LNG低壓儲罐施工技術及質量控制

李 財

（山西省工業設備安裝集團有限公司 山西太原 030032）

前言

加氣站LNG儲罐的工作壓力一般為0.40.8MPa。LNG主要組分為甲烷，因此，本文中LNG物性參數近似按甲烷考慮。液態甲烷隨著溫度升高、壓力升高，密度逐漸減小；氣態甲烷隨著溫度升高、壓力升高，密度逐漸增大。LNG儲罐中儲存的介質大部分為液體，當然希望密度越大越好，儲存狀態在低溫、低壓下最佳。因此，LNG儲存、運輸、加注系統，一般溫度、壓力越低越好。

1 LNG儲罐施工工藝技術

1.1 施工工藝順序（如圖1）

圖1 施工工藝順序

1.2 外罐施工工藝

LNG低溫儲罐外罐通常為預應力混凝土結構，重點關注混凝土外罐墻體由于混凝土水化熱控制不好易出現溫度裂縫，雖然多數是表面裂縫，但影響總體感觀質量；二是外觀尺寸，特別是外罐的垂直度和表面平整度等，直接影響拱頂氣壓頂升實施；三是預應力管道的施工，尤其需要做好過程中的成品保護和接頭處的密封工作，防止混凝土進入管道內部。四是預應力施工工藝，重點在于預應力筋穿束、張拉順序、張拉方式、孔道灌漿等各環節。外罐墻體模板拼接容易出現模板面弧度、尺寸、垂直度等超標。施工中要求按照圖紙中加工尺寸，制作造型木弧度樣板；精確測放出模板位置，用水準儀檢查標高。混凝土外罐施工關鍵在于防止水化熱產生裂紋，主要從外墻混凝土配合比設計、分層分段澆筑施工、混凝土灑水覆蓋等方面進行控制管理。預應力預埋管通常采用通球試驗保障內部通暢。

1.3 拱頂施工工藝

拱頂施工工藝主要為模塊化施工工藝，將拱頂分塊預制后組裝焊接成整體，采用整體氣壓頂升工藝將拱頂頂升到安裝位置焊接固定。拱頂氣壓頂升工藝應用空氣壓差原理實現，重點是平衡系統和密封系統。平衡系統確保拱頂從組裝位置上升到安裝固定位置過程中的平衡問題，通常使用一定數量的鋼絲繩結合傳導和固定裝置構成平衡系統。密封系統是確保拱頂與罐體之間的空腔形成相對密封結構，通過不斷鼓入空氣在空腔內形成壓縮空氣使得空腔內外部形成壓力差，使拱頂產生上升的動力實現拱頂上升到安裝固定位置焊接固定。

1.4 內罐施工工藝

1.4.1 內罐底板施工技術

要現場澆筑內罐底部的扇形承重保冷層，澆筑到規范要求強度后再鋪裝扇形板。罐底施工前根據排版圖在罐基礎上放樣劃出每塊板的位置，做出定位標記。內罐罐底安裝首先確定內罐罐底設計直徑的放大值，由于內罐弓形邊緣板是按凈料預制的，所以劃線時除考慮焊接收縮最外還要考慮內罐基礎坡度和內罐大角縫焊接收縮量。按計算所得劃線半徑劃出內罐罐底邊緣板外圓線，每隔3m用油漆做好標記，劃出內罐中幅板的中心線及分區內罐長條中幅板的位置，全部核對無誤后，開始內罐罐底板的鋪板。在內罐底吊裝處理時，要用膠帶將所有鋼絲繩纏起來，使其不與不銹鋼接觸。

1.4.2 內罐壁板施工技術

組裝前應對預制的壁板進行復檢，合格后方可組裝，需重新校正時，應防止出現錘痕。為留出人員和機械的放置區域，在外罐壁板底部留出一張板的空間不安裝，所以在內罐施工中要防止罐體把預留區域兩側的壁板壓彎，要對預留區域兩側壁板做臨時支撐固定處理。在內罐施工后拆除臨時支撐，并安裝內壁壁板。在內罐施工時，外罐拱頂和預留出口處都要設置鼓風機，以保證罐內通風和空氣質量，將預制內罐壁板吊運到外罐內，利用灌頂預留軌道和電動葫蘆將內罐壁板由內向外依次排列。

1.5 靜水壓試驗

內罐靜水壓試驗主要驗證內罐強度及儲罐整體沉降情況。靜水壓試驗水源目前有海水和淡水兩種，采用海水進行試驗前需要做好靜電防腐蝕工作。注水前、注水中、排水及排水后分階段觀測內罐體、基礎等沉降情況，過程中隨時觀察內罐體是否有滲漏，為避免水汽凝結必要時在夾層采取強制通風措施。

1.6 儲罐保冷層安裝施工技術

1.6.1 儲罐底部保冷層施工技術

LNG儲罐底部用玻璃磚進行安裝，在鋪設前，要將玻璃磚放在熱瀝青中浸泡，然后迅速將其鋪設到底板中的合適位置；在頂層玻璃磚鋪設后。要在其上部覆蓋玻璃布，用5mm厚的熱瀝青做粘貼材料進行粘貼；在玻璃布上加蓋防潮膜，一般選擇PE膜；還要在PE膜上覆蓋干燥細砂作為找平層。

1.6.2 儲罐內外壁之間保冷層施工技術

主要有兩種方式，一種是選擇低溫玻璃棉，在儲罐壁通過膠接法固定銷釘進行安裝，事前對管壁進行清理，在固定銷釘上采用自粘性鋁條掛鋪低溫玻璃棉，并對接縫處做密封處理。另一種是選擇珍珠巖粉，在儲罐內外壁之間分層填充珍珠巖粉末，每層厚度都嚴格按規范要求，每一層填充后都要對珍珠巖粉進行振搗處理，確保其密度符合規范要求。

1.7 氮氣置換

氮氣置換采用干燥的氮氣對儲罐內部進行干燥和置換內部空氣，為預冷做好準備。置換使用的氮氣可以使用現場液氮氣化或制氮機器產生，氮氣置換順序按照底部、夾層、內罐進行。氮氣置換過程中需要控制氮氣壓力和氮氣進入的流速，置換過程中在每個區域氮氣出口管口處測量露點，符合要求后封閉管口。

2 新型LNG儲罐研究進展及未來發展趨勢

2.1 自支撐式LNG儲罐

自支撐式LNG儲罐采用的是復合結構內罐，在受力方面遠優于一般的壁板結構，因而不再受9%Ni鋼壁厚規范上限50mm、厚板焊接難等方面限制。一方面，復合式肋片壁板可以提前預制，可節約40%以上的工期；另一方面，壁板薄，高空焊接量少，施工周期縮短。壁板厚度為等厚板，肋片及加強環結構均為小尺寸板材，材料成品要求不高，且復合內罐提高了材料力學利用率，內罐節約成本預計10%以上。可見，自支撐式儲罐對于LNG儲罐而言是非常好的內罐改進思路。

2.2 全混凝土LNG儲罐

全混凝土儲罐的造價低，以16×104m3全容儲罐為例，可節約20%的成本，且全混凝土儲罐內外罐可以同時建造，可大大縮短LNG儲罐的建設工期。全混凝土LNG儲罐值得今后在國內大力推廣，但在相關研究方面還要從基礎做起，包括混凝土低溫力學性能試驗、全混凝土儲罐在地震作用下的動力響應、混凝土內罐開裂研究等。

2.3 海上LNG儲罐

目前我國LNG接收站選址變得越來越困難，浮式儲存再氣化裝置（FSRU）的應用也存在諸多挑戰，因此開發一種經濟、靈活、實施快速、便于快速推廣的海上（水上）中小型LNG接收終端技術是適應市場、應對競爭的迫切需要。在海上LNG儲罐研究方面，對混凝土結構LNG海上接收終端的發展情況進行了闡述，對不同形狀的附屬結構以及存儲結構的受力模式及特點進行了分析，總結了設計和建設過程中需要考慮的主要因素；對重力式基礎結構（GBS）接收終端和海上接收模塊與陸上接收終端進行了對比，從結構的受力、基礎型式、施工周期、造價和技術風險等方面進行了分析；國內相關研究機構對海上LNG儲罐運輸系統、通風系統、抗冰系統等方面也逐步開展了部分研究。

3 結束語

總之，對于自支撐式LNG儲罐、全混凝土LNG儲罐及海上LNG儲罐，由于它們的結構形式及施工方式與常規LNG儲罐均不相同，需要開展更深入的基礎研究，在未來研究中應重點論證結構的受力合理性和施工的可行性。