LNG儲(chǔ)罐膨脹珍珠巖沉降原因分析及處理方法

王強(qiáng)

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(jīng)歷了數(shù)年的運(yùn)行后，LNG儲(chǔ)罐罐內(nèi)珍珠巖會(huì)出現(xiàn)比較明顯的沉降，引起罐內(nèi)外熱傳遞，導(dǎo)致儲(chǔ)罐外壁出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象及罐內(nèi)LNG蒸發(fā)率升高，能耗增加。

2 膨脹珍珠巖是否出現(xiàn)沉降的判斷方法

目前國(guó)內(nèi)普遍投入運(yùn)行的LNG低溫儲(chǔ)罐的容積為16或20萬(wàn)立方米，其直徑接近90米，高度40余米。儲(chǔ)罐均為Ni9鋼材料制造的內(nèi)罐，外罐則是使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土澆筑的外罐，內(nèi)外罐之間有寬度800mm的環(huán)形空間，使用每個(gè)罐約為12萬(wàn)立方米的膨脹珍珠巖進(jìn)行填充。罐內(nèi)珍珠巖結(jié)構(gòu)示意圖如圖1：

圖1 LNG儲(chǔ)罐內(nèi)膨脹珍珠巖結(jié)構(gòu)示意圖

通常情況下，LNG儲(chǔ)罐在運(yùn)行后即逐步出現(xiàn)沉降，約3-5年后膨脹珍珠巖沉降的表象逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，最直觀的是儲(chǔ)罐上部外壁有結(jié)露現(xiàn)象。膨脹珍珠巖沉降導(dǎo)致保溫效果降低，結(jié)露后又吸附空氣中的灰塵使得結(jié)露的地方顏色與周邊的外壁有肉眼可見(jiàn)的明顯區(qū)別。如果沉降嚴(yán)重的話甚至將導(dǎo)致儲(chǔ)罐外壁長(zhǎng)期結(jié)冰。

使用熱成像儀定期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行溫度檢測(cè)是簡(jiǎn)單有效的方法，分析內(nèi)外罐之間環(huán)形空間保冷材料對(duì)儲(chǔ)罐壁板溫度場(chǎng)變化的影響，評(píng)估罐內(nèi)膨脹珍珠巖的沉降速率，為及早采取補(bǔ)救措施提供依據(jù)。下圖是某接收站在膨脹珍珠巖沉降及進(jìn)行充填后的對(duì)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(huán)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(bǔ)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(cè)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(diǎn)：①因熱脹冷縮引起的容積變化導(dǎo)致環(huán)形空間內(nèi)的膨脹珍珠巖自然沉降。②膨脹珍珠巖沉降最為嚴(yán)重的地方均為儲(chǔ)罐進(jìn)出口管道側(cè)方向，進(jìn)、排液管道存在振動(dòng)的影響導(dǎo)致此處膨脹珍珠巖沉降相對(duì)明顯。③儲(chǔ)罐底部用以保溫的膨脹毯因使用時(shí)間較長(zhǎng)，回彈性能降低，導(dǎo)致膨脹珍珠巖沉降。④膨脹珍珠巖材料本體質(zhì)量差異，珍珠巖原材料的成分因產(chǎn)地差異其雜質(zhì)的含量是成品膨脹珍珠巖材料質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。⑤膨脹珍珠巖成品性能指標(biāo)的差異，松散密度（35-55kg/m3）、含水率（≦0.5%wt.）、導(dǎo)熱系數(shù)（≦0.044w/m.k（at0℃））、有機(jī)物含量（≦0.1%）、粒度級(jí)分布等性能指標(biāo)的差異也是影響膨脹珍珠巖沉降速率的關(guān)鍵因素。⑥施工質(zhì)量對(duì)沉降的影響較大，在LNG儲(chǔ)罐建設(shè)期首次填充膨脹珍珠巖時(shí)往往要求每填充3米進(jìn)行一次振實(shí)，每次有48個(gè)振動(dòng)點(diǎn)，每個(gè)振動(dòng)點(diǎn)振實(shí)時(shí)間不少于3分鐘，振動(dòng)前后都要對(duì)膨脹珍珠巖的高度進(jìn)行測(cè)量。某接收站3個(gè)LNG儲(chǔ)罐投用8年后對(duì)其進(jìn)行膨脹珍珠巖補(bǔ)填充，其中儲(chǔ)罐A補(bǔ)填充2508立方，儲(chǔ)罐C補(bǔ)填充3008立方，在設(shè)計(jì)、施工、原料、天氣、生產(chǎn)工況等各客觀因素幾乎完全相同的情況下，儲(chǔ)罐C竟比儲(chǔ)罐A多沉降了500立方。而在其他接收站也出現(xiàn)了在儲(chǔ)罐運(yùn)行2年左右就出現(xiàn)了明顯的沉降的現(xiàn)象，可見(jiàn)施工質(zhì)量對(duì)沉降的影響亦不容小覷。

圖3 補(bǔ)充填膨脹珍珠巖后的檢測(cè)照片

4 問(wèn)題的解決方法

LNG儲(chǔ)罐出現(xiàn)膨脹珍珠巖沉降的現(xiàn)象是不可避免的，沉降現(xiàn)象比較嚴(yán)重的情況下，不僅僅造成儲(chǔ)罐外壁結(jié)露和污染，更主要的是將導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)LNG蒸發(fā)率升高，更容易產(chǎn)生蒸發(fā)氣引起儲(chǔ)罐罐壓不穩(wěn)，需要更頻繁的操作設(shè)備以保持穩(wěn)定的罐壓，增加了能耗。綜合國(guó)內(nèi)各LNG接收站的運(yùn)行情況來(lái)看，短則5年最多10年就要開(kāi)展一次膨脹珍珠巖補(bǔ)充填施工作業(yè)[1]。

5 結(jié)語(yǔ)

鑒于LNG低溫儲(chǔ)罐的特性，即使采用保溫性能更好的保溫材料，依然無(wú)法杜絕保溫材料的沉降問(wèn)題，定期開(kāi)展儲(chǔ)罐膨脹珍珠巖保溫材料的沉降觀測(cè)是必不可少的，并及時(shí)開(kāi)展保溫材料的補(bǔ)充填，降低儲(chǔ)罐蒸發(fā)率，降低能耗，保障LNG儲(chǔ)罐安全平穩(wěn)運(yùn)行。