LNG接收站内罐设计与安装技术研究

张月

(海洋石油工程股份有限公司,天津 300452)

LNG作为一种高效、环保的能源形式,受到了全球的广泛关注。LNG接收站作为LNG的主要集散地,其内罐的设计与安装技术直接关系到LNG接收站的运营和安全。然而,由于LNG的特殊性质和储存要求,LNG接收站内罐的设计与安装存在着一系列挑战和难题。针对这些问题,本文拟对LNG接收站内罐的设计与安装技术进行深入研究。

1 LNG接收站内罐概述

LNG接收站内罐是一种用于储存和装卸液化天然气(LNG)的重要设施,主要用于保证LNG的安全储存和平衡供需差异。具体来说,其主要功能包括:第一,储存LNG:内罐被设计用来容纳大量的LNG,以满足消费者的需求。它可以暂时存储LNG,并根据需要进行装船或转运至其他储气设施。第二,保持温度和压力稳定:内罐的结构和绝缘材料能够保持LNG的低温,并减少热量传导。通过控制内罐的温度和压力,可以确保LNG在储存过程中不发生相变或泄漏。第三,减少蒸发和泄漏:内罐通常采用双壁结构,其中内壁由9%Ni钢材料制成,并与外壁之间形成真空层。这种结构有助于减少蒸发和泄漏的可能性,从而提高LNG的储存效率和安全性。

2 LNG接收站内罐设计

2.1 LNG接收站内罐设计的标准和规范

在LNG接收站内罐设计过程中,需要遵循一系列的标准和规范以确保设计的安全性和可靠性。国际上常用的标准有《美国液化天然气协会(API)标准》《欧洲石油和天然气工业协会(EIGA)标准》、行业标准GB/T 26978、BS EN 14620等。这些标准通常包括了内罐布局、尺寸设计、材料选择、结构强度计算、防腐保温等方面的要求。遵循这些标准和规范可以保证内罐设计符合行业标准,从而提高LNG接收站运行的安全性和效率。

2.2 LNG接收站内罐设计技术要点

2.2.1 LNG接收站内罐材料选择

LNG接收站的内罐材料选择非常重要,因为它直接影响到内罐的强度、耐腐蚀性能和使用寿命。选择合适的内罐材料需要综合考虑材料的物理和化学性质,以及其在LNG环境下的耐腐蚀性能和耐低温性能。此外,还需考虑材料的可加工性和成本等因素。

常见的内罐材料包括9%Ni钢、铝合金和不锈钢。9%Ni钢是最常用的内罐材料之一,其具有较高的强度和良好的韧性,能够承受LNG的压力和温度变化。此外,钢材还具有良好的可塑性,方便进行成型和焊接,使得内罐的制造和安装更加简便。常见的钢材包括低合金钢和奥氏体不锈钢等。铝合金是另一种常用的内罐材料。相比于9%Ni钢,铝合金具有更轻的质量、较小的热膨胀系数和优良的导热性能。这些特点使得9%Ni钢内罐在运输过程中能够减少能源消耗,并且对环境温度变化的适应性更强。然而,铝合金的成本相对较高,也较容易受到腐蚀的影响。

2.2.2 LNG接收站内罐结构设计与优化

LNG接收站内罐的结构设计是确保其安全运行的关键。内罐的结构设计应考虑到LNG的特殊性质,包括内罐的形式、尺寸和支撑结构等。常见的内罐形式有球形、圆柱形和扁平形等。选择合适的形式取决于具体的运输需求和使用环境,以满足LNG的负载和压力要求。在尺寸设计中,需要综合考虑LNG的使用需求以及材料强度和经济性。内罐的尺寸设计要满足LNG的负载能力和压力要求,并保证其结构的稳定性和可靠性。内罐的支撑结构设计也是非常重要的。合理的支撑结构设计可以提高内罐的稳定性和可靠性,并减少材料消耗和成本。支撑结构应能够均匀分布内罐的质量,避免集中应力,同时能够抵御外部环境因素对内罐的影响。通过优化内罐的支撑结构设计,可以提高内罐的承载能力和使用寿命。

2.2.3 LNG接收站内罐保温隔热技术

保温隔热是LNG接收站内罐设计中的重要技术之一。LNG的贮存温度通常在-162 ℃左右,若不进行保温隔热,会导致LNG的蒸发量增加和能源损失加大。常用的保温隔热材料包括聚氨酯泡沫、玻璃棉和珍珠岩等。这些材料具有良好的保温性能和隔热性能,能够有效减少热量传递和能源损失;保温隔热材料还需要具有一定的耐腐蚀性,以应对LNG中存在的可腐蚀性物质,避免材料的损坏和降解。同时,还需要具备耐低温性能,能够在极低温下保持材料的强度和稳定性。此外,保温隔热设计还需要考虑到防水防潮和防腐蚀等方面。合理的防水和防潮设计可以防止水分渗入保温层,影响保温效果和材料的性能。防腐蚀设计可以采用涂层或其他防腐材料,保护保温隔热材料免受腐蚀。

2.2.4 LNG接收站内罐安全防护技术

LNG接收站内罐的安全防护技术是保障运行安全的重要措施。其中包括泄漏防护和爆炸防护等方面。泄漏防护技术包括泄漏检测、泄漏报警和泄漏控制等措施。通过安装泄漏检测器和报警系统,可以及时监测和探测LNG的泄漏情况,并发出警报。在泄漏发生时,采取适当的控制措施,如关闭阀门或释放压力,以减少泄漏的影响范围。爆炸防护技术主要包括防爆构造设计、消防设备布置和爆炸隔离等措施。防爆构造设计要考虑内罐的结构强度和耐压性能,以及避免火源靠近内罐。消防设备的布置要合理,包括灭火器、灭火系统和喷淋系统、消防炮等。爆炸隔离措施可以采用防爆墙或防爆隔壁,将内罐与其他设施隔离开来,以减少爆炸的危险性。

3 LNG接收站内罐安装技术研究

3.1 LNG接收站内罐的运输和卸载

LNG接收站内罐的运输和卸载是一个非常重要的环节,需要仔细规划和安排。

首先,要注意运输方式的选择。LNG的运输可以选择水路或陆路。水路运输通常选择河运或海运。河运可以利用河流进行天然气的运输,具有较低的成本和相对平稳的水动力条件。海运则通常使用LNG船运输,需要考虑船只的尺寸和设计以适应天然气的运输需求。陆路运输需要考虑道路状况、交通规划和相关许可证等因素。

其次,要保证运输过程中的安全和稳定性。在LNG的运输过程中,安全和稳定性是最重要的考虑因素之一。特别是对于LNG这种易燃易爆的液体,必须采取适当的措施确保运输过程中不发生泄漏、溢出或其他事故。储罐的设计应具有良好的结构强度和稳定性,并且需要使用专业的固定设备和材料来确保储罐在运输过程中的稳固和安全。

最后,要采取恰当的卸载设备和措施。船靠泊码头与其卸料臂连接管道,利用低压泵、高压泵、压缩机等设备的运转将船上LNG倒运进储罐。

3.2 LNG接收站内罐的安装方法与流程

LNG接收站内罐的安装方法与流程是非常重要的,因为一个正确安装的内罐可以确保LNG接收站的运行安全和有效性。内罐的安装工艺流程为:第一,在进行安装之前,需要对施工现场进行准备工作,包括清理现场、平整施工区域、确保施工现场的安全等。同时,还要评估现场条件,确定是否能够满足壁板起吊或滑动安装的要求。壁板倒运进罐,根据现场情况各分8处存放,考虑安全通道、吊车站位的实际情况摆放,以利于施工为准。第二,在环梁底板进行壁板施工安装时,按照图纸要求利用全站仪放出第一圈内罐壁板的安装半径,预先点焊挡块后使用吊装设备将环形板吊至预先确定的位置。需要注意的是,在吊装就位后,需要使用背杠、支撑或其他固定设备进行安全固定,以确保内罐的垂直和水平位置的准确性。第三,内罐壁板吊装到安装位置后,将间隙片塞到壁板之间,并用销子固定就位5块后进行壁板调整组对,组对半圈后可以焊接纵缝,组对间隙2～4 mm。然后焊接工装就位,焊接时注意焊接变形,人员及时检查调整,制作1 m弧度样板检查。考虑收缩量根据设计图纸进行加量,保证安装后各类数据满足设计要求。第四,在完成壁板的安装后,进行焊接工作。根据设计要求和相关标准,对板材之间的连接部分进行焊接。焊接过程中,要控制纵缝的角变形,纵缝采用电话卡进行调整,同时焊接工艺需要经过严格的质量控制,确保焊缝的质量和强度。最后,在完成焊接后,对LNG内罐进行各种检测,包括外观检查、超声波检测、PMI测试PT检验、真空检测等,目的在于检查焊缝的质量,并确保内罐的完整性和安全性。

3.3 LNG接收站内罐安装过程中的安全考虑与措施

在LNG接收站内罐的安装过程中,安全性是最重要的考虑因素之一。为了确保安全,需要采取一系列的措施。

首先,在焊接作业中,需要提前做好关于安全的HSE技术交底,同时为作业人员配备全套个人防护设施。作业人员必须持证上岗,并且按规定穿戴安全防护装备。同时还应当检查电焊机等设备的完好性,如出现破损,必须进行相应的修复、更换等,避免使用过程中发生漏电、高温起火等事故。其次,在吊装作业中,吊装设备操作人员必须具备相应的资质证书,并在现场配备相应的安全责任人、监护人。吊装作业过程中,应当设置警戒线,严禁有人停留、经过吊装设备作业范围,避免重物坠落造成的伤人事故。最后,在内罐安装的过程中,应当尽可能避免交叉作业,减少交叉作业带来的现场混乱与安全隐患。如果确实无法避免,则必须做好现场的合理规划与安排,保证各项作业的有序进行。

4 LNG接收站内罐设计与安装技术的改进与展望

4.1 现有技术存在的不足和问题

尽管现有的LNG接收站内罐设计与安装技术在很大程度上满足了LNG行业的需求,但仍然存在一些不足和问题。其中包括以下几个方面:第一,安全性问题。LNG是一种易燃易爆的液体,在存储和运输过程中存在一定的安全风险。现有的内罐设计和安装技术需要进一步提高安全性,以应对潜在的火灾和爆炸风险。第二,环境影响。LNG接收站的建设和运营对环境造成一定的影响,例如噪音、振动和气味等。现有的内罐设计和安装技术需要更好地考虑环境保护和生态平衡的因素。第三,成本效益。LNG接收站的建设和运营需要巨大的投资,而现有的内罐设计和安装技术在一定程度上增加了成本。第四,科技智能化,现阶段传统的施工工艺,没有高效地研发自动化、智能化的设备应用,智能化能够提高施工质量降低人力成本,提升施工效率。因此,需要探索更经济和高效的设计与安装技术,以降低成本并提高回报率。

4.2 LNG接收站内罐设计与安装技术的可能改进方向

为了解决现有技术存在的不足和问题,需要对LNG接收站内罐的设计与安装技术进行改进。以下是可能的改进方向:第一,安全性改进:可以采用先进的火灾和爆炸防护技术,例如防爆罐设计、自动监测与报警系统等,以提高内罐的安全性能。此外,可以通过加强材料的防腐性能和优化结构设计来提高内罐的耐久性和稳定性。第二,环境友好:可以采用更环保的材料和技术,例如绿色建筑材料和可再生能源供电系统,以减少对环境的影响。此外,可以引入噪音和振动控制技术,减少对周边居民的影响。第三,成本效益:可以优化内罐的结构设计,减少材料和工程量,降低建设成本。同时,可以提高内罐的运营效率,减少能源和维护成本。另外,可以引入自动化和智能化技术,提高管理和操作效率,降低运营成本。

4.3 LNG接收站内罐设计与安装技术未来发展趋势

在未来,LNG接收站内罐设计与安装技术有望出现以下发展趋势:第一,智能化和数字化:通过引入传感器、数据采集和分析技术,实现内罐的智能化监测和运维管理。这将提高运营效率和安全性,并为决策提供更准确的数据支持。第二,绿色化和可持续发展:随着可再生能源的不断发展,LNG接收站内罐的设计与安装技术将更加注重环境友好和可持续发展。例如,可以结合太阳能和风能等可再生能源,减少对传统能源的依赖。第三,节能和低碳化:为了降低能耗和碳排放,内罐设计与安装技术将更注重节能和低碳化。例如,可以采用高效的保温材料和隔热技术,减少能量损失。第四,自适应和模块化:LNG接收站内罐的设计与安装技术将更加自适应和模块化,以适应不同规模和布局的需求。这将提高灵活性和可扩展性,并降低建设和运营的风险。

5 结束语

通过对LNG接收站内罐设计与安装技术的研究,本文系统总结了LNG接收站内罐的设计原理、要求和关键技术,并探讨了LNG接收站内罐的安装方法与流程。同时,通过实例分析和案例研究,验证了所提出的设计与安装技术的可行性和有效性。然而,现有的技术仍然存在一些不足和问题,需要进一步加强研究和改进。展望未来,随着LNG能源的不断发展和应用,LNG接收站内罐设计与安装技术也将不断创新与完善,为LNG行业的可持续发展做出更大的贡献。