在液化天然气（以下简称LNG）的应用中，其储存和运输是两个主要环节。LNG储罐的类型较多，但作为中型、带压储存的低温绝热设备来说，LNG球罐属于新型设备。
LNG球罐在低温状态（-1620C）下工作，在其运行中，外部热量侵入或充装时的冲击都将使储罐中的LNG气化[1]。为此，在LNG储罐设计中必须考虑设备结构、绝热保冷、接管变形、支撑隔热及基础隔冷等问题。文中以1500m3LNG球罐为例介绍LNG球罐的设计情况。
l、设计和建造标准
1500m2LNG球罐以GB150-1998《钢制压力容器》及其附录C《低温压力容器》为主要依据[2]，参照国内球罐、立式圆筒形储罐、低温容器等相关设计、施工标准及相关法规进行设计。此外，1500m。LNG球罐也借鉴了BS7777《低温工作条件下的立
式平底圆筒形储罐》[3]、NFPA59A《液化天然气(LNG)生产、储存和装运标准》以及ENl473：1997《液化天然气设备与安装、陆上装置设计》等相关建造标准[4.5]。
2设计
2．1设计方案
1500m3LNG球罐采用地上式单容罐结构(内、外罐结构)。内罐为储存LNG的球罐，外罐为用低合金压力容器钢板制造的自支撑拱顶结构的立式圆筒形储罐。外罐与内罐之间的夹层空间为绝热层，绝热层采用普通堆积绝热的方式，充填膨胀珠光砂，使球罐达到低温绝热的目的，以便储存LNG。
绝热层的厚度通过绝热计算确定。
2.2设计参数
l500m3LNGN球罐公称体积为l500m3，公称直径14200mm，内罐设计压力0.42MPa，设计温度-196℃．外罐设计压力0.003MPa，工作压力为0.002MPa，设计温度-19/50℃。
2.3选材
内罐材质0Crl8Ni9，其Rp0.2≥205MPa，Rm≥515MPa，在使用温度范围内有足够的低温韧性。此外，0Crl8Ni9不仅加工性和焊接性较好，而且也比较经济。
内罐材质没有选择9Ni钢的原因：①9Ni钢易磁化，对焊接不利。②9Ni钢在正火+正火+回火供货状态下具有较好的低温韧性，但在焊接和热循环的作用下，熔合线的成分及热影响区的组织会发生变化，破坏材料原始的热处理状态，使低温性能下降，脆性组织生成，呈现较大的冷裂倾向[6]。由于Ni元素是奥氏体化形成元素，焊缝金属中几乎全部为奥氏体，无铁素体等第二相存在，因此，9Ni钢抗裂性较差，其焊接过程中要严格控制焊接线能量。
③9Ni的钢韧性比奥氏体不锈钢差，对9Ni钢要求做-196℃下的低温冲击试验，冲击功最低值大于35J[3]一般通过焊接工艺评定比较困难。相对而言，奥氏体不锈钢在-196℃下的线膨胀系数只有14.67×10-℃-1[2]，其焊接性更好。在低温下有良好的韧性，奥氏体不锈钢的冲击值随温度的降低减小较缓慢，并且不存在脆性转变温度。④奥氏体不锈钢的价格也要比9Ni钢低。1500m3LNG球罐设计压力较低，经强度计算，壁厚较小，故不需要强度更高的材料，而希望有较高的刚性余量，选用强度级别较低的0Crl8Ni9比较合理。
外罐仅片来保护和支撑绝热材料，所以选择低合金压力容器钢板16MnR，外罐材料与最低设计温度有直接的联系，最低设计温度按设备安装地历年来月均最低气温的最低值进行设计，根据最低设计温度确定外罐材料的类别。
球罐进、出液管道等工艺管件在工作状态下应具有低温韧性要求，管道材料选用0Crl8Ni9制无缝钢管。
2．4结构
考虑不锈钢材料的板幅限制，球壳结构选为4带12柱混合式，利用球罐自身表面积最小的优势，可以最大幅度降低LNG的蒸发损失。球罐采用支柱支撑，与低温工作下的立式平底圆筒形储罐相比，低温物料的火部分冷能部能直接传导，避免了对基础的冷冻破坏。但考虑到1500m3LNG球罐属首台产品，支座部分的冷传导所形成的温度梯度只有数值模拟计算结果；没有可靠的工程数据作参考，为了避免非不锈钢材料发生冷脆，支座及其部件全部
采用不锈钢材料。但是全部采用不锈钢从经济上不合理，为此，在本次工程设计中考虑对温度数据进行采集和总结，即在产品投运后，利用设置在支柱上的测温点来监测温度，通过对这些温度参数的收集和分析，可以在今后的设计中，把影响不大的支柱部分材质换成低合金钢材料，从而降低造价。
内罐接管根据工艺充装需要确定，分别设置有上下进液管、气相管、压力和液位测量取样管等。工艺管道的管径通过水力学计算确定，厚度根据压力确定，选用标准系列。上进液管伸人球罐内的管道为环状结构，物料通过分布在环管上的通孔注入内罐，此结构可以在第一次充装时起到预冷储罐的作用，也可以对有温度差异的物料从上向下充装时起冷却作用。考虑液封性及液位测量的全液位问题，将下进液管设置成弯管。为了隔断管道漏热和管道
的收缩膨胀量，管道出外罐的连接采用带膨胀收缩的装置并填充绝热材料。[3]
依据文献[2]附l录B中的相关条款，可以不直接在容器上安装安全阀，所以在内罐上不设安全阀。这主要是从保冷效果考虑，若在内罐上设安全阀，由于其在绝热空间与外罐的连接处结构较复杂，若结构不合理及施工不当，会使这个部位形成最大的漏热点，从而影响储罐的保冷效果，既对储罐的安全运行不利，也不便于现场施工。因此，将安全阀设置在
与内罐顶相通的气相管线上。
2．5绝热方式
由于内、外罐夹层的体积大于2000m，空间大，现有的真空设施无法确保如此大空间的真空度，不能采用真空方式来保冷，凶此，选用普通粉末正压堆积绝热，绝热材料为珠光砂。通过传热计算确定绝热层厚度(内、外罐间距)后再按此进行核算。本例核算结果为，LNG球罐的日蒸发率小于0.15％，其结果满足建没单位的要求。此蒸发率只有目前使用相同体积的子母罐的一半。
为了使绝热材料保持绝热效果，对绝热空间充入200Pa微正压的氮气。其作用是：①防止潮湿空气渗入夹层，使珠光砂吸潮后绝热效果减弱。②排出夹层中空气，将夹层中的含氧量降至最低，防止LNG泄漏后与氧气混合后发生危险。③可通过测定夹层空间中的烃组分来判断内罐是否泄漏。
2.6基础
外罐立式平底圆筒形储罐需要的是平面圆形基础面，而内罐球罐需要的是满足支柱支撑的环形梁基础，在设汁底板结构时，采用π型结构，避免了软硬基础不均匀沉降的问题。
2．7其它
LNG的密度差异等会造成充装过程的分层和涡旋等不利现象。在球罐外罐壁设置测量温度的热电偶，以监测不同储存深度的LNG的温度，使操作者能够及时采取合适的充装程序。在绝热空间中也分散设置了相应的测温装置，绝热层的暖侧和冷侧及过度空间中的测温装置可以将异常的温度变化反馈给操作者[4]，以便判断是否存在漏热等，从而采取有效的控制措施。在支柱不同的高度上也设置了热电偶，以反馈外界是否通过支撑系统向球罐漏热的信息。
3、球罐作低温绝热容器的优点
采用内罐为球罐的LNG储罐有以下优点：①相同体积下，球罐具有最小的表面积，没备质量和造价降低。内壳的传热面积可以最小，可很有效降低设备的蒸发率。②球罐的结构使其具有更好的耐内、外压的能力，即正常气化产生的气体压力不致于对储存设备造成危害。③球罐可以带压储存，提高设备内LNG的自排泄能力。④球罐采川支柱支撑，柱腿结构可阻断内壳冷能向基础传递．小用考虑基础隔冷。⑤球罐的体积可以在400～10000m3选择，充分解决LNG的生产装置、调峰型液化装置等工况下液化天然气的储存问题。
4、结语
1500m3LNG球罐是国内首次采用球罐作为低温绝热压力容器用于储存LNG，也是国内首例采用不锈钢制造的球罐。在其设计、制造的过程中，解决了作为低温绝热压力容器存在的传热计算、绝热体热模拟及优化计算、低温下设备及管道收缩变形的控制、软硬基础的互补、测温系统和液位控制系统的可靠性、支撑结构的可行性以及接管变形结构等工程实际问题，对以后同类项目的实施有一定的示范作用。
1500m3LNG球罐的成功设计和应用，拓宽了球罐以往的带压气态、液态储存范围，不仅对带压低温液态储存液化天然气工厂以及调峰型液化装置的储存设备进行了探索，而且也为其它低温液态碳氢化合物、液态一氧化碳、液态氧气、液态氮气以及液态氩气等低温液化气体的储存设备提供了新的选择
