LNG薄膜罐技術發展現狀及其在國內推廣的前景

張丹，許佳偉，明紅芳，鐘曦(中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100028)

0 引言

近幾十年以來，隨著天然氣液化技術的不斷成熟，全球天然氣消費量持續提升。大型偏遠氣田的天然氣液化后可輸送至管線無法到達的市場，已發展形成全套產業鏈[1]。作為液化天然氣(liquef ied natural gas，LNG)產業鏈中不可或缺的存儲設施，也是LNG接收站建設投資最高、工期最長、技術最先進、難點最多的關鍵環節[2]，LNG儲罐的技術發展備受業界關注。近年來，LNG儲罐呈現大型化的發展趨勢，薄膜型儲罐的優勢逐漸凸顯[3]。文章將從國內外薄膜罐技術研究現狀、薄膜罐與全容罐對比及可行性分析等方面展開論證，以明晰其在國內的推廣應用前景。

1 LNG儲罐的發展情況

按照結構形式進行劃分，LNG儲罐有單容罐、雙容罐、全容罐及薄膜罐四種。在早期建設的儲罐多為單容罐，從1985年以后，雙容罐的建造數量增加。從2000年開始，各個國家全容罐的建設數量大幅增長，很少再建設單容罐和雙容罐。目前國內的大型LNG儲罐均為全容罐[4]。相比其他幾種結構形式的儲罐，薄膜罐的研發應用較晚，其優勢在于理論上罐容沒有極限，可以設計出超大型儲罐[5]。

近幾十年來，隨著設計和施工技術的不斷進步以及相關材料的不斷發展，大型儲罐數量大幅增加，韓國KOGAS的Samcheok LNG接收站擴建項目的儲罐容積達到了27萬m3[3]。目前各個國家在建的LNG儲罐項目中，容積在20萬m3及以上的儲罐所占比例越來越大，LNG儲罐正在向大型化不斷發展[4]。

2 薄膜型儲罐的發展及研究現狀

最早的不銹鋼薄膜系統是由一項挪威專利開發而來的，該薄膜系統采用了正交的波紋薄膜。這些波紋薄膜應用褶皺形式，讓薄膜對可能造成平面薄膜拉伸冷熱應力進行吸收。1964年，這種液體儲罐系統獲得了首個專利。該薄膜儲罐最初多見于LNG運輸船上，后期慢慢轉向陸基儲罐。世界上第一座陸基薄膜儲罐位于日本根岸接收站，是容積為 10萬m3的地下罐，采用IHI技術，建于1971年。20世紀90年代日本IHI、川崎重工和法國GTT等公司就已成功進行了20萬m3薄膜儲罐的技術研發工作[2]。1996年某國外機構在分別對薄膜型儲罐和9%Ni鋼全容罐進行了性能測試后作出了質量風險評價。直到2006年，一些歐洲標準認可了薄膜型儲罐與9%Ni鋼全容罐在安全性能方面同樣可靠之后，薄膜型儲罐才真正得到了認證且批準。

截至目前，LNG薄膜儲罐已成為LNG行業近20年來除全容儲罐外另外一種市場占有率較高的罐型。在多個國家和地區已有近百座薄膜型儲罐建成，目前法國GTT、韓國KOGAS、日本IHI、MHI、KHI等多家公司，均有成功建造陸上薄膜罐(含地下儲罐)的工程業績。自投產以來，韓國KOGAS的 10座10萬m3薄膜型儲罐、法國GDF Suez(現已更名為Engie集團)的2座1.2萬m3薄膜型儲罐、日本Tokyo Gas的2座1.2萬m3薄膜型儲罐目前均正常運行，未出現安全事故[6]。

3 薄膜儲罐與9%Ni鋼全容儲罐的差異

國內常見的9%Ni鋼全容儲罐一般包括主容器(內罐)和次容器(外罐)。主容器內罐由底板、壁板組成，內罐材料為9%Ni鋼板；外罐可主要分為樁基礎、鋼筋混凝土承臺、預應力混凝土罐壁、鋼筋混凝土罐頂以及襯里五部分。內、外罐間用絕熱材料(包括膨脹珍珠巖、彈性棉氈等)進行絕熱保冷，控制儲罐LNG日蒸發率為儲罐總儲存量的0.05%。

與9%Ni鋼全容罐相比，薄膜罐的結構更為復雜，如圖1所示，其外罐與9%Ni鋼全容罐大致相同，均為預應力混凝土結構，但絕緣填充層、罐底和內罐結構與全容罐均存在較大差異。薄膜罐主要包括1.2～2mm的304不銹鋼薄膜做成的主容器、絕熱層和一個預應力混凝土次容器三部分。內罐只承擔液密、氣密作用，液重等荷載通過PUF(聚氨酯泡沫)保冷材料傳遞到混凝土外罐由外罐承受。預應力混凝土外罐需保證當薄膜破損泄漏時能夠裝存所有液體使其不致泄漏到空氣中。理論上薄膜罐不存在罐容大小的限制問題，法國GTT也進行了相關研究，證明了罐容在32萬m3及以上的超大型儲罐在技術上以及理論上的可行性。

圖1 薄膜型儲罐結構示意圖

由于內罐結構和保冷層的差異，使得薄膜儲罐與9%Ni鋼全容罐相比在某些方面存在一定優勢。如薄膜罐理論上沒有容積上限；內罐采用薄膜結構，可降低材料消耗量和施工安裝量，一定程度上縮短工期和成本；薄膜罐保冷結構采用大量場外預制，現場施工量較少，可縮短安裝工期2～3個月。

但薄膜型LNG儲罐也存在一些不利的方面，如：標準、規范暫時欠缺；薄膜罐內罐一般采用船級社或專利方企業標準，無成套內罐驗收標準，增加了項目特檢和驗收難度；專利技術來源相對單一，專利費較高；主要材料供貨商較少，選擇受限；內罐安裝施工條件要求苛刻。

4 薄膜罐技術在國內推廣的前景及思考

4.1 設計

我國已具備全容罐設計能力，但在內罐和保冷設計方面薄膜罐和常規儲罐的設計方法大為不同，國內尚沒有薄膜型LNG儲罐設計的相關案例。在具備獨立設計能力前，需與其他已有薄膜罐設計經驗的國際公司合作，逐步實現獨立設計。

4.2 采購

一般來說，儲罐主要材料的費用能占到整個LNG儲罐建造成本的一半以上，另外，材料供應周期也直接影響施工進度的快慢[7]。近年來，我國正在逐步擴大國內的LNG儲罐材料供應網絡，而生產薄膜罐相關材料的廠家屈指可數。

4.3 施工

薄膜罐內罐焊接難度較大，薄膜本身比較脆弱，任一損傷均有可能導致薄膜罐整體失效，因此對焊接技術要求較高，而且僅有80%的部位可采用自動焊接。目前我國已有一些施工隊伍有較好的薄膜焊接技術，但對于薄膜型LNG儲罐的焊接仍然缺乏經驗。另外，薄膜罐的絕熱系統主要采用標準件拼裝而成，我國尚未有成熟施工隊伍可以完成絕熱系統部分的施工。此外，具備完整安裝陸基薄膜儲罐工程經驗的成熟施工隊伍也較為匱乏。結合采購方面的制約，上述因素可能導致實際施工工期和費用突破工程計劃。

5 結語

薄膜罐相對傳統的9%Ni鋼全容罐在結構、施工、建造成本等方面具有一定優勢，但在國內推廣尚存在標準規范欠缺、技術來源單一及材料供應、施工經驗等方面的不足。若直接在國內推廣大型陸基薄膜儲罐還存在一定的技術、質量、工期和成本方面的不可控風險。

對于薄膜罐技術在國內推廣的模式，建議集中國內設計、供貨、施工、檢驗等方面的優勢力量，依托特定工程項目，先進行小型薄膜儲罐的工程化，并在工程化過程中積累經驗，待經驗成熟、市場成熟之后，再將薄膜罐技術推廣應用至大型LNG儲罐。