LNG 低溫儲罐罐壁保冷施工技術(shù)研究

劉冀陽

（河北華氣天然氣有限公司，河北 霸州 065700）

引言

液化天然氣（LNG）是經(jīng)凈化、壓縮、升溫后得到的液態(tài)天然氣，經(jīng)液化其體積可縮小為原來的1/600。天然氣因其具有低污染、低消耗、燃燒完全、抗爆性好，液化后方便長距離運輸、儲存率高、占地少等優(yōu)點而受到世界各國青睞，近年LNG 項目進入大規(guī)模建設(shè)時期。LNG 低溫儲罐是LNG 儲存運輸過程中關(guān)鍵的核心設(shè)備，也是投資最多的設(shè)備。隨著世界各國對LNG 需求量的日益增加，為兼顧儲罐的經(jīng)濟性和其建造技術(shù)，LNG 儲罐的大型化是必然的趨勢。然而因LNG的超低溫性能和可燃性，加之LNG 低溫儲罐建造的復雜性和施工困難性，其建造技術(shù)一直被國外少數(shù)企業(yè)壟斷。因此，增加LNG低溫儲罐的知識儲備，在我國現(xiàn)已投產(chǎn)的LNG 低溫基礎(chǔ)上，總結(jié)大型低溫大型LNG 低溫儲罐建造技術(shù)，對加快我國自主大型LNG 低溫儲罐的建造有重要意義。

一、LNG 低溫儲罐的特殊要求

LNG 低溫儲罐的設(shè)計，由于介質(zhì)低溫深冷的原因，有其特殊性：（1）耐低溫。常壓下液化天然氣的沸點為-161℃。因此，LNG 要求儲液罐體必須具有良好的耐低溫和優(yōu)異的保冷性能。（2）安全要求高。由于罐內(nèi)儲存的是低溫液體，儲罐一旦出現(xiàn)意外，冷藏的液體會大量揮發(fā)，氣化量大約是原來冷藏狀態(tài)下的300 倍，在大氣中形成會自動引爆的氣團。因此，BS 規(guī)范要求儲罐采用雙層壁結(jié)構(gòu)，運用封攔理念，在第一層罐體泄漏時，第二層罐體可對泄漏液體與蒸發(fā)氣實現(xiàn)完全封攔，確保儲存安全。（3）材料特殊。內(nèi)罐壁要求耐低溫，外罐壁要求較高抗拉強度。（4）保溫措施嚴格。由于罐內(nèi)外溫差最高可達200℃，要使罐內(nèi)溫度保持在-160℃以下，罐體須具有良好的保冷性能，因此在內(nèi)罐和外罐間填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料還要有足夠的承壓性能。（5）抗震性能要求高。為確保儲罐在意外荷載作用下的安全，儲罐必須具有良好的抗震性能。（6）施工要求嚴格。儲罐焊縫必須進行100%磁粉檢測（MT）及100%真空氣密檢測（VBT），對罐壁垂直度控制嚴格。施工中必須嚴格遵循規(guī)定的程序以確保合格保冷耐低溫材料。

二、LNG 低溫儲罐罐壁保冷施工技術(shù)

（一）保冷前準備工作

儲罐在運行過程中，由于LNG 低溫性(沸點在-165℃左右)，超低溫下金屬材料及焊縫會產(chǎn)生收縮變形，同時焊縫的殘余應力及其他載荷引起的應力共同作用下，有可能引起焊縫產(chǎn)生裂紋，給儲罐后續(xù)的運行帶來安全隱患，這就要求在保冷過程中，嚴格控制保冷介質(zhì)用量及儲罐冷卻速度。在儲罐進行保冷前，需要確保達到以下一些條件：(1)確保所有工程基本完工，包括土建工程、電氣、儀表工程、工藝系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等，所有工藝管道完成強度試驗、氣密性試驗；(2)整個儲罐系統(tǒng)(包括儲罐本體、各條管線系統(tǒng))進行吹掃、置換；因為LNG 低溫性，故在其進行儲罐后，若儲罐內(nèi)部未干燥，會造成水汽結(jié)冰現(xiàn)象，給儲罐、閥門帶來嚴重損害；(3)儀控系統(tǒng)運行可靠，儲罐上呼入閥、呼出閥等可控，EAG 放散系統(tǒng)暢通；(4)液氮供應充足、防爆對講機、相關(guān)儀器露點儀、氮氣分析儀等準備齊全。

（二）保溫棉施工

在針對保溫棉進行施工的過程中，一是應該對照已經(jīng)施工完成的同類型工程項，確定好彈性氈的厚度，這里為300mm，分為四層鋪設(shè)，每一層的厚度是75mm；二是需要確定保溫釘?shù)木唧w位置并做好標識。在完成罐壁保冷施工準備工作后，需要依照設(shè)計施工圖紙的要求，使用白色粉筆，在內(nèi)罐外壁標出保溫釘安裝的具體位置，然后將其擦洗干凈，必要時做好打磨，確保表面清潔，沒有灰塵、油污和水銹的存在，如果存在油污，需要使用相應的溶劑進行清除；三是彈性氈的安裝。在對彈性氈進行安裝前，應該將相鄰兩層階梯錯縫，錯縫的寬度為300mm，同一層的彈性氈采用對接安裝的方式，確保彈性氈塊連接的緊密型，對接位置不能存在孔隙，層間接縫錯開的距離應該超過100mm，玻璃布的一端與彈性氈對接縫應該錯開150mm 以上，玻璃布之間的搭接寬度不小于150mm。在玻璃布搭接位置，需要用膠黏牢，這樣可以避免膨脹后的珍珠巖進入到彈性氈內(nèi)部。如果在內(nèi)罐中存在有凹凸不平的區(qū)域，導致彈性氈在鋪設(shè)過程中存在縫隙，則可以使用小塊的彈性氈進行填充，安裝環(huán)節(jié)，需要將內(nèi)部的彈性氈適當進行環(huán)向壓縮，這樣能夠盡可能地縮小外層彈性氈的縱向縫；四是在最外層彈性氈表面，使用玻璃布進行環(huán)向覆蓋，要求兩條相鄰玻璃布搭接的寬度為50mm，每完成一條玻璃布的搭接，都需要使用寬度為75mm的鋁膜膠帶，按照自上而下的順序進行密封粘貼，確保不會出現(xiàn)脫落的問題，相關(guān)工作可以借助吊籃完成，在施工過程中必須設(shè)置好相應的安全防護措施來保證施工人員的人身安全。利用吊籃的快速移動。施工人員需要盡快將彈性氈安裝在保溫釘上，確保彈性氈能夠緊密貼合罐壁，需要注意的是，吊籃移動和彈性氈安裝過程中應該避開保溫釘，以免劃傷；五是在完成玻璃布的鋪設(shè)后，還需要在其外側(cè)設(shè)置一層扁鋼帶，對彈性氈進行固定，外側(cè)則使用螺帽來將扁鋼固定在保溫釘上。

（三）珍珠巖施工

一方面，應該做好珍珠巖的填充工作。依照相應的技術(shù)資料和施工經(jīng)驗，在LNG低溫儲罐罐壁保冷施工的過程中，確定珍珠巖的最終填充高度為3.25m，考慮實驗槽的實際情況，選擇了人工填充作業(yè)，配合專業(yè)的振搗器設(shè)備對填充后的珍珠巖進行振搗，并且對珍珠巖在振搗后的沉降高度進行測算。另一方面，應該做好珍珠巖的振搗工作。當珍珠巖填充達到設(shè)計高度之后，需要做好相應的振搗工作。在實際操作中，設(shè)置電動葫蘆，將振搗設(shè)備懸掛在電動葫蘆上，確保振搗設(shè)備能夠在一定區(qū)域范圍內(nèi)實現(xiàn)水平運動，借助電動葫蘆纜繩，工作人員還可以控制振搗設(shè)備在處置方向自由移動。在電動葫蘆下方，需要懸掛相應的振搗板，結(jié)合模擬實驗的具體情況，振搗板的規(guī)格為1.5m×1.8m，厚度為6mm。振動器的振動電機設(shè)置在振搗板的中間位置，而上方兩個角均設(shè)置有限位膠輪，可以有效避免振搗過程中碰觸彈性氈的情況。施工作業(yè)人員通過控制電動葫蘆的方式，確保振搗設(shè)備能夠切實深入到珍珠巖內(nèi)，啟動振搗器來對珍珠巖進行振搗作業(yè)。在進行振搗的過程中，需要將施工人員分為兩組，每組至少兩人，一組站在實驗槽的邊緣位置，操控振搗裝置起降設(shè)備的按鈕，根據(jù)實際情況來對振搗板的高度進行調(diào)節(jié)，同時也需要關(guān)注下方作業(yè)人員的安全；另外一組施工人員停在吊籃內(nèi)，主要工作是對珍珠巖進行振搗，其中一名工作人員對吊籃的上升和下降進行控制，使得吊籃能夠處于最佳的施工位置，為振搗作業(yè)提供便利，另一名施工人員則負責控制振搗按鈕，確保振動作業(yè)的順利實施。

三、LNG 儲罐發(fā)展趨勢

近年來，隨著LNG 低溫儲罐在設(shè)計、材料、施工等技術(shù)方面取得了長足進步，使得LNG低溫儲罐的大型化成為可能。儲罐的大型化是大勢所趨，因其大型化有以下優(yōu)勢：大型儲罐較等容積的多個小型儲罐占地面積小、蒸發(fā)率低，罐總數(shù)少，方便罐區(qū)的運行管理及維修，同時儲罐的大型化還能節(jié)約材料，降低成本。此外，LNG 運輸船的容積和數(shù)量的增加也迫使儲罐必須大型化。

結(jié)語

保冷是LNG 儲罐安全運行的最后一道保護閘，要充分認識到保冷的重要性和危險性，在儲罐保冷結(jié)束后要靜置2～3 天，觀察儲罐壓力是否穩(wěn)定，各個系統(tǒng)的管路、閥門、法蘭等處是否有泄漏現(xiàn)象，同時要觀察管道冷縮和管托的變化情況，是否有變形情況發(fā)生；根據(jù)工程特點及現(xiàn)場施工環(huán)境，合理調(diào)整保冷施工順序，同時要注意保證施工人員的安全，做好應急預案工作。另外，預冷介質(zhì)的用量受當?shù)氐臍夂?、保冷速度、保冷時間等多種因素影響，我們在選擇保冷方式的時候，要綜合考慮這些影響因素，選擇適合自己的最優(yōu)保冷方案。