大型LNG儲(chǔ)罐是LNG接收站的核心設(shè)備。當(dāng)外界熱量不斷向罐內(nèi)傳遞時(shí)，將造成LNG密度發(fā)生變化，LNG的分層平衡被破壞，進(jìn)而引發(fā)分層翻滾現(xiàn)象。分層翻滾產(chǎn)生大量的蒸發(fā)氣使得大型LNG儲(chǔ)罐壓力升高，若蒸發(fā)氣體不能及時(shí)排出將會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)罐超壓，引發(fā)排空事故。

　　因此，合理評(píng)估大型低溫儲(chǔ)槽的保冷性能，對(duì)其隔熱層進(jìn)行優(yōu)化以獲得經(jīng)濟(jì)、的保冷效果具有重要的工程價(jià)值。目前，對(duì)于大型LNG儲(chǔ)罐保冷性能的主要集中在儲(chǔ)罐隔熱層的建造技術(shù)、絕熱計(jì)算以及儲(chǔ)罐整體溫度場(chǎng)分布等方面。為了提高儲(chǔ)罐保冷性能，通常從保冷材料的選擇及施工工藝方而進(jìn)行考慮，珠海LNG儲(chǔ)罐建造時(shí)特別增加了罐壁彈性氈的厚度，另外采用干砂作為找平層，增強(qiáng)了絕熱效果；山東LNG接收站儲(chǔ)罐建造時(shí)考慮了水蒸氣對(duì)保冷材料的危害，采用隔氣性能較好的馬蹄脂和粘結(jié)劑進(jìn)行隔氣保護(hù)。但是，對(duì)于保冷效果的綜合評(píng)價(jià)、隔熱層的優(yōu)化設(shè)計(jì)卻較少涉及，從罐壁受力變形來(lái)進(jìn)行隔熱層優(yōu)化是鮮有。

　　大型LNG儲(chǔ)罐內(nèi)、外罐壁間的環(huán)形空間為堆積絕熱方式，保冷材料選用質(zhì)量輕、絕熱性好的膨脹珍珠巖。大型LNG儲(chǔ)罐會(huì)因溫度變化產(chǎn)生變形，因此，在內(nèi)罐壁外側(cè)安裝由玻璃棉制成的彈性玻璃纖維氈，為珍珠巖提供彈性，可以防止或珍珠巖的沉降，避免了二次填充。熱角保護(hù)系統(tǒng)由高度為5m的9%Ni鋼壁板及泡沫玻璃磚隔熱層、9%Ni鋼層底板等組成。

　　由于罐壁隔熱層中的彈性玻璃纖維氈隔熱層厚度較小，且對(duì)于膨脹珍珠巖層具有的緩沖效果，因此計(jì)算時(shí)假設(shè)彈性玻璃纖維氈厚度不變，僅考慮膨脹珍珠巖層厚度的變化，考慮到儲(chǔ)罐外罐壁表而較大允許保冷損失，可得罐壁隔熱層厚度與保冷損失率關(guān)系：保冷損失率隨著膨脹珍珠巖隔熱層厚度的增加而減小。當(dāng)膨脹珍珠巖層厚度為0時(shí)，保冷損失率較大，達(dá)到11.2；當(dāng)膨脹珍珠巖層厚度超過(guò)0.38m時(shí)，保冷損失率降幅很小，如從0.38m增至0.66m，保冷損失率僅僅降低1.485?？梢?jiàn)，僅從保冷角度設(shè)計(jì)的大型LNG儲(chǔ)罐隔熱層厚度偏厚，膨脹珍珠巖層厚度為0.66m時(shí)的保冷損失與0.38m時(shí)基木相同。

　　液化氣儲(chǔ)罐外罐壁溫度在傳遞過(guò)程中，外罐壁內(nèi)外兩側(cè)有較小的溫差。溫差使得儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮應(yīng)變和體積變形，外罐壁在內(nèi)外約束下，產(chǎn)生溫度應(yīng)力。在正常使用狀態(tài)下，自重、預(yù)應(yīng)力、內(nèi)部氣壓、液壓以及罐頂壓力共同作用使得外罐壁部分區(qū)域拉應(yīng)力較大，較小的溫差作用可能加劇外罐壁的受拉?；炷磷鳛橐环N抗拉強(qiáng)度較低的脆性材料，在較小的拉應(yīng)力下即可能受到破壞，將外罐壁在溫差作用下的受力變形情況作為罐壁保冷設(shè)計(jì)參考是的。大型LNG儲(chǔ)罐罐體多種傳熱方式共存，考慮到罐頂與罐底的熱損失可能對(duì)罐壁熱損失產(chǎn)生影響，因此進(jìn)行外罐壁熱損失分析時(shí)，計(jì)算整個(gè)大型LNG儲(chǔ)罐溫度場(chǎng)。由于儲(chǔ)罐外罐所受荷載及幾何上的對(duì)稱(chēng)性，取1/4外罐進(jìn)行建模。模型建立步驟如下：①通過(guò)外罐壁及隔熱層溫度場(chǎng)模型，求解外罐及隔熱層的溫度分布；②建立外罐壁結(jié)構(gòu)模型；③溫度場(chǎng)與結(jié)構(gòu)場(chǎng)禍合求解不同隔熱層厚度條件下的儲(chǔ)罐受力及變形情況。

　　隨著罐壁隔熱層半徑的增大，各層保溫材料溫度增加速率較快，而較外層外罐壁混凝土的溫度增加比較平緩。這主要是由于各層隔熱材料的熱阻比混凝土的熱阻大一個(gè)數(shù)量級(jí)，隔熱，因此溫度升高較快。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，外罐壁較低溫度出現(xiàn)在罐壁與罐頂交接處，為15.29℃，較高溫度出現(xiàn)在罐壁與罐底交接處，為17.65℃，其溫差僅為2.36℃。外罐壁內(nèi)側(cè)溫度為15.30℃，溫差為2.35℃，誤差僅為0.43%，由此說(shuō)明數(shù)值模擬外罐溫度變化的結(jié)果是的。

　　當(dāng)外罐壁只受溫差荷載時(shí)，依據(jù)外罐的環(huán)向應(yīng)力在溫差作用下，外罐外側(cè)受壓，內(nèi)側(cè)受拉，在罐底部位出現(xiàn)較大環(huán)向壓應(yīng)力，而在外罐中間出現(xiàn)較大環(huán)向拉應(yīng)力490482N/㎡。圓筒形結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的詳細(xì)求解方法求得的較大環(huán)向拉應(yīng)力為505598N/㎡，誤差小于5%，因此用數(shù)值模擬方法來(lái)分析溫度應(yīng)力結(jié)果也是的。

　　結(jié)論

　　(1)太陽(yáng)輻射對(duì)儲(chǔ)罐溫度場(chǎng)影響較大，使得外罐外側(cè)溫度的變化幅度大，在進(jìn)行LNG儲(chǔ)罐保冷設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算時(shí)，不可忽略太陽(yáng)輻射的影響。

　　(2)對(duì)隔熱層(主要是膨脹珍珠巖層)進(jìn)行厚度優(yōu)化時(shí)，不同厚度對(duì)應(yīng)不同溫差，特別是隔熱層厚度較小時(shí)，溫度應(yīng)力對(duì)外罐壁的受力及變形影響較大，在進(jìn)行保冷設(shè)計(jì)時(shí)，不可忽略溫差對(duì)于儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)的影響。

　　(3)隔熱層膨脹珍珠巖的厚度從0.66m減小到0.38m，即厚度減小42.4%時(shí)，其保冷損失僅增大1.485%，LNG蒸發(fā)率僅增大0.0048%。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，在考慮富余量的前提下，可以適當(dāng)減小隔熱層厚度，提高經(jīng)濟(jì)性。