大型低温双金属全容储罐高径比对主体材料用量及日蒸发率的影响研究

余 涛,张 诚,万 娟,向海云

 （中国石油工程建设有限公司西南分公司，四川 成都 610041）

摘  要：全容罐作为低温液体储运系统的重要组成部分，因其技术难度大，投资成本高，一直是工程技术人员重点关注的对象。随着低温储罐朝着大型化的方向发展，储罐主体材料用量及蒸发气体量将急剧增加。对于同一容积的全容罐，不同的高径比（内罐液位与直径之比）直接影响储罐的具体结构尺寸，为了节约储罐建造成本及后期运行成本，本文通过对不同容积的全容罐高径比变化所需主体材料用量及对日蒸发率的影响进行计算、比较、分析，针对目前国内经常采用的碳钢罐顶全容罐，总结出了30000m3及以下全容罐，高径比越大，建设和运行成本越低，30000m3以上全容罐，高径比越小，建设和运行成本越低，同时，储罐高径比变化对蒸发率的影响比较小，可以忽略的结论。对大型低温储罐的设计、建造及后期运行成本评估具有一定的参考意义。

关键词：全容罐；高径比；主体材料；蒸发率   

Research on the Influence of Height to Diameter Ratio on the Consumption of Main Materials and Daily Evaporation Rate of Large Low Temperature Bimetal Full Capacity Storage Tanks

YUTAO  WANJUAN  ZHANGCHENG  XIANGHAIYUN

Southwest Company of China Petroleum Engineering&Construction Corporation,Chengdu 610041,China

Abstract: As an important part of cryogenic liquid storage and transportation system, full capacity tank has always been the focus of engineers and technicians due to its high technical difficulty and high investment cost.With the development of low-temperature storage tanks towards large-scale, the consumption of main materials and the amount of evaporation gas will increase sharply.For a full-capacity tank with the same volume, different height-diameter ratios (ratio of liquid level to diameter of the inner tank) directly affect the specific structural dimensions of the tank,In order to save storage tank construction costs and later operating costs, this article calculates, compares, and analyzes the amount of main materials required for changes in the aspect ratio of full capacity tanks of different volumes and their impact on daily evaporation rate,in response to the commonly used carbon steel tank top full capacity tanks in China, a conclusion has been drawn that for tanks with a height to diameter ratio of 30000m3 and below, the higher the height to diameter ratio, the lower the construction and operation costs. For tanks with a height to diameter ratio of 30000m3 and above, the smaller the height to diameter ratio, the lower the construction and operation costs. At the same time, the impact of changes in the height to diameter ratio of tanks on the evaporation rate is relatively small and can be ignored. It has certain reference significance for the design, construction, and later operation cost evaluation of large low-temperature storage tanks.

 Key words:Full capacity tank；Height-diameter ratio；Main material；Evaporation rate

0. 前言

随着现代工业的发展及对储运系统安全性研究的深入，低温储罐越来越朝着大型化、安全化的方向发展。低温双金属全容储罐作为低温储罐的一种结构型式，因其外罐具有存储低温液体及蒸发气（BOG）的能力，储罐不需要单独设置围堰系统，因此该类型储罐具有占地面积小，投资成本低，安全性高等优点，且针对目前工业社会中大部分的低温可燃液体，如乙烷、乙烯、丙烯、液化天然气（LNG）等均适用。

大型低温双金属全容储罐作为储运系统的重要组成部分，因其技术难度大，投资成本高，一直是工程技术人员重点关注的对象[1-2]。随着低温储罐朝着大型化的方向发展，储罐主体材料用量及后期运行中产生的BOG量将急剧增加，以10000m3和50000m3LNG储罐为例，每日蒸发量分别约为4800Nm3和24000Nm3BOG气体，更多的BOG意味着需要更大的压缩机，使设备投资和能源消耗增大，因此，研究储罐结构尺寸与主体材料用量及产生BOG量的关系，成为工程技术人员急需考虑的问题。

天然气作为一种清洁、高效、方便、安全的能源，因其热值高、污染小、储运方便等特点深受现代社会的青睐，随着世界对环境保护的日益重视以及国家双碳战略的实施，天然气在能源供应中的比例迅速增加。 近年来，天然气的生产和贸易日趋活跃，每年天然气的需求量以约15%的速度增长，使得天然气已经成为稀缺清洁能源，正在成为世界工业新的热点[3-6]。

2017年全国大范围出现的天然气供应紧张局面，暴露了我国天然气储气能力不足的短板。随着全国用气需求的不断增加，国内天然气市场供需矛盾将进一步加大[7-9]。这已成为制约我国天然气产业可持续发展的重要瓶颈之一。

面对日益高速增长的天然气需求，近年来，国家不断加快天然气产供储销体系建设，以解决日益严峻的天然气供需矛盾。
    2018年4月，国家发改委和国家能源局联合印发的《关于加快储气设施建设和完善储气调峰辅助服务市场机制的意见》指出，加强储气和调峰能力建设，是推进天然气产供储销体系建设的重要组成部分。

LNG双金属全容储罐作为LNG储气调峰站的关键设备，占整个项目约20%以上投资，本文将以LNG双金属全容储罐为例，探讨大型低温双金属全容储罐高径比对主体材料用量及日蒸发率的影响。

1. 高径比对主体材料用量的影响

本文所指LNG储罐，均为目前市场上应用最广的双金属全容储罐，具体结构如图1所示[10]：

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