前言

当前全球大中小型 LNG 项目建设需求持续高涨，低温储罐作为装置核心单元，系统复杂度极高。对于项目业主、工程总包单位而言，吃透储罐从设计、施工、调试到投产全流程技术要点，是保障装置安全稳定运行的关键。

API 625《冷藏液化气体储罐系统》是 LNG 储罐领域的综合性顶层标准，区别于 API 620 这类仅针对金属构件的专项规范，它完整覆盖储罐全系统设计、选材、施工、质控、投产等所有环节。本文结合该标准核心条款，全面拆解 LNG 储罐系统构成、围护型式、材料、保冷、配套设备、施工及投产流程，为国内 LNG 行业从业者提供标准参考。

一、三大主流储罐包容结构（API 625 第 5 章 + 附录 C）

API 625 定义了单包容、双包容、全包容三种储罐结构，也是目前国内 LNG 项目最常用的型式，三者泄漏防护能力差异显著：

单包容系统（Single Containment System）

由内、外两个容器组成，其设计与构造要求仅内容器具备盛装液体及液密性能。外容器主要用于承受产品蒸气压或作为吹扫气容器，起到固定和保护保温层的作用；若内容器发生泄漏，外容器不承担液体包容功能。此类系统需设置防火堤（或围堰），这会对设施的整体布局产生影响。

双包容储罐系统（Double Containment Tank System）

由一个具备液密和气密性能的主储罐系统，以及一个建在主储罐外部的液密次级液体包容容器组成。其中，次级液体包容容器具备液密性能，但不具备气密性能。

全包容储罐系统（Full Containment Tank System）

由一个液密主容器和一个兼具液密与气密性能的次级容器组成。这两个容器均能独立包容产品。当主容器发生产品泄漏时，次级容器能够控制蒸气的释放。该系统的一个关键设计特征是在外罐底部与罐壁连接处设置了热角保护（TCP）。在主容器发生泄漏时，TCP 既能提供液密保护，又能将该连接处与低温液体进行热隔离。

二、规范与标准

LNG 储罐只是整套液化装置的一部分，设计建造需同时遵循多层法规与标准，形成完整规范链条：

美国法规NFPA 59A 强制引用 API 625；

API 625 向下引用配套专项标准：金属罐体参考 API 620，混凝土外罐遵循 ACI 376；

API 625 标准背景：由炼油设备委员会低温储罐工作组编制，2006 年立项，2010 年发布第一版，编制团队涵盖业主、设计院、施工单位多方行业专家，部分专家同步参与 NFPA、ACI 等标准编制。

整套标准包含 11 个章节 + 5 个附录，覆盖储罐部件、介质物性、地基沉降、风险评估、储罐选型等全维度内容。

三、储罐核心性能设计要求

确定储罐包容型式后，设计单位需依据 API 625 第 6.4 节制定完整性能指标，核心项包含以下内容：

• 蒸发率计算工况；

• 介质分层翻滚防控：配套温度、密度在线监测 + 罐内循环混匀系统；

• 设备设计温度，用于低温材料选型与应力校核；

• 保冷及管道热位移控制，避免降温阶段拉裂管线；

• 地基沉降限值，评估沉降对保冷、管线的破坏；

• 地基防冻方案：空气隔层或地基伴热；

• 多等级地震荷载设计。

其中地震危险性分析、蒸发气核算，一般由业主牵头组织第三方完成。

四、抗震结构设计

API 625 第 6.5、6.6 节对储罐荷载、抗震设计作出强制要求，设计需同时核算常规荷载与事故异常荷载：

常规荷载：恒载、液体荷载、运行基准地震（OBE）、不均匀沉降、退役工况；

异常荷载：介质泄漏、风险评估载荷（火灾、外部抛射物、爆炸冲击波）、安全停堆地震（SSE）、余震级别地震（ALE）。

标准划定三级地震，各级设备耐受标准明确区分：

运行基准地震（OBE）：地震过程储罐持续运行，多次震后仅轻微损伤；

安全停堆地震（SSE）：主罐储液功能不失效，可隔离检修；单次地震后主包容必须保持完好（允许出现轻微泄漏），但预期会有较大范围的损伤；

余震级别地震（ALE）：外罐可容纳满罐 LNG，多次余震后仅允许出现轻微损伤和泄漏。

沿海、高地震烈度区域，地震荷载往往是储罐地基、罐体设计的控制条件，设计还需同步核算液体晃荡冲击。

五、低温储罐选材逻辑

所有罐体、基础及附属构件材料均需匹配相关的施工规范标准，例如 API 620 附录 Q 材料规范：

单包容系统

内罐：S30408/7% Ni/9% Ni 低温钢，也可选用 -260°F（约 -162℃）级不锈钢、铝合金；

保冷吊顶：通常采用铝合金；

外罐及罐顶：由于无需承受极低温，通常采用碳钢制造。

全包容储罐系统

内罐选材与单包容一致；外罐、罐顶采用钢筋混凝土，外罐的内衬一般由碳钢制成，并在底部区域设置热角保护。

六、多层级保冷系统设计

保冷是控制 LNG 蒸发损耗的核心，设计（API 625 第 9 章）需结合材料导热系数、强度、密度综合选型，储罐保冷分为五大体系：

• 罐底及热角保护保冷：开孔泡沫玻璃 + 夹层填充材料，承压耐低温；

• 罐外壁、罐顶外保冷：硬质保冷材料 + 防水隔汽保护层；

• 罐内壁填充保冷：散装膨胀珍珠岩；

• 重点难点：储罐反复充装排液后，珍珠岩沉降压实会对内罐产生外压。行业通用解决方案：内罐外壁铺设弹性缓冲毡，同时预留珍珠岩补充仓补偿长期沉降；若无缓冲层，内罐结构需额外核算珍珠岩压实荷载。

• 吊顶悬挂保冷：通常采用玻璃纤维保温毡；

• 管道开孔保冷：低温管线采用带保冷热隔离短节，阻断冷量向罐顶传导。

七、储罐附属工艺与安全设备

API 625 第 7 章列出储罐配套子系统：

• 工艺管线：吹扫、预冷、充装、LNG 外输管线；

• 罐内低泵送系统；

• 底部或罐壁设有穿舱件的单包容储罐 / 侧壁切断阀；

• 外部泄压阀与真空阀；

• 在线监测：压力、温度、介质密度实时采集；

• 外部平台、人员检修通道；

• 基础加热、沉降监测及地震动监测；

• 危险检测与应急处置设施；

• 防雷保护、储罐接地及航空警示灯。

关于这些子系统的附加要求，在 API 620、ASME B31.3、标准法规中均有详细规定。

八、储罐基础

储罐地基方案由土质、地震、气候及业主选定的储罐类型共同决定。若土壤条件良好，可采用环墙基础或落地式筏板基础。对于地质条件较差的场地，则需采用桩基及桩承台。高承台桩基由于在基础与土壤之间形成了空气间隙，能够有效阻断热量传递，因此无需增设地基伴热系统，节约运行能耗。

九、质量控制与质量保证

API 625 第 8 章明确要求总包单位建立完整质量管理体系，分为 QA 质量保证、QC 质量控制两大板块：

QC 质量控制

工序同步检测，例如主罐焊缝 RT 射线、UT 超声探伤，渗透 DPT、真空箱检漏等实体检测，确保每道工序达标。

QA 质量保证

定期审核施工、预制检测记录，全程旁站核查图纸、规范、质量计划落地情况，监督质控流程完整合规。

从设计、采购、工厂预制、现场施工到调试，全流程均需遵循项目专属质量计划。

十、竣工后调试与投产前置工序

罐体焊接完成后，需完成系列试验、置换、预冷，方可进行 LNG 投产：

水压试验：

验证地基承载力、内罐整体密封性；

外罐气密性试验：

核查罐体密封、锚固结构可靠性；

干燥吹扫：

排净积水→热空气烘干→热氮气深度除水；

介质置换：

氮气降氧，再通入甲烷置换至罐内甲烷浓度 80%～90%；

低温预冷：

缓慢通入 LNG 降温，严格控制降温速率，减小罐壁温差应力；

预冷完成后，储罐正式具备接收 LNG 条件，投入运行。

总结

LNG 低温储罐是集成材料、结构、保冷、工艺、安全的高度复杂工程设备，相关技术历经百年迭代：1917 年美国建成首座天然气液化工厂，20世纪60 -70年代全球第一批LNG安全标准落地，叠加新材料、海量项目运行经验，行业设计建造体系持续完善。

API 625 作为统筹全系统的综合性标准，整合全球工程实践经验，统一储罐安全、质量设计底线，对国内新建 LNG 接收站、调峰站、工厂储罐项目具备极强的参考价值，也是设计、施工、业主方开展技术沟通、风险管控的核心依据。

参考文献：

API 625，《冷藏液化气体储罐系统》，第1版 增补2，（2014年11月），美国石油学会。

API 620，《大型焊接低压储罐的设计与建造》，第12版 增补1，（2014年11月），美国石油学会。

NFPA 59A，《液化天然气（LNG）的生产、储存和装卸标准》，2013年版，美国消防协会。

ACI 376-11，《冷藏液化气体包容用混凝土结构的设计与施工规范要求及注释》，（2013年5月），美国混凝土学会。