LNG罐透冷原因分析及處理

陜西化建工程有限責任公司 陜西 712100

1 LNG儲罐透冷現象

某現場1000m3LNG罐(如圖1所示)采用內罐吊頂、外罐拱頂的雙壁單容罐,雙壁低溫儲罐主體試壓合格后進行環形空間保冷層的施工。由于甲供潛液泵未到貨,內罐外壁彈性纖維氈施工完成后擱置近一年時間才進行儲罐環形空間膨脹珍珠巖的填充,當時保冷公司對部分脫落的彈性氈進行了修復,膨脹珍珠巖填充合格。在儲罐預冷過程中發現:罐內預冷至-60℃時,罐環形空間底部四個溫度計中,A點與其他三個數據差異較大(A點:-15℃,其他為2℃);隨著持續進液氮,A點溫度隨罐內溫度持續下降,當內罐溫度達到-160℃時,A點溫度也達到-60℃,其他三點為-2℃左右,此時外罐罐壁發現有結霜現象,直徑約420mm。考慮有膨脹珍珠巖未填充實的可能,用錘敲擊外罐結霜部位,但沒有效果。內罐恒溫-160℃3d左右發現A點溫度最低降至-72.1℃,其余三點及外罐內壁板距離最近的測溫點也出現降溫,溫度為-16℃左右。儲罐透冷位置如圖2所示。

圖1 低溫罐結構形式示意圖

圖2 儲罐透冷位置示意圖

2 透冷原因分析

經大家分析認為造成透冷的原因有兩個:一是內罐底板焊縫或母材在低溫狀態下產生裂紋、砂眼等缺陷;二是彈性氈單獨懸掛時間較長,雖在填充珍珠巖前進行過修復但也不能保證處于臨界狀態的彈性氈不再脫落。若彈性氈脫落在氮氣管、支架等處架空,造成局部珍珠巖填充不實,那么此處溫度計顯示會不正常,且導致冷氣傳遞到外罐壁形成結霜現象。這兩種原因更傾向于第二種,理由如下:

(1)內罐恒溫-160℃ 3d A點溫度最低降至-72.1℃保持不變,說明此時冷傳遞處于平衡狀態。若內罐發生泄漏,A點溫度會逐步下降并與罐內液氮溫度一致。說明儲罐環形空間能量是通過一定介質傳導的,而非冷源本體泄漏導致。

(2)儲罐外罐壁發生結霜部位剛開始呈圓環形,說明環形空間冷量傳遞過程中,導熱系數不一,分析可能出現空腔。

(3)從儲罐外壁結霜部位分析其環形空間內部結構,此標高范圍內安裝有氮氣管、支架以及溫度計支架等結構件,若彈性氈脫落,為形成空腔創造了有利的條件。

3 處理

為了保證儲罐透冷現象完全消除,現場分別對內罐及環形空間進行了詳細檢查。

3.1 內罐檢查

內罐檢查包括內罐底板搭接焊縫抽真空試驗、著色探傷;結霜部位90°范圍內的大角焊縫著色探傷、第一帶壁板縱縫著色探傷以及有異議的母材著色探傷等。經檢查,未發現缺陷,內罐檢查合格。

3.2 環形空間保冷層檢查

在儲罐外壁板結霜部位火焰切割開DN150的孔,發現2.2*0.7*0.4m3的空腔,經檢查是彈性氈脫落搭在氮氣管上形成的,這么大空腔頂部彈性氈厚度可想而知,示意圖見圖3。

3.3 修復方案確定

圖3 保冷層彈性氈脫落示意圖

根據現場發現的問題,專家提出兩種修復方案,一是清罐扒砂,二是開孔掏氈。第一種方案可以徹底消除環形空間膨脹珍珠巖不密實的問題,但是投入成本高、工期長。第二種方案操作簡便、投入成本低,但是清除彈性氈以及膨脹珍珠巖密實度等合格標準界定存在一定難度。

經過綜合分析,鑒于彈性氈在設計中主要作用是吸收內罐熱脹冷縮量,其導熱系數為＜0.04w/（m2K）,與膨脹珍珠巖接近,局部掏氈后,膨脹珍珠巖會自由下落填滿空腔,對儲罐整體保冷效果及使用沒有任何影響,所以最終決定用方案二進行處理。

3.4 修復過程注意事項

開孔修復關鍵問題首先在于確定開孔位置,在確定不損壞罐內夾層儀表的情況下,在外罐結霜部位開孔。

其次是如何控制夾層中的膨脹珍珠巖流出及流速。儲罐開孔前,須在預開口處臨時焊接閘板,避免開孔后,膨脹珍珠巖噴流而出,同時也是在處理好脫落彈性氈后及時把控膨脹珍珠巖流出量的重要手段。

再次是封孔焊接。焊口必須充分打磨,防止壁板變形,焊縫檢測達到設計要求。

最后是膨脹珍珠巖填充及管壁振搗。應保證膨脹珍珠巖的密實度,完全消除儲罐夾層空腔。

3.5 修復結果

整修完成后,對儲罐進行預冷進液等工序,儲罐外表結霜現象已消除,A點溫度與其他三點溫度相近,儲罐保冷效果良好,達到了生產要求。