LNG储罐膨胀珍珠岩沉降原因分析及处理方法

王强

中海浙江宁波液化天然气有限公司 浙江宁波 315000

1 概述

通常在经历了数年的运行后，LNG储罐罐内珍珠岩会出现比较明显的沉降，引起罐内外热传递，导致储罐外壁出现结霜现象及罐内LNG蒸发率升高，能耗增加。

2 膨胀珍珠岩是否出现沉降的判断方法

目前国内普遍投入运行的LNG低温储罐的容积为16或20万立方米，其直径接近90米，高度40余米。储罐均为Ni9钢材料制造的内罐，外罐则是使用预应力钢筋混凝土浇筑的外罐，内外罐之间有宽度800mm的环形空间，使用每个罐约为12万立方米的膨胀珍珠岩进行填充。罐内珍珠岩结构示意图如图1：

图1 LNG储罐内膨胀珍珠岩结构示意图

通常情况下，LNG储罐在运行后即逐步出现沉降，约3-5年后膨胀珍珠岩沉降的表象逐渐显现出来，最直观的是储罐上部外壁有结露现象。膨胀珍珠岩沉降导致保温效果降低，结露后又吸附空气中的灰尘使得结露的地方颜色与周边的外壁有肉眼可见的明显区别。如果沉降严重的话甚至将导致储罐外壁长期结冰。

使用热成像仪定期对储罐进行温度检测是简单有效的方法，分析内外罐之间环形空间保冷材料对储罐壁板温度场变化的影响，评估罐内膨胀珍珠岩的沉降速率，为及早采取补救措施提供依据。下图是某接收站在膨胀珍珠岩沉降及进行充填后的对比照片，从图1中可以明显看到温差的存在。外罐局部最高温度接近环境温度29.2℃，最低温度为颜色最深处也就是保温层缺失最多处的温度27.3℃，温差为1.9℃。图2为在采取补充膨胀珍珠岩后，相同部位的温差减少到0.3℃。

图2 膨胀珍珠岩沉降的检测照片

3 造成膨胀珍珠岩沉降的原因分析

造成膨胀珍珠岩沉降是由多方面的原因造成的。主要的原因分析主要有几下几点：①因热胀冷缩引起的容积变化导致环形空间内的膨胀珍珠岩自然沉降。②膨胀珍珠岩沉降最为严重的地方均为储罐进出口管道侧方向，进、排液管道存在振动的影响导致此处膨胀珍珠岩沉降相对明显。③储罐底部用以保温的膨胀毯因使用时间较长，回弹性能降低，导致膨胀珍珠岩沉降。④膨胀珍珠岩材料本体质量差异，珍珠岩原材料的成分因产地差异其杂质的含量是成品膨胀珍珠岩材料质量的关键因素之一。⑤膨胀珍珠岩成品性能指标的差异，松散密度（35-55kg/m3）、含水率（≦0.5%wt.）、导热系数（≦0.044w/m.k（at0℃））、有机物含量（≦0.1%）、粒度级分布等性能指标的差异也是影响膨胀珍珠岩沉降速率的关键因素。⑥施工质量对沉降的影响较大，在LNG储罐建设期首次填充膨胀珍珠岩时往往要求每填充3米进行一次振实，每次有48个振动点，每个振动点振实时间不少于3分钟，振动前后都要对膨胀珍珠岩的高度进行测量。某接收站3个LNG储罐投用8年后对其进行膨胀珍珠岩补填充，其中储罐A补填充2508立方，储罐C补填充3008立方，在设计、施工、原料、天气、生产工况等各客观因素几乎完全相同的情况下，储罐C竟比储罐A多沉降了500立方。而在其他接收站也出现了在储罐运行2年左右就出现了明显的沉降的现象，可见施工质量对沉降的影响亦不容小觑。

图3 补充填膨胀珍珠岩后的检测照片

4 问题的解决方法

LNG储罐出现膨胀珍珠岩沉降的现象是不可避免的，沉降现象比较严重的情况下，不仅仅造成储罐外壁结露和污染，更主要的是将导致储罐内LNG蒸发率升高，更容易产生蒸发气引起储罐罐压不稳，需要更频繁的操作设备以保持稳定的罐压，增加了能耗。综合国内各LNG接收站的运行情况来看，短则5年最多10年就要开展一次膨胀珍珠岩补充填施工作业[1]。

5 结语

鉴于LNG低温储罐的特性，即使采用保温性能更好的保温材料，依然无法杜绝保温材料的沉降问题，定期开展储罐膨胀珍珠岩保温材料的沉降观测是必不可少的，并及时开展保温材料的补充填，降低储罐蒸发率，降低能耗，保障LNG储罐安全平稳运行。