金属材料。

（3）薄膜型：内筒采用厚度为0.8～1.2mm的36Ni钢。

二、常用小型储罐

1．立式LNG储罐

立式LNG储罐一般为双金属壁结构，带压储存，采用真空粉末隔热。LNG的理论计算日蒸发率为不大于0.27％。流程包括进排液系统、进排气系统、自增压系统、吹扫置换系统、仪表控制系统、抽真空系统、测满系统、安全系统等。

图6-立式LNG储罐结构及流程示意图

A—单向阀；B—防爆膜；D—阻火器；E1～E4—截止阀；G—压力表阀；H—液位仪；L1，L2—液位计阀；M1～M6—放气阀；MV—测满阀；N—紧急切断阀；Pr—增压器；P1～P3—压力表；R—连通阀；S1～S3—安全阀；S4—外壳爆破膜；V1～V10—截止阀；B—防爆膜；W—抽空阀

100m3立式LNG储罐结构及流程见图6-1。该储罐内筒及管道材料采用不锈钢，外筒选用20R压力用钢。内外筒间支撑选用玻璃钢与钢板组合结构，以满足工作状态、运输状态强度及稳定性的要求。内筒内直径为，外筒内直径为。内筒采用标准椭圆形封头，外筒选用标准蝶形封头。操作阀门、仪表均安装在外下封头上，所有从内筒引出的管子均采用套管形式的保冷管段与外下封头焊接结构，以保证管道隔热及对阀门管道的支撑要求。

2．立式LNG子母罐

子母罐是指拥有多个（三个以上）子罐并联组成的内罐，多只子罐并列组装在一个大型外罐（母罐）之中。子罐通常为立式圆筒形，外罐为立式平底拱盖圆筒形。由于外罐形状尺寸过大，不耐外压而无法抽真空，因此为常压罐，粉末（珠光砂）堆积隔热。单只子罐的几何溶剂通常在100～150m3，子罐的数量通常为3～7只，因此可建300～的大型储罐。通常V＝时宜采用子母罐方案。子罐可以设计成压力容器，最大工作压力可达1.6MPa，通常为0.2～1.0MPa。子母罐的优缺点见表6-1。

表6-1子母罐的优缺点

立式LNG子母罐的典型结构见图6-2。

图6-2立式LNG子母罐的典型结构

子母罐的布置应当在满足保冷及安装检验维修的前提下力求结构紧凑，以减少外罐尺寸及占地面积。一般情况下，可用子母罐水平断面面积利用系数η来判定子母罐结构布置的合理性。断面系数η的计算公式如下：

式中A1——子罐罐体横断面面积，m3；

A2——外罐罐体横断面面积，m3。

子母罐中子罐采用支腿式结构。为了减少传热量及运输长度尺寸，支腿在适当高度位置被设置成两段式结构，并在两段连接处设置环氧玻璃钢板阻隔材料，此材料宜采用叠板结构。

3．LNG球罐

低温液体球罐的内外罐均为球状。工作状态下，内罐为内压力容器，外罐为真空外压力容器。夹层通常为真空粉末隔热。球罐的内外球壳板在压力容器制造厂加工成型后，在安装现场组装。球壳板需要专用的加工保证成型，现场安装难度大。球罐的使用范围为200～，工作压力0.2～1.0MPa。容积小于200m3时，以选用在制造厂整体制造完工后的圆筒罐产品为宜；容积超过时，外罐的壁厚太厚，制造的最大困难是外罐。球罐的优缺点

见表6-2。

表6-2球罐的优缺点

三、LNG大型储罐

1．地上圆柱形LNG储罐

地上圆柱形LNG储罐均为双层金属罐，一般采用含镍9％的合金钢，也可为全铝、不锈钢薄膜或预应力混凝土，外壁为碳钢或预应力混凝土。壁顶的悬挂式绝热支撑平台为铝制，罐顶则由碳钢或混凝土制成。罐内绝热材料主要为珠光砂、弹性玻璃纤维毡及泡沫玻璃砖等。根据储罐本体的形式，可分为单容罐、双容罐、全容罐、三重罐和薄膜罐。

1）单容罐

任何一种单容罐均由内罐和外罐设计建造而成，仅要求内罐符合储存产品所需的低温延展性；外罐主要用于隔热层的稳固和保护、约束吹扫蒸气的压力，而不用于储存意外从内罐泄漏的冷冻液体。

单容罐通常由一条低底板环绕用来储存泄漏的液体。

单容罐的内壁材料根据ASTM 制造的自立式耐用低温钢（9％镍钢），外壁材料为ASTM A516M 碳钢，内外壁之间填充保温材料。在金属罐外加有混凝土围堰，用于防止在主容器发生事故时LNG外溢扩散。围堰的高度取决于罐容的大小和围堰距罐壁的距离等。

单容罐的基本结构如图6-3所示。

图6-3单容罐的基本结构

通常，采购方会根据建厂条件对储罐的直径和高度做出限定。如果由设计人员自由确定内罐几何尺寸，则最经济的储罐尺寸要求内罐保冷表面面积最小。令内罐高度为h，内罐半径为r，则：

面积最小：

式中V——内罐容积，m3；

A——内罐表面积，m2；

r——内罐半径，m；

h——内罐高度，m。

在确定内罐容积前，应考虑以下因素：正常操作容积、场地对储罐高度及直径的限制、卸船作业时船上泵出口压力对储罐高度的限制、基础承载力、由于地震造成的液面晃动所留出的顶部自由空间、泵吸入口高度、高低液位报警的反应时间等。

外罐的几何尺寸要保证有足够的空间容纳保冷材料，有足够的空间允许施工人员出入，有足够的空间允许施工机具出入。

虽单容罐造价相对较低，施工周期较短，但大直径的单容罐设计压力相应较低，规范中推荐这种罐的设计压力小于14kPa，直径为70～80m时已经难以达到，（最大操作压力约为12kPa）。因此，蒸发气体的回收压缩系统需要较大的功率，增加投资与操作费用，且易泄漏；根据规范要求单容罐罐间安全防护距离较大，并需设置防火堤，增加了占地及投资；周围不能有其他重要设备，对安全检测和操作要求较高；由于外罐材料是普通碳钢，需要严格的防腐。由于单容罐安全性低，近年来LNG生产厂及接收站已较少使用。

2）双容罐

双容罐的内罐和外罐均设计建造为能够独立储存冷冻液体。为了使溢出液体泄漏最少，外罐或罐壁与内罐的距离不得超过6m。

内罐在正常操作条件下储存冷冻液体。外罐或罐壁用于储存内罐中泄漏的冷冻液体，而不储存内罐中液体泄漏的蒸气。

双容罐内壁为9％镍钢，外壁材料可为9％镍钢或预应力混凝土，内外壁之间填充保温材料。当内壁破裂时外壁仍应具有足够强度承担储罐的设计载重，所以不设围堰。

双容罐的基本结构如图6-4所示。

按照图示，单容罐的低且远离罐的底板变成了双容罐的高且离罐近的底板。需要指出的是，外罐壁可采用低温钢或混凝土、泥砂材料制成。实际上，通常由超正常危险阻力选择预应力罐壁。为了抵抗因内罐泄漏产生的液体静力学压力，预应力罐壁将再加一层土堤来预加应力。从图中可看出，无顶混凝土外罐与储罐筒体等高，即使金属罐内LNG泄漏也不至于扩大泄漏面积，只有少量LNG向上空蒸发。因此，双容罐安全性比单容式储罐好。

图6-4双容罐的基本结构

双容罐的设计压力较低，需设置返回气鼓风机。双容罐的投资高于单容罐，其施工周期也比单容罐略长。

3）全容罐

内罐、外罐均设计建造为能独立储存冷冻液体的罐叫做全容罐。全容罐外罐或罐壁与内罐的距离应在1～2m之间。

内罐容纳正常工作状态下的冷冻液体。外拱顶由外罐支撑。内罐既能储存冷冻液体，又能控制液体泄漏产生的蒸气的排气量。

全容罐内壁为含镍9％的合金钢、不锈钢薄膜（全容薄膜罐）或预应力混凝土，外壁为预应力混凝土。此类储罐在金属罐外有一带顶的全封闭混凝土外罐，金属罐泄漏的LNG只能在混凝土外罐内而不致外泄。

在以上三种地上式储罐中，全容罐安全性最高，造价也最高，流行于欧美。目前我国正在建设或已经投入使用的均为全容LNG储罐。

全容罐的基本结构如图6-5所示。

图6-5全容罐的基本结构

热力学边角保护是防止泄漏保持隔热的一种装置，允许罐壁抵抗流体静力学冲击，而不需要对流体在罐壁和罐底连接部位垂直面积上增加热力学作用，仍然可避免泄漏情况下罐底下面的地面冻结。一旦发生较小的泄漏，如果环形空间的水平线没有上升到比边角保护位置高，这种装置可避免外罐任何破坏。

为了防止LNG蒸气的溢出和水的进入，所有的混凝土表面应由蒸气密闭衬管覆盖，用钢或涂层均可以。钢拱顶的顶端表面是衬管，也是混凝土拱顶的盖板，可加强混凝土强度。

有时只能使用钢板做拱顶。当不关心外部危险（冲击，爆炸）的时候，可以这样做。这种情况下罐顶部如图6-6所示。

4）薄膜罐

未定义薄膜罐。中给出了描述性说明。因此，设计薄膜罐没有合适的准则可依据，由制造商和购买商协商制造。

薄膜罐的基本结构如图6-7所示。

图6-6全容罐的罐顶结构

图6-7薄膜罐的基本结构

薄膜罐的内罐为不锈钢薄膜，外罐为预应力混凝土，这种形式储罐的特点是内罐只起到“包容”LNG的作用，外罐承受LNG的压力。对防火和安全距离的要求与全容罐相同。与双容罐和全容罐相比，它只有一个筒体。薄膜罐操作灵活，因不锈钢内膜很薄，没有温度梯度的约束，安全性能较好，且单罐容量可以很大（最大可达20×104m3），目前在地上式储罐中应用最为广泛。

主容器由厚度为1.2～2mm的波纹不锈钢薄层制成的。做成纹状的目的在于补偿低温情况下不锈钢的热力学收缩。

在最新一代薄膜罐中，增加了与全容罐边角保护作用相同的二次流体隔板。一旦薄膜发生泄漏，这层隔板将避免液体流到罐壁和罐底的混凝土储罐内。

薄膜与隔热层板间的空间充满了氮气，用于泄漏保护系统。

混凝土罐是一个可抵抗内部的和外部荷载的结构容器。混凝土罐内部被一个防潮层（乳香脂）覆盖，可阻止水进入绝缘材料中。

5）三重罐

三重罐的主要内罐和第二层内罐皆为自立式耐低温钢（9％镍钢），最外层壁为碳钢或预应力混凝土。这种形式储罐最大的优点是当主要内罐破裂时，第二层内罐仍可发挥内罐的功能，而且罐体外壁仍不产生冻结现象。

2．地下式储罐

地下式储罐原则上要进行大的混凝土开挖，并用隔热薄膜覆盖罐壁和罐底。

地下式储罐除罐顶外，罐内储存的LNG最高液面在地面以下，罐体坐落在不透水稳定的地层上。常用的内壁材料主要为9％镍钢、不锈钢或铝合金；隔热层材料为珍珠岩、硬质聚氨酯泡沫塑料；内外层之间填充绝热材料和氮气；罐顶一般呈圆弧形，为普通钢材；外罐通常采用钢筋混凝土壁和预应力混凝土壁。地下式液化天然气储罐具有容积大、占地面积小、多个储罐可紧密布置、不影响环境、安全性高、抗震性能强、耐久性和密封性好、具有防灾害性事故的功能等优点，适宜建造在人口密集地区和海滩回填区上，但投资大，建设周期长。

地下式储罐设计主要需要解决的问题是土壤和地下水压情况下罐的稳定性。根据地段土壤条件的不同，设计可进行调整。根据地下水位和土壤底层的渗透性、底板的总载重（厚度可达6～10m）、地下水的排水、冻结土壤或通过上述几个解决方案的组合来稳定土壤。

混凝土罐壁是加强型的，不是预应力的，并且在地表超压情况下比任何地上罐更坚固，如图6-8所示。

LNG地下式储罐采用圆柱形金属罐，钢筋混凝土外罐，能承受自重、液压、地下水压、罐顶、温度、地震等载荷。内罐的金属薄膜紧贴在罐体内部，金属薄膜在-162℃具有液密性，能承受LNG进出时产生的液压、气压和温度的变动，同时还具有充分的疲劳强度，通常制成波纹状。

图6-8地下式储罐

1—槽顶；2—储槽底板；3—底部加热器；4—砂砾层；5—砂浆层；6—侧加热器；7—侧壁；8—薄膜；9—隔热层

3．地下坑储罐

在地下坑储罐的设计中，要完成大型混凝土挖掘，在内部安装全容罐或薄膜罐。类似于地下式储罐，只是地下坑储罐钢筋混凝土外层与土层不直接相接，而是另外使用钢筋混凝土构筑一坑体，使储罐居其中间，如图6-9所示。地下罐设计中必须考虑土壤的稳定性，可通过载重型底板或排水来解决。