LNG低壓儲罐施工技術(shù)及質(zhì)量控制

李 財(cái)

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司 山西太原 030032）

前言

加氣站LNG儲罐的工作壓力一般為0.40.8MPa。LNG主要組分為甲烷，因此，本文中LNG物性參數(shù)近似按甲烷考慮。液態(tài)甲烷隨著溫度升高、壓力升高，密度逐漸減??；氣態(tài)甲烷隨著溫度升高、壓力升高，密度逐漸增大。LNG儲罐中儲存的介質(zhì)大部分為液體，當(dāng)然希望密度越大越好，儲存狀態(tài)在低溫、低壓下最佳。因此，LNG儲存、運(yùn)輸、加注系統(tǒng)，一般溫度、壓力越低越好。

1 LNG儲罐施工工藝技術(shù)

1.1 施工工藝順序（如圖1）

圖1 施工工藝順序

1.2 外罐施工工藝

LNG低溫儲罐外罐通常為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注混凝土外罐墻體由于混凝土水化熱控制不好易出現(xiàn)溫度裂縫，雖然多數(shù)是表面裂縫，但影響總體感觀質(zhì)量；二是外觀尺寸，特別是外罐的垂直度和表面平整度等，直接影響拱頂氣壓頂升實(shí)施；三是預(yù)應(yīng)力管道的施工，尤其需要做好過程中的成品保護(hù)和接頭處的密封工作，防止混凝土進(jìn)入管道內(nèi)部。四是預(yù)應(yīng)力施工工藝，重點(diǎn)在于預(yù)應(yīng)力筋穿束、張拉順序、張拉方式、孔道灌漿等各環(huán)節(jié)。外罐墻體模板拼接容易出現(xiàn)模板面弧度、尺寸、垂直度等超標(biāo)。施工中要求按照圖紙中加工尺寸，制作造型木弧度樣板；精確測放出模板位置，用水準(zhǔn)儀檢查標(biāo)高?；炷镣夤奘┕りP(guān)鍵在于防止水化熱產(chǎn)生裂紋，主要從外墻混凝土配合比設(shè)計(jì)、分層分段澆筑施工、混凝土灑水覆蓋等方面進(jìn)行控制管理。預(yù)應(yīng)力預(yù)埋管通常采用通球試驗(yàn)保障內(nèi)部通暢。

1.3 拱頂施工工藝

拱頂施工工藝主要為模塊化施工工藝，將拱頂分塊預(yù)制后組裝焊接成整體，采用整體氣壓頂升工藝將拱頂頂升到安裝位置焊接固定。拱頂氣壓頂升工藝應(yīng)用空氣壓差原理實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是平衡系統(tǒng)和密封系統(tǒng)。平衡系統(tǒng)確保拱頂從組裝位置上升到安裝固定位置過程中的平衡問題，通常使用一定數(shù)量的鋼絲繩結(jié)合傳導(dǎo)和固定裝置構(gòu)成平衡系統(tǒng)。密封系統(tǒng)是確保拱頂與罐體之間的空腔形成相對密封結(jié)構(gòu)，通過不斷鼓入空氣在空腔內(nèi)形成壓縮空氣使得空腔內(nèi)外部形成壓力差，使拱頂產(chǎn)生上升的動力實(shí)現(xiàn)拱頂上升到安裝固定位置焊接固定。

1.4 內(nèi)罐施工工藝

1.4.1 內(nèi)罐底板施工技術(shù)

要現(xiàn)場澆筑內(nèi)罐底部的扇形承重保冷層，澆筑到規(guī)范要求強(qiáng)度后再鋪裝扇形板。罐底施工前根據(jù)排版圖在罐基礎(chǔ)上放樣劃出每塊板的位置，做出定位標(biāo)記。內(nèi)罐罐底安裝首先確定內(nèi)罐罐底設(shè)計(jì)直徑的放大值，由于內(nèi)罐弓形邊緣板是按凈料預(yù)制的，所以劃線時除考慮焊接收縮最外還要考慮內(nèi)罐基礎(chǔ)坡度和內(nèi)罐大角縫焊接收縮量。按計(jì)算所得劃線半徑劃出內(nèi)罐罐底邊緣板外圓線，每隔3m用油漆做好標(biāo)記，劃出內(nèi)罐中幅板的中心線及分區(qū)內(nèi)罐長條中幅板的位置，全部核對無誤后，開始內(nèi)罐罐底板的鋪板。在內(nèi)罐底吊裝處理時，要用膠帶將所有鋼絲繩纏起來，使其不與不銹鋼接觸。

1.4.2 內(nèi)罐壁板施工技術(shù)

組裝前應(yīng)對預(yù)制的壁板進(jìn)行復(fù)檢，合格后方可組裝，需重新校正時，應(yīng)防止出現(xiàn)錘痕。為留出人員和機(jī)械的放置區(qū)域，在外罐壁板底部留出一張板的空間不安裝，所以在內(nèi)罐施工中要防止罐體把預(yù)留區(qū)域兩側(cè)的壁板壓彎，要對預(yù)留區(qū)域兩側(cè)壁板做臨時支撐固定處理。在內(nèi)罐施工后拆除臨時支撐，并安裝內(nèi)壁壁板。在內(nèi)罐施工時，外罐拱頂和預(yù)留出口處都要設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，以保證罐內(nèi)通風(fēng)和空氣質(zhì)量，將預(yù)制內(nèi)罐壁板吊運(yùn)到外罐內(nèi)，利用灌頂預(yù)留軌道和電動葫蘆將內(nèi)罐壁板由內(nèi)向外依次排列。

1.5 靜水壓試驗(yàn)

內(nèi)罐靜水壓試驗(yàn)主要驗(yàn)證內(nèi)罐強(qiáng)度及儲罐整體沉降情況。靜水壓試驗(yàn)水源目前有海水和淡水兩種，采用海水進(jìn)行試驗(yàn)前需要做好靜電防腐蝕工作。注水前、注水中、排水及排水后分階段觀測內(nèi)罐體、基礎(chǔ)等沉降情況，過程中隨時觀察內(nèi)罐體是否有滲漏，為避免水汽凝結(jié)必要時在夾層采取強(qiáng)制通風(fēng)措施。

1.6 儲罐保冷層安裝施工技術(shù)

1.6.1 儲罐底部保冷層施工技術(shù)

LNG儲罐底部用玻璃磚進(jìn)行安裝，在鋪設(shè)前，要將玻璃磚放在熱瀝青中浸泡，然后迅速將其鋪設(shè)到底板中的合適位置；在頂層玻璃磚鋪設(shè)后。要在其上部覆蓋玻璃布，用5mm厚的熱瀝青做粘貼材料進(jìn)行粘貼；在玻璃布上加蓋防潮膜，一般選擇PE膜；還要在PE膜上覆蓋干燥細(xì)砂作為找平層。

1.6.2 儲罐內(nèi)外壁之間保冷層施工技術(shù)

主要有兩種方式，一種是選擇低溫玻璃棉，在儲罐壁通過膠接法固定銷釘進(jìn)行安裝，事前對管壁進(jìn)行清理，在固定銷釘上采用自粘性鋁條掛鋪低溫玻璃棉，并對接縫處做密封處理。另一種是選擇珍珠巖粉，在儲罐內(nèi)外壁之間分層填充珍珠巖粉末，每層厚度都嚴(yán)格按規(guī)范要求，每一層填充后都要對珍珠巖粉進(jìn)行振搗處理，確保其密度符合規(guī)范要求。

1.7 氮?dú)庵脫Q

氮?dú)庵脫Q采用干燥的氮?dú)鈱迌?nèi)部進(jìn)行干燥和置換內(nèi)部空氣，為預(yù)冷做好準(zhǔn)備。置換使用的氮?dú)饪梢允褂矛F(xiàn)場液氮?dú)饣蛑频獧C(jī)器產(chǎn)生，氮?dú)庵脫Q順序按照底部、夾層、內(nèi)罐進(jìn)行。氮?dú)庵脫Q過程中需要控制氮?dú)鈮毫偷獨(dú)膺M(jìn)入的流速，置換過程中在每個區(qū)域氮?dú)獬隹诠芸谔帨y量露點(diǎn)，符合要求后封閉管口。

2 新型LNG儲罐研究進(jìn)展及未來發(fā)展趨勢

2.1 自支撐式LNG儲罐

自支撐式LNG儲罐采用的是復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)罐，在受力方面遠(yuǎn)優(yōu)于一般的壁板結(jié)構(gòu)，因而不再受9%Ni鋼壁厚規(guī)范上限50mm、厚板焊接難等方面限制。一方面，復(fù)合式肋片壁板可以提前預(yù)制，可節(jié)約40%以上的工期；另一方面，壁板薄，高空焊接量少，施工周期縮短。壁板厚度為等厚板，肋片及加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)均為小尺寸板材，材料成品要求不高，且復(fù)合內(nèi)罐提高了材料力學(xué)利用率，內(nèi)罐節(jié)約成本預(yù)計(jì)10%以上。可見，自支撐式儲罐對于LNG儲罐而言是非常好的內(nèi)罐改進(jìn)思路。

2.2 全混凝土LNG儲罐

全混凝土儲罐的造價低，以16×104m3全容儲罐為例，可節(jié)約20%的成本，且全混凝土儲罐內(nèi)外罐可以同時建造，可大大縮短LNG儲罐的建設(shè)工期。全混凝土LNG儲罐值得今后在國內(nèi)大力推廣，但在相關(guān)研究方面還要從基礎(chǔ)做起，包括混凝土低溫力學(xué)性能試驗(yàn)、全混凝土儲罐在地震作用下的動力響應(yīng)、混凝土內(nèi)罐開裂研究等。

2.3 海上LNG儲罐

目前我國LNG接收站選址變得越來越困難，浮式儲存再氣化裝置（FSRU）的應(yīng)用也存在諸多挑戰(zhàn)，因此開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、靈活、實(shí)施快速、便于快速推廣的海上（水上）中小型LNG接收終端技術(shù)是適應(yīng)市場、應(yīng)對競爭的迫切需要。在海上LNG儲罐研究方面，對混凝土結(jié)構(gòu)LNG海上接收終端的發(fā)展情況進(jìn)行了闡述，對不同形狀的附屬結(jié)構(gòu)以及存儲結(jié)構(gòu)的受力模式及特點(diǎn)進(jìn)行了分析，總結(jié)了設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中需要考慮的主要因素；對重力式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（GBS）接收終端和海上接收模塊與陸上接收終端進(jìn)行了對比，從結(jié)構(gòu)的受力、基礎(chǔ)型式、施工周期、造價和技術(shù)風(fēng)險等方面進(jìn)行了分析；國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對海上LNG儲罐運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、抗冰系統(tǒng)等方面也逐步開展了部分研究。

3 結(jié)束語

總之，對于自支撐式LNG儲罐、全混凝土LNG儲罐及海上LNG儲罐，由于它們的結(jié)構(gòu)形式及施工方式與常規(guī)LNG儲罐均不相同，需要開展更深入的基礎(chǔ)研究，在未來研究中應(yīng)重點(diǎn)論證結(jié)構(gòu)的受力合理性和施工的可行性。