LNG薄膜儲罐在亞洲的應用

常旭寧

(北京市燃氣集團研究院， 北京 100011)

1 概述

根據GB 51156—2015《液化天然氣接收站工程設計規范》，薄膜儲罐(membrane tank)是金屬薄膜內罐、絕熱層及混凝土外罐共同形成的復合結構。金屬薄膜內罐為非自支撐式結構，用于儲存液化天然氣，其液相荷載和其他施加在金屬薄膜上的荷載，通過可承受荷載的絕熱層全部傳遞到混凝土外罐上，其氣相壓力由儲罐的頂部承受。

世界上第一座LNG薄膜儲罐位于日本根岸(Negishi)接收站，建造于1971年，采用IHI(Ishikawajima-Harima Heavy Industries,日本石川島播磨重工)技術，是容積為1×104m3的地下罐[1]。之后薄膜儲罐在亞洲接收站進入了應用的高峰期，其中日本、韓國為應用大戶。擁有薄膜專利技術的公司有法國GTT(Gaztransport & Technigaz)，日本IHI、KHI(Kawasaki Heavy Industries，川崎重工)、MHI(Mitsubishi Heavy Industries，三菱重工)和韓國KOGAS(韓國燃氣)[2]。

2 GTT技術在亞洲的應用

① 日本

日本是亞洲最早實施LNG進口的國家，第一座接收站根岸(Negishi)接收站于1969年投運[3]。該站在1981年首次采用GTT技術，建造了容積為9.5×104m3的地下薄膜儲罐。在非地上儲罐中，只有扇島接收站的為全地下儲罐，其余為半地下儲罐，為方便表述，非地上儲罐全定義為地下罐。

在接收站中，地下罐的抗震效果要優于地上罐，薄膜儲罐又優于其他類型儲罐。繼根岸接收站后，日本又在東扇島接收站，采用GTT技術，于1983—1987年連續建造4座容積為6×104m3的地下薄膜儲罐。至2003年的長崎接收站，日本一共采用GTT技術建造了15座薄膜儲罐，均為地下罐。GTT技術在日本的應用見表1，表1中福岡接收站于2015年關閉。

② 韓國

韓國首座LNG接收站位于Pyeong-teak(平澤)，于1986年投運。該站一期全部采用GTT地上薄膜儲罐技術，分別于1986—1987年建造了4座10×104m3儲罐，于1995年建造了3座10×104m3儲罐，于1998年建造了3座1×104m3儲罐。

③ 南亞

GTT在2009年得到印尼一座9×104m3的地上薄膜儲罐訂單，2012年得到菲律賓一座13×104m3的地上薄膜儲罐訂單，因資金原因，兩個項目進展緩慢，目前仍未投產。

3 其他專利技術在亞洲的應用

日本最早實施的薄膜儲罐為IHI技術，之后其他公司相繼開發出專利技術，應用于接收站儲罐建設中。3種專利技術(MHI、KHI、IHI)的應用分別見表2～4,表4數據來源于2019第三屆中國LNG儲運技術交流大會的會議報告和資料。

表3 KHI薄膜儲罐應用[6]

表4 IHI薄膜儲罐應用(部分)

GTT和日本的3個專利商在韓國均有應用業績。韓國在引進外來技術的基礎上，研發出一種薄膜專利，稱KOGAS技術，并在Incheon(仁川)接收站采用該技術建設了一座1 000 m3的試驗性儲罐，在確認技術的可行性后，于2009年在仁川接收站又采用該技術建造了2座20×104m3的地下薄膜儲罐。另外，于2017年開始在濟州島接收站建設的2座4.5×104m3地上罐也采用了KOGAS薄膜技術。

4 專利技術對比

根據2019年第三屆中國LNG儲運技術交流大會的會議報告和資料，對專利技術進行對比。不同專利技術的薄膜材料均為304不銹鋼，區別主要是板材厚度和波紋形狀。

① IHI

IHI薄膜材料的波紋形狀見圖1。

圖1 IHI薄膜材料的波紋形狀

特點：板材厚度為2 mm，波紋間距為2 097 mm×2 097 mm,表示某方向相鄰2個波紋間距為2 097 mm，與該方向垂直方向相鄰2個波紋間距也為2 097 mm，以下波紋間距意義與此相同。波紋連續，波紋交叉處同方向隆起。膜板間連接為搭接焊。

應用情況：1971年應用于世界首座LNG薄膜儲罐，世界最大容積(25×104m3)地下罐也采用該技術，共有33座應用業績，地上罐、地下罐均有應用。

② GTT

GTT薄膜材料的波紋形狀見圖2。

圖2 GTT薄膜材料的波紋形狀

特點：板材厚度為1.2 mm，波紋間距為560 mm×650 mm。波紋連續，分大小波紋，波紋交叉處為褶皺狀。膜板間連接為搭接焊。

應用情況：該技術首次應用于LNG儲罐為1981年，地上罐、地下罐均有應用，儲罐最大容積20×104m3，共有34座應用業績。

③ MHI

MHI薄膜材料的波紋形狀見圖3。

圖3 MHI薄膜材料的波紋形狀

特點：板材厚度為1 mm，波紋間距為2 512 mm×2 512 mm。波紋不交叉，波紋斷點橫豎交替。膜板間連接為對接焊。

應用情況：該技術首次應用于LNG儲罐為1978年，地上罐、地下罐均有應用，儲罐最大容積20×104m3，共有24座應用業績。

④ KHI

KHI薄膜材料的波紋形狀見圖4。

圖4 KHI薄膜材料的波紋形狀

特點：板材厚度為2 mm，波紋間距為1 442 mm×1 442 mm。波紋不交叉，波紋斷點橫豎交替。膜板間連接為搭接焊。

應用情況：該技術首次應用于LNG儲罐為1982年，儲罐最大容積20×104m3，共有10座應用業績，全部為地下罐。

⑤ KOGAS

KOGAS薄膜材料的波紋形狀見圖5。

圖5 KOGAS薄膜材料的波紋形狀

特點：板材厚度為1.5 mm，同方向有多條波紋，長短不一。波紋不交叉，波紋斷點橫豎交替。膜板間連接為搭接焊。

應用情況：該技術首次應用于LNG儲罐為2009年，為2座地下罐，2017年再次應用，為2座地上罐。4座應用業績均在韓國。

5 應用效果

① 關于故障情況

目前采用GTT技術的LNG儲罐尚未出現泄漏性故障的公開報道，僅有一次非泄漏性(泵底閥脫落)的維修情況，說明了薄膜儲罐的安全性和可維修性。

對于其他專利商，曾出現一篇語焉不詳的報道，專利商與業主在1991年簽訂了建造地下薄膜儲罐的合同，儲罐建成投運后，圍繞儲罐有無泄漏等問題雙方發生了爭議，并于2000年引起了訴訟。這是僅有的一例關于LNG薄膜儲罐的泄漏信息。

② 薄膜儲罐的發展障礙

在2006年前后，由于一些原因，即使技術相對成熟的GTT技術，客戶也失去了發展薄膜儲罐的興趣。

a.標準情況

當時的國際標準與薄膜儲罐相關的內容太少，致使在設計時無法采用標準。缺乏市場導向又使標準制定機構的積極性較低。

2007年是地上薄膜儲罐的重要年份，因為CEN(歐洲標準化委員會)首次發布了包括平底低溫儲罐在內的液化天然氣設備的設計和安裝標準。同年公布的附加標準還規定了用于儲存-165～0 ℃液化氣體的平底鋼罐的設計和制造要求。歐洲標準BS EN 1473-2007和BS EN 14620-2006都解決了薄膜儲罐的問題。

b.工程、采購與建造

薄膜儲罐技術的主要優點之一是矩形元件的模塊化。然而，在圓柱形狀上安排矩形元件是一件棘手的事情，尤其是底部區域。歷史上，每個罐需要根據規格采用特定的定制設計。另外，采購也是定制化的，有專門的供應商和特定的產品，不利于競爭。在自動化焊接之前的施工中，所有地上罐的薄膜內罐都是手工焊接的。

隨著LNG船運的發展，在大量船艙建造中積累了豐富的經驗，加工技術也不斷發展。目前GTT技術95%以上的內罐表面只使用兩種形狀，80%焊縫可以采用自動焊接，提高了效率和焊接質量。

c.技術定位

2006年以前，GTT公司以EPC(工程總承包)的方式推廣LNG薄膜儲罐技術，同時推廣9%Ni鋼儲罐系統。GTT公司的初衷是以節約成本和縮短工期的方式向客戶提供其傳統技術的替代方案。然而，由于沒有其他EPC投標人能夠獲得該技術，客戶無法獲得薄膜儲罐的任何比較投標。客戶只對投標人之間存在競爭的技術感到滿意，而對壟斷性的投標的興趣逐漸降低。

為了解決這個問題，2006年，GTT公司改變了推廣策略，通過與其他LNG儲罐總包商合作來推廣薄膜儲罐技術，與總包商簽訂合作和非排他性協議。不同投標人之間存在競爭，提高客戶對競標的滿意度。2009年，GTT公司開始將與LNG船業務模式相同的全集成商業化技術應用于陸上薄膜儲罐的推廣中，包括最新的設計、采購和施工優化[7]。

6 應用發展分析

在亞洲，LNG接收站薄膜儲罐的應用，以日本最有代表性，其應用發展情況見圖6。

圖6 日本薄膜儲罐應用發展情況

從圖6可以看出，20世紀80年代，是日本薄膜儲罐應用的高峰期，以后逐漸平穩，到2003年后有所滯緩，2013年后沒有新薄膜儲罐的應用。薄膜儲罐在韓國的發展情況與日本類似。

日本處于地震高發區，因此日本引進薄膜儲罐主要是考慮地震影響，多為地下儲罐。而韓國初期引進的GTT薄膜儲罐均為地上罐，多為從節省投資考慮。

就日本情況，從首次應用LNG薄膜儲罐的1971年，到最后應用薄膜儲罐的2013年期間，各專利商的技術應用情況差別不太明顯，表明技術均相對成熟，處于競爭狀態。

2003年之后，日本新建LNG接收站儲罐共26座，僅有4座薄膜儲罐。韓國在2009年首次實施自有的KOGAS薄膜技術后，新建了LNG接收站儲罐共18座，只有2017年開始的濟州島項目采用了2座自有技術薄膜儲罐。主要原因應該與2000年發生的訴訟有關，該次訴訟將薄膜儲罐出現的疑似泄漏在業內公開化，造成了對薄膜技術的安全性不同程度的質疑，加上當時沒有成熟標準可以參照，業主為規避風險，在新建項目時選擇了非薄膜儲罐技術。

同時，GTT技術被認為是相對安全成熟的技術，但當時GTT排他性的技術定位，使業主傾向于更方便、競爭透明的9%Ni鋼全容罐。雖然GTT及時調整了政策，但在一定程度上已失去了市場。

7 應用展望

① 隨著技術發展，薄膜儲罐的標準、施工便利性、技術定位等都得到了較大的優化和發展，特別是GTT技術，無論在船上還是陸上儲罐，均無相關安全故障報道。

② 中國的LNG進口發展迅速，但國內對薄膜儲罐的了解較晚，并且隨著材料國產化，9%Ni鋼全容罐的建造成本不斷下降，薄膜儲罐的經濟優勢不太明顯。但隨著薄膜儲罐隔熱材料和薄膜的逐步國產化，薄膜儲罐的投資優勢將進一步體現。

③ 大型LNG儲罐相對占地面積小、單位容積投資低，因此接收站儲罐有向大型化發展的趨勢。同體積外罐情況下，薄膜儲罐的容積更大，且薄膜儲罐理論容積的增加沒有技術瓶頸。因此在薄膜儲罐示范和規模效應影響下，預計將有更多的接收站采用薄膜儲罐技術。