全容式LNG儲罐罐內保冷工程防水防潮系統應用

樊宏偉 陳成建

中石化第十建設有限公司 山東青島 266555

我國大型全容式LNG 儲罐通常處于低溫微正壓狀態，使用溫度在- 163℃左右，為了限制熱漏量進入儲罐內，必須使用保冷絕熱材料，儲罐的不同部位使用不同的保冷絕熱材料。由于水的導熱系數遠遠高于保冷絕熱材料的導熱系數，如果保冷結構內存在水或水蒸氣，低溫狀態下水蒸汽會凝聚、結冰、膨脹，導致保冷絕熱結構出現裂紋、間隙等，從而引起罐體局部產生脆性裂紋損傷，所以罐內保冷絕熱結構防水防潮措施非常重要。本文以廣西LNG4 臺16×104m3LNG 儲罐保冷工程防水系統的應用為例，論述LNG 儲罐保冷工程防水防潮措施。

1 LNG儲罐保冷結構

1.1 LNG儲罐罐底保冷結構

罐底保冷結構分為罐底邊緣區域、罐底中心區域、熱角保護系統保冷結構，其中罐底邊緣區域在R37700mm～41000mm 范圍內，罐底中心區域在R0mm～37700mm 范圍內。儲罐保冷設計復雜，層數較多，從下至上包括：防潮襯板、混凝土找平層、冷底子漆層、中間墊氈層、硬質泡沫玻璃磚、中間防潮墊、硬質泡沫玻璃磚、中間防潮墊、硬質泡沫玻璃磚、中間防潮墊、硬質泡沫玻璃磚、頂層防潮墊、混凝土找平層、罐底二次底板。LNG 儲罐罐底保冷結構如圖1 所示。

1.2 LNG儲罐罐壁保冷結構

圖1 LNG儲罐罐底保冷結構示意圖

LNG 儲罐罐壁保冷結構在混凝土外罐罐壁與09Ni 內鋼罐之間，主要包括彈性氈和膨脹珍珠巖。LNG 儲罐罐壁保冷如圖2所示。

1.3 LNG儲罐罐頂保冷結構

LNG 儲罐罐頂保冷結構在內罐鋁吊頂之上，由玻璃纖維層和接管玻璃纖維組成。LNG 儲罐罐頂保冷結構如圖3 所示。

2 保冷結構中的材料選擇

圖2 LNG儲罐罐壁保冷示意圖

圖3 LNG儲罐罐頂保冷結構示意圖

保冷絕熱工程在LNG 儲存和運輸過程中起著非常關鍵的作用。在保冷絕熱工程中，對材料的抗濕能力要求往往比對其熱導率的要求更為嚴格。材料的表征抗濕能力主要表現在吸濕性、吸水性和水蒸氣的擴散系數。多孔材料有較大的表面積和豐富的毛細管，具有較強的吸附能力和吸水能力。絕熱材料的吸水主要靠毛細管力的作用，在毛細管力的作用下，水在毛細管中上升的高度h 可以用（式1）表示。

式中：σ——水面張力（N/ m）；a 是接觸角；

ρ——水密度1000kg/ m3；

g——重力加速度9.81m/ s2；

r——毛細管半徑（m）。

由式1 可見，絕熱材料開口連通氣孔的毛細管直徑越小，越容易吸水。表面張力隨溫度的升高而下降，故溫度升高，吸水能力減弱。表1 列出一些絕熱材料的吸濕性能，由表可以看出，泡沫玻璃磚抗濕性最好，玻璃纖維棉吸水性大。

保冷絕熱材料在儲運和施工過程中做好防水防潮措施相當關鍵。LNG 儲罐罐底保冷結構主要材料是泡沫玻璃磚，其材料本身屬于閉氣孔性材料，其氣孔直徑約為1mm，氣孔壁2um 左右的玻璃薄膜，因而其吸水率和透氣性幾乎為零。但是如果罐底保冷結構沒有做好防水、防潮措施，有大量水蒸氣存在的話，絕熱材料吸收的水蒸氣遇到低溫會凝聚為水或結冰，使導熱率大為增加，進而引起材料開裂，破壞絕熱結構，對儲罐保冷絕熱性能將產生嚴重影響，儲罐漏熱量將會增加，甚至會出現儲罐結構剛性損壞，后果不堪設想。

表1 絕熱材料吸濕性能

3 LNG儲罐保冷工程防水防潮措施

3.1 基本要求

（1）保冷材料包裝箱應該有明顯防護標識，同時用聚乙烯薄膜包裹材料，運輸過程中采用防雨布全程覆蓋。儲存倉庫保持干燥；若放置罐內，放置區域保持干燥，且下墊上蓋聚乙烯薄膜，做好成品保護。

（2）罐內施工區域必須保持干燥，及時鋪設防潮層，阻止潮氣進入保冷結構（特別針對近海區域）。

（3）罐內環境濕度超過50%時不得進行玻璃纖維安裝。

3.2 混凝土外罐頂部防水措施

3.2.1 檐梁處的防水措施

為方便罐內后續各工序施工，需在混凝土外罐罐壁預留大、小門洞，且大、小門洞處的豎向預應力暫未進行鋼絞線張拉、灌漿、封錨等工作，這樣雨水就會順著豎向預應力波紋管向下流入罐內，很有可能滲入罐底保冷結構。現場采用方木板硬維護及三層SBS 防水卷材烤熔粘牢在混凝土檐梁的方法進行防水。罐頂檐梁頂部豎向預應力錨座處防水措施如圖4 所示。方木板硬維護可防止人員踩空或重物損壞粘好的SBS 防水卷材，從而避免影響防水效果。根據現場實踐，此防水措施效果顯著。

用PVC 管與大、小門洞處上部的預應力波紋管相連接，并將管引至罐外；如果檐梁頂部防水措施有滲漏水的話，可以利用PVC 管有效地將水引流至罐外，起到有效的雙重防水保險。現場實際應用效果如圖5、圖6 所示。

3.2.2 罐頂接管及人孔防水措施

由于內罐焊接作業粉塵、煙塵大，為保證罐內空氣質量，為工人營造一個健康良好的工作氛圍，需要做好通風措施，在穹頂接管口和人孔口接有軸流式風機。風機正常情況全天開機，但是遇到雨天時為安全起見就需要關閉風機，這樣雨水就有可能順著接管和人孔進入罐內。為做好此處的保冷工程防水防潮措施，特設計改造了風機帽，風機帽設計設計如圖7 所示。

圖4 罐頂檐梁頂部豎向預應力錨座處防水措施示意圖

圖5 罐頂檐梁頂部錨座防水措施效果

圖6 大小門洞處防水措施效果

圖7 風機帽設計示意圖

風機帽采用δ=2mm 厚的鋼板切割、卷制、焊接而成，然后焊接在風機上，使風機和風機帽留有200mm 空間，方便氣流暢通。設計這樣的風機帽既可以滿足罐內施工環境空氣質量，又可避免雨天風機運轉雨水進入罐內，達到兩全其美效果。現場實際應用如圖8 所示。

圖8 罐頂接管及人孔風機帽應用效果

3.3 大、小門洞處防水防潮措施

大小門洞是材料運輸，人員、車輛進出以及通風通道，同時是保冷工程防水防潮難度最大、最關鍵的地方。

外罐罐壁大、小門洞外側用δ=3mm 鋼板制作防雨棚，其制作尺寸應滿足運輸施工材料車輛及汽車吊進出罐內。防雨棚與外罐預埋錐形螺桿及與內罐埋件連接并焊接以固定，防止其受臺風等毀壞。防雨棚安裝導軌門，便于開、關門防雨。大、小門洞防雨措施如圖9 所示。

圖9 大小門洞防水措施示意圖

防雨棚兩邊各設置一個通風口彎頭以便在下雨天所有風機運轉情況下不至于將雨水從門縫倒吸進罐內。防雨棚與外罐壁間縫隙用兩層SBS 防水卷材烤熔粘牢密封，再用沙袋壓住，這樣可以避免雨水順罐壁流入罐內保冷結構，起到良好的防水作用。經過實踐證明，防雨棚可以經受住臺風正面襲擊，起到了很好的防水效果。現場實際應用如圖10 所示。

圖10 LNG儲罐大、小門洞外防雨棚防水措施應用效果

現場施工預留大、小門洞，罐外設置大、小門洞防雨防砸棚，門洞處仍然是防水關鍵部位。由于門洞內側保冷結構已經施工完成，需要做好成品保護及防水措施。熱角保護系統底部凹槽采用荷載木板平鋪，SBS 防水卷材烤熔粘結在襯板埋件和二次邊緣底板上，這樣既可以做到成品保護又可以起到防水效果，即便大、小門洞漏水也可以防止水分進入保冷結構，如圖11 所示。

圖11 大小門洞內防水措施示意圖

3.4 罐內防水防潮措施

我國大型LNG 儲罐一般都建在臨海區域，多潮濕多雨，同時罐內和罐外存在很大溫差。罐內和罐外形成很大的溫差時，罐內水蒸汽凝結成水珠順著外罐罐壁襯板流淌，可能進入保冷結構，為保證現場保冷工程的施工質量，需做好防水防潮措施。

在進行罐底邊緣區域保冷工程施工時，為防止由于溫差所致襯板上凝結水珠進入保冷結構，在完成低溫環梁外側保冷磚施工后，需將鋪設的防潮墊延長烤熔粘牢在襯板上50mm 高度，罐內邊緣防水防潮措施如圖12 所示。

圖12 罐內邊緣防水防潮措施示意圖

現場實際應用此措施起到很大作用，尤其在雨季及晝夜溫差大的施工環境中。16×104m3/ 臺LNG 儲罐是外罐內徑82m，高47m 的大容器與外部環境容易形成很大溫差，外罐襯板出現凝結水珠則沿襯板順流進入保冷系統內部，后果會影響儲罐保冷絕熱性能。現場實際應用如圖13 所示。

罐底保冷工程施工過程中，每鋪設安裝一定范圍保冷磚后應盡快將防潮墊鋪好，以免潮氣進入保冷結構，最頂層防潮墊必須搭接鋪設，搭接量不小于75mm，火烤粘牢。

罐底保冷工程頂面澆筑混凝土找平層或低溫環梁之前，應在防潮墊上部鋪一層聚乙烯薄膜，防止混凝土水分進入保冷結構。

圖13 LNG儲罐熱角保護底部防水措施應用

LNG 儲罐保冷絕熱關鍵在于完善的設計、合適的材料選擇和嚴格的施工方法。儲罐的絕熱設計不好、選擇材料不合適或施工不良、防水措施和成品保護不到位等原因，都會使絕熱結構出現裂紋、間隙等，從而罐體局部產生脆性裂紋損傷，因此掌握材料的特性也是很重要。

1 顧安忠.液化天然氣技術手冊.北京：機械工業出版社.2010.1

2 全球LNG 接收站統計[ J ].國際石油經濟,2009(6).

3 李楠.保溫保冷材料及其應用[M].上海科學技術出版社,1985.

4 丁乙,彭明.全容式LNG 儲罐絕熱性能及保冷系統研究.天然氣工業.2012.32(3)：94- 97.