LNG儲罐膨脹珍珠巖沉降原因分析及處理方法

王強

中海浙江寧波液化天然氣有限公司 浙江寧波 315000

1 概述

通常在經歷了數年的運行后，LNG儲罐罐內珍珠巖會出現比較明顯的沉降，引起罐內外熱傳遞，導致儲罐外壁出現結霜現象及罐內LNG蒸發率升高，能耗增加。

2 膨脹珍珠巖是否出現沉降的判斷方法

目前國內普遍投入運行的LNG低溫儲罐的容積為16或20萬立方米，其直徑接近90米，高度40余米。儲罐均為Ni9鋼材料制造的內罐，外罐則是使用預應力鋼筋混凝土澆筑的外罐，內外罐之間有寬度800mm的環形空間，使用每個罐約為12萬立方米的膨脹珍珠巖進行填充。罐內珍珠巖結構示意圖如圖1：

圖1 LNG儲罐內膨脹珍珠巖結構示意圖

通常情況下，LNG儲罐在運行后即逐步出現沉降，約3-5年后膨脹珍珠巖沉降的表象逐漸顯現出來，最直觀的是儲罐上部外壁有結露現象。膨脹珍珠巖沉降導致保溫效果降低，結露后又吸附空氣中的灰塵使得結露的地方顏色與周邊的外壁有肉眼可見的明顯區別。如果沉降嚴重的話甚至將導致儲罐外壁長期結冰。

使用熱成像儀定期對儲罐進行溫度檢測是簡單有效的方法，分析內外罐之間環形空間保冷材料對儲罐壁板溫度場變化的影響，評估罐內膨脹珍珠巖的沉降速率，為及早采取補救措施提供依據。下圖是某接收站在膨脹珍珠巖沉降及進行充填后的對比照片，從圖1中可以明顯看到溫差的存在。外罐局部最高溫度接近環境溫度29.2℃，最低溫度為顏色最深處也就是保溫層缺失最多處的溫度27.3℃，溫差為1.9℃。圖2為在采取補充膨脹珍珠巖后，相同部位的溫差減少到0.3℃。

圖2 膨脹珍珠巖沉降的檢測照片

3 造成膨脹珍珠巖沉降的原因分析

造成膨脹珍珠巖沉降是由多方面的原因造成的。主要的原因分析主要有幾下幾點：①因熱脹冷縮引起的容積變化導致環形空間內的膨脹珍珠巖自然沉降。②膨脹珍珠巖沉降最為嚴重的地方均為儲罐進出口管道側方向，進、排液管道存在振動的影響導致此處膨脹珍珠巖沉降相對明顯。③儲罐底部用以保溫的膨脹毯因使用時間較長，回彈性能降低，導致膨脹珍珠巖沉降。④膨脹珍珠巖材料本體質量差異，珍珠巖原材料的成分因產地差異其雜質的含量是成品膨脹珍珠巖材料質量的關鍵因素之一。⑤膨脹珍珠巖成品性能指標的差異，松散密度（35-55kg/m3）、含水率（≦0.5%wt.）、導熱系數（≦0.044w/m.k（at0℃））、有機物含量（≦0.1%）、粒度級分布等性能指標的差異也是影響膨脹珍珠巖沉降速率的關鍵因素。⑥施工質量對沉降的影響較大，在LNG儲罐建設期首次填充膨脹珍珠巖時往往要求每填充3米進行一次振實，每次有48個振動點，每個振動點振實時間不少于3分鐘，振動前后都要對膨脹珍珠巖的高度進行測量。某接收站3個LNG儲罐投用8年后對其進行膨脹珍珠巖補填充，其中儲罐A補填充2508立方，儲罐C補填充3008立方，在設計、施工、原料、天氣、生產工況等各客觀因素幾乎完全相同的情況下，儲罐C竟比儲罐A多沉降了500立方。而在其他接收站也出現了在儲罐運行2年左右就出現了明顯的沉降的現象，可見施工質量對沉降的影響亦不容小覷。

圖3 補充填膨脹珍珠巖后的檢測照片

4 問題的解決方法

LNG儲罐出現膨脹珍珠巖沉降的現象是不可避免的，沉降現象比較嚴重的情況下，不僅僅造成儲罐外壁結露和污染，更主要的是將導致儲罐內LNG蒸發率升高，更容易產生蒸發氣引起儲罐罐壓不穩，需要更頻繁的操作設備以保持穩定的罐壓，增加了能耗。綜合國內各LNG接收站的運行情況來看，短則5年最多10年就要開展一次膨脹珍珠巖補充填施工作業[1]。

5 結語

鑒于LNG低溫儲罐的特性，即使采用保溫性能更好的保溫材料，依然無法杜絕保溫材料的沉降問題，定期開展儲罐膨脹珍珠巖保溫材料的沉降觀測是必不可少的，并及時開展保溫材料的補充填，降低儲罐蒸發率，降低能耗，保障LNG儲罐安全平穩運行。