LNG 低溫儲罐罐壁保冷施工技術研究

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）是經凈化、壓縮、升溫后得到的液態天然氣，經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、占地少等優點而受到世界各國青睞，近年LNG 項目進入大規模建設時期。LNG 低溫儲罐是LNG 儲存運輸過程中關鍵的核心設備，也是投資最多的設備。隨著世界各國對LNG 需求量的日益增加，為兼顧儲罐的經濟性和其建造技術，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，其建造技術一直被國外少數企業壟斷。因此，增加LNG低溫儲罐的知識儲備，在我國現已投產的LNG 低溫基礎上，總結大型低溫大型LNG 低溫儲罐建造技術，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 低溫儲罐的設計，由于介質低溫深冷的原因，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異的保冷性能。（2）安全要求高。由于罐內儲存的是低溫液體，儲罐一旦出現意外，冷藏的液體會大量揮發，氣化量大約是原來冷藏狀態下的300 倍，在大氣中形成會自動引爆的氣團。因此，BS 規范要求儲罐采用雙層壁結構，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氣實現完全封攔，確保儲存安全。（3）材料特殊。內罐壁要求耐低溫，外罐壁要求較高抗拉強度。（4）保溫措施嚴格。由于罐內外溫差最高可達200℃，要使罐內溫度保持在-160℃以下，罐體須具有良好的保冷性能，因此在內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

（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，有可能引起焊縫產生裂紋，給儲罐后續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、消防系統等，所有工藝管道完成強度試驗、氣密性試驗；(2)整個儲罐系統(包括儲罐本體、各條管線系統)進行吹掃、置換；因為LNG 低溫性，故在其進行儲罐后，若儲罐內部未干燥，會造成水汽結冰現象，給儲罐、閥門帶來嚴重損害；(3)儀控系統運行可靠，儲罐上呼入閥、呼出閥等可控，EAG 放散系統暢通；(4)液氮供應充足、防爆對講機、相關儀器露點儀、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，每一層的厚度是75mm；二是需要確定保溫釘的具體位置并做好標識。在完成罐壁保冷施工準備工作后，需要依照設計施工圖紙的要求，使用白色粉筆，在內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部。如果在內罐中存在有凹凸不平的區域，導致彈性氈在鋪設過程中存在縫隙，則可以使用小塊的彈性氈進行填充，安裝環節，需要將內部的彈性氈適當進行環向壓縮，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，確保不會出現脫落的問題，相關工作可以借助吊籃完成，在施工過程中必須設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后，還需要在其外側設置一層扁鋼帶，對彈性氈進行固定，外側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。依照相應的技術資料和施工經驗，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，配合專業的振搗器設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計高度之后，需要做好相應的振搗工作。在實際操作中，設置電動葫蘆，將振搗設備懸掛在電動葫蘆上，確保振搗設備能夠在一定區域范圍內實現水平運動，借助電動葫蘆纜繩，工作人員還可以控制振搗設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，結合模擬實驗的具體情況，振搗板的規格為1.5m×1.8m，厚度為6mm。振動器的振動電機設置在振搗板的中間位置，而上方兩個角均設置有限位膠輪，可以有效避免振搗過程中碰觸彈性氈的情況。施工作業人員通過控制電動葫蘆的方式，確保振搗設備能夠切實深入到珍珠巖內，啟動振搗器來對珍珠巖進行振搗作業。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備的按鈕，根據實際情況來對振搗板的高度進行調節，同時也需要關注下方作業人員的安全；另外一組施工人員停在吊籃內，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，確保振動作業的順利實施。

三、LNG 儲罐發展趨勢

近年來，隨著LNG 低溫儲罐在設計、材料、施工等技術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勢：大型儲罐較等容積的多個小型儲罐占地面積小、蒸發率低，罐總數少，方便罐區的運行管理及維修，同時儲罐的大型化還能節約材料，降低成本。此外，LNG 運輸船的容積和數量的增加也迫使儲罐必須大型化。

結語

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，在儲罐保冷結束后要靜置2～3 天，觀察儲罐壓力是否穩定，各個系統的管路、閥門、法蘭等處是否有泄漏現象，同時要觀察管道冷縮和管托的變化情況，是否有變形情況發生；根據工程特點及現場施工環境，合理調整保冷施工順序，同時要注意保證施工人員的安全，做好應急預案工作。另外，預冷介質的用量受當地的氣候、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保冷方案。