LNG 三壁金属全容储罐绝热施工技术应用分析

张正雄

中化二建集团有限公司 山西太原 030021

LNG 是一种清洁、高效能源，具有安全、方便、快捷、污染小的优点，广泛用于石油化工、冶炼、车辆、居民燃气等行业。作为LNG 储存的主要设备，三金属全容罐因其安全性高，综合经济性能好，在调峰储配站以及液化工厂中成为建设方的首选罐型。LNG 的沸点是- 162℃，其储存需要极低的温度，受温度影响大，温度升高会引起LNG气化，产生大量的BOG，加剧能耗，甚至会引起安全事故，因此LNG 储罐保冷绝热系统施工显得尤为重要[1]。从三金属全容罐罐底保冷层、罐壁保冷层和吊顶保冷层的结构形式以及施工工序和施工方法进行阐述。

1 LNG三金属全容罐

LNG 三金属全容罐为平底内吊顶、外拱顶、立式、三圆筒金属壁、全包容常压储罐，由主容器、次容器、外容器、梯子平台、绝热系统、管道和阀门仪表系统等组成（见图1）。储罐基础采用架空式，整个设备坐落在高架式的基础底板上，设备基础采用自然通风、隔潮。三层LNG 金属全容罐实物图如图2 所示。

图1 三层LNG金属全容罐示意图

图2 三层LNG金属全容罐实物图

三金属全容罐有一个储存液体产品的主容器、一个贮存泄漏液体的次容器和一个贮存产品蒸发气的外容器，主容器与次容器之间气相连通，同时与外容器并不完全密封，与外容器顶部吊顶一起组成一个相对密闭的空间。主容器与外容器的气相部分通过吊顶通气孔相互连通，气相空间的压力完全由外容器承受。正常情况下，主容器储存全部的LNG，当主容器泄漏时，次容器装存主容器泄漏的全部液体，外容器容纳蒸发气并控制安全排放。

LNG 三金属全容罐的优点：安全性高，综合经济性能好；在泄漏情况下，蒸发量小，各种工况下外罐、基础不会出现结霜结冰情况；三层结构全容罐的次液体容器与主容器之间的环形空间为空腔（没有绝热材料），主容器泄漏后的维修更简单、快捷、经济，无需做拔砂、装砂处理，维修时间缩短，维修维护成本低；三层结构全容罐主容器泄漏后，泄漏至次液体容器的液体纯洁度不受影响，维修时避免大量液体的损失[2]。

2 LNG三金属全容罐的保冷系统施工技术

为了减少热量传入主容器，降低储罐日蒸发率，储罐设置完善的绝热系统。储罐绝热系统由底部绝热层、夹层绝热层、吊顶绝热层组成。绝热系统施工过程具有施工难度大，施工质量要求高，工程量大等特点[3]，需要合理控制施工工序和施工方法。

2.1 罐底保冷系统

2.1.1 底部保冷层结构

罐底保冷系统主要由混凝土找平层、泡沫玻璃砖和防潮垫组成（见图3）。主容器底部采用泡沫玻璃砖+ 珠光砂混凝土环梁绝热。主容器底板边缘板下方安装珠光砂混凝土环梁，泡沫玻璃砖厚度800mm。整个底部绝热层安装之前在外容器底板之上浇注混凝土找平层，用于保证储罐基础及底板铺设时的不平度，混凝土找平层之上涂覆1 层冷底子油，泡沫玻璃砖层与层之间铺设防水沥青卷材（不允许搭接），泡沫玻璃砖与混凝土环梁之间间隙不超过20mm，所有间隙之间必须填充压缩玻璃棉毡。泡沫玻璃砖上部设置混凝土找平层。

图3 底部绝热层结构示意图

2.1.2 底部保冷层施工工艺流程

施工准备→混凝土找平层→涂刷沥青底漆一道→铺设沥青防水卷材→砌筑泡沫玻璃砖→铺设沥青防水卷材→泡沫玻璃砖→铺设沥青防水卷材→混凝土支撑环梁→混凝土找平层→检查验收。

2.1.3 底部保冷层施工要求

混凝土找平层：底部水泥板表面应抹平。在环梁区任意9m 圆周范围内的水平高差不应大于3mm，在整个圆周上不应大于6mm。环梁区域外的任意位置最大水平高差不应大于13mm。

涂刷沥青底漆：在沥青涂层用滚筒刷进行滚涂，滚涂后沥青底油漆膜应均匀，不得有漏涂。

铺设沥青防水卷材：沥青防水卷材铺设以对接铺设，不允许搭接，对接接触连接的沥青防水卷材四边必要时进行切边处理。对接处使用沥青密封。

砌筑泡沫玻璃砖：泡沫玻璃砖的砌筑采用分层交叉倒退施工法，即从罐底圈壁板预留门相对的方向开始铺设。

铺设泡沫玻璃砖时上下层压缝，同层错缝，铺设时应轻拿轻放，防止损坏棱角（见图4）。所有铺设的玻璃砖应确保每块都没有损坏，每层玻璃砖块与块之间应彼此对接，且间隙不大于2mm，顶面应平整、无错位、无松动，相邻高差不大于1mm。边缘不规则泡沫玻璃砖应采用自动或半自动切割，并防止在切割过程中损坏，不允许存在裂纹等缺陷。有预埋件和玻璃砖交错时，应保证玻璃砖上下错开的条件下，对实际做出调整，预埋件须按设计图样进行玻璃纤维棉填实或作保温处理，同时对预埋件进行拍照存档。环梁间隙要保持5mm 左右间隙，间隙要均匀，预制块安装完成后间隙内填充玻璃棉（见图5）。泡沫玻璃砖与环梁之间的间隙不超过20mm，大于5mm 的间隙填充压缩玻璃毡（压缩50%）。

图4 玻璃砖铺设压缝及错缝

图5 环梁间隙填充施工

2.2 罐壁的保冷系统

储罐外夹层采用珠光砂+ 玻璃纤维弹性毯绝热，储罐内夹层不填充绝热材料。次容器筒体外侧表面挂设玻璃纤维弹性毯，用于中和夹层珠光砂对筒体壁板的侧向压力，玻璃纤维弹性毯安全挂靠在筒体壁板边缘。玻璃纤维弹性毯外侧挂设玻璃丝布，从整个罐壁延伸下来的弹性结构至少包住混凝土圈梁不小于170mm 的高度（见图6）。夹层绝热层施工工艺流程如图7 所示。

图6 夹层保冷层结构示意图（单位：mm）

图7 夹层绝热层施工工艺流程

夹层绝热层施工要求：

（1）因为外容器之间的夹层距离仅为1m，给施工造成了很大的不便，在进行罐壁绝热层施工时，利用夹层间的2 台电动葫芦提升滑板作为操作人员的工作平台。

（2）在次容器外壁上按图纸要求用记号笔标出保温钉的安装。

（3）按低温黏结剂厂家说明书，将保温钉用黏结剂粘牢在标记处。

（4）弹性毡安装：在弹性毡卷中间穿一根钢管，用两个支撑将钢管架空，卷动卷材慢慢将玻璃纤维毡放入夹层中，放入时注意不要损坏保温钉。卷材放到罐底后及时把弹性毡与保温钉连接，使弹性毡紧贴罐壁（见图8）。

图8 弹性毡安装工装

（5）在安装弹性毡夹持板之前将外夹持板与玻璃布接触面涂满胶，并将弹性毡压缩至设计图纸的尺寸。安装弹性毡外夹持板，将最后的螺栓扣件锁紧，并将绳索通过弹性毡外夹持板孔洞系在夹持板上。

（6）用保温钉将弹性毡固定并压缩，安装好弹性毡和玻璃布后安装保温钉自锁片。

（7）所有螺栓穿过玻璃纤维布的地方均应拨开布丝使螺栓穿过，不能用刀或剪子在玻璃布上切开破口。

（8）弹性毡应对接，不得有对接空隙，最外层弹性毡对接缝，应用铝箔胶带密封，玻璃布与弹性毡对接缝应错开，玻璃布间搭接宽度不应小于150mm。玻璃布搭接处50mm 宽用专业胶粘剂密封，以防止膨胀珍珠岩进入弹性毡，安装到最低点时玻璃布应包裹弹性毡底部，玻璃布安装完成后安装保温钉自锁片，固定弹性毡。

（9）弹性毡玻璃布施工完成后，用麻绳穿过弹性毡夹持板的孔洞打结按角度30°固定在罐底珠光砂环梁上吊钩上，绳索应箍紧，但不应过度拉紧。

（10）安装完后的弹性毡应进行外观检查，表面应平整，无扭曲、褶皱、对接缝倾斜等，对接缝处无拱起波纹，玻璃布搭接处粘接应牢固可靠。

2.3 罐顶的保冷系统

整个吊顶板之上铺设层数不少于8 层的玻璃棉毡，铺设完成后总厚度不得小于800mm，在铺设玻璃棉毡之前需在吊顶板最低处开设孔径不小于Ф20 的排水孔，每层玻璃棉毡在宽度方向上至少有100mm 的搭接量。

为了保证主、次容器筒体上部与吊顶之间的密封，防止珠光砂进入主容器，储罐设计吊顶密封结构。吊顶密封所有结构件不得与主、次容器筒体及附件形成固定结构，次容器筒体与吊顶活动空间之间填充不少于3 层的压缩弹性棉。玻璃棉毡铺设如图9 所示。珠光砂挡墙如图10所示。

图9 玻璃棉毡铺设

图10 珠光砂挡墙

罐顶绝热层施工流程：吊顶管口绝热施工——吊顶清理——吊顶保温棉毡铺设。

罐顶绝热层施工要求：

（1）吊顶保冷层施工应在内罐及吊顶结构件安装完成并经验收合格，填充珠光砂前进行。玻璃棉毡的铺设通常从与材料进出人孔位置对角最远处开始铺设。

（2）在每根吊杆上在设计高度处绕上3 圈红色电绝缘带，作为铺设玻璃棉时的厚度标识。

（3）玻璃棉毡使用前应展平，使其反弹到订货高度后再进行铺设，玻璃棉毡不得受潮，铺设时同层及上下层要考虑错缝，玻璃棉毡对接缝应紧密。

（4）玻璃棉遇到环形加强圈切割时需压缩后嵌入环形加强圈。遇到吊杆时，也要切割一刀，让吊杆嵌入在玻璃棉中，而不能绕开吊杆。

（5）铺设到预留位置，玻璃棉的预留边缘必须以阶梯状预留，相邻2 层的阶梯预留至少150mm 以上，以利今后对接玻璃棉时使用，避免对接产生贯穿缝。

（6）最顶层须用带铝膜的玻璃棉进行铺设。铺设过程中不得踩踏或放置重物，当不得已要在吊顶行走时必须使用载荷分布板。铺设完成后铝箔接缝用铝箔胶带进行粘结密封，吊顶任何位置的最终保冷厚度应不小于设计高度。

（7）玻璃棉毡保冷层铺设时，其对接缝应紧贴在一起，不允许出现间隙。和其他T 型梁及结构件表面也应紧贴在一起。玻璃棉毡的对接缝应远离穿过吊顶的接管。

（8）人孔通道侧面和双层排气通孔用100mm 玻璃棉毡包覆，并用钢丝捆扎牢固，顶部盖用三层玻璃棉毡包裹。

（9）待珍珠岩填充施工完毕进行铝吊顶上设备、管道等预留位置的玻璃棉铺设。

（10）为了保证保冷效果，玻璃棉毡边缘与罐壁处用铝箔密封，最顶层玻璃棉毡为带铝箔玻璃棉，最顶层对接缝应用铝箔胶带密封。

（11）安装后应进行目视检查，上表面应平整、无褶皱和起拱，铝带的黏结应牢靠。对接缝全部用铝箔粘接牢固。

3 结语

LNG 储罐底部绝热层为非金属隔热层，主要由玻璃砖、珠光砂混凝土环梁、沥青防水毡、混凝土等组成。罐底保冷层施工过程一直贯穿着罐底板和罐壁板的安装及混凝土的浇筑。因玻璃砖为非金属脆性材料，在搬运、堆砌时都要求保护好材料不受损伤，严格控制接缝间隙及密封措施；次容器与外容器之间夹层的绝热材料为弹性纤维毯和珠光砂。罐壁弹性毡的安装必须在罐体水压试验完毕验收合格后进行。吊顶保冷层的绝热材料为玻璃棉毡。吊顶保冷层铺设应在罐壁弹性毡施工完成、膨胀珍珠岩填充前进行。吊顶顶部接管多，需要保证接管与玻璃棉毡处密封结实、严密。依据LNG 全容储罐保冷要求，给出了LNG储罐各部分保冷结构形式以及施工工序和施工方法，分析了施工过程中所要注意的重要事项。并且在中化二建承建的克拉玛依天然气储气设施建设项目中的LNG 储罐中得到了应用，施工完成后，经测量保冷施工的质量符合设计及规范要求。