LNG薄膜罐在陸地上的應用

劉志剛 劉繼海 宋瑞娟 王小川 馬 彪

（華港集團有限公司，河北 滄州 062450）

在社會經濟水平和人們生活質量的不斷提高下，人們對天然氣需求量呈現出不斷增加的趨勢，為此，我國加快了LNG 接收站建設工作進程，這無疑增加了LNG 接收站數量。而LNG 薄膜罐作為LNG 接收站的常用設備，主要用于對LNG 的安全化、可靠化存儲，為了提高LNG 接收站建設水平，如何將LNG 薄膜罐科學地應用于陸地是技術人員必須思考和解決的問題。

1 LNG 薄膜罐的發展

國內各大研究機構于1996 年全面、科學地測試了LNG薄膜罐和9%鎳鋼全容罐性能，并對其質量風險進行綜合化評價和分析。2006 年，部分歐洲相關標準文件對LNG 薄膜罐和9%鎳鋼全容罐安全等級進行明確的規定和劃分，使LNG 薄膜罐逐漸發展為先進、新穎的認證技術。現階段，我國將近構建了成百上千個LNG 薄膜罐，其罐體容量通常在8000m3～20000m3。新型、先進的LNG 薄膜罐除了含有混凝土外罐外，還含有結構獨特的絕緣填充層結構、罐底結構和內罐結構，為普及和發展LNG 薄膜罐打下堅實的基礎。

2 LNG 薄膜罐結構介紹

LNG 薄膜罐如圖1 所示，其結構主要由以下幾個部分組成，分別是混凝土外罐、薄膜內罐、絕熱系統、其他附件等。

圖1 LNG 薄膜罐結構

2.1 混凝土外罐

外罐作為一種常用的混凝土形式，主要用于預應力施工工作的開展，其功能除了可以向內罐流體靜力提供一定的負載作用外，還能為罐外沖擊提供一定大小的阻力。外罐主要由承臺、罐頂和罐壁三個部分組成，通過將襯里設置在內側中[1]，可以將產品蒸發氣與水蒸氣進行有效地隔離和阻斷，另外，還要在充分結合地質條件和氣候條件的基礎上，將承臺下部分別設置為以下兩種結構，一種是電加熱結構，另一種是架空結構。

2.2 薄膜內罐

薄膜內罐作為LNG 薄膜罐重要結構，屬于不銹鋼膜式，其厚度最小可以達到1.2mm。內罐與罐體主要借助隔熱板進行緊密相連，同時，還要向混凝土外罐上傳輸一定量的罐內負載量。此外，采用埋件錨固的方式[2]，將薄膜錨固到以下兩種結構中，一種結構是絕熱系統，另一種結構是混凝土外墻，確保其錨固位置始終處于相對不變的狀態。最后，還要將二次薄膜設置于罐底和罐壁底部之間，避免薄膜內罐出現嚴重泄露問題。

2.3 絕熱系統

絕熱系統主要用于對混凝土外罐與罐內產品兩者之間熱量交換效果的控制和調整，以實現對儲罐熱蒸率的有效限制，使其完全滿足相關標準和要求[3]。此外，該系統還負責向混凝土外罐傳輸相應的罐內荷載。該系統主要由有以下兩個部分組成：1）隔熱板材料。技術人員要在充分考慮熱阻性能和力學性能的基礎上，選用合適的隔熱板材料，通常要優先選用“增強聚氨酯泡沫”材料。2）隔氣層。通過應用隔氣層，可以避免是水蒸氣直接被滲透到混凝土外罐和罐底位置處，確保罐內具有合理的氣密性[4]，同時，還能避免絕熱材料出現嚴重受潮現象，該隔氣層主要包括兩種，一種是金屬襯里隔氣層和聚合物隔氣層。當隔熱板始終處于獨立密閉空間中，該密閉空間主要是由隔氣層和薄膜內罐形成，通過將適量氮氣通入密閉空間內，可以實現對氮氣壓力的實時化、全面化監測，使絕熱效果和氣密性得以大幅度提升。罐底絕熱系統結構如圖2 所示。

圖2 罐底絕熱系統結構

2.4 其他附件

對LNG 薄膜罐而言，除了包括混凝土外罐、薄膜內罐、絕熱系統外，還包括配管、機泵設備、罐頂平臺等，并借助罐頂向罐內安裝和固定相應的配管。

3 LNG 薄膜罐應用優勢

為了更好地推廣和應用LNG 薄膜罐，使LNG 薄膜罐與陸地進行充分結合，從而凸顯出該罐體的應用優勢，為保證陸地相關工程施工質量和施工效率打下堅實的基礎。

3.1 凈存儲量大

與“9%鎳鋼全包容儲罐”相比，LNG 薄膜罐所對應的設計流程更為嚴謹和緊湊。以“16×104m3儲罐”為例，罐底所用到的材料主要包括兩種，一種是泡沫玻璃磚，另一種是9%鎳鋼底板，其總厚度僅達到了0.8m，薄膜罐除了使用薄膜外，還使用了隔熱板[5]，其總厚度較小，僅為0.3m。同時，管壁所對應的全容罐除了使用泡沫珍珠巖外，同時，管壁所對應的全容罐除了使用泡沫珍珠巖外，還使用了9%鎳鋼壁板，其總厚度達到了1m。全容罐和LNG 薄膜罐從鋁吊頂到承壓環頂部之間的距離分別為2.5m 和1.5m。此時，總存儲容量得以大幅度增加，其增加量達到了8%。膜罐與全容罐凈存儲量對例如圖3 所示。

圖3 膜罐與全容罐凈存儲量對比

另外，對罐底部而言，內部通常含有大量的滯留存量，LNG 薄膜罐憑借著自身的靈活性，將凹陷排液槽設置在罐底部分，同時，還要向排液槽內安裝和固定相應的潛液泵，確保操作液位降到最低，使儲存容量得以大幅度增加[6]。當儲罐所對應的尺寸越大，存儲容量會變得越來越多。排液槽結構如圖4 所示。

圖4 排液槽結構

3.2 設計尺寸靈活

現階段，我國所構建的LNG 薄膜罐尺寸為1616×104m3全容罐，隨著科技水平的不斷提高，LNG 薄膜罐利用變得越來越多樣化，從而更好地滿足人們的多樣化使用需求。LNG薄膜罐憑借著自身模塊化、靈活化內部結構[7]，可以在充分結合人們使用需求的基礎上，完成對多種不同類型罐容的科學化設計，以凸顯出LNG 薄膜罐設計尺寸的合理性和靈活性，為進一步提高LNG 薄膜罐的設計水平產生積極的影響。

3.3 施工周期短

LNG 薄膜罐體內部結構在具體的設計中，主要采用了模塊化設計思想，在不考慮罐容大小的前提下，絕熱系統可以借助多種隔熱板，將不同類型的鋼薄膜片進行有效地組裝，標準件在實際生產期間，主要采用了批量生產的方式[8]，極大地提高生產效率和效果。對LNG 薄膜罐而言，其罐體內部大約有80%的部位在實際焊接期間，均采用了自動焊接方式，使LNG 薄膜罐施工工藝變得越來越簡單化，施工人員在無須掌握系統化、專業化知識的同時也能更好地控制LNG薄膜罐施工質量。

3.4 建造成本低

對9%鎳鋼全容罐而言，其建造成本所涉及的材料費所占比例較高，大約占總投資比重的60%左右，出現這一現象的根本原因是9%鎳鋼使用量較大、價格較高。對LNG 薄膜罐而言，其內罐薄膜厚度大約是2mm，與9%鎳鋼全容罐相比，其鋼材使用量大約節省了70%左右。總之，經過全面估算后，與同容積的9%鎳鋼全容罐相比，16×104m3LNG薄膜罐節省成本大約為總投資的25%左右。

4 LNG 薄膜罐應用可行性分析

LNG 產業在我國起步相對比較晚，在LNG 市場的不斷發展下，罐型變得越來越多樣化，建造成本變得越來越低、施工周期變得越來越短，LNG 薄膜罐的出現和應用，正好可以滿足這一發展趨勢，此外，該罐體的安全性和可靠性已經得到了有效證實，使LNG 薄膜罐應用具有較高的技術可行性和經濟可行性。

4.1 設計方面可行性分析

最近幾年，我國初步掌握和應用了9%鎳鋼全容罐設計相關技術，通過借助大型LNG 船，可以熟練了解和掌握該罐體的所有特性。為了提高國內設計人員的LNG 薄膜罐獨立設計能力，需要與國外知名公司建立良好的合作關系，并借助技術引進的方式[9]，將LNG 薄膜罐設計開發工作落實到位。此外，由于我國已經具有扎實容罐設計能力，因此，可以實現對LNG 薄膜罐的自主化、科學化設計。

4.2 采購方面可行性分析

對LNG 薄膜罐而言，其建造成本通常占總投資的60%以上，材料供應周期控制是否合理，直接影響了工期長短。在9%鎳鋼全容罐的不斷發展和普及下，國內外企業對中國LNG 市場發展給予了足夠的重視，使LNG 薄膜罐材料供應商在短時間內得以快速發展。現階段，供應商在實際建設開發期間，所使用的建設材料主要以隔熱板、薄膜、隔氣層等材料為主，因此，在材料采購方面具有較高的可行性。

4.3 施工方面可行性分析

與全容罐相比，我國對LNG 薄膜罐內罐焊接技術提出了更高的要求，但是，80%部位在實際焊接期間，均采用了自動焊接方式，同時，我國已經逐漸形成了薄膜焊接能力較高的施工隊伍。絕熱系統在實際拼裝期間，主要使用了標準件，降低了整體施工難度。所以，采用技術培訓的方式，可以確保我國施工隊伍更好地落實薄膜罐施工工作。說明LNG薄膜罐在施工方面具有較高的可行性。

5 LNG 薄膜罐在陸地上的應用案例

為了更好地驗證LNG 薄膜罐的應用可靠性和有效性，現以“LNG 薄膜罐建造工程”為例，從以下幾個方面入手，將該建造工程落實到位。（1）要將儲罐結構與氣密結構進行有效地分離，確保兩者之間的獨立性，然后，根據混凝土結構特點，開展相應的液壓試驗和氣動試驗，并加強對以下兩種參數進行全面化、科學化檢測，這兩種結構分別是熱角保護的完整性和內罐完整性。（2）鑒于絕緣體承載需要，需要完成對LNG 薄膜罐的建設，此時，需要提高混凝土外壁的堅固性。（3）LNG 薄膜罐作為一種常用的容器，主要用于對相關液體的儲存，LNG 薄膜罐結構設計與儲罐容量大小并沒有直接關系，設計人員在設計LNG 薄膜罐結構期間，要確保其設計流程的統一性和規范性，以達到提高LNG 薄膜罐設計效果的目的。（4）在進行實際施工操作期間，通過利用LNG 薄膜罐，可以省略錨固環節，這無疑簡化了整個施工流程，降低施工投資成本，使整個工程施工周期得以大幅度縮短。LNG 薄膜罐與9%鎳鋼全包容儲罐的建設工時對比如表1 所示。從表1 中的數據可以看出，與“9%鎳鋼全包容儲罐”相比，LNG 薄膜罐建造施工周期所花費的時間大幅度下降，整整節省了2850h，所節省的時間除了包括底襯板敷設時間外，還包括熱角保護時間，其工時節省率達到了23%。

表1 LNG 薄膜罐與9%鎳鋼全包容儲罐的建設工時對比/h

6 結語

綜上所述，通過將LNG 薄膜罐應用于陸地，不僅可以增加LNG 薄膜罐凈存儲量、確保設計尺寸的合理性和靈活性，還能縮短施工周期，降低建造成本，為取得良好的社會效益和經濟效益打下堅實的基礎。因此，LNG 薄膜罐與陸地之間的充分結合是勢在必行，技術人員要學習和借鑒國外先進LNG 薄膜罐應用理念，確保LNG 薄膜罐更好地應用于國內陸地領域中，為促進我國科技行業和經濟水平的快速發展和提高提供有力的保障。