LNG低溫儲(chǔ)罐監(jiān)理控制要點(diǎn)淺析

王科軍

摘? 要：隨著我國對(duì)天然氣的需求不斷增加，LNG（液化天然氣）項(xiàng)目的大規(guī)模建設(shè)，LNG儲(chǔ)罐逐漸朝著大型化的方向發(fā)展。作為LNG接收站的關(guān)鍵和核心設(shè)備——大型LNG儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和建造方面有著特殊要求。本文論述了大型LNG儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn);大型LNG儲(chǔ)罐材料選擇與制造要求;根據(jù)儲(chǔ)罐的安全性設(shè)計(jì)要求。分析了大型LNG儲(chǔ)罐在建造過程中監(jiān)理應(yīng)控制重點(diǎn)和要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：LNG儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn);耐低溫;安全防范;監(jiān)理控制重點(diǎn)和要點(diǎn)

1 LNG儲(chǔ)罐的特點(diǎn)

隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，目前國家正大力發(fā)展綠色能源，天然氣作為潔凈能源;隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及能源供應(yīng)、儲(chǔ)備的需要，大型預(yù)應(yīng)力混凝土液化天然氣（LNG）儲(chǔ)罐在我國的建造日益興起。

LNG儲(chǔ)罐是LNG儲(chǔ)存工藝系統(tǒng)中的核心設(shè)備，伴隨著材料科學(xué)和焊接技術(shù)的發(fā)展，LNG儲(chǔ)罐越來越趨于大型化和多樣化方向發(fā)展。

大型LNG常壓儲(chǔ)罐一般采用立式雙圓筒結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)罐由內(nèi)罐、外罐、安全泄放裝置、測(cè)量分析儀表、泵、閥及管路系統(tǒng)等組成。內(nèi)罐由9Ni鋼制成，內(nèi)罐頂一般采用輕質(zhì)鋁合金吊頂結(jié)構(gòu)。罐內(nèi)為常壓，最高工作壓力為0.02MPa。外罐為預(yù)應(yīng)力混凝土筒體，平底拱頂結(jié)構(gòu)。夾層一般采用充填膨化珍珠巖的方式來絕熱，罐底則采用玻璃磚絕熱，內(nèi)罐吊頂通常采用巖棉絕熱。

大型LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐為工廠預(yù)制散件，現(xiàn)場(chǎng)組焊，外罐為現(xiàn)場(chǎng)成型澆筑，對(duì)焊接、施工水平、施工管理以及檢驗(yàn)技術(shù)等方面的要求較高，施工現(xiàn)場(chǎng)工作量大。

2 LNG儲(chǔ)罐的特殊要求

大型常壓低溫儲(chǔ)罐是用來貯存液化天然氣（LNG）的，儲(chǔ)罐在常壓下儲(chǔ)存LNG，罐內(nèi)壓力一般3.4—30kpa，儲(chǔ)罐的日蒸發(fā)量一般要求控制在0.04%—0.2%。由于LNG具有可燃性和超低溫性，因而對(duì)儲(chǔ)罐有很高的要求。那么它有什么特殊要求呢？

2.1 罐體耐低溫要求

常壓下，液化天然氣（LNG）的沸點(diǎn)為-160℃。LNG低溫常壓的貯存方法，是將天然氣的溫度降到沸點(diǎn)以下，使儲(chǔ)罐的操作壓力稍高于常壓，因此，LNG要求儲(chǔ)液罐體具有很好的耐低溫能力。

因此，對(duì)建造材料有著特殊要求，內(nèi)罐工作溫度為-163℃，一般選用9Ni鋼或不銹鋼等材料。而 9%Ni鋼有很高的機(jī)械強(qiáng)度，在-196 ?C 下具有優(yōu)異的低溫韌性，同時(shí)，焊接性能良好，能滿足現(xiàn)場(chǎng)建造的要求。因此，9%Ni 鋼作為大型 LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)罐材料的首選。

外罐壁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，選用低溫鋼筋、耐低溫混凝土。

2.2 絕熱保冷要求

因天然氣是液態(tài)貯存，因?yàn)楣薇砝餃夭钭罡呖蛇_(dá)200℃，要使罐內(nèi)溫度保持在-160℃，罐體就要具有優(yōu)異的保冷功能，必須在罐底、吊頂以及在內(nèi)罐和外罐之間填充絕熱保冷材料。目的是減少冷損失，節(jié)約能源。一般要求絕熱材料具有使用壽命長、組織穩(wěn)定性高、密度小、熱導(dǎo)率低、含水量少、抗壓性能好、不易燃等優(yōu)點(diǎn)。主要保冷材料：罐底保冷用泡沫玻璃塊;環(huán)形空間保冷用彈性掛毯、玻璃纖維布、珍珠巖粉末等;鋁吊頂保冷用玻璃纖維棉氈等;

2.3安全防范要求高

因?yàn)樘烊粴馐且兹家妆瑲怏w，罐內(nèi)貯存的是低溫液體，儲(chǔ)罐一旦發(fā)生外泄，液體就會(huì)大量蒸發(fā)，氣化量大約是本來冷藏狀態(tài)下的600倍，在大氣中形成會(huì)主動(dòng)引爆的氣團(tuán)。

因此，API、BS等規(guī)范都要求儲(chǔ)罐選用雙層壁結(jié)構(gòu)（全容罐），采用內(nèi)外罐雙層密封防泄理念，在內(nèi)罐體有泄漏時(shí)，外罐體可對(duì)走漏液體與蒸發(fā)氣完成完全封堵，保證貯存安全。

同時(shí)，為保證儲(chǔ)罐在意外荷載效果下的安全，儲(chǔ)罐有必要具有杰出的抗震功能。對(duì)LNG儲(chǔ)罐則要求在規(guī)定地震荷載下不倒也不裂。

因次，挑選的建造場(chǎng)所一般要避開地震斷裂帶，在樁與罐底承臺(tái)連接處設(shè)置減震橡膠墊，同時(shí)在承臺(tái)和內(nèi)罐壁之間設(shè)置錨帶拉結(jié)，防止儲(chǔ)罐在地震載荷作用下產(chǎn)生傾斜與搖晃。

同時(shí)混凝土外罐頂應(yīng)具有較高的抗壓、抗拉能力，需具備一定的抗震和能抵御一般掉落物的沖擊。

2.4 施工要求嚴(yán)格

為確保儲(chǔ)罐不泄漏，9Ni鋼的焊接是建造成功的關(guān)鍵。首先要對(duì) LNG 儲(chǔ)罐所用 9%Ni 鋼的厚度、焊接位置、坡口形式等確定焊接工藝規(guī)程，經(jīng)焊接工藝評(píng)定合格后，作為 9%Ni 鋼的焊接指導(dǎo)文件。然后施焊焊工必須通過考試合格，施工中內(nèi)罐壁焊縫必須100%X射線檢測(cè)（RT），內(nèi)罐底板必須進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)（MT）及100%真空氣密檢測(cè)（VBT）。

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的沉陷狀況，直接影響到儲(chǔ)罐的安全，如果基礎(chǔ)沉陷過大，就有可能造成罐底板變形，若罐底板變形所造成的應(yīng)力過大，儲(chǔ)罐底板焊縫就可能會(huì)出現(xiàn)裂縫。因此，必須確?；A(chǔ)樁極限承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)混凝土外罐方面：因?yàn)楣薜壮信_(tái)混凝土較厚，澆注時(shí)要操控水化溫度，避免因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的開裂。為避免罐壁混凝土出現(xiàn)裂紋，除選用后張拉預(yù)應(yīng)力施工外，也要控制好混凝土的收縮裂縫，同時(shí)，為升頂順利，對(duì)罐壁垂直度操控非常嚴(yán)格。

在整個(gè)罐體機(jī)械完成后，還要對(duì)罐體進(jìn)行嚴(yán)格水壓試驗(yàn)和氣密試驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證整個(gè)罐體的可靠性。以驗(yàn)證焊縫強(qiáng)度、嚴(yán)密性，以及整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載受力情況和及樁基礎(chǔ)的沉降情況。

3 LNG儲(chǔ)罐建造控制要點(diǎn)

根據(jù)LNG儲(chǔ)罐耐低溫特性以及其易燃易爆特點(diǎn)，為確保儲(chǔ)罐不泄漏，為達(dá)到安全防范要求，故應(yīng)在樁基、承臺(tái)、混凝土外罐、預(yù)應(yīng)力、內(nèi)罐焊接、儲(chǔ)罐保冷、及水壓氣壓試驗(yàn)列為監(jiān)理控制重點(diǎn)。

3.1 鉆孔灌注樁施工;

大型LNG罐多采用鉆孔灌注樁形式，監(jiān)理的質(zhì)量控制要點(diǎn)主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

（1）成樁過程各項(xiàng)指標(biāo)，包括樁位、樁長、樁徑、孔底沉渣、泥漿指標(biāo)、終孔垂直度及成樁材料質(zhì)量等能滿足設(shè)計(jì)要求;

（2）預(yù)留混凝土試塊強(qiáng)度滿足規(guī)范要求;

（3）樁身完整、勻質(zhì)，連續(xù)性好，無夾泥、斷樁等缺陷;

（4）樁極限承載力滿足規(guī)范規(guī)定的驗(yàn)收指標(biāo)。

3.2 承臺(tái)罐壁大體積混凝土施工;

質(zhì)量控制要點(diǎn)有：

（1）承臺(tái)模板和墻板DOKA模板有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，加工精度符合規(guī)范要求，拆裝方便、結(jié)合緊密，混凝土澆筑中不發(fā)生變形，漏漿等現(xiàn)象，保證混凝土美觀。

（2）砼外罐壁的垂直度、橢圓度及砼表面的平整度直接影響到鋼穹頂氣頂升的順利與否，因此，外罐內(nèi)徑、垂直度、弧度是控制重點(diǎn)。

（3）優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，降低水泥水化熱，防止裂縫產(chǎn)生。

（4）做好大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)的溫度控制，溫度異常時(shí)，及時(shí)采取相關(guān)減少溫差措施，減少溫度裂縫的產(chǎn)生。

3.3 預(yù)應(yīng)力施工

預(yù)應(yīng)力質(zhì)量控制要點(diǎn)：

（1）預(yù)應(yīng)力孔道的定位安裝。

（2）張拉設(shè)備的標(biāo)定。

（3）張拉時(shí)張拉順序以張拉力與伸長量的雙控。

（4）孔道的清孔和壓漿。

（5）封錨的處理。

3.4 內(nèi)罐壁板安裝

對(duì)于大型LNG儲(chǔ)罐，9Ni鋼的焊接是其安裝成功的關(guān)鍵。9Ni鋼在焊接過程中既易發(fā)生熱裂紋，又存在氫致延遲裂紋傾向，同時(shí)施焊過程中還容易發(fā)生焊弧磁偏吹。

（1）審查焊接工藝評(píng)定報(bào)告

焊接工藝評(píng)定是指為驗(yàn)證所擬定的焊接工藝參數(shù)的正確性而進(jìn)行的試驗(yàn)過程和結(jié)果評(píng)價(jià)。主要包括：焊接工藝指導(dǎo)書、無損檢測(cè)報(bào)告及理化性能試驗(yàn)報(bào)告、焊接工藝評(píng)定報(bào)告;

低溫儲(chǔ)罐9%Ni鋼焊接根據(jù)焊接方法、焊接坡口型式、焊接位置、板厚范圍等進(jìn)行工藝試驗(yàn)評(píng)定，對(duì)每項(xiàng)評(píng)定按規(guī)定進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)、-196C0沖擊試驗(yàn)、側(cè)向膨脹量測(cè)定和射線檢測(cè)必須符合NB/T47014-2011承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定的合格標(biāo)準(zhǔn)。

（2）9%Ni鋼焊工資格確認(rèn)

對(duì)進(jìn)場(chǎng)的持證焊工，在施焊前必須通過焊工資格考試，合格后方能上崗施焊以保證內(nèi)罐焊接質(zhì)量。低溫儲(chǔ)罐焊工考試內(nèi)容分手工焊和自動(dòng)焊，監(jiān)理焊接工程師須全過程監(jiān)督，對(duì)焊工試板焊縫外觀及RT評(píng)片結(jié)論進(jìn)行綜合評(píng)定，確認(rèn)后發(fā)給焊工上崗資格證書，焊工方可上崗施焊;

（3）焊接工藝控制

焊接過程中，焊工應(yīng)嚴(yán)格遵守經(jīng)評(píng)定合格的焊接技術(shù)規(guī)程。由于焊接過程中，熱影響區(qū)在高溫的熱循環(huán)作用下，會(huì)產(chǎn)生粗大的馬氏體和貝氏體組織，使低溫韌性下降。因此，焊接時(shí)應(yīng)控制焊接輸入線能量。通常，平焊、立焊位置焊接，焊接線能量一般控制在 45KJ/cm 以內(nèi)，橫焊一般控制在 35KJ/cm 以內(nèi)。同時(shí)，在多道焊焊接過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度在 100℃以下（最大150℃），以避免接頭過熱和晶粒長大。

（4）焊接質(zhì)量控制

焊接質(zhì)量控制主要包括兩方面的內(nèi)容：

一是焊接本身質(zhì)量的控制，焊接本身質(zhì)量問題是由焊接缺陷造成的，焊接缺陷可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷包括焊瘤、咬邊、弧坑、電弧燒傷、表面氣孔、表面裂紋、焊接變形和翹曲等;內(nèi)部缺陷包括裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等。焊接缺陷的檢驗(yàn)方法包括滲透PT檢測(cè)、R射線檢測(cè)、磁粉MT探傷和超聲波UT探傷等。

二是焊接變形的控制;從某種意義上講，焊接變形的控制較焊接本身強(qiáng)度的保證更難以實(shí)施。因此，焊接過程控制必須從焊接方法的選擇、焊接工藝參數(shù)的確定、板材規(guī)格的選擇以及組對(duì)、施焊順序等多角度考慮。

（5）產(chǎn)品試板檢驗(yàn)驗(yàn)證

按照API620的要求和設(shè)計(jì)文件的規(guī)定，9%Ni鋼內(nèi)罐手工電弧焊縱縫應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)焊接產(chǎn)品試板，產(chǎn)品試板的焊接應(yīng)符合產(chǎn)品施焊的同等工藝條件，一般要求與施工同步制作。見證試板送樣檢測(cè)、跟蹤試樣加工和試驗(yàn)，通過產(chǎn)品試板的試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)焊縫的質(zhì)量狀況以及焊縫性能的相關(guān)參數(shù)。

3.5 LNG儲(chǔ)罐保冷施工

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐設(shè)計(jì)溫度為--163℃，設(shè)計(jì)日蒸發(fā)率小于0.08%/天，因此儲(chǔ)罐必須具有良好的絕熱性能，儲(chǔ)罐絕熱包括底板絕熱、罐壁絕熱和內(nèi)罐頂部絕熱。

（1）底板絕熱。內(nèi)罐底部絕熱材料除了考慮絕熱，還應(yīng)有足夠的抗壓強(qiáng)度，以支撐罐體自重、盛裝液體的重量以及其他荷載的壓力。

（2）罐壁絕熱。在內(nèi)外罐之間的環(huán)形空間，內(nèi)罐外壁掛貼玻璃纖維毯完畢后，將膨脹松散的珍珠巖填充空間。

膨脹珍珠巖填充施工是LNG儲(chǔ)罐建設(shè)后期的關(guān)鍵工序之一，其填充質(zhì)量直接關(guān)系到儲(chǔ)罐投產(chǎn)后的保冷效果。LNG儲(chǔ)罐珍珠巖的膨脹、填充作業(yè)是不間斷作業(yè)，在整個(gè)作業(yè)過程中需采用振實(shí)密度檢測(cè)儀、粒度分析儀等對(duì)珍珠巖的松散密度、振實(shí)密度、粒度級(jí)配、含水率及導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)并記錄檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整珍珠巖膨脹工況，可有效確保投產(chǎn)后LNG儲(chǔ)罐整體BOG蒸發(fā)率測(cè)試合格，避免儲(chǔ)罐珍珠巖保冷作用減小或失效。

（3）內(nèi)罐頂部絕熱：一般采用1米厚玻璃棉或毯絕熱材料覆蓋在內(nèi)罐吊頂之上。玻璃棉具有輕質(zhì)、可壓縮、高強(qiáng)度和高彈性等特性。

6、LNG儲(chǔ)罐水壓氣壓試驗(yàn)

功能試驗(yàn)是工程質(zhì)量驗(yàn)收的重要依據(jù)，是對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估。

儲(chǔ)罐本體施工完成后，應(yīng)通過儲(chǔ)罐水壓試驗(yàn)來檢驗(yàn)其底板、壁板的強(qiáng)度、內(nèi)罐穩(wěn)定性及內(nèi)罐和基礎(chǔ)的沉降狀況。通過氣密試驗(yàn)過程來檢驗(yàn)其底板、壁板、拱頂板及其接管的嚴(yán)密性。

4 結(jié)束語

隨著我國能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略的提出，LNG在我國的能源占比正成快速增長趨勢(shì)。我國正大力建設(shè)大型LNG儲(chǔ)罐，通過深入廣東大鵬LNG項(xiàng)目和江蘇LNG和江陰LNG項(xiàng)目建造過程的監(jiān)理實(shí)踐，并取得了對(duì)LNG低溫儲(chǔ)罐建造監(jiān)理一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，與同行共勉。

參考文獻(xiàn)：

[1]《大型LNG儲(chǔ)罐關(guān)鍵技術(shù)》 殷勁松等《煤氣與熱力》2011年 第7期

[2]《國產(chǎn)9%Ni鋼在大型LNG儲(chǔ)罐上的應(yīng)用》 劉 博

[3]API 620 第12版-2013 《大型焊接低壓儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)及制造》