低温储罐

低温储罐

低温储罐是用于储存液化天然气（LNG）、液氧、液氮、液氩等低温液体的专用设备，其核心功能是在 - 196℃至 - 20℃的极端低温环境下，通过高效绝热设计和精密结构维持液体的稳定储存。

以下是其核心内容：

一、结构与工作原理

1. 双层壁设计

   • 内筒：采用耐低温不锈钢（如 304L、316L），直接接触低温液体，需承受 - 196℃的低温和内压（通常 0.1-2.5MPa）。
   • 外筒：由碳钢或不锈钢制成，主要起保护和支撑作用，承受夹层真空压力。
   • 绝热层：内、外筒之间填充珠光砂（真空粉末绝热）或泡沫玻璃砖（常压粉末绝热），并抽真空至 10⁻¹~10⁻³Pa，大幅降低热传导112。

2. 绝热技术

   • 真空粉末绝热：夹层填充珠光砂并抽真空，导热系数可低至 0.005W/(m・K)，适用于小型储罐（≤200m³）。
   • 常压粉末绝热：夹层填充珠光砂并充入干燥氮气维持正压，导热系数约 0.02-0.05W/(m・K)，适用于大型储罐（＞200m³）。
   • 高真空多层绝热：在真空夹层中设置多层反射屏（如铝箔），导热系数＜0.002W/(m・K)，但成本较高，常用于航天领域415。

3. 蒸发气体（BOG）处理

   • 低温液体吸收热量后会产生 BOG，通过再液化装置（如深冷涡轮布雷顿系统）将其重新冷凝为液体，或作为燃料气回收利用11。

二、分类与典型参数

1. 按绝热方式

   • 真空粉末绝热储罐：工作压力较高（2.0MPa），日蒸发率≤0.5%，适用于 LNG 加气站、工业气体储存。
   • 常压粉末绝热储罐：工作压力低（34-40kPa），日蒸发率≤0.3%，适用于大型 LNG 接收站、调峰储备。

2. 按结构形式

   • 立式储罐：容量 20-200000m³，占地小，适用于陆地固定储存。
   • 卧式储罐：容量 1-50m³，移动灵活，常用于小型气化站或运输。
   • 球形储罐：容量 5000-200000m³，承压能力强，抗震性能优，多用于沿海 LNG 接收站112。

3. 按介质类型

   • LNG 储罐：设计温度 - 162℃，材料采用 9% 镍钢或奥氏体不锈钢。
   • 液氧储罐：设计温度 - 183℃，需定期检测乙炔含量（≤0.1×10⁻⁶）以防止爆炸风险12。

三、核心特点

• 优点

  1. 高效绝热：真空粉末绝热可将日蒸发率控制在 0.5% 以下，减少液体损耗。
  2. 安全可靠：配备多重安全装置（如安全阀、爆破片、防静电接地），并通过智能监控系统实时监测压力、温度、液位。
  3. 适应性强：可根据需求定制容量（1m³ 至 27 万 m³）和工作压力（0.1-4.0MPa）。

• 缺点

  1. 成本高昂：耐低温材料和精密绝热结构导致初期投资是常温储罐的 3-5 倍。
  2. 维护复杂：需定期检查真空度（≤16Pa）、珠光砂填充情况，以及密封件老化问题。
  3. 施工难度大：大型储罐（如 27 万 m³ LNG 储罐）需采用 “气压顶升” 等特殊工艺，对地基和抗震设计要求严格16。

四、应用领域

1. 能源行业

   • LNG 接收站：储存进口 LNG，通过气化器供应城市管网。
   • 天然气调峰：在冬季用气高峰时，通过储罐补充供气。

2. 工业气体

   • 液氧 / 液氮 / 液氩：为钢铁、化工、电子行业提供连续气源。
   • 乙烯 / 丙烯：作为化工原料储存，支持生产装置连续运行。

3. 医疗与科研

   • 液氧储罐：医院供氧系统的核心设备。
   • 液氮储罐：用于生物样本冷冻保存（如干细胞、疫苗）20。

4. 航天与高端制造

   • 液氢储罐：火箭燃料加注，需特殊耐低温设计（-253℃）。
   • 超导材料冷却：通过液氮维持超导磁体的低温环境。

五、安全与维护

1. 关键安全措施

   • 预冷处理：首次充装前需用液氮或低温气体预冷，避免温差导致材料脆化。
   • 静电防护：储罐、管道需接地，电阻≤10Ω，防止静电火花。
   • 泄漏检测：使用可燃气体检测仪监测环境，定期进行氦检漏试验。

2. 日常维护

   • 真空度检查：每年用真空热偶规管测量夹层真空度，若＞16Pa 需重新抽真空。
   • 珠光砂补充：长期使用后珠光砂可能下沉，需通过顶部注入口补充。
   • 安全阀校验：每年校验一次，确保超压时及时泄压。

3. 异常处理

   • 压力异常升高：可能是真空度破坏或增压阀失灵，需停机检查。
   • 罐体结霜：若外筒大面积结霜，可能是绝热层失效，需修复或更换。