常用大型液化气储罐的保温材料与结构特点

大型液化气储罐通常采用圆筒立式结构。根据其罐壁结构的不同，大型液化气圆筒立式储罐又分为单壁罐和双壁罐两大类。按照双壁罐内外罐材质和结构的不同，又分为双壁金属罐、预应力混凝土罐和薄膜罐三种。储罐结构   先要考虑储存液化气的性，针对不同的存储条件，而相应采用不同的结构和保温材料。
　　1、保温材料
　　用于低温储罐的材料应满足导热系数小、密度低、吸湿率与吸水率小、抗冻性强的要求，并在低温度下满足不开裂、耐火性好、无气味、不易霉烂、对人体、能防止虫蛀鼠咬、机械、经久、及施工方便等要求。
　　(1)聚氨酯发泡料(PolyurethaneFoam)
　　采用高功能聚醚多元醇和多次甲基多苯基异氰酸脂为主要原料，在催化剂、发泡剂、表面活性剂等作用下经化学反应发泡制成。其密度为30~60kg/m³，使用温度范围在-190~120℃，热导率为0.019~0.029W/(m·K)，吸水率在1.5%左右，抗压强度不低于0.2MPa。
　　(2)膨胀珍珠}(InflatePerlite)
　　膨胀珍珠岩是一种多孔的粒状物料，以珍珠岩矿石为原料，经过破碎、分级、预热、高温熔烧瞬时急剧加热膨胀而成的一种轻质、多功能绝热材料，膨胀珍珠岩密度为70~250kg/m³，热导率为0.047~0.072W/(m·K)，使用温度范围在-200~800℃，吸水率较大，为29%~30%，在干燥条件下使用，在中性条件下化学稳定性好。
　　(3)玻璃纤维毡(FibreGlassSlab)
　　玻璃纤维毡是由石灰石、石块、石英粉等矿物质在熔炉中熔化后，经高速离心或喷制而成的直径在6μm以下的人造无机纤维，再经成型设备制成保温产品，其密度为32kg/m³，使用温度范围在-120~400℃，热导率为0.038W/(m·K)，吸水率小于2%，具有轻质、可压缩、和等特性，是用于金属结构的理想隔热材料。
　　(4)珍珠岩混凝土(PerliteConcreteBlack)
　　膨胀珍珠岩制品是一种热导率低、密度小、、原始材料易得、制作方便、广泛应用在较低温度热管道、热设备上的保温材料。珍珠岩和混凝土混合的比例不同，其强度和导热系数也有变化，抗压强度越高，则导热系数也越高。珍珠岩混凝土的密度为500~100032kg/m³，热导率为0.12~0.25W/(m·K)，使用温度在-273~200℃，抗压强度为1.5~8.5MPa。
　　(5)泡沫玻璃(CellularGlass)
　　泡沫玻璃以玻璃粉为基料，加入外加剂，通过隧道窑炉加热焙烧发泡和退火冷却加工而成，是   材料，其主要成分为铝硅等无机化合物，不含胶粘剂。这种材料耐酸性腐蚀(氟化氢除外)，本身   ，不含CFC(氟氯化炭)和HCFC(氢氟氯酸)，物理化学性能稳定，尺寸稳定，密度在150kg/m³左右，使用温度范围在-260~430℃，热导率在0.060W/(m·K)以下，导热性能稳定，吸水率在0.2%左右，，抗压强度不低于0.7MPa，抗折强度不低于0.5MPa。
　　2、保温层结构
　　保温层是储罐液化气处于深冷状态的主要结构。对于液化气储罐顶部的隔冷保温设计，因保温材料无需承受设备和液化气的压力(仅承受保温材料自身的重量)，一般的隔冷保温材料抗压强度均可满足要求。通常选用膨胀珍珠岩散料自然堆积作为顶部的保温材料。液化气侧壁的隔冷保温，则要针对不同储罐的特点采用相应的保温材料及结构。单壁罐选用轻质的聚氨酯发泡料附着在罐壁周围作为其保温层，保温材料发泡一次成型。双壁金属储罐和预应力混凝土罐选择膨胀珍珠岩为其侧壁保温材料。薄膜罐则采用的玻璃纤维硬质聚氨酯泡沫。
　　对于液化气储罐底部保温材料和隔冷结构设计，不但要储罐的冷损失率降至   小，而且保温材料抗压强度还要能支撑内罐、液化气和上部保温材料的总重量。在设计建造中，根据储罐底部不同部位承受压力不同及   大限度降低冷损失率的原则，可将底部隔热保温结构分成周边圈梁和核心隔热两部分，采用不同的隔热保温材料。
　　周边圈梁是承受储罐设备及液化气重量的主要构件，因而对其隔热保温材料的强度要求相对较高，材料的导热系数可以稍大一些，建造中通常会采用强度相对较大的珍珠岩混凝土作为圈梁保冷材料。珍珠岩混凝土在使用前，需调配试验珍珠岩与混凝土的比例，以满足设计所要求的抗压强度和导热系数。对于底部核心部分保温材料，目前使用较多的是泡沫玻璃，与珍珠岩混凝土相比，泡沫玻璃无需再加工和测试即可直接进行施工，在技术上   能满足储罐核心隔热部分的设计要求。
　　3、单壁罐的结构
　　单壁金属罐通常是地上式储罐，罐顶用膨胀珍珠岩作为保温材料。在液化气的低温度，大部分普通低碳钢易变脆，不适用于建造液化气储罐，可用含有9%镍的合金钢或铝合金低温钢作为与液化气直接接触的内壁材料。针对单壁罐侧壁无盛载定型保温层的功能，其保温层通常选用聚氨酯发泡料，保温材料一次发泡成型。底部核心部分采用泡沫玻璃，其机械强度能载荷均匀分配。珍珠岩混凝土外环处于罐体内，支撑内罐重量。罐体外层铺设薄金属板来保护保温材料，以抵抗外界不可预见性冲击力及恶劣天气。
　　4、双壁罐的结构
　　双壁罐比金属单壁罐多一层外罐。外罐可盛载保温材料，对内罐起保护作用并能防止罐的二次泄漏，具有、抗风、抗压、防渗透、抗机械冲击和热冲击等特点。内罐作为低温液化气的盛载罐，具有良好的气密性，能防止一次泄漏，耐低温。保温层设置在内外罐之间，液化气处于深冷低温状态。
　　(1)双壁金属罐
　　由两个各自相对独立的金属罐体套装组成，顶部保温结构材料采用膨胀珍珠岩自然堆积。储存液化   气的内罐与单壁金属罐相同，由含镍9%的合金钢或铝合金低温金属构成，外罐由普通钢材制成，主要起防护作用。侧壁保冷为珍珠岩散料，充注液化气设备降温后，内罐收缩会使得储罐侧壁上部及边缘区域填充的珍珠岩不足。珍珠岩的二次填充量很高，操作难度大，需要在储罐内罐的外壁增加一层弹性保温玻璃纤维毡，其在松散珍珠岩侧压力的作用下可被压缩，当内罐降温收缩时，玻璃纤维毡将回弹，以补偿罐的收缩量，可减少或免除珍珠岩的二次填充。
　　(2)预应力混凝土罐
　　这种预应力储罐是将双壳金属罐的外罐用预应力混凝土代替，同时使混凝土适应各种负荷变化，能承受外部的冲击。外罐按能盛载液化气的标准来设计制造，外罐内侧填充珍珠岩混凝土，并在隔热保温层与内罐之间留有适当的空间，当内罐储存液化气时，用氮气隔离密封。
　　预应力混凝土罐内层金属罐的结构由含镍9%的合金钢或铝合金构成，保温材料为膨胀珍珠岩。混凝土外壁有气密功能，可封存偶发事故时内罐泄漏的气体。对于大型储罐预应力混凝土罐壁的设计，需要应用分层不等壁厚或等壁厚不等强度的方法来解决其受力的均衡问题。
　　双壁金属罐和预应力混凝土罐均属自支撑式储罐，其特点为内罐装液体，独立于外部储罐，有足够的机械强度来满足储存液体及保持气密性的要求。罐体保温层材料只具有保温性能，而无机械强度。
　　(3)薄膜罐
　　薄膜罐源自LNG运输船所采用的储存技术。与自支撑式储罐结构相比，膜式结构的主要特点是将储罐的气密功能与机械强度分开，气密功能由不受任何应力的薄膜来实现，保温层将所有的作用力都传导至混凝土罐壁。
　　薄膜罐内罐采用具有低膨胀系数的低温薄膜钢，其内罐强度设计主要考虑液化气的液体静压。外罐预应力混凝土除了承受内罐液体的静压外，还要受到储罐内各种机械及负荷的影响。罐间保温材料采用玻璃纤维硬质聚氨酯泡沫，直接与预应力混凝土和薄膜接触。