全容式LNG儲罐罐內(nèi)保冷工程防水防潮系統(tǒng)應(yīng)用

樊宏偉 陳成建

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266555

我國大型全容式LNG 儲罐通常處于低溫微正壓狀態(tài)，使用溫度在- 163℃左右，為了限制熱漏量進(jìn)入儲罐內(nèi)，必須使用保冷絕熱材料，儲罐的不同部位使用不同的保冷絕熱材料。由于水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于保冷絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，如果保冷結(jié)構(gòu)內(nèi)存在水或水蒸氣，低溫狀態(tài)下水蒸汽會凝聚、結(jié)冰、膨脹，導(dǎo)致保冷絕熱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、間隙等，從而引起罐體局部產(chǎn)生脆性裂紋損傷，所以罐內(nèi)保冷絕熱結(jié)構(gòu)防水防潮措施非常重要。本文以廣西LNG4 臺16×104m3LNG 儲罐保冷工程防水系統(tǒng)的應(yīng)用為例，論述LNG 儲罐保冷工程防水防潮措施。

1 LNG儲罐保冷結(jié)構(gòu)

1.1 LNG儲罐罐底保冷結(jié)構(gòu)

罐底保冷結(jié)構(gòu)分為罐底邊緣區(qū)域、罐底中心區(qū)域、熱角保護(hù)系統(tǒng)保冷結(jié)構(gòu)，其中罐底邊緣區(qū)域在R37700mm～41000mm 范圍內(nèi)，罐底中心區(qū)域在R0mm～37700mm 范圍內(nèi)。儲罐保冷設(shè)計復(fù)雜，層數(shù)較多，從下至上包括：防潮襯板、混凝土找平層、冷底子漆層、中間墊氈層、硬質(zhì)泡沫玻璃磚、中間防潮墊、硬質(zhì)泡沫玻璃磚、中間防潮墊、硬質(zhì)泡沫玻璃磚、中間防潮墊、硬質(zhì)泡沫玻璃磚、頂層防潮墊、混凝土找平層、罐底二次底板。LNG 儲罐罐底保冷結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 LNG儲罐罐壁保冷結(jié)構(gòu)

圖1 LNG儲罐罐底保冷結(jié)構(gòu)示意圖

LNG 儲罐罐壁保冷結(jié)構(gòu)在混凝土外罐罐壁與09Ni 內(nèi)鋼罐之間，主要包括彈性氈和膨脹珍珠巖。LNG 儲罐罐壁保冷如圖2所示。

1.3 LNG儲罐罐頂保冷結(jié)構(gòu)

LNG 儲罐罐頂保冷結(jié)構(gòu)在內(nèi)罐鋁吊頂之上，由玻璃纖維層和接管玻璃纖維組成。LNG 儲罐罐頂保冷結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

2 保冷結(jié)構(gòu)中的材料選擇

圖2 LNG儲罐罐壁保冷示意圖

圖3 LNG儲罐罐頂保冷結(jié)構(gòu)示意圖

保冷絕熱工程在LNG 儲存和運(yùn)輸過程中起著非常關(guān)鍵的作用。在保冷絕熱工程中，對材料的抗?jié)衲芰σ笸葘ζ錈釋?dǎo)率的要求更為嚴(yán)格。材料的表征抗?jié)衲芰χ饕憩F(xiàn)在吸濕性、吸水性和水蒸氣的擴(kuò)散系數(shù)。多孔材料有較大的表面積和豐富的毛細(xì)管，具有較強(qiáng)的吸附能力和吸水能力。絕熱材料的吸水主要靠毛細(xì)管力的作用，在毛細(xì)管力的作用下，水在毛細(xì)管中上升的高度h 可以用（式1）表示。

式中：σ——水面張力（N/ m）；a 是接觸角；

ρ——水密度1000kg/ m3；

g——重力加速度9.81m/ s2；

r——毛細(xì)管半徑（m）。

由式1 可見，絕熱材料開口連通氣孔的毛細(xì)管直徑越小，越容易吸水。表面張力隨溫度的升高而下降，故溫度升高，吸水能力減弱。表1 列出一些絕熱材料的吸濕性能，由表可以看出，泡沫玻璃磚抗?jié)裥宰詈?，玻璃纖維棉吸水性大。

保冷絕熱材料在儲運(yùn)和施工過程中做好防水防潮措施相當(dāng)關(guān)鍵。LNG 儲罐罐底保冷結(jié)構(gòu)主要材料是泡沫玻璃磚，其材料本身屬于閉氣孔性材料，其氣孔直徑約為1mm，氣孔壁2um 左右的玻璃薄膜，因而其吸水率和透氣性幾乎為零。但是如果罐底保冷結(jié)構(gòu)沒有做好防水、防潮措施，有大量水蒸氣存在的話，絕熱材料吸收的水蒸氣遇到低溫會凝聚為水或結(jié)冰，使導(dǎo)熱率大為增加，進(jìn)而引起材料開裂，破壞絕熱結(jié)構(gòu)，對儲罐保冷絕熱性能將產(chǎn)生嚴(yán)重影響，儲罐漏熱量將會增加，甚至?xí)霈F(xiàn)儲罐結(jié)構(gòu)剛性損壞，后果不堪設(shè)想。

表1 絕熱材料吸濕性能

3 LNG儲罐保冷工程防水防潮措施

3.1 基本要求

（1）保冷材料包裝箱應(yīng)該有明顯防護(hù)標(biāo)識，同時用聚乙烯薄膜包裹材料，運(yùn)輸過程中采用防雨布全程覆蓋。儲存?zhèn)}庫保持干燥；若放置罐內(nèi)，放置區(qū)域保持干燥，且下墊上蓋聚乙烯薄膜，做好成品保護(hù)。

（2）罐內(nèi)施工區(qū)域必須保持干燥，及時鋪設(shè)防潮層，阻止潮氣進(jìn)入保冷結(jié)構(gòu)（特別針對近海區(qū)域）。

（3）罐內(nèi)環(huán)境濕度超過50%時不得進(jìn)行玻璃纖維安裝。

3.2 混凝土外罐頂部防水措施

3.2.1 檐梁處的防水措施

為方便罐內(nèi)后續(xù)各工序施工，需在混凝土外罐罐壁預(yù)留大、小門洞，且大、小門洞處的豎向預(yù)應(yīng)力暫未進(jìn)行鋼絞線張拉、灌漿、封錨等工作，這樣雨水就會順著豎向預(yù)應(yīng)力波紋管向下流入罐內(nèi)，很有可能滲入罐底保冷結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場采用方木板硬維護(hù)及三層SBS 防水卷材烤熔粘牢在混凝土檐梁的方法進(jìn)行防水。罐頂檐梁頂部豎向預(yù)應(yīng)力錨座處防水措施如圖4 所示。方木板硬維護(hù)可防止人員踩空或重物損壞粘好的SBS 防水卷材，從而避免影響防水效果。根據(jù)現(xiàn)場實踐，此防水措施效果顯著。

用PVC 管與大、小門洞處上部的預(yù)應(yīng)力波紋管相連接，并將管引至罐外；如果檐梁頂部防水措施有滲漏水的話，可以利用PVC 管有效地將水引流至罐外，起到有效的雙重防水保險?，F(xiàn)場實際應(yīng)用效果如圖5、圖6 所示。

3.2.2 罐頂接管及人孔防水措施

由于內(nèi)罐焊接作業(yè)粉塵、煙塵大，為保證罐內(nèi)空氣質(zhì)量，為工人營造一個健康良好的工作氛圍，需要做好通風(fēng)措施，在穹頂接管口和人孔口接有軸流式風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)正常情況全天開機(jī)，但是遇到雨天時為安全起見就需要關(guān)閉風(fēng)機(jī)，這樣雨水就有可能順著接管和人孔進(jìn)入罐內(nèi)。為做好此處的保冷工程防水防潮措施，特設(shè)計改造了風(fēng)機(jī)帽，風(fēng)機(jī)帽設(shè)計設(shè)計如圖7 所示。

圖4 罐頂檐梁頂部豎向預(yù)應(yīng)力錨座處防水措施示意圖

圖5 罐頂檐梁頂部錨座防水措施效果

圖6 大小門洞處防水措施效果

圖7 風(fēng)機(jī)帽設(shè)計示意圖

風(fēng)機(jī)帽采用δ=2mm 厚的鋼板切割、卷制、焊接而成，然后焊接在風(fēng)機(jī)上，使風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)帽留有200mm 空間，方便氣流暢通。設(shè)計這樣的風(fēng)機(jī)帽既可以滿足罐內(nèi)施工環(huán)境空氣質(zhì)量，又可避免雨天風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)雨水進(jìn)入罐內(nèi)，達(dá)到兩全其美效果?，F(xiàn)場實際應(yīng)用如圖8 所示。

圖8 罐頂接管及人孔風(fēng)機(jī)帽應(yīng)用效果

3.3 大、小門洞處防水防潮措施

大小門洞是材料運(yùn)輸，人員、車輛進(jìn)出以及通風(fēng)通道，同時是保冷工程防水防潮難度最大、最關(guān)鍵的地方。

外罐罐壁大、小門洞外側(cè)用δ=3mm 鋼板制作防雨棚，其制作尺寸應(yīng)滿足運(yùn)輸施工材料車輛及汽車吊進(jìn)出罐內(nèi)。防雨棚與外罐預(yù)埋錐形螺桿及與內(nèi)罐埋件連接并焊接以固定，防止其受臺風(fēng)等毀壞。防雨棚安裝導(dǎo)軌門，便于開、關(guān)門防雨。大、小門洞防雨措施如圖9 所示。

圖9 大小門洞防水措施示意圖

防雨棚兩邊各設(shè)置一個通風(fēng)口彎頭以便在下雨天所有風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下不至于將雨水從門縫倒吸進(jìn)罐內(nèi)。防雨棚與外罐壁間縫隙用兩層SBS 防水卷材烤熔粘牢密封，再用沙袋壓住，這樣可以避免雨水順罐壁流入罐內(nèi)保冷結(jié)構(gòu)，起到良好的防水作用。經(jīng)過實踐證明，防雨棚可以經(jīng)受住臺風(fēng)正面襲擊，起到了很好的防水效果?，F(xiàn)場實際應(yīng)用如圖10 所示。

圖10 LNG儲罐大、小門洞外防雨棚防水措施應(yīng)用效果

現(xiàn)場施工預(yù)留大、小門洞，罐外設(shè)置大、小門洞防雨防砸棚，門洞處仍然是防水關(guān)鍵部位。由于門洞內(nèi)側(cè)保冷結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，需要做好成品保護(hù)及防水措施。熱角保護(hù)系統(tǒng)底部凹槽采用荷載木板平鋪，SBS 防水卷材烤熔粘結(jié)在襯板埋件和二次邊緣底板上，這樣既可以做到成品保護(hù)又可以起到防水效果，即便大、小門洞漏水也可以防止水分進(jìn)入保冷結(jié)構(gòu)，如圖11 所示。

圖11 大小門洞內(nèi)防水措施示意圖

3.4 罐內(nèi)防水防潮措施

我國大型LNG 儲罐一般都建在臨海區(qū)域，多潮濕多雨，同時罐內(nèi)和罐外存在很大溫差。罐內(nèi)和罐外形成很大的溫差時，罐內(nèi)水蒸汽凝結(jié)成水珠順著外罐罐壁襯板流淌，可能進(jìn)入保冷結(jié)構(gòu)，為保證現(xiàn)場保冷工程的施工質(zhì)量，需做好防水防潮措施。

在進(jìn)行罐底邊緣區(qū)域保冷工程施工時，為防止由于溫差所致襯板上凝結(jié)水珠進(jìn)入保冷結(jié)構(gòu)，在完成低溫環(huán)梁外側(cè)保冷磚施工后，需將鋪設(shè)的防潮墊延長烤熔粘牢在襯板上50mm 高度，罐內(nèi)邊緣防水防潮措施如圖12 所示。

圖12 罐內(nèi)邊緣防水防潮措施示意圖

現(xiàn)場實際應(yīng)用此措施起到很大作用，尤其在雨季及晝夜溫差大的施工環(huán)境中。16×104m3/ 臺LNG 儲罐是外罐內(nèi)徑82m，高47m 的大容器與外部環(huán)境容易形成很大溫差，外罐襯板出現(xiàn)凝結(jié)水珠則沿襯板順流進(jìn)入保冷系統(tǒng)內(nèi)部，后果會影響儲罐保冷絕熱性能?，F(xiàn)場實際應(yīng)用如圖13 所示。

罐底保冷工程施工過程中，每鋪設(shè)安裝一定范圍保冷磚后應(yīng)盡快將防潮墊鋪好，以免潮氣進(jìn)入保冷結(jié)構(gòu)，最頂層防潮墊必須搭接鋪設(shè)，搭接量不小于75mm，火烤粘牢。

罐底保冷工程頂面澆筑混凝土找平層或低溫環(huán)梁之前，應(yīng)在防潮墊上部鋪一層聚乙烯薄膜，防止混凝土水分進(jìn)入保冷結(jié)構(gòu)。

圖13 LNG儲罐熱角保護(hù)底部防水措施應(yīng)用

LNG 儲罐保冷絕熱關(guān)鍵在于完善的設(shè)計、合適的材料選擇和嚴(yán)格的施工方法。儲罐的絕熱設(shè)計不好、選擇材料不合適或施工不良、防水措施和成品保護(hù)不到位等原因，都會使絕熱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、間隙等，從而罐體局部產(chǎn)生脆性裂紋損傷，因此掌握材料的特性也是很重要。

1 顧安忠.液化天然氣技術(shù)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.1

2 全球LNG 接收站統(tǒng)計[ J ].國際石油經(jīng)濟(jì),2009(6).

3 李楠.保溫保冷材料及其應(yīng)用[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社,1985.

4 丁乙,彭明.全容式LNG 儲罐絕熱性能及保冷系統(tǒng)研究.天然氣工業(yè).2012.32(3)：94- 97.