LNG低溫儲罐監理控制要點淺析

王科軍

摘? 要：隨著我國對天然氣的需求不斷增加，LNG（液化天然氣）項目的大規模建設，LNG儲罐逐漸朝著大型化的方向發展。作為LNG接收站的關鍵和核心設備——大型LNG儲罐在設計和建造方面有著特殊要求。本文論述了大型LNG儲罐的結構形式和特點;大型LNG儲罐材料選擇與制造要求;根據儲罐的安全性設計要求。分析了大型LNG儲罐在建造過程中監理應控制重點和要點。

關鍵詞：LNG儲罐的結構形式和特點;耐低溫;安全防范;監理控制重點和要點

1 LNG儲罐的特點

隨著人們環保意識的提高，目前國家正大力發展綠色能源，天然氣作為潔凈能源;隨著能源結構的轉變及能源供應、儲備的需要，大型預應力混凝土液化天然氣（LNG）儲罐在我國的建造日益興起。

LNG儲罐是LNG儲存工藝系統中的核心設備，伴隨著材料科學和焊接技術的發展，LNG儲罐越來越趨于大型化和多樣化方向發展。

大型LNG常壓儲罐一般采用立式雙圓筒結構，儲罐由內罐、外罐、安全泄放裝置、測量分析儀表、泵、閥及管路系統等組成。內罐由9Ni鋼制成，內罐頂一般采用輕質鋁合金吊頂結構。罐內為常壓，最高工作壓力為0.02MPa。外罐為預應力混凝土筒體，平底拱頂結構。夾層一般采用充填膨化珍珠巖的方式來絕熱，罐底則采用玻璃磚絕熱，內罐吊頂通常采用巖棉絕熱。

大型LNG儲罐內罐為工廠預制散件，現場組焊，外罐為現場成型澆筑，對焊接、施工水平、施工管理以及檢驗技術等方面的要求較高，施工現場工作量大。

2 LNG儲罐的特殊要求

大型常壓低溫儲罐是用來貯存液化天然氣（LNG）的，儲罐在常壓下儲存LNG，罐內壓力一般3.4—30kpa，儲罐的日蒸發量一般要求控制在0.04%—0.2%。由于LNG具有可燃性和超低溫性，因而對儲罐有很高的要求。那么它有什么特殊要求呢？

2.1 罐體耐低溫要求

常壓下，液化天然氣（LNG）的沸點為-160℃。LNG低溫常壓的貯存方法，是將天然氣的溫度降到沸點以下，使儲罐的操作壓力稍高于常壓，因此，LNG要求儲液罐體具有很好的耐低溫能力。

因此，對建造材料有著特殊要求，內罐工作溫度為-163℃，一般選用9Ni鋼或不銹鋼等材料。而 9%Ni鋼有很高的機械強度，在-196 ?C 下具有優異的低溫韌性，同時，焊接性能良好，能滿足現場建造的要求。因此，9%Ni 鋼作為大型 LNG 儲罐內罐材料的首選。

外罐壁采用預應力混凝土結構，選用低溫鋼筋、耐低溫混凝土。

2.2 絕熱保冷要求

因天然氣是液態貯存，因為罐表里溫差最高可達200℃，要使罐內溫度保持在-160℃，罐體就要具有優異的保冷功能，必須在罐底、吊頂以及在內罐和外罐之間填充絕熱保冷材料。目的是減少冷損失，節約能源。一般要求絕熱材料具有使用壽命長、組織穩定性高、密度小、熱導率低、含水量少、抗壓性能好、不易燃等優點。主要保冷材料：罐底保冷用泡沫玻璃塊;環形空間保冷用彈性掛毯、玻璃纖維布、珍珠巖粉末等;鋁吊頂保冷用玻璃纖維棉氈等;

2.3安全防范要求高

因為天然氣是易燃易爆氣體，罐內貯存的是低溫液體，儲罐一旦發生外泄，液體就會大量蒸發，氣化量大約是本來冷藏狀態下的600倍，在大氣中形成會主動引爆的氣團。

因此，API、BS等規范都要求儲罐選用雙層壁結構（全容罐），采用內外罐雙層密封防泄理念，在內罐體有泄漏時，外罐體可對走漏液體與蒸發氣完成完全封堵，保證貯存安全。

同時，為保證儲罐在意外荷載效果下的安全，儲罐有必要具有杰出的抗震功能。對LNG儲罐則要求在規定地震荷載下不倒也不裂。

因次，挑選的建造場所一般要避開地震斷裂帶，在樁與罐底承臺連接處設置減震橡膠墊，同時在承臺和內罐壁之間設置錨帶拉結，防止儲罐在地震載荷作用下產生傾斜與搖晃。

同時混凝土外罐頂應具有較高的抗壓、抗拉能力，需具備一定的抗震和能抵御一般掉落物的沖擊。

2.4 施工要求嚴格

為確保儲罐不泄漏，9Ni鋼的焊接是建造成功的關鍵。首先要對 LNG 儲罐所用 9%Ni 鋼的厚度、焊接位置、坡口形式等確定焊接工藝規程，經焊接工藝評定合格后，作為 9%Ni 鋼的焊接指導文件。然后施焊焊工必須通過考試合格，施工中內罐壁焊縫必須100%X射線檢測（RT），內罐底板必須進行100%磁粉檢測（MT）及100%真空氣密檢測（VBT）。

儲罐基礎的沉陷狀況，直接影響到儲罐的安全，如果基礎沉陷過大，就有可能造成罐底板變形，若罐底板變形所造成的應力過大，儲罐底板焊縫就可能會出現裂縫。因此，必須確保基礎樁極限承載力滿足設計要求。

對混凝土外罐方面：因為罐底承臺混凝土較厚，澆注時要操控水化溫度，避免因溫度應力產生的開裂。為避免罐壁混凝土出現裂紋，除選用后張拉預應力施工外，也要控制好混凝土的收縮裂縫，同時，為升頂順利，對罐壁垂直度操控非常嚴格。

在整個罐體機械完成后，還要對罐體進行嚴格水壓試驗和氣密試驗，反復驗證整個罐體的可靠性。以驗證焊縫強度、嚴密性，以及整個結構的承載受力情況和及樁基礎的沉降情況。

3 LNG儲罐建造控制要點

根據LNG儲罐耐低溫特性以及其易燃易爆特點，為確保儲罐不泄漏，為達到安全防范要求，故應在樁基、承臺、混凝土外罐、預應力、內罐焊接、儲罐保冷、及水壓氣壓試驗列為監理控制重點。

3.1 鉆孔灌注樁施工;

大型LNG罐多采用鉆孔灌注樁形式，監理的質量控制要點主要包括以下幾項內容：

（1）成樁過程各項指標，包括樁位、樁長、樁徑、孔底沉渣、泥漿指標、終孔垂直度及成樁材料質量等能滿足設計要求;

（2）預留混凝土試塊強度滿足規范要求;

（3）樁身完整、勻質，連續性好，無夾泥、斷樁等缺陷;

（4）樁極限承載力滿足規范規定的驗收指標。

3.2 承臺罐壁大體積混凝土施工;

質量控制要點有：

（1）承臺模板和墻板DOKA模板有足夠的強度、剛度和穩定性，加工精度符合規范要求，拆裝方便、結合緊密，混凝土澆筑中不發生變形，漏漿等現象，保證混凝土美觀。

（2）砼外罐壁的垂直度、橢圓度及砼表面的平整度直接影響到鋼穹頂氣頂升的順利與否，因此，外罐內徑、垂直度、弧度是控制重點。

（3）優化混凝土配合比設計，降低水泥水化熱，防止裂縫產生。

（4）做好大體積混凝土養護時的溫度控制，溫度異常時，及時采取相關減少溫差措施，減少溫度裂縫的產生。

3.3 預應力施工

預應力質量控制要點：

（1）預應力孔道的定位安裝。

（2）張拉設備的標定。

（3）張拉時張拉順序以張拉力與伸長量的雙控。

（4）孔道的清孔和壓漿。

（5）封錨的處理。

3.4 內罐壁板安裝

對于大型LNG儲罐，9Ni鋼的焊接是其安裝成功的關鍵。9Ni鋼在焊接過程中既易發生熱裂紋，又存在氫致延遲裂紋傾向，同時施焊過程中還容易發生焊弧磁偏吹。

（1）審查焊接工藝評定報告

焊接工藝評定是指為驗證所擬定的焊接工藝參數的正確性而進行的試驗過程和結果評價。主要包括：焊接工藝指導書、無損檢測報告及理化性能試驗報告、焊接工藝評定報告;

低溫儲罐9%Ni鋼焊接根據焊接方法、焊接坡口型式、焊接位置、板厚范圍等進行工藝試驗評定，對每項評定按規定進行拉伸試驗、彎曲試驗、-196C0沖擊試驗、側向膨脹量測定和射線檢測必須符合NB/T47014-2011承壓設備焊接工藝評定的合格標準。

（2）9%Ni鋼焊工資格確認

對進場的持證焊工，在施焊前必須通過焊工資格考試，合格后方能上崗施焊以保證內罐焊接質量。低溫儲罐焊工考試內容分手工焊和自動焊，監理焊接工程師須全過程監督，對焊工試板焊縫外觀及RT評片結論進行綜合評定，確認后發給焊工上崗資格證書，焊工方可上崗施焊;

（3）焊接工藝控制

焊接過程中，焊工應嚴格遵守經評定合格的焊接技術規程。由于焊接過程中，熱影響區在高溫的熱循環作用下，會產生粗大的馬氏體和貝氏體組織，使低溫韌性下降。因此，焊接時應控制焊接輸入線能量。通常，平焊、立焊位置焊接，焊接線能量一般控制在 45KJ/cm 以內，橫焊一般控制在 35KJ/cm 以內。同時，在多道焊焊接過程中，應嚴格控制層間溫度在 100℃以下（最大150℃），以避免接頭過熱和晶粒長大。

（4）焊接質量控制

焊接質量控制主要包括兩方面的內容：

一是焊接本身質量的控制，焊接本身質量問題是由焊接缺陷造成的，焊接缺陷可分為外部缺陷和內部缺陷。外部缺陷包括焊瘤、咬邊、弧坑、電弧燒傷、表面氣孔、表面裂紋、焊接變形和翹曲等;內部缺陷包括裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等。焊接缺陷的檢驗方法包括滲透PT檢測、R射線檢測、磁粉MT探傷和超聲波UT探傷等。

二是焊接變形的控制;從某種意義上講，焊接變形的控制較焊接本身強度的保證更難以實施。因此，焊接過程控制必須從焊接方法的選擇、焊接工藝參數的確定、板材規格的選擇以及組對、施焊順序等多角度考慮。

（5）產品試板檢驗驗證

按照API620的要求和設計文件的規定，9%Ni鋼內罐手工電弧焊縱縫應現場焊接產品試板，產品試板的焊接應符合產品施焊的同等工藝條件，一般要求與施工同步制作。見證試板送樣檢測、跟蹤試樣加工和試驗，通過產品試板的試驗報告數據，來驗證現場焊縫的質量狀況以及焊縫性能的相關參數。

3.5 LNG儲罐保冷施工

LNG儲罐內罐設計溫度為--163℃，設計日蒸發率小于0.08%/天，因此儲罐必須具有良好的絕熱性能，儲罐絕熱包括底板絕熱、罐壁絕熱和內罐頂部絕熱。

（1）底板絕熱。內罐底部絕熱材料除了考慮絕熱，還應有足夠的抗壓強度，以支撐罐體自重、盛裝液體的重量以及其他荷載的壓力。

（2）罐壁絕熱。在內外罐之間的環形空間，內罐外壁掛貼玻璃纖維毯完畢后，將膨脹松散的珍珠巖填充空間。

膨脹珍珠巖填充施工是LNG儲罐建設后期的關鍵工序之一，其填充質量直接關系到儲罐投產后的保冷效果。LNG儲罐珍珠巖的膨脹、填充作業是不間斷作業，在整個作業過程中需采用振實密度檢測儀、粒度分析儀等對珍珠巖的松散密度、振實密度、粒度級配、含水率及導熱系數進行定時檢測并記錄檢驗數據，依據檢測結果調整珍珠巖膨脹工況，可有效確保投產后LNG儲罐整體BOG蒸發率測試合格，避免儲罐珍珠巖保冷作用減小或失效。

（3）內罐頂部絕熱：一般采用1米厚玻璃棉或毯絕熱材料覆蓋在內罐吊頂之上。玻璃棉具有輕質、可壓縮、高強度和高彈性等特性。

6、LNG儲罐水壓氣壓試驗

功能試驗是工程質量驗收的重要依據，是對建設項目的質量進行系統性評估。

儲罐本體施工完成后，應通過儲罐水壓試驗來檢驗其底板、壁板的強度、內罐穩定性及內罐和基礎的沉降狀況。通過氣密試驗過程來檢驗其底板、壁板、拱頂板及其接管的嚴密性。

4 結束語

隨著我國能源儲備戰略的提出，LNG在我國的能源占比正成快速增長趨勢。我國正大力建設大型LNG儲罐，通過深入廣東大鵬LNG項目和江蘇LNG和江陰LNG項目建造過程的監理實踐，并取得了對LNG低溫儲罐建造監理一些經驗和體會，與同行共勉。

參考文獻：

[1]《大型LNG儲罐關鍵技術》 殷勁松等《煤氣與熱力》2011年 第7期

[2]《國產9%Ni鋼在大型LNG儲罐上的應用》 劉 博

[3]API 620 第12版-2013 《大型焊接低壓儲罐的設計及制造》