LNG液化廠建造技術簡述

馬軍偉

（陜西化建工程有限責任公司，陜西 咸陽 712100）

LNG液化廠建造技術簡述

馬軍偉

（陜西化建工程有限責任公司，陜西 咸陽 712100）

摘 要：我國已經(jīng)把LNG能源作為戰(zhàn)略能源物質(zhì)，一方面在沿海城市建設LNG儲備站，從海外引進LNG產(chǎn)品；一方面在有氣源的地區(qū)如四川、陜西的陜北、內(nèi)蒙、新疆等地開始開發(fā)建設LNG液化廠，結(jié)合我公司承建的延長石油延安延128井和延2井兩個液化廠總結(jié)液化廠中的建設技術。

關鍵詞：LNG；低溫儲罐；無應力配管；建造技術

LNG是液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的簡稱。主要成分是甲烷。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，LNG的重量僅為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t （1MMBtu=2.52×10^8cal）。先將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理，再經(jīng)超低溫（-162℃）常壓液化就形成液化天然氣。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲運空間和成本，而且具有熱值大、性能高等特點。

LNG是一種清潔、高效的能源。很多國家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源供應中的比例迅速增加。液化天然氣正以每年約12%的高速增長，成為全球增長最迅猛的能源行業(yè)之一。近年來全球LNG的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，LNG已成為稀缺清潔資源，正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點。

1 液化廠工藝流程

原料氣→氣液分離、過濾→吸收脫碳→脫水→脫汞→低溫脫重烴→低溫脫苯→冷箱換熱降到-166℃LNG。

該項目采用MDEA脫CO2、分子篩脫水、脫苯、專用吸附劑脫汞、低溫脫重烴等工藝技術將天然氣中所含雜質(zhì)脫除至設計指標，以避免CO2、水、汞、苯、重烴等雜質(zhì)對工藝運行及設備的不利影響，然后用混合制冷工藝將天然氣在冷箱中液化并送至LNG儲罐儲存外運。

2 材料驗收

由于LNG液化廠建設材料多數(shù)為低溫、超低溫材料（-165℃），材料在低溫下韌性降低、脆性增大。在材料驗收過程中要嚴格按照相應規(guī)范及技術要求，檢查材料質(zhì)量證明書、合格證。低溫不銹鋼材料及LNG罐底、罐跟閥、LNG裝車臺、冷箱螺栓（螺栓材質(zhì)為06Cr19Ni10）進場時應按照國家現(xiàn)行標準及技術文件進行復檢。

圖1低溫罐結(jié)構(gòu)形式示意圖

3 低溫儲罐建設

3.1 LNG低溫儲罐的主要結(jié)構(gòu)形式

英國標準BS777針對低溫儲罐提出三種設計模式：單層封攔設計、雙重封攔設計和完全封攔設計，目前工程上常采用雙重封攔設計。對于大型的LNG儲罐，一般均采用雙壁懸掛頂蓋的形式。根據(jù)LNG泄露后泄露的液體和蒸汽收集情況的不同，儲罐又可分為單容罐、雙容罐和全容罐三種結(jié)構(gòu)形式，單容罐為不考慮收集液體和蒸汽泄露物的情況，只有一個雙壁單頂?shù)墓摅w獨立組成，每個罐由堤墻保護，正常的液體盛裝與穹頂或內(nèi)外壁之間（分為敞口式和敞口式），雙容罐考慮液體泄露的情況，由一個獨立的雙壁單頂主容器及一個具有液密性的外圍次容器組成，全容罐由一個主容器和次容器組成一個完整的整體，可以收集泄露的液體和氣體。雙容罐和全容罐雖然安全性較好，但造價較高，一般在4～20萬方的大型儲罐中應用較多。液化廠一般LNG儲罐容積較小，采用單容罐結(jié)構(gòu)。下面介紹LNG單容罐建造重難點。

3.2 低溫雙壁單容罐施工技術

3.2.1 LNG雙壁儲罐結(jié)構(gòu)

內(nèi)罐吊頂、外罐拱頂?shù)碾p壁單容罐，儲罐幾何尺寸：設計容積為1×104m3，內(nèi)罐底板及壁板主體材料為06Ni9；吊頂主要材料為5052-O鋁合金板，公稱直徑26m，筒體高度23m；外罐主體材料為16MnDR，公稱直徑28m，筒體高度25.4m，儲罐總高度30m；儲罐總重約575t（不含保冷層）內(nèi)罐底板及壁板主體材料為06Ni9；吊頂主要材料為5052-O鋁合金板，公稱直徑26m，筒體高度23m；外罐主體材料為16MnDR，公稱直徑28m，筒體高度25.4m，儲罐總高度30m；儲罐總重約575t（不含保冷層），如圖1所示。

3.2.2 主要施工程序

根據(jù)儲罐直徑、高度、重量，以及復雜的罐頂結(jié)構(gòu)型式要求必須在基礎平臺上預制安裝的特點，本儲罐的內(nèi)、外罐均采用群桅桿導鏈提升倒裝法施工，先進行外罐安裝，后進行內(nèi)罐的安裝。

3.2.3 低溫儲罐施工重點

LNG儲罐內(nèi)罐設計溫度為-168℃，材質(zhì)為06Ni9，此材料為國內(nèi)新型鋼種。其內(nèi)罐的組對和焊接是本工程的重點和難點也是本工程的特點，主要表現(xiàn)為：

（1）設計結(jié)構(gòu)復雜

本儲罐主體結(jié)構(gòu)為雙壁雙層，外罐拱頂加內(nèi)罐吊頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，且內(nèi)外罐底板間設計為非金屬隔熱層，主要由玻璃磚、水泥環(huán)梁、玻璃棉、干砂等組成。在罐壁之間填充珠光砂等保冷材料。這種空間的局限性及以金屬與非金屬之間交替布置的特點給施工方法的選擇、施工程序的安排以及施工機具的使用方面造成一定的影響。所以要求施工方案必須科學、合理、嚴密、精細。

表1法蘭平行度和同心度允許偏差

（2）內(nèi)罐材料的特殊性

本工程內(nèi)罐材料采用06Ni9鋼，本鋼種為鐵基鎳合金鋼，為國內(nèi)新型的低溫鋼種。目前國內(nèi)只有太鋼、南鋼有生產(chǎn)能力，而有工程使用業(yè)績且批量生產(chǎn)的只有太鋼一家。以前LNG罐的06Ni9板全部采用國外進口材料。本材料對加工方法要求高，一般構(gòu)件都要求機械加工，特別是焊接坡口的加工。另外母材表面質(zhì)量要求高，不能出現(xiàn)超標準的機械損傷和敲擊、碰撞否則容易被磁化，焊接過程中易產(chǎn)生冷熱裂紋、低溫韌性下降和焊接電弧磁偏吹。因此在存放、搬運、吊裝、移位、組對等過程中應特別注意保護。國內(nèi)沒有與材質(zhì)相匹配的專用焊條，只能采用國外進口焊條，故對焊接操作要求較高。焊工需經(jīng)過專門培訓和考試，控制好底板的焊接變形，主要是采取先短縫、后長縫、對稱施焊、分段退焊、多層多道，嚴格控制線能量。

（3）內(nèi)襯玻璃磚、水泥環(huán)梁的施工和防護

因玻璃磚為非金屬脆性材料，并且因環(huán)境溫度超低對玻璃磚及水泥環(huán)梁的含水量要求很高（含水量不能超過3%），所以100多t的內(nèi)罐要求完全在其上施工，吊裝、搬運、組對等工作都要求絕對的保護好它們，且不能增加一點含水量，如何保護和防護也是本工程的重點。

（4）另外最復雜的結(jié)構(gòu)為外罐拱頂及它所提拉的內(nèi)罐吊頂，主要受力結(jié)構(gòu)為拱頂梁、抗壓圈等需加工后卷制再拼裝要求組裝胎具量大，兩頂?shù)募庸ち慵?，連接型式有焊接、螺栓連接，故對預制精度及安裝精度要求高，也是本工程的難點之一。

4 主要設備安裝

液化廠的主要設備有BOG壓縮機、再生壓縮機、冷劑壓縮機、脫氮塔、脫水塔、冷劑吸入罐、冷箱，靜設備安裝應符合GB50231要求。液化廠主要動設備為冷劑壓縮機的安裝，冷劑壓縮機安裝難點體現(xiàn)在壓縮機的無應力配管，壓縮機安裝好后，進出口管道應從設備口往外安裝，合理設計進出口管道支架避免壓縮機受力，進出口管道應清理干凈，與動設備連接前，應在自由狀態(tài)下檢驗法蘭平行度和同心度，法蘭平行度與同心度允許偏差符合表1。管道系統(tǒng)與動設備最終連接時，在聯(lián)軸器上架設百分表監(jiān)視動設備的位移，當動設備額定轉(zhuǎn)速大于6000r/min時，其位移值應小于0.02mm，當小于6000r/min，其位移值應小于0.05。

5 主要工藝管道的安裝

液化氣在-162℃～-166℃才能液化，從冷箱出來的管道根據(jù)設計溫度、壓力一般選用不銹鋼真空管，這部分管道一般由專業(yè)公司進行預制，施工現(xiàn)場進行組裝，現(xiàn)場施工過程中真空管為不銹鋼套管抽真空后封堵，在施工中一定要特別注意不能磕碰、刮、蹭，尤其是不能在套管上用電焊打火，否則損傷或擊穿后無法實現(xiàn)有效保冷效果，使得LNG液化管道內(nèi)氣液分層形成氣阻影響安全運行。

6 保冷施工

儲罐罐底一般由泡沫玻璃磚、珠光砂水泥磚及瀝青氈按照設計要求鋪設，內(nèi)罐與外罐中間填充珠光砂。

外罐底板上找平層施工，按設計標高進行施工，表面要求光滑，平整，其平面度在每10m弧長內(nèi)任意兩點的高差不應大于3mm，整個圓周長度內(nèi)任何兩點的高差不應大于6mm。

保冷施工嚴格按照施工工藝與設計要求施工，泡沫玻璃磚、珠光砂水泥磚施工磚間縫隙不宜大于2mm。

低溫儲罐充裝LNG后，由于冷縮原因，罐壁間的珍珠紗縮降，還需要在線補裝珍珠砂。保冷材料需要進行復驗，嚴格控制含水率及材料保冷質(zhì)量。

管道保冷材料選用PIR，一般成品到貨，嚴格按照實施工藝進行施工。

7 試壓、預冷、試車

儲罐的水壓試壓及基礎沉降觀測、氣密試驗、罐體真空試驗應嚴格按照設計要求與方案進行，罐體試壓應和罐根閥同時進行避免后期無法檢測閥門與罐體間的密閉性，管道系統(tǒng)試壓時嚴格按照試驗包進行，系統(tǒng)不允許水壓試驗時使用氣壓代替。試壓完后進行系統(tǒng)吹掃、干燥保證系統(tǒng)中無水留存。

液化廠預冷、試車需編制專項方案，并對現(xiàn)場人員應該進行技術交底，防止低溫灼傷。

結(jié)語

LNG液化廠施工主要重點是LNG低溫儲罐的建造，冷劑壓縮機等動設備的無應力配管，真空管的安裝，低溫儲罐和管道的保冷施工。施工過程中嚴格按照GB/T20368-2012、NFPA 59A、API620等規(guī)范的要求，在施工過程中從原材料驗收、設備管道安裝、試壓吹掃、試車嚴格按照工藝及技術要求進行。

參考文獻

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中圖分類號：TB657

文獻標識碼：A