常用大型液化氣儲(chǔ)罐的保溫材料與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大型液化氣儲(chǔ)罐通常采用圓筒立式結(jié)構(gòu)。根據(jù)其罐壁結(jié)構(gòu)的不同，大型液化氣圓筒立式儲(chǔ)罐又分為單壁罐和雙壁罐兩大類。按照雙壁罐內(nèi)外罐材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的不同，又分為雙壁金屬罐、預(yù)應(yīng)力混凝土罐和薄膜罐三種。儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)   先要考慮儲(chǔ)存液化氣的性，針對不同的存儲(chǔ)條件，而相應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)和保溫材料。
　　1、保溫材料
　　用于低溫儲(chǔ)罐的材料應(yīng)滿足導(dǎo)熱系數(shù)小、密度低、吸濕率與吸水率小、抗凍性強(qiáng)的要求，并在低溫度下滿足不開裂、耐火性好、無氣味、不易霉?fàn)€、對人體、能防止蟲蛀鼠咬、機(jī)械、經(jīng)久、及施工方便等要求。
　　(1)聚氨酯發(fā)泡料(PolyurethaneFoam)
　　采用高功能聚醚多元醇和多次甲基多苯基異氰酸脂為主要原料，在催化劑、發(fā)泡劑、表面活性劑等作用下經(jīng)化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡制成。其密度為30~60kg/m³，使用溫度范圍在-190~120℃，熱導(dǎo)率為0.019~0.029W/(m·K)，吸水率在1.5%左右，抗壓強(qiáng)度不低于0.2MPa。
　　(2)膨脹珍珠}(InflatePerlite)
　　膨脹珍珠巖是一種多孔的粒狀物料，以珍珠巖礦石為原料，經(jīng)過破碎、分級、預(yù)熱、高溫熔燒瞬時(shí)急劇加熱膨脹而成的一種輕質(zhì)、多功能絕熱材料，膨脹珍珠巖密度為70~250kg/m³，熱導(dǎo)率為0.047~0.072W/(m·K)，使用溫度范圍在-200~800℃，吸水率較大，為29%~30%，在干燥條件下使用，在中性條件下化學(xué)穩(wěn)定性好。
　　(3)玻璃纖維氈(FibreGlassSlab)
　　玻璃纖維氈是由石灰石、石塊、石英粉等礦物質(zhì)在熔爐中熔化后，經(jīng)高速離心或噴制而成的直徑在6μm以下的人造無機(jī)纖維，再經(jīng)成型設(shè)備制成保溫產(chǎn)品，其密度為32kg/m³，使用溫度范圍在-120~400℃，熱導(dǎo)率為0.038W/(m·K)，吸水率小于2%，具有輕質(zhì)、可壓縮、和等特性，是用于金屬結(jié)構(gòu)的理想隔熱材料。
　　(4)珍珠巖混凝土(PerliteConcreteBlack)
　　膨脹珍珠巖制品是一種熱導(dǎo)率低、密度小、、原始材料易得、制作方便、廣泛應(yīng)用在較低溫度熱管道、熱設(shè)備上的保溫材料。珍珠巖和混凝土混合的比例不同，其強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)也有變化，抗壓強(qiáng)度越高，則導(dǎo)熱系數(shù)也越高。珍珠巖混凝土的密度為500~100032kg/m³，熱導(dǎo)率為0.12~0.25W/(m·K)，使用溫度在-273~200℃，抗壓強(qiáng)度為1.5~8.5MPa。
　　(5)泡沫玻璃(CellularGlass)
　　泡沫玻璃以玻璃粉為基料，加入外加劑，通過隧道窯爐加熱焙燒發(fā)泡和退火冷卻加工而成，是   材料，其主要成分為鋁硅等無機(jī)化合物，不含膠粘劑。這種材料耐酸性腐蝕(氟化氫除外)，本身   ，不含CFC(氟氯化炭)和HCFC(氫氟氯酸)，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定，密度在150kg/m³左右，使用溫度范圍在-260~430℃，熱導(dǎo)率在0.060W/(m·K)以下，導(dǎo)熱性能穩(wěn)定，吸水率在0.2%左右，，抗壓強(qiáng)度不低于0.7MPa，抗折強(qiáng)度不低于0.5MPa。
　　2、保溫層結(jié)構(gòu)
　　保溫層是儲(chǔ)罐液化氣處于深冷狀態(tài)的主要結(jié)構(gòu)。對于液化氣儲(chǔ)罐頂部的隔冷保溫設(shè)計(jì)，因保溫材料無需承受設(shè)備和液化氣的壓力(僅承受保溫材料自身的重量)，一般的隔冷保溫材料抗壓強(qiáng)度均可滿足要求。通常選用膨脹珍珠巖散料自然堆積作為頂部的保溫材料。液化氣側(cè)壁的隔冷保溫，則要針對不同儲(chǔ)罐的特點(diǎn)采用相應(yīng)的保溫材料及結(jié)構(gòu)。單壁罐選用輕質(zhì)的聚氨酯發(fā)泡料附著在罐壁周圍作為其保溫層，保溫材料發(fā)泡一次成型。雙壁金屬儲(chǔ)罐和預(yù)應(yīng)力混凝土罐選擇膨脹珍珠巖為其側(cè)壁保溫材料。薄膜罐則采用的玻璃纖維硬質(zhì)聚氨酯泡沫。
　　對于液化氣儲(chǔ)罐底部保溫材料和隔冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但要儲(chǔ)罐的冷損失率降至   小，而且保溫材料抗壓強(qiáng)度還要能支撐內(nèi)罐、液化氣和上部保溫材料的總重量。在設(shè)計(jì)建造中，根據(jù)儲(chǔ)罐底部不同部位承受壓力不同及   大限度降低冷損失率的原則，可將底部隔熱保溫結(jié)構(gòu)分成周邊圈梁和核心隔熱兩部分，采用不同的隔熱保溫材料。
　　周邊圈梁是承受儲(chǔ)罐設(shè)備及液化氣重量的主要構(gòu)件，因而對其隔熱保溫材料的強(qiáng)度要求相對較高，材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以稍大一些，建造中通常會(huì)采用強(qiáng)度相對較大的珍珠巖混凝土作為圈梁保冷材料。珍珠巖混凝土在使用前，需調(diào)配試驗(yàn)珍珠巖與混凝土的比例，以滿足設(shè)計(jì)所要求的抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)。對于底部核心部分保溫材料，目前使用較多的是泡沫玻璃，與珍珠巖混凝土相比，泡沫玻璃無需再加工和測試即可直接進(jìn)行施工，在技術(shù)上   能滿足儲(chǔ)罐核心隔熱部分的設(shè)計(jì)要求。
　　3、單壁罐的結(jié)構(gòu)
　　單壁金屬罐通常是地上式儲(chǔ)罐，罐頂用膨脹珍珠巖作為保溫材料。在液化氣的低溫度，大部分普通低碳鋼易變脆，不適用于建造液化氣儲(chǔ)罐，可用含有9%鎳的合金鋼或鋁合金低溫鋼作為與液化氣直接接觸的內(nèi)壁材料。針對單壁罐側(cè)壁無盛載定型保溫層的功能，其保溫層通常選用聚氨酯發(fā)泡料，保溫材料一次發(fā)泡成型。底部核心部分采用泡沫玻璃，其機(jī)械強(qiáng)度能載荷均勻分配。珍珠巖混凝土外環(huán)處于罐體內(nèi)，支撐內(nèi)罐重量。罐體外層鋪設(shè)薄金屬板來保護(hù)保溫材料，以抵抗外界不可預(yù)見性沖擊力及惡劣天氣。
　　4、雙壁罐的結(jié)構(gòu)
　　雙壁罐比金屬單壁罐多一層外罐。外罐可盛載保溫材料，對內(nèi)罐起保護(hù)作用并能防止罐的二次泄漏，具有、抗風(fēng)、抗壓、防滲透、抗機(jī)械沖擊和熱沖擊等特點(diǎn)。內(nèi)罐作為低溫液化氣的盛載罐，具有良好的氣密性，能防止一次泄漏，耐低溫。保溫層設(shè)置在內(nèi)外罐之間，液化氣處于深冷低溫狀態(tài)。
　　(1)雙壁金屬罐
　　由兩個(gè)各自相對獨(dú)立的金屬罐體套裝組成，頂部保溫結(jié)構(gòu)材料采用膨脹珍珠巖自然堆積。儲(chǔ)存液化   氣的內(nèi)罐與單壁金屬罐相同，由含鎳9%的合金鋼或鋁合金低溫金屬構(gòu)成，外罐由普通鋼材制成，主要起防護(hù)作用。側(cè)壁保冷為珍珠巖散料，充注液化氣設(shè)備降溫后，內(nèi)罐收縮會(huì)使得儲(chǔ)罐側(cè)壁上部及邊緣區(qū)域填充的珍珠巖不足。珍珠巖的二次填充量很高，操作難度大，需要在儲(chǔ)罐內(nèi)罐的外壁增加一層彈性保溫玻璃纖維氈，其在松散珍珠巖側(cè)壓力的作用下可被壓縮，當(dāng)內(nèi)罐降溫收縮時(shí)，玻璃纖維氈將回彈，以補(bǔ)償罐的收縮量，可減少或免除珍珠巖的二次填充。
　　(2)預(yù)應(yīng)力混凝土罐
　　這種預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)罐是將雙殼金屬罐的外罐用預(yù)應(yīng)力混凝土代替，同時(shí)使混凝土適應(yīng)各種負(fù)荷變化，能承受外部的沖擊。外罐按能盛載液化氣的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)制造，外罐內(nèi)側(cè)填充珍珠巖混凝土，并在隔熱保溫層與內(nèi)罐之間留有適當(dāng)?shù)目臻g，當(dāng)內(nèi)罐儲(chǔ)存液化氣時(shí)，用氮?dú)飧綦x密封。
　　預(yù)應(yīng)力混凝土罐內(nèi)層金屬罐的結(jié)構(gòu)由含鎳9%的合金鋼或鋁合金構(gòu)成，保溫材料為膨脹珍珠巖。混凝土外壁有氣密功能，可封存偶發(fā)事故時(shí)內(nèi)罐泄漏的氣體。對于大型儲(chǔ)罐預(yù)應(yīng)力混凝土罐壁的設(shè)計(jì)，需要應(yīng)用分層不等壁厚或等壁厚不等強(qiáng)度的方法來解決其受力的均衡問題。
　　雙壁金屬罐和預(yù)應(yīng)力混凝土罐均屬自支撐式儲(chǔ)罐，其特點(diǎn)為內(nèi)罐裝液體，獨(dú)立于外部儲(chǔ)罐，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度來滿足儲(chǔ)存液體及保持氣密性的要求。罐體保溫層材料只具有保溫性能，而無機(jī)械強(qiáng)度。
　　(3)薄膜罐
　　薄膜罐源自LNG運(yùn)輸船所采用的儲(chǔ)存技術(shù)。與自支撐式儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)相比，膜式結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將儲(chǔ)罐的氣密功能與機(jī)械強(qiáng)度分開，氣密功能由不受任何應(yīng)力的薄膜來實(shí)現(xiàn)，保溫層將所有的作用力都傳導(dǎo)至混凝土罐壁。
　　薄膜罐內(nèi)罐采用具有低膨脹系數(shù)的低溫薄膜鋼，其內(nèi)罐強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要考慮液化氣的液體靜壓。外罐預(yù)應(yīng)力混凝土除了承受內(nèi)罐液體的靜壓外，還要受到儲(chǔ)罐內(nèi)各種機(jī)械及負(fù)荷的影響。罐間保溫材料采用玻璃纖維硬質(zhì)聚氨酯泡沫，直接與預(yù)應(yīng)力混凝土和薄膜接觸。