LNG液化廠建造技術(shù)簡述

馬軍偉

（陜西化建工程有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712100）

LNG液化廠建造技術(shù)簡述

馬軍偉

（陜西化建工程有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712100）

摘 要：我國已經(jīng)把LNG能源作為戰(zhàn)略能源物質(zhì)，一方面在沿海城市建設(shè)LNG儲(chǔ)備站，從海外引進(jìn)LNG產(chǎn)品；一方面在有氣源的地區(qū)如四川、陜西的陜北、內(nèi)蒙、新疆等地開始開發(fā)建設(shè)LNG液化廠，結(jié)合我公司承建的延長石油延安延128井和延2井兩個(gè)液化廠總結(jié)液化廠中的建設(shè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LNG；低溫儲(chǔ)罐；無應(yīng)力配管；建造技術(shù)

LNG是液化天然氣（Liquefied Natural Gas）的簡稱。主要成分是甲烷。LNG無色、無味、無毒且無腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，LNG的重量僅為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t （1MMBtu=2.52×10^8cal）。先將氣田生產(chǎn)的天然氣凈化處理，再經(jīng)超低溫（-162℃）常壓液化就形成液化天然氣。天然氣液化后可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本，而且具有熱值大、性能高等特點(diǎn)。

LNG是一種清潔、高效的能源。很多國家都將LNG列為首選燃料，天然氣在能源供應(yīng)中的比例迅速增加。液化天然氣正以每年約12%的高速增長，成為全球增長最迅猛的能源行業(yè)之一。近年來全球LNG的生產(chǎn)和貿(mào)易日趨活躍，LNG已成為稀缺清潔資源，正在成為世界油氣工業(yè)新的熱點(diǎn)。

1 液化廠工藝流程

原料氣→氣液分離、過濾→吸收脫碳→脫水→脫汞→低溫脫重?zé)N→低溫脫苯→冷箱換熱降到-166℃LNG。

該項(xiàng)目采用MDEA脫CO2、分子篩脫水、脫苯、專用吸附劑脫汞、低溫脫重?zé)N等工藝技術(shù)將天然氣中所含雜質(zhì)脫除至設(shè)計(jì)指標(biāo)，以避免CO2、水、汞、苯、重?zé)N等雜質(zhì)對(duì)工藝運(yùn)行及設(shè)備的不利影響，然后用混合制冷工藝將天然氣在冷箱中液化并送至LNG儲(chǔ)罐儲(chǔ)存外運(yùn)。

2 材料驗(yàn)收

由于LNG液化廠建設(shè)材料多數(shù)為低溫、超低溫材料（-165℃），材料在低溫下韌性降低、脆性增大。在材料驗(yàn)收過程中要嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范及技術(shù)要求，檢查材料質(zhì)量證明書、合格證。低溫不銹鋼材料及LNG罐底、罐跟閥、LNG裝車臺(tái)、冷箱螺栓（螺栓材質(zhì)為06Cr19Ni10）進(jìn)場時(shí)應(yīng)按照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)文件進(jìn)行復(fù)檢。

圖1低溫罐結(jié)構(gòu)形式示意圖

3 低溫儲(chǔ)罐建設(shè)

3.1 LNG低溫儲(chǔ)罐的主要結(jié)構(gòu)形式

英國標(biāo)準(zhǔn)BS777針對(duì)低溫儲(chǔ)罐提出三種設(shè)計(jì)模式：單層封攔設(shè)計(jì)、雙重封攔設(shè)計(jì)和完全封攔設(shè)計(jì)，目前工程上常采用雙重封攔設(shè)計(jì)。對(duì)于大型的LNG儲(chǔ)罐，一般均采用雙壁懸掛頂蓋的形式。根據(jù)LNG泄露后泄露的液體和蒸汽收集情況的不同，儲(chǔ)罐又可分為單容罐、雙容罐和全容罐三種結(jié)構(gòu)形式，單容罐為不考慮收集液體和蒸汽泄露物的情況，只有一個(gè)雙壁單頂?shù)墓摅w獨(dú)立組成，每個(gè)罐由堤墻保護(hù)，正常的液體盛裝與穹頂或內(nèi)外壁之間（分為敞口式和敞口式），雙容罐考慮液體泄露的情況，由一個(gè)獨(dú)立的雙壁單頂主容器及一個(gè)具有液密性的外圍次容器組成，全容罐由一個(gè)主容器和次容器組成一個(gè)完整的整體，可以收集泄露的液體和氣體。雙容罐和全容罐雖然安全性較好，但造價(jià)較高，一般在4～20萬方的大型儲(chǔ)罐中應(yīng)用較多。液化廠一般LNG儲(chǔ)罐容積較小，采用單容罐結(jié)構(gòu)。下面介紹LNG單容罐建造重難點(diǎn)。

3.2 低溫雙壁單容罐施工技術(shù)

3.2.1 LNG雙壁儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)

內(nèi)罐吊頂、外罐拱頂?shù)碾p壁單容罐，儲(chǔ)罐幾何尺寸：設(shè)計(jì)容積為1×104m3，內(nèi)罐底板及壁板主體材料為06Ni9；吊頂主要材料為5052-O鋁合金板，公稱直徑26m，筒體高度23m；外罐主體材料為16MnDR，公稱直徑28m，筒體高度25.4m，儲(chǔ)罐總高度30m；儲(chǔ)罐總重約575t（不含保冷層）內(nèi)罐底板及壁板主體材料為06Ni9；吊頂主要材料為5052-O鋁合金板，公稱直徑26m，筒體高度23m；外罐主體材料為16MnDR，公稱直徑28m，筒體高度25.4m，儲(chǔ)罐總高度30m；儲(chǔ)罐總重約575t（不含保冷層），如圖1所示。

3.2.2 主要施工程序

根據(jù)儲(chǔ)罐直徑、高度、重量，以及復(fù)雜的罐頂結(jié)構(gòu)型式要求必須在基礎(chǔ)平臺(tái)上預(yù)制安裝的特點(diǎn)，本儲(chǔ)罐的內(nèi)、外罐均采用群桅桿導(dǎo)鏈提升倒裝法施工，先進(jìn)行外罐安裝，后進(jìn)行內(nèi)罐的安裝。

3.2.3 低溫儲(chǔ)罐施工重點(diǎn)

LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐設(shè)計(jì)溫度為-168℃，材質(zhì)為06Ni9，此材料為國內(nèi)新型鋼種。其內(nèi)罐的組對(duì)和焊接是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)也是本工程的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：

（1）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

本儲(chǔ)罐主體結(jié)構(gòu)為雙壁雙層，外罐拱頂加內(nèi)罐吊頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式，且內(nèi)外罐底板間設(shè)計(jì)為非金屬隔熱層，主要由玻璃磚、水泥環(huán)梁、玻璃棉、干砂等組成。在罐壁之間填充珠光砂等保冷材料。這種空間的局限性及以金屬與非金屬之間交替布置的特點(diǎn)給施工方法的選擇、施工程序的安排以及施工機(jī)具的使用方面造成一定的影響。所以要求施工方案必須科學(xué)、合理、嚴(yán)密、精細(xì)。

表1法蘭平行度和同心度允許偏差

（2）內(nèi)罐材料的特殊性

本工程內(nèi)罐材料采用06Ni9鋼，本鋼種為鐵基鎳合金鋼，為國內(nèi)新型的低溫鋼種。目前國內(nèi)只有太鋼、南鋼有生產(chǎn)能力，而有工程使用業(yè)績且批量生產(chǎn)的只有太鋼一家。以前LNG罐的06Ni9板全部采用國外進(jìn)口材料。本材料對(duì)加工方法要求高，一般構(gòu)件都要求機(jī)械加工，特別是焊接坡口的加工。另外母材表面質(zhì)量要求高，不能出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械損傷和敲擊、碰撞否則容易被磁化，焊接過程中易產(chǎn)生冷熱裂紋、低溫韌性下降和焊接電弧磁偏吹。因此在存放、搬運(yùn)、吊裝、移位、組對(duì)等過程中應(yīng)特別注意保護(hù)。國內(nèi)沒有與材質(zhì)相匹配的專用焊條，只能采用國外進(jìn)口焊條，故對(duì)焊接操作要求較高。焊工需經(jīng)過專門培訓(xùn)和考試，控制好底板的焊接變形，主要是采取先短縫、后長縫、對(duì)稱施焊、分段退焊、多層多道，嚴(yán)格控制線能量。

（3）內(nèi)襯玻璃磚、水泥環(huán)梁的施工和防護(hù)

因玻璃磚為非金屬脆性材料，并且因環(huán)境溫度超低對(duì)玻璃磚及水泥環(huán)梁的含水量要求很高（含水量不能超過3%），所以100多t的內(nèi)罐要求完全在其上施工，吊裝、搬運(yùn)、組對(duì)等工作都要求絕對(duì)的保護(hù)好它們，且不能增加一點(diǎn)含水量，如何保護(hù)和防護(hù)也是本工程的重點(diǎn)。

（4）另外最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為外罐拱頂及它所提拉的內(nèi)罐吊頂，主要受力結(jié)構(gòu)為拱頂梁、抗壓圈等需加工后卷制再拼裝要求組裝胎具量大，兩頂?shù)募庸ち慵啵B接型式有焊接、螺栓連接，故對(duì)預(yù)制精度及安裝精度要求高，也是本工程的難點(diǎn)之一。

4 主要設(shè)備安裝

液化廠的主要設(shè)備有BOG壓縮機(jī)、再生壓縮機(jī)、冷劑壓縮機(jī)、脫氮塔、脫水塔、冷劑吸入罐、冷箱，靜設(shè)備安裝應(yīng)符合GB50231要求。液化廠主要?jiǎng)釉O(shè)備為冷劑壓縮機(jī)的安裝，冷劑壓縮機(jī)安裝難點(diǎn)體現(xiàn)在壓縮機(jī)的無應(yīng)力配管，壓縮機(jī)安裝好后，進(jìn)出口管道應(yīng)從設(shè)備口往外安裝，合理設(shè)計(jì)進(jìn)出口管道支架避免壓縮機(jī)受力，進(jìn)出口管道應(yīng)清理干凈，與動(dòng)設(shè)備連接前，應(yīng)在自由狀態(tài)下檢驗(yàn)法蘭平行度和同心度，法蘭平行度與同心度允許偏差符合表1。管道系統(tǒng)與動(dòng)設(shè)備最終連接時(shí)，在聯(lián)軸器上架設(shè)百分表監(jiān)視動(dòng)設(shè)備的位移，當(dāng)動(dòng)設(shè)備額定轉(zhuǎn)速大于6000r/min時(shí)，其位移值應(yīng)小于0.02mm，當(dāng)小于6000r/min，其位移值應(yīng)小于0.05。

5 主要工藝管道的安裝

液化氣在-162℃～-166℃才能液化，從冷箱出來的管道根據(jù)設(shè)計(jì)溫度、壓力一般選用不銹鋼真空管，這部分管道一般由專業(yè)公司進(jìn)行預(yù)制，施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，現(xiàn)場施工過程中真空管為不銹鋼套管抽真空后封堵，在施工中一定要特別注意不能磕碰、刮、蹭，尤其是不能在套管上用電焊打火，否則損傷或擊穿后無法實(shí)現(xiàn)有效保冷效果，使得LNG液化管道內(nèi)氣液分層形成氣阻影響安全運(yùn)行。

6 保冷施工

儲(chǔ)罐罐底一般由泡沫玻璃磚、珠光砂水泥磚及瀝青氈按照設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)，內(nèi)罐與外罐中間填充珠光砂。

外罐底板上找平層施工，按設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行施工，表面要求光滑，平整，其平面度在每10m弧長內(nèi)任意兩點(diǎn)的高差不應(yīng)大于3mm，整個(gè)圓周長度內(nèi)任何兩點(diǎn)的高差不應(yīng)大于6mm。

保冷施工嚴(yán)格按照施工工藝與設(shè)計(jì)要求施工，泡沫玻璃磚、珠光砂水泥磚施工磚間縫隙不宜大于2mm。

低溫儲(chǔ)罐充裝LNG后，由于冷縮原因，罐壁間的珍珠紗縮降，還需要在線補(bǔ)裝珍珠砂。保冷材料需要進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，嚴(yán)格控制含水率及材料保冷質(zhì)量。

管道保冷材料選用PIR，一般成品到貨，嚴(yán)格按照實(shí)施工藝進(jìn)行施工。

7 試壓、預(yù)冷、試車

儲(chǔ)罐的水壓試壓及基礎(chǔ)沉降觀測、氣密試驗(yàn)、罐體真空試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求與方案進(jìn)行，罐體試壓應(yīng)和罐根閥同時(shí)進(jìn)行避免后期無法檢測閥門與罐體間的密閉性，管道系統(tǒng)試壓時(shí)嚴(yán)格按照試驗(yàn)包進(jìn)行，系統(tǒng)不允許水壓試驗(yàn)時(shí)使用氣壓代替。試壓完后進(jìn)行系統(tǒng)吹掃、干燥保證系統(tǒng)中無水留存。

液化廠預(yù)冷、試車需編制專項(xiàng)方案，并對(duì)現(xiàn)場人員應(yīng)該進(jìn)行技術(shù)交底，防止低溫灼傷。

結(jié)語

LNG液化廠施工主要重點(diǎn)是LNG低溫儲(chǔ)罐的建造，冷劑壓縮機(jī)等動(dòng)設(shè)備的無應(yīng)力配管，真空管的安裝，低溫儲(chǔ)罐和管道的保冷施工。施工過程中嚴(yán)格按照GB/T20368-2012、NFPA 59A、API620等規(guī)范的要求，在施工過程中從原材料驗(yàn)收、設(shè)備管道安裝、試壓吹掃、試車嚴(yán)格按照工藝及技術(shù)要求進(jìn)行。

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中圖分類號(hào)：TB657

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