Hướng dẫn chi tiết về thiết kế bồn chứa LNG, lựa chọn vật liệu và ứng dụng

Giới thiệu

Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) là một thành phần thiết yếu của cơ sở hạ tầng năng lượng toàn cầu, được lưu trữ ở nhiệt độ cực thấp để tạo điều kiện vận chuyển và lưu trữ hiệu quả. Thiết kế bồn chứa LNG và lựa chọn vật liệu đóng vai trò quan trọng để đảm bảo an toàn, độ bền và hiệu suất của chúng. Ngoài việc khám phá thiết kế và vật liệu bồn chứa, điều cần thiết là phải hiểu các ứng dụng khác nhau của bồn chứa LNG để đánh giá đầy đủ vai trò của chúng trong lĩnh vực năng lượng.

Hiểu về thiết kế bồn chứa LNG

Bồn chứa LNG được thiết kế để chứa khí thiên nhiên ở dạng lỏng ở nhiệt độ khoảng -162°C (-260°F). Chúng phải chịu được nhiệt độ cực lạnh, biến động áp suất và ứng suất nhiệt tiềm ẩn. Sau đây là cái nhìn chi tiết về các loại bồn chứa chính và các cân nhắc quan trọng về thiết kế:
Các loại bể:
Bể chứa đơn: Các bồn chứa này có một lớp thép với cấu trúc bê tông bên ngoài. Do biên độ an toàn thấp hơn, chúng thường được sử dụng cho các công suất lưu trữ nhỏ hơn và ít phổ biến hơn cho các ứng dụng quy mô lớn.
Bể chứa kép: Các bồn chứa này có một bồn chứa bằng thép bên trong và một lớp bê tông hoặc thép bên ngoài. Chúng cung cấp thêm sự an toàn bằng cách quản lý rò rỉ tiềm ẩn và cung cấp thêm một lớp bảo vệ.
Bồn chứa đầy: Những bồn chứa này, có một thùng chứa LNG bên trong và một hệ thống chứa thứ cấp, được thiết kế để xử lý mọi rò rỉ tiềm ẩn, khiến chúng trở thành tiêu chuẩn cho việc lưu trữ LNG quy mô lớn.
Cân nhắc thiết kế:
Cách nhiệt: Các vật liệu cách nhiệt tiên tiến như đá trân châu, chân không hoặc bọt polyurethane ngăn chặn sự xâm nhập của nhiệt và duy trì LNG ở nhiệt độ cực thấp.
Hệ thống kiểm soát áp suất: Van xả áp và hệ thống giám sát rất cần thiết để quản lý áp suất bên trong và đảm bảo hoạt động an toàn.
Tính toàn vẹn về cấu trúc và địa chấn: Bồn chứa phải chịu được hoạt động địa chấn và các ứng suất kết cấu khác, vì vậy chúng thường kết hợp bê tông cốt thép và phân tích kết cấu chi tiết.

Lựa chọn vật liệu cho bồn chứa LNG

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp là rất quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của bồn chứa LNG. Sau đây là một số vật liệu thường được sử dụng:
Vật liệu bể chứa bên trong:
Thép Niken 9% (ASTM A553): Vật liệu này lý tưởng cho tấm đáy bên trong và tấm vỏ bên trong hoặc tấm thành, có độ bền cao và khả năng chống gãy giòn ở nhiệt độ cực thấp.
Thép cacbon nhiệt độ thấp: Đôi khi, phương pháp này được sử dụng với thép niken 9% cho các bộ phận mà tính chất cực lạnh không quá quan trọng.
Vật liệu bể chứa bên ngoài:
Bê tông: Được sử dụng cho lớp ngăn chứa bên ngoài trong các bể chứa đôi và bể chứa toàn phần, cung cấp khả năng hỗ trợ kết cấu chắc chắn và cách nhiệt bổ sung.
Thép: Đôi khi được sử dụng trong bể chứa bên ngoài cho các khu vực chịu ứng suất cao, thường được phủ hoặc xử lý để chống ăn mòn.
Vật liệu mái bể:
ASTM A516 Cấp 70: Loại thép cacbon này thích hợp để làm tấm nóc bể, mang lại độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp.
Vật liệu cách nhiệt:
Đá trân châu: Có hiệu quả trong việc cách nhiệt chống lại nhiệt độ cực thấp.
Sợi thủy tinh và Aerogel: Vật liệu tiên tiến có khả năng cách nhiệt tuyệt vời nhưng chi phí cao hơn.

Ứng dụng của bồn chứa LNG

Bồn chứa LNG đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành năng lượng. Sau đây là cách chúng được sử dụng:
Nhà ga xuất nhập khẩu LNG:
Thiết bị đầu cuối nhập khẩu: Các bồn chứa LNG tại các nhà ga nhập khẩu tiếp nhận LNG từ tàu và lưu trữ trước khi được hóa khí và phân phối vào mạng lưới khí đốt địa phương.
Thiết bị đầu cuối xuất khẩu: Các bồn chứa LNG lưu trữ khí thiên nhiên hóa lỏng tại các nhà ga xuất khẩu trước khi được chất lên tàu để vận chuyển quốc tế.
Lưu trữ và phân phối LNG:
Các công ty tiện ích: Các công ty tiện ích lưu trữ và phân phối khí đốt tự nhiên để sử dụng cho mục đích dân dụng và thương mại trong các bồn chứa LNG, đảm bảo nguồn cung ổn định ngay cả trong thời gian nhu cầu cao điểm.
Ứng dụng công nghiệp: Các ngành công nghiệp sử dụng bồn chứa LNG để lưu trữ và cung cấp khí đốt tự nhiên cho các quy trình đòi hỏi nguồn nhiên liệu ổn định và đáng tin cậy.
LNG làm nhiên liệu:
Vận tải biển: Bồn chứa LNG được sử dụng trên các tàu được thiết kế chạy bằng LNG, giúp giảm lượng khí thải so với nhiên liệu hàng hải truyền thống.
Xe hạng nặng: Bồn chứa LNG được sử dụng trong xe tải và xe buýt chạy bằng khí thiên nhiên hóa lỏng, cung cấp giải pháp thay thế sạch hơn cho nhiên liệu diesel.
Sao lưu khẩn cấp và cắt giảm điện áp đỉnh:
Nguồn điện dự phòng: Bồn chứa LNG cung cấp giải pháp nguồn điện dự phòng cho những khu vực có nguồn cung cấp điện không ổn định, đảm bảo khí đốt tự nhiên luôn có sẵn để phát điện trong thời gian mất điện.
Cạo đỉnh: Việc lưu trữ LNG giúp quản lý nhu cầu cao điểm bằng cách lưu trữ khí dư thừa trong thời gian nhu cầu thấp và giải phóng khí trong thời gian nhu cầu cao.
Cơ sở sản xuất LNG:
Nhà máy hóa lỏng: Bồn chứa LNG lưu trữ sản phẩm hóa lỏng tại các cơ sở sản xuất, nơi khí tự nhiên được làm mát và ngưng tụ thành dạng lỏng để lưu trữ và vận chuyển hiệu quả.

Thiết kế và cân nhắc về an toàn

Để đảm bảo an toàn và hiệu quả của bồn chứa LNG, hãy cân nhắc những điều sau:
Quản lý ứng suất nhiệt: Cần có mối nối giãn nở và cách nhiệt thích hợp để kiểm soát ứng suất nhiệt do sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt gây ra.
Tính năng an toàn: Để giải quyết các rủi ro tiềm ẩn liên quan đến việc lưu trữ LNG, hãy kết hợp các hệ thống phát hiện rò rỉ, phòng cháy chữa cháy và hệ thống dừng khẩn cấp.
Tuân thủ quy định: Tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định của ngành từ các tổ chức như Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API), Hiệp hội Phòng cháy chữa cháy Quốc gia (NFPA) và Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO).

Phần kết luận

Thiết kế và lựa chọn vật liệu của bồn chứa LNG là yếu tố cơ bản để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của chúng. Các kỹ sư có thể tạo ra các bồn chứa hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt bằng cách lựa chọn các vật liệu phù hợp như thép niken 9% cho các thành phần đông lạnh và ASTM A516 Cấp 70 cho mái. Hiểu được các ứng dụng đa dạng của bồn chứa LNG—từ các nhà ga xuất nhập khẩu đến các mục đích sử dụng công nghiệp và dự phòng khẩn cấp—làm nổi bật vai trò quan trọng của chúng trong cơ sở hạ tầng năng lượng toàn cầu. Thiết kế cẩn thận, lựa chọn vật liệu và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn sẽ hỗ trợ cho sự thành công và an toàn liên tục của việc lưu trữ và sử dụng LNG. Để biết thông số kỹ thuật chính xác và giá hiện tại, hãy tham khảo ý kiến của [email protected] luôn được khuyến khích để đáp ứng nhu cầu cụ thể của dự án.