日本LNG薄膜罐技術(shù)發(fā)展

1 概述

日本在1969年首次從美國阿拉斯加引進LNG至根岸(Negishi)后，LNG接收站發(fā)展勢頭迅猛。日本LNG接收站周邊情況和地震頻發(fā)的特殊性，使儲罐的安全性、抗震性成為首要考慮的內(nèi)容。經(jīng)過初步對比分析，地下式薄膜儲罐的優(yōu)勢比較明顯。因此，日本在1971年實施了石川島播磨重工(IHI)的薄膜罐技術(shù)，并且日本的三菱重工(MHI)、川崎重工(KHI)和法國的GTT薄膜技術(shù)也先后在日本LNG接收站中得到了應用。

安裝雙向調(diào)壓塔和單向調(diào)壓塔，水泵出口閥兩階段關(guān)閉后。從圖2（a）中可以看出系統(tǒng)最大壓力38.85 m，出現(xiàn)在泵出口閥后，最小壓力-1.15 m，出現(xiàn)在14+613.95處，系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。但圖（b）顯示事故停泵300秒后，雙向調(diào)壓井內(nèi)水全部流空。

為了保證薄膜技術(shù)的安全性，日本通過試驗對不銹鋼材料的低溫設(shè)計疲勞曲線進行了繪制，對薄膜強度進行了理論分析和試驗驗證。根據(jù)應用效果，對薄膜的波紋形狀和成型方法進行了優(yōu)化。為提高施工效率，研發(fā)了自動焊接技術(shù)。對退役薄膜罐相關(guān)部件進行重新檢測，以驗證早期薄膜技術(shù)的安全性。本文對日本LNG薄膜罐技術(shù)發(fā)展進行探討。

營運資本是企業(yè)生存發(fā)展的重中之重，樂視15年以前多年流動負債超過流動資產(chǎn)，整體的營運資本情況不佳。應收賬款的逐年上漲以及無形資產(chǎn)占總資產(chǎn)比例未見下降，其現(xiàn)金比率水平較低，2014年甚至低至0.11這嚴重影響了樂視的營運能力，一定程度上增加了樂視的財務(wù)風險。同時流動負債比率2014年末近80%，提示短期償債能力相對較弱。在長期償債能力方面，樂視2013-2015年資產(chǎn)負債率遠高于同期同行業(yè)資產(chǎn)負債率平均水平(約30%)。

2 不銹鋼低溫設(shè)計疲勞曲線[1]

為了規(guī)范薄膜罐設(shè)計施工，1976年8月，日本通產(chǎn)省委托日本瓦斯協(xié)會進行LNG地下式儲罐的設(shè)計、施工、驗收相關(guān)的技術(shù)方針及安全措施的制定，并成立了由行政官員、研究學者、儲罐用戶、企業(yè)代表組成的液化天然氣用儲罐安全措施調(diào)查委員會。1980年3月，調(diào)查委員會發(fā)表了長達264頁的《LNG地下式儲罐指南》(Recommended Practice for LNG Inground Storage Tank-RPIS)?！禠NG地下式儲罐指南》要求提供內(nèi)罐材料低溫設(shè)計疲勞曲線，當時包括ASME標準在內(nèi)均無LNG溫度下的不銹鋼低溫設(shè)計疲勞曲線，只能通過試驗獲得。參與試驗的單位包括千葉大學、東京燃氣、石川島播磨重工、川崎重工、日本鋼管、三菱重工等。

為了保證測試的客觀性，共制作了6種試件，厚度范圍為1.4～2.5 mm，材料來自不同的生產(chǎn)商，化學組成不同，但都滿足JIS(日本工業(yè)標準)。試驗在常壓下進行，溫度原則上為室溫、-162 ℃，但也有部分在-196 ℃進行。通過對試驗結(jié)果的研究，分析了冷塑性加工、溫度、負荷加載方式等對疲勞壽命的影響，繪制出低溫設(shè)計疲勞曲線

。

3 薄膜強度試驗[2]

在薄膜板的焊接施工中，為了實現(xiàn)高質(zhì)量焊接，需要對焊接畸變進行位置校正。為此，KHI公司開發(fā)出利用激光傳感器實時測量焊接線位置、焊縫間隙，從而自動校正焊接位置的傳感系統(tǒng)。具有以下功能：a.離線指導：對焊接機器人進行離線指導。b.焊接位置校正：通過焊接機器人的觸控功能，進行薄膜板焊接的位置校正。c.自動校正感測：焊接施工中，利用激光傳感器，以0.1 mm分辨率自動校正焊接位置。

IHI公司通過試驗對薄膜強度進行驗證，試件(為IHI薄膜罐的常用組件)及試驗項目見表1。采用專門開發(fā)的疲勞試驗機進行試驗，為了檢測試件產(chǎn)生較大變形的部位，將應力涂料涂在試件上，在室溫下對試件施加強制變形，通過滲透探傷檢測出疲勞開裂和裂紋貫通。-162 ℃的疲勞強度試驗在密閉的液氮環(huán)境中進行，很難清晰地檢測疲勞開裂，因此僅檢測裂紋貫通。

在疲勞特性方面，試驗發(fā)現(xiàn)-162 ℃下試件的安全性比室溫更高，且與薄膜厚度的關(guān)系不明顯，進一步確認了該項技術(shù)的安全性。另外，為確認薄膜整體的熱收縮功能，制作了罐壁、罐底的大型試件，用液氮冷卻，確認了整體能夠順暢地熱收縮。

4 薄膜結(jié)構(gòu)改進[3]

MHI公司的薄膜板(以下簡稱MHI薄膜板)是將只在直角方向具有熱收縮功能的波紋以相互正交的方式組合成方格子狀。MHI薄膜板的原狀和熱收縮狀態(tài)見圖2。

芒山鎮(zhèn)夏莊村環(huán)境優(yōu)美、道路干凈整潔。在村莊最南邊，一片鮮綠的植物映入眼簾，掩映在植物下的就是這個村的生活污水生態(tài)凈化設(shè)施。

通過不斷應用和改進，MHI公司將MHI薄膜形式進行了升級：將方形格子邊長由1 260 mm增大到2 500 mm。將原有焊接波紋改為彎曲成型波紋，并增大了高度，從而提高波紋部位的疲勞強度。

① 焊接線自動仿制

為了驗證薄膜的安全性，MHI公司制作了3個實物大小的模型，并進行了形變試驗，在測試室中注入液氮，冷卻試驗后對試件進行滲透探傷，未發(fā)現(xiàn)開裂等缺陷，形變也與設(shè)計一致。

5 焊接技術(shù)的研發(fā)[4]

5.1 IHI自動焊接技術(shù)

吹牛！我也用這個詞回敬她。我干了六年，從來就沒碰上美女同事。拋光這活兒忒臟，上班時要戴口罩系圍裙，哪個女孩愿意做？何況她這么漂亮的女孩，干拋光豈不是暴殄天物了？

為了驗證自動焊機的焊口強度，IHI公司進行了多種焊縫試驗，對焊接試件進行了應力、斷裂疲勞壽命(重復次數(shù))試驗，全部在安全要求范圍內(nèi)。焊縫試驗對象見表2。

綜合對四種燃料的組分及理化特性對比可知，生物燃料對石化柴油有著良好的替代性，較高的CN值帶來的良好自燃性能，有利于改善柴油機低溫起動性能。

5.2 KHI自動焊接技術(shù)

② 焊接變形預測

為防止制作時薄膜板發(fā)生異常變形、局部減薄、尺寸偏差等現(xiàn)象，MHI公司通過反復試驗，改進了波紋成型模具和成型工藝，開發(fā)了多條波紋薄片連續(xù)成形工藝。連續(xù)成形工藝中不需要取出材料，能夠連續(xù)成型，可在同一板材上加工成型多個波紋，提高了加工效率。

IHI公司發(fā)明的薄膜采用2 mm厚的不銹鋼板，沖壓出垂直交叉的波紋組合形狀，外形見圖1。

KHI公司開發(fā)出了不依靠操作人員、無監(jiān)視的薄膜板自動焊接裝置，提高了焊接施工的可靠性。該自動焊接裝置主要功能為焊接線自動仿制、焊接變形預測。

股票模型發(fā)展趨勢的概率以連鎖模型為基準，從而構(gòu)造只包括股票和現(xiàn)金的組合。假設(shè)以S0的價格買入a股股票，現(xiàn)金是b美元，則投資額即：

KHI公司在薄膜成型工廠將18塊單體薄膜板組合焊接成為大模塊，以減少施工現(xiàn)場的焊接作業(yè)。在組合焊接時采用焊接變形模擬，確定了降低變形量的最佳焊接施工順序。與熟練焊工的焊件相比，變形量減少了50%以上，焊接自動化率達到95%。

薄膜焊接以TIG(非熔化極惰性氣體保護焊)雙層焊接為基本工藝。為了進一步穩(wěn)定焊接質(zhì)量，IHI公司進行了自動焊接機的研發(fā)，并于1977年開發(fā)了薄膜構(gòu)件自動焊接裝置。借助自動電壓系統(tǒng)控制電弧長度，角度傳感器控制焊槍角度，6軸驅(qū)動控制焊槍位置，自動焊機實現(xiàn)了各種姿勢下連續(xù)穩(wěn)定焊接，包括波紋部位。

5.3 MHI焊接技術(shù)[3]

對于MHI公司薄膜，由于波紋高度達120 mm，導致波紋處弧度比較大。采用TIG焊接時，不僅焊接速度比較慢，焊接熱量也比較大，兩層波紋重疊焊接時，易出現(xiàn)鼓包、焊縫扭曲等。為了將焊接變形控制在最小，MHI公司采用了低熱量等離子弧焊法，并利用水冷銅板及冷卻氣體吸收焊接熱。采用了低變形工藝后，面外變形減少了90%，長度方向收縮量減少了68%。

6 薄膜罐開罐檢查[5]

東京燃氣公司根岸LNG接收站TL-6儲罐建于1972年10月，為早期大型地下薄膜儲罐，采用IHI公司薄膜專利技術(shù)。經(jīng)過長期使用，TL-6罐于2004年3月退役。為驗證早期薄膜技術(shù)的安全性，在拆除前，東京燃氣、東京電力、石川島播磨重工和清水公司成立了聯(lián)合調(diào)查組，對各部件的老化程度進行了開罐檢查和分析研究。

開罐檢查內(nèi)容及評價結(jié)果見表3。疲勞累積因子為已經(jīng)歷疲勞循環(huán)與理論疲勞壽命的比，1以下被認為是安全的，值越小則預測剩余壽命越長。

由評價結(jié)果可知，雖然TL-6儲罐采用比較早期的薄膜技術(shù)，但儲罐未出現(xiàn)功能異常，內(nèi)罐仍有足夠的剩余壽命。在長期低溫環(huán)境下，薄膜罐的劣化速度緩慢，對薄膜板、絕熱層、混凝土等主要部位的影響比較小。

這家代表消費者團體的組織評價說：“無論使用何種方法獲得新型健康食用油，公眾食用這種含有較少反式飽和脂肪酸的食用油，健康將得到改善和提升?！?/p>

7 結(jié)語

日本最初引進LNG薄膜罐技術(shù)的初衷是考慮地震安全性，在3家國內(nèi)公司開發(fā)出不同的專利薄膜技術(shù)并實際應用后，再根據(jù)應用過程中出現(xiàn)的問題，進行薄膜技術(shù)改進。這種邊應用邊改進的技術(shù)引進方法雖然符合當時日本LNG市場的要求，但仍存在安全風險。

建議中國在引進和開發(fā)薄膜罐技術(shù)時，采用更加科學、合理的研發(fā)順序，在對材料選擇、薄膜成型、薄膜強度、施工方法等進行嚴謹?shù)难芯颗c試驗測試基礎(chǔ)上，經(jīng)過小型試驗儲罐驗證后，再大規(guī)模推廣應用，以確保新技術(shù)的安全性。

[1] UDOGUCHI T，KASAHARA K，KITAGAWA M，et al. Fatigue characteristics of type 304 stainless steel thin plates for LNG inground storage tanks[J]. Journal of High Pressure Institute of Japan，1981(4)：169-175.

[2] SAKURAI H，NAKACHI I. Recent development of LNG inground storage(1st Report)[J]. Journal of High Pressure Institute of Japan，1982(2)：57-61.

[3] 龜井博下，出口明雄，西岡信之，等. LNG地下式貯槽折曲げ型側(cè)部メンプレンの開発[J]. 三菱重工技報，1996(4)：230-233.

[4] KATAYAMA N，SASAKI C，SHINADA K，et al. Recent development of LNG inground storage(4th Report)[J]. Journal of High Pressure Institute of Japan，1984(2)：94-99.

[5] KOBAYASHI A，SASAKI T，ORITO Y，et al. Encouraging report: membrane type LNG inground storage tank removed from service after 32 years of operation[C]// IGU. 15th International Conference & Exhibition on Liquefied Natural Gas (LNG 15). Barcelona：IGU，2007：1-18.