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        船用液化天然氣儲罐結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

        2018-02-02 15:14:09顧建輝
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2018年2期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        顧建輝

        摘 要:液化天然氣儲存罐是一種重要的特種設(shè)備,顧名思義,這種儲罐主要是用來對液化形態(tài)的天然氣進(jìn)行儲存,在將這種儲罐進(jìn)行使用之前,技術(shù)人員需要對其進(jìn)行多種現(xiàn)場測試,以保證其能夠?qū)崿F(xiàn)安全存儲天然氣的使用目的。船舶之中應(yīng)用的存放液化天然氣資源的儲罐與常規(guī)的容器有所不同,船舶系統(tǒng)對儲罐提出了更多的設(shè)計(jì)需求,因此技術(shù)人員需要與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行積極配合,優(yōu)化儲罐的基本結(jié)構(gòu),使其儲罐可以被更好的應(yīng)用,本文對其結(jié)構(gòu)以及其他部分的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行研究。

        關(guān)鍵詞:船用LNG儲罐;動力船;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

        中圖分類號:TE972 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        船舶事業(yè)的發(fā)展目標(biāo)不斷改變,船舶設(shè)計(jì)人員不僅需要提升船舶的運(yùn)輸速度,同時(shí)還需要對船舶系統(tǒng)的使用性能不斷進(jìn)行改進(jìn),降低船舶運(yùn)行過程之中產(chǎn)生的污染,更換原有船舶應(yīng)用燃料,通過清潔能源來凈化船舶的運(yùn)行環(huán)境,常用的能源之一就是液化天然氣,雖然這種燃料起到降低污染的運(yùn)行目的,但是對其進(jìn)行儲存的時(shí)候,需要借助專業(yè)的容器,否則無法有效儲存液化狀態(tài)的天然氣,本文根據(jù)對這種儲罐的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),對其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作情況進(jìn)行研究,希望可以給液化天然氣資源儲罐的設(shè)計(jì)工作提供參考。

        1 結(jié)構(gòu)概述

        船舶系統(tǒng)之中應(yīng)用的LNG儲罐的結(jié)構(gòu)比較特殊,從儲罐的整體來看,其屬于一種臥式容器,主要結(jié)構(gòu)包括兩部分,即外殼與內(nèi)部容器。這種容器與常規(guī)的用來儲存粉末物質(zhì)的絕熱儲存槽具有一定的相似之處。其加層部位被放置了帶有絕熱性質(zhì)的珠光砂,借助抽取真空來實(shí)現(xiàn)絕熱功能。其內(nèi)部容器主要的作用使對介質(zhì)進(jìn)行存儲,是承受壓力的主要部件,一般為不銹鋼材質(zhì),設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用的材料必須要達(dá)到相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范給出的標(biāo)準(zhǔn)。

        為了對存儲介質(zhì)出現(xiàn)的晃動情況進(jìn)行預(yù)防,內(nèi)容器的內(nèi)部需要安裝防波板,降低介質(zhì)的沖擊力。結(jié)構(gòu)之中的外殼主要是對外壓進(jìn)行承受,設(shè)計(jì)人員需要將操作管路體系設(shè)計(jì)好,將各種管道進(jìn)行合理排布,同時(shí)將測真空口、抽真空口以及外殼防爆口設(shè)計(jì)好。

        2 設(shè)計(jì)流程

        對于船用的儲存LNG的儲罐的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,可以直接參考常規(guī)的儲罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,但是需要在開展安全監(jiān)測活動的時(shí)候,對溫度情況進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測工作一般是借助遠(yuǎn)程操作完成的。

        充裝流程:從 CZ-2 開始,可從 AV-1 與 AV-2進(jìn)行上下或同時(shí)充液,根部閥常開;自增壓流程:CZ-4 接增壓器入口,CZ-1 接增壓器出口;排液流程:液體從儲罐底部進(jìn)行排液,通過 CZ-5 與外部汽化器進(jìn)行連接;排放流程:安全排放包括手動與自動放空排放,手動為 V-5,自動主要通過兩個(gè)獨(dú)立安全閥進(jìn)行;溢流流程:溢流主要通過閥門 V-7,當(dāng)設(shè)置有冷箱時(shí),宜為氣動緊急切斷閥;液位壓力流程:其主要是就地顯示儲罐中的液位與壓力參數(shù),為流程中的 LI 與 PG 顯示,以及進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示與控制而預(yù)留的 j-1~j-4 接口。進(jìn)行遠(yuǎn)程顯示與控制而預(yù)留的 j-1~j-4 接口。

        3.設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        對于這種儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況有所了解之后,設(shè)計(jì)人員需要對具體的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行明確,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面,設(shè)計(jì)人員只有先打到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,才能保證儲罐在船舶系統(tǒng)之中能夠有更好的應(yīng)用。

        3.1 材質(zhì)要求

        設(shè)計(jì)人員在對儲罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,首先需要對結(jié)構(gòu)應(yīng)用的材料進(jìn)行確定,選用符合相關(guān)的設(shè)備規(guī)范的材料,避免將劣質(zhì)的材料添加到儲罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中。在對結(jié)構(gòu)之中的外殼部分進(jìn)行選擇的時(shí)候,設(shè)計(jì)人員需要注意內(nèi)部容器給外殼帶來的影響,由于內(nèi)容器的幾個(gè)常用開口都會比儲罐的最高液位更高,因此設(shè)計(jì)人員需要盡量避免使用耐低溫材料,設(shè)計(jì)人員需要按照設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行儲罐的材料采集工作。

        3.2 工作壓力設(shè)定

        對于海船,其MARVS不大于 1.0MPa;對于內(nèi)河船,其MARVS則不大于 1.2MPa,依據(jù)此規(guī)定,可知相應(yīng)船舶的最大允許工作壓力,從而可確定其初步設(shè)計(jì)壓力值。

        3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力應(yīng)力分析

        設(shè)計(jì)人員還需要對材料的幾方面應(yīng)力情況進(jìn)行明確。其應(yīng)力設(shè)計(jì)項(xiàng)目包括材料的基本許用應(yīng)力與儲罐的基本應(yīng)力。

        設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)船舶運(yùn)行的基本情況,對罐體的各種情況進(jìn)行研究,包括罐體內(nèi)部應(yīng)用的支撐件以及其他部件的基本使用情況,需要測試的內(nèi)容有疲勞情況、有限元強(qiáng)度等,設(shè)計(jì)人員還需要對管道在特殊的低溫環(huán)境之下的熱應(yīng)力情況進(jìn)行研究,可以將溫度調(diào)節(jié)到-110℃。

        3.4 荷載設(shè)計(jì)

        儲罐在船舶之中需要承受的荷載是多方面的,包括外壓、內(nèi)壓以及相應(yīng)的熱載荷情況等,同時(shí)還會受到船體搖晃的影響,船舶在運(yùn)行的時(shí)候,船體難以維持絕對的穩(wěn)定,橫傾的靜態(tài)荷載也會給儲罐帶來一定的影響,設(shè)計(jì)人員需要將儲罐受到的來自水平方向、垂直向下以及垂直向上的載荷情況都考慮到。

        3.5 絕熱層設(shè)計(jì)

        在儲罐的主體結(jié)構(gòu)之中,設(shè)計(jì)人員還需要對絕熱層展開設(shè)計(jì),船舶使用的儲罐需要對船舶體系提出的使用要求進(jìn)行滿足,需要滿足常規(guī)運(yùn)行情況之下的額定沖撞率以及工作壓力,如果主要推進(jìn)的氣體燃料沒有保持持續(xù)供應(yīng),儲罐內(nèi)部的壓力就需要被控制好,需要使其保障在壓力釋放閥給定的特殊壓力之下,這種維持活動需要開展15天。開展絕熱層設(shè)計(jì)工作的時(shí)候,設(shè)計(jì)人員必須要對材料的沉降問題進(jìn)行避免,防止船舶在出現(xiàn)大幅度震動之后,給儲罐的絕熱層造成影響,常見的絕熱層問題包括局部結(jié)霜以及局部結(jié)露情況。

        3.6 管路基本結(jié)構(gòu)分析

        儲罐內(nèi)部的管路設(shè)計(jì)工作也是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容,管路首先需要對溫度差異應(yīng)力設(shè)計(jì)要求進(jìn)行滿足,還需要對管路結(jié)構(gòu)的特殊注意要求有所明確,一些被應(yīng)用于其他環(huán)境之中的容器可以直接將接管承插與管座進(jìn)行焊接,但是儲存液化天然氣儲罐是不能如此使用的,只能采取對接結(jié)構(gòu),在管路之中應(yīng)用的閥門部件也不選取具有螺紋結(jié)構(gòu)的,一般會選用法蘭這種紅連接方法進(jìn)行連接。如果使用螺紋結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)人員需要選用外徑不大于25mm的儀表管路以及輔助型的管路。

        3.7 閥門儀表設(shè)計(jì)分析

        對于船用 LNG 儲罐的氣相、液相管路,應(yīng)設(shè)計(jì)為手動截止閥與緊急切斷閥串聯(lián)的結(jié)構(gòu),或一只具備手動操作和自動切斷功能的組合閥。當(dāng)采用串聯(lián)閥組時(shí),其截止閥盡可能靠近儲罐。同時(shí),對于其溢流閥結(jié)構(gòu),不允許就地直接排放,需引至安全地帶進(jìn)行排放。儲罐設(shè)置需兩套獨(dú)立的壓力釋放閥。

        3.8 其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        由于儲罐之中儲存的物質(zhì)極為特殊,液化狀態(tài)的天然氣還有易爆、易燃的性質(zhì),因此監(jiān)控工作必須要到位,主要是為了保證船員的安全,以此保證儲罐的溫度、液位以及壓力情況都被有效鎖定,監(jiān)控方法一般選用遠(yuǎn)程監(jiān)測法。

        結(jié)語

        天然氣作為重要的清潔能源,在很多行業(yè)之中都被大量應(yīng)用,液化天然氣使其應(yīng)用范圍被進(jìn)一步擴(kuò)展,船舶之中使用的LNG儲罐具有的結(jié)構(gòu)相對比較特殊,設(shè)計(jì)人員需要將這種儲罐與常規(guī)的儲罐進(jìn)行區(qū)分,按照設(shè)計(jì)規(guī)范對專門被應(yīng)用于船舶的之中的LNG儲罐進(jìn)行優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì),使儲罐在被使用時(shí)可以保持更高的可靠度,當(dāng)前應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法還有一定的缺陷,設(shè)計(jì)人員可以對相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),使其結(jié)構(gòu)更加適合存儲LNG,從而使船舶在完成運(yùn)輸任務(wù)的時(shí)候,能夠具有更高的環(huán)保水平。

        參考文獻(xiàn)

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