LNG接收站內罐設計與安裝技術研究

張月

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300452)

LNG作為一種高效、環(huán)保的能源形式,受到了全球的廣泛關注。LNG接收站作為LNG的主要集散地,其內罐的設計與安裝技術直接關系到LNG接收站的運營和安全。然而,由于LNG的特殊性質和儲存要求,LNG接收站內罐的設計與安裝存在著一系列挑戰(zhàn)和難題。針對這些問題,本文擬對LNG接收站內罐的設計與安裝技術進行深入研究。

1 LNG接收站內罐概述

LNG接收站內罐是一種用于儲存和裝卸液化天然氣(LNG)的重要設施,主要用于保證LNG的安全儲存和平衡供需差異。具體來說,其主要功能包括:第一,儲存LNG:內罐被設計用來容納大量的LNG,以滿足消費者的需求。它可以暫時存儲LNG,并根據(jù)需要進行裝船或轉運至其他儲氣設施。第二,保持溫度和壓力穩(wěn)定:內罐的結構和絕緣材料能夠保持LNG的低溫,并減少熱量傳導。通過控制內罐的溫度和壓力,可以確保LNG在儲存過程中不發(fā)生相變或泄漏。第三,減少蒸發(fā)和泄漏:內罐通常采用雙壁結構,其中內壁由9%Ni鋼材料制成,并與外壁之間形成真空層。這種結構有助于減少蒸發(fā)和泄漏的可能性,從而提高LNG的儲存效率和安全性。

2 LNG接收站內罐設計

2.1 LNG接收站內罐設計的標準和規(guī)范

在LNG接收站內罐設計過程中,需要遵循一系列的標準和規(guī)范以確保設計的安全性和可靠性。國際上常用的標準有《美國液化天然氣協(xié)會(API)標準》《歐洲石油和天然氣工業(yè)協(xié)會(EIGA)標準》、行業(yè)標準GB/T 26978、BS EN 14620等。這些標準通常包括了內罐布局、尺寸設計、材料選擇、結構強度計算、防腐保溫等方面的要求。遵循這些標準和規(guī)范可以保證內罐設計符合行業(yè)標準,從而提高LNG接收站運行的安全性和效率。

2.2 LNG接收站內罐設計技術要點

2.2.1 LNG接收站內罐材料選擇

LNG接收站的內罐材料選擇非常重要,因為它直接影響到內罐的強度、耐腐蝕性能和使用壽命。選擇合適的內罐材料需要綜合考慮材料的物理和化學性質,以及其在LNG環(huán)境下的耐腐蝕性能和耐低溫性能。此外,還需考慮材料的可加工性和成本等因素。

常見的內罐材料包括9%Ni鋼、鋁合金和不銹鋼。9%Ni鋼是最常用的內罐材料之一,其具有較高的強度和良好的韌性,能夠承受LNG的壓力和溫度變化。此外,鋼材還具有良好的可塑性,方便進行成型和焊接,使得內罐的制造和安裝更加簡便。常見的鋼材包括低合金鋼和奧氏體不銹鋼等。鋁合金是另一種常用的內罐材料。相比于9%Ni鋼,鋁合金具有更輕的質量、較小的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)良的導熱性能。這些特點使得9%Ni鋼內罐在運輸過程中能夠減少能源消耗,并且對環(huán)境溫度變化的適應性更強。然而,鋁合金的成本相對較高,也較容易受到腐蝕的影響。

2.2.2 LNG接收站內罐結構設計與優(yōu)化

LNG接收站內罐的結構設計是確保其安全運行的關鍵。內罐的結構設計應考慮到LNG的特殊性質,包括內罐的形式、尺寸和支撐結構等。常見的內罐形式有球形、圓柱形和扁平形等。選擇合適的形式取決于具體的運輸需求和使用環(huán)境,以滿足LNG的負載和壓力要求。在尺寸設計中,需要綜合考慮LNG的使用需求以及材料強度和經濟性。內罐的尺寸設計要滿足LNG的負載能力和壓力要求,并保證其結構的穩(wěn)定性和可靠性。內罐的支撐結構設計也是非常重要的。合理的支撐結構設計可以提高內罐的穩(wěn)定性和可靠性,并減少材料消耗和成本。支撐結構應能夠均勻分布內罐的質量,避免集中應力,同時能夠抵御外部環(huán)境因素對內罐的影響。通過優(yōu)化內罐的支撐結構設計,可以提高內罐的承載能力和使用壽命。

2.2.3 LNG接收站內罐保溫隔熱技術

保溫隔熱是LNG接收站內罐設計中的重要技術之一。LNG的貯存溫度通常在-162 ℃左右,若不進行保溫隔熱,會導致LNG的蒸發(fā)量增加和能源損失加大。常用的保溫隔熱材料包括聚氨酯泡沫、玻璃棉和珍珠巖等。這些材料具有良好的保溫性能和隔熱性能,能夠有效減少熱量傳遞和能源損失;保溫隔熱材料還需要具有一定的耐腐蝕性,以應對LNG中存在的可腐蝕性物質,避免材料的損壞和降解。同時,還需要具備耐低溫性能,能夠在極低溫下保持材料的強度和穩(wěn)定性。此外,保溫隔熱設計還需要考慮到防水防潮和防腐蝕等方面。合理的防水和防潮設計可以防止水分滲入保溫層,影響保溫效果和材料的性能。防腐蝕設計可以采用涂層或其他防腐材料,保護保溫隔熱材料免受腐蝕。

2.2.4 LNG接收站內罐安全防護技術

LNG接收站內罐的安全防護技術是保障運行安全的重要措施。其中包括泄漏防護和爆炸防護等方面。泄漏防護技術包括泄漏檢測、泄漏報警和泄漏控制等措施。通過安裝泄漏檢測器和報警系統(tǒng),可以及時監(jiān)測和探測LNG的泄漏情況,并發(fā)出警報。在泄漏發(fā)生時,采取適當?shù)目刂拼胧?如關閉閥門或釋放壓力,以減少泄漏的影響范圍。爆炸防護技術主要包括防爆構造設計、消防設備布置和爆炸隔離等措施。防爆構造設計要考慮內罐的結構強度和耐壓性能,以及避免火源靠近內罐。消防設備的布置要合理,包括滅火器、滅火系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)、消防炮等。爆炸隔離措施可以采用防爆墻或防爆隔壁,將內罐與其他設施隔離開來,以減少爆炸的危險性。

3 LNG接收站內罐安裝技術研究

3.1 LNG接收站內罐的運輸和卸載

LNG接收站內罐的運輸和卸載是一個非常重要的環(huán)節(jié),需要仔細規(guī)劃和安排。

首先,要注意運輸方式的選擇。LNG的運輸可以選擇水路或陸路。水路運輸通常選擇河運或海運。河運可以利用河流進行天然氣的運輸,具有較低的成本和相對平穩(wěn)的水動力條件。海運則通常使用LNG船運輸,需要考慮船只的尺寸和設計以適應天然氣的運輸需求。陸路運輸需要考慮道路狀況、交通規(guī)劃和相關許可證等因素。

其次,要保證運輸過程中的安全和穩(wěn)定性。在LNG的運輸過程中,安全和穩(wěn)定性是最重要的考慮因素之一。特別是對于LNG這種易燃易爆的液體,必須采取適當?shù)拇胧┐_保運輸過程中不發(fā)生泄漏、溢出或其他事故。儲罐的設計應具有良好的結構強度和穩(wěn)定性,并且需要使用專業(yè)的固定設備和材料來確保儲罐在運輸過程中的穩(wěn)固和安全。

最后,要采取恰當?shù)男遁d設備和措施。船靠泊碼頭與其卸料臂連接管道,利用低壓泵、高壓泵、壓縮機等設備的運轉將船上LNG倒運進儲罐。

3.2 LNG接收站內罐的安裝方法與流程

LNG接收站內罐的安裝方法與流程是非常重要的,因為一個正確安裝的內罐可以確保LNG接收站的運行安全和有效性。內罐的安裝工藝流程為:第一,在進行安裝之前,需要對施工現(xiàn)場進行準備工作,包括清理現(xiàn)場、平整施工區(qū)域、確保施工現(xiàn)場的安全等。同時,還要評估現(xiàn)場條件,確定是否能夠滿足壁板起吊或滑動安裝的要求。壁板倒運進罐,根據(jù)現(xiàn)場情況各分8處存放,考慮安全通道、吊車站位的實際情況擺放,以利于施工為準。第二,在環(huán)梁底板進行壁板施工安裝時,按照圖紙要求利用全站儀放出第一圈內罐壁板的安裝半徑,預先點焊擋塊后使用吊裝設備將環(huán)形板吊至預先確定的位置。需要注意的是,在吊裝就位后,需要使用背杠、支撐或其他固定設備進行安全固定,以確保內罐的垂直和水平位置的準確性。第三,內罐壁板吊裝到安裝位置后,將間隙片塞到壁板之間,并用銷子固定就位5塊后進行壁板調整組對,組對半圈后可以焊接縱縫,組對間隙2～4 mm。然后焊接工裝就位,焊接時注意焊接變形,人員及時檢查調整,制作1 m弧度樣板檢查?？紤]收縮量根據(jù)設計圖紙進行加量,保證安裝后各類數(shù)據(jù)滿足設計要求。第四,在完成壁板的安裝后,進行焊接工作。根據(jù)設計要求和相關標準,對板材之間的連接部分進行焊接。焊接過程中,要控制縱縫的角變形,縱縫采用電話卡進行調整,同時焊接工藝需要經過嚴格的質量控制,確保焊縫的質量和強度。最后,在完成焊接后,對LNG內罐進行各種檢測,包括外觀檢查、超聲波檢測、PMI測試PT檢驗、真空檢測等,目的在于檢查焊縫的質量,并確保內罐的完整性和安全性。

3.3 LNG接收站內罐安裝過程中的安全考慮與措施

在LNG接收站內罐的安裝過程中,安全性是最重要的考慮因素之一。為了確保安全,需要采取一系列的措施。

首先,在焊接作業(yè)中,需要提前做好關于安全的HSE技術交底,同時為作業(yè)人員配備全套個人防護設施。作業(yè)人員必須持證上崗,并且按規(guī)定穿戴安全防護裝備。同時還應當檢查電焊機等設備的完好性,如出現(xiàn)破損,必須進行相應的修復、更換等,避免使用過程中發(fā)生漏電、高溫起火等事故。其次,在吊裝作業(yè)中,吊裝設備操作人員必須具備相應的資質證書,并在現(xiàn)場配備相應的安全責任人、監(jiān)護人。吊裝作業(yè)過程中,應當設置警戒線,嚴禁有人停留、經過吊裝設備作業(yè)范圍,避免重物墜落造成的傷人事故。最后,在內罐安裝的過程中,應當盡可能避免交叉作業(yè),減少交叉作業(yè)帶來的現(xiàn)場混亂與安全隱患。如果確實無法避免,則必須做好現(xiàn)場的合理規(guī)劃與安排,保證各項作業(yè)的有序進行。

4 LNG接收站內罐設計與安裝技術的改進與展望

4.1 現(xiàn)有技術存在的不足和問題

盡管現(xiàn)有的LNG接收站內罐設計與安裝技術在很大程度上滿足了LNG行業(yè)的需求,但仍然存在一些不足和問題。其中包括以下幾個方面:第一,安全性問題。LNG是一種易燃易爆的液體,在存儲和運輸過程中存在一定的安全風險?，F(xiàn)有的內罐設計和安裝技術需要進一步提高安全性,以應對潛在的火災和爆炸風險。第二,環(huán)境影響。LNG接收站的建設和運營對環(huán)境造成一定的影響,例如噪音、振動和氣味等?，F(xiàn)有的內罐設計和安裝技術需要更好地考慮環(huán)境保護和生態(tài)平衡的因素。第三,成本效益。LNG接收站的建設和運營需要巨大的投資,而現(xiàn)有的內罐設計和安裝技術在一定程度上增加了成本。第四,科技智能化,現(xiàn)階段傳統(tǒng)的施工工藝,沒有高效地研發(fā)自動化、智能化的設備應用,智能化能夠提高施工質量降低人力成本,提升施工效率。因此,需要探索更經濟和高效的設計與安裝技術,以降低成本并提高回報率。

4.2 LNG接收站內罐設計與安裝技術的可能改進方向

為了解決現(xiàn)有技術存在的不足和問題,需要對LNG接收站內罐的設計與安裝技術進行改進。以下是可能的改進方向:第一,安全性改進:可以采用先進的火災和爆炸防護技術,例如防爆罐設計、自動監(jiān)測與報警系統(tǒng)等,以提高內罐的安全性能。此外,可以通過加強材料的防腐性能和優(yōu)化結構設計來提高內罐的耐久性和穩(wěn)定性。第二,環(huán)境友好:可以采用更環(huán)保的材料和技術,例如綠色建筑材料和可再生能源供電系統(tǒng),以減少對環(huán)境的影響。此外,可以引入噪音和振動控制技術,減少對周邊居民的影響。第三,成本效益:可以優(yōu)化內罐的結構設計,減少材料和工程量,降低建設成本。同時,可以提高內罐的運營效率,減少能源和維護成本。另外,可以引入自動化和智能化技術,提高管理和操作效率,降低運營成本。

4.3 LNG接收站內罐設計與安裝技術未來發(fā)展趨勢

在未來,LNG接收站內罐設計與安裝技術有望出現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:第一,智能化和數(shù)字化:通過引入傳感器、數(shù)據(jù)采集和分析技術,實現(xiàn)內罐的智能化監(jiān)測和運維管理。這將提高運營效率和安全性,并為決策提供更準確的數(shù)據(jù)支持。第二,綠色化和可持續(xù)發(fā)展:隨著可再生能源的不斷發(fā)展,LNG接收站內罐的設計與安裝技術將更加注重環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展。例如,可以結合太陽能和風能等可再生能源,減少對傳統(tǒng)能源的依賴。第三,節(jié)能和低碳化:為了降低能耗和碳排放,內罐設計與安裝技術將更注重節(jié)能和低碳化。例如,可以采用高效的保溫材料和隔熱技術,減少能量損失。第四,自適應和模塊化:LNG接收站內罐的設計與安裝技術將更加自適應和模塊化,以適應不同規(guī)模和布局的需求。這將提高靈活性和可擴展性,并降低建設和運營的風險。

5 結束語

通過對LNG接收站內罐設計與安裝技術的研究,本文系統(tǒng)總結了LNG接收站內罐的設計原理、要求和關鍵技術,并探討了LNG接收站內罐的安裝方法與流程。同時,通過實例分析和案例研究,驗證了所提出的設計與安裝技術的可行性和有效性。然而,現(xiàn)有的技術仍然存在一些不足和問題,需要進一步加強研究和改進。展望未來,隨著LNG能源的不斷發(fā)展和應用,LNG接收站內罐設計與安裝技術也將不斷創(chuàng)新與完善,為LNG行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。