LNG 低温储罐罐壁保冷施工技术研究

刘冀阳

（河北华气天然气有限公司，河北 霸州 065700）

引言

液化天然气（LNG）是经净化、压缩、升温后得到的液态天然气，经液化其体积可缩小为原来的1/600。天然气因其具有低污染、低消耗、燃烧完全、抗爆性好，液化后方便长距离运输、储存率高、占地少等优点而受到世界各国青睐，近年LNG 项目进入大规模建设时期。LNG 低温储罐是LNG 储存运输过程中关键的核心设备，也是投资最多的设备。随着世界各国对LNG 需求量的日益增加，为兼顾储罐的经济性和其建造技术，LNG 储罐的大型化是必然的趋势。然而因LNG的超低温性能和可燃性，加之LNG 低温储罐建造的复杂性和施工困难性，其建造技术一直被国外少数企业垄断。因此，增加LNG低温储罐的知识储备，在我国现已投产的LNG 低温基础上，总结大型低温大型LNG 低温储罐建造技术，对加快我国自主大型LNG 低温储罐的建造有重要意义。

一、LNG 低温储罐的特殊要求

LNG 低温储罐的设计，由于介质低温深冷的原因，有其特殊性：（1）耐低温。常压下液化天然气的沸点为-161℃。因此，LNG 要求储液罐体必须具有良好的耐低温和优异的保冷性能。（2）安全要求高。由于罐内储存的是低温液体，储罐一旦出现意外，冷藏的液体会大量挥发，气化量大约是原来冷藏状态下的300 倍，在大气中形成会自动引爆的气团。因此，BS 规范要求储罐采用双层壁结构，运用封拦理念，在第一层罐体泄漏时，第二层罐体可对泄漏液体与蒸发气实现完全封拦，确保储存安全。（3）材料特殊。内罐壁要求耐低温，外罐壁要求较高抗拉强度。（4）保温措施严格。由于罐内外温差最高可达200℃，要使罐内温度保持在-160℃以下，罐体须具有良好的保冷性能，因此在内罐和外罐间填充高性能的保冷材料。罐底保冷材料还要有足够的承压性能。（5）抗震性能要求高。为确保储罐在意外荷载作用下的安全，储罐必须具有良好的抗震性能。（6）施工要求严格。储罐焊缝必须进行100%磁粉检测（MT）及100%真空气密检测（VBT），对罐壁垂直度控制严格。施工中必须严格遵循规定的程序以确保合格保冷耐低温材料。

二、LNG 低温储罐罐壁保冷施工技术

（一）保冷前准备工作

储罐在运行过程中，由于LNG 低温性(沸点在-165℃左右)，超低温下金属材料及焊缝会产生收缩变形，同时焊缝的残余应力及其他载荷引起的应力共同作用下，有可能引起焊缝产生裂纹，给储罐后续的运行带来安全隐患，这就要求在保冷过程中，严格控制保冷介质用量及储罐冷却速度。在储罐进行保冷前，需要确保达到以下一些条件：(1)确保所有工程基本完工，包括土建工程、电气、仪表工程、工艺系统、消防系统等，所有工艺管道完成强度试验、气密性试验；(2)整个储罐系统(包括储罐本体、各条管线系统)进行吹扫、置换；因为LNG 低温性，故在其进行储罐后，若储罐内部未干燥，会造成水汽结冰现象，给储罐、阀门带来严重损害；(3)仪控系统运行可靠，储罐上呼入阀、呼出阀等可控，EAG 放散系统畅通；(4)液氮供应充足、防爆对讲机、相关仪器露点仪、氮气分析仪等准备齐全。

（二）保温棉施工

在针对保温棉进行施工的过程中，一是应该对照已经施工完成的同类型工程项，确定好弹性毡的厚度，这里为300mm，分为四层铺设，每一层的厚度是75mm；二是需要确定保温钉的具体位置并做好标识。在完成罐壁保冷施工准备工作后，需要依照设计施工图纸的要求，使用白色粉笔，在内罐外壁标出保温钉安装的具体位置，然后将其擦洗干净，必要时做好打磨，确保表面清洁，没有灰尘、油污和水锈的存在，如果存在油污，需要使用相应的溶剂进行清除；三是弹性毡的安装。在对弹性毡进行安装前，应该将相邻两层阶梯错缝，错缝的宽度为300mm，同一层的弹性毡采用对接安装的方式，确保弹性毡块连接的紧密型，对接位置不能存在孔隙，层间接缝错开的距离应该超过100mm，玻璃布的一端与弹性毡对接缝应该错开150mm 以上，玻璃布之间的搭接宽度不小于150mm。在玻璃布搭接位置，需要用胶黏牢，这样可以避免膨胀后的珍珠岩进入到弹性毡内部。如果在内罐中存在有凹凸不平的区域，导致弹性毡在铺设过程中存在缝隙，则可以使用小块的弹性毡进行填充，安装环节，需要将内部的弹性毡适当进行环向压缩，这样能够尽可能地缩小外层弹性毡的纵向缝；四是在最外层弹性毡表面，使用玻璃布进行环向覆盖，要求两条相邻玻璃布搭接的宽度为50mm，每完成一条玻璃布的搭接，都需要使用宽度为75mm的铝膜胶带，按照自上而下的顺序进行密封粘贴，确保不会出现脱落的问题，相关工作可以借助吊篮完成，在施工过程中必须设置好相应的安全防护措施来保证施工人员的人身安全。利用吊篮的快速移动。施工人员需要尽快将弹性毡安装在保温钉上，确保弹性毡能够紧密贴合罐壁，需要注意的是，吊篮移动和弹性毡安装过程中应该避开保温钉，以免划伤；五是在完成玻璃布的铺设后，还需要在其外侧设置一层扁钢带，对弹性毡进行固定，外侧则使用螺帽来将扁钢固定在保温钉上。

（三）珍珠岩施工

一方面，应该做好珍珠岩的填充工作。依照相应的技术资料和施工经验，在LNG低温储罐罐壁保冷施工的过程中，确定珍珠岩的最终填充高度为3.25m，考虑实验槽的实际情况，选择了人工填充作业，配合专业的振捣器设备对填充后的珍珠岩进行振捣，并且对珍珠岩在振捣后的沉降高度进行测算。另一方面，应该做好珍珠岩的振捣工作。当珍珠岩填充达到设计高度之后，需要做好相应的振捣工作。在实际操作中，设置电动葫芦，将振捣设备悬挂在电动葫芦上，确保振捣设备能够在一定区域范围内实现水平运动，借助电动葫芦缆绳，工作人员还可以控制振捣设备在处置方向自由移动。在电动葫芦下方，需要悬挂相应的振捣板，结合模拟实验的具体情况，振捣板的规格为1.5m×1.8m，厚度为6mm。振动器的振动电机设置在振捣板的中间位置，而上方两个角均设置有限位胶轮，可以有效避免振捣过程中碰触弹性毡的情况。施工作业人员通过控制电动葫芦的方式，确保振捣设备能够切实深入到珍珠岩内，启动振捣器来对珍珠岩进行振捣作业。在进行振捣的过程中，需要将施工人员分为两组，每组至少两人，一组站在实验槽的边缘位置，操控振捣装置起降设备的按钮，根据实际情况来对振捣板的高度进行调节，同时也需要关注下方作业人员的安全；另外一组施工人员停在吊篮内，主要工作是对珍珠岩进行振捣，其中一名工作人员对吊篮的上升和下降进行控制，使得吊篮能够处于最佳的施工位置，为振捣作业提供便利，另一名施工人员则负责控制振捣按钮，确保振动作业的顺利实施。

三、LNG 储罐发展趋势

近年来，随着LNG 低温储罐在设计、材料、施工等技术方面取得了长足进步，使得LNG低温储罐的大型化成为可能。储罐的大型化是大势所趋，因其大型化有以下优势：大型储罐较等容积的多个小型储罐占地面积小、蒸发率低，罐总数少，方便罐区的运行管理及维修，同时储罐的大型化还能节约材料，降低成本。此外，LNG 运输船的容积和数量的增加也迫使储罐必须大型化。

结语

保冷是LNG 储罐安全运行的最后一道保护闸，要充分认识到保冷的重要性和危险性，在储罐保冷结束后要静置2～3 天，观察储罐压力是否稳定，各个系统的管路、阀门、法兰等处是否有泄漏现象，同时要观察管道冷缩和管托的变化情况，是否有变形情况发生；根据工程特点及现场施工环境，合理调整保冷施工顺序，同时要注意保证施工人员的安全，做好应急预案工作。另外，预冷介质的用量受当地的气候、保冷速度、保冷时间等多种因素影响，我们在选择保冷方式的时候，要综合考虑这些影响因素，选择适合自己的最优保冷方案。