LNG 加氣站用低溫液體貯罐的定期檢驗

蒲貴明,牛廣旭,王 偉

（甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

隨著天然氣重卡數(shù)量的不斷普及，LNG 加氣站也在呈遞增趨勢，低溫液體貯罐作為LNG 加氣站內(nèi)的主要特種設備，其能否安全有效運行，直接關(guān)乎到作業(yè)人員的實際人身安全和企業(yè)的綜合經(jīng)營收益，一旦在使用過程當中發(fā)生特種設備安全事故，將會給企業(yè)的運營以及周邊地區(qū)帶來巨大的傷害[1]。因此按照《特種設備安全法》及TSG 21—2016（固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程）的規(guī)定，認真開展LNG低溫液體貯罐定期檢驗以及安全等級評定工作，顯得十分必要。

本研究以甘肅省境內(nèi)某LNG 加氣站內(nèi)的一臺60 m3低溫液體貯罐作為檢驗對象，對其進行了全面的定期檢驗，以評判其安全性和穩(wěn)定性。

2 LNG 低溫液體貯罐基礎知識介紹

要想準確快速地檢驗出承壓類特種設備所存在的危險源，首先，需要了解待檢驗設備的結(jié)構(gòu)特點和設備類別等信息，熟知其工作原理；其次，要充分了解設備所盛裝介質(zhì)，分析其可能存在的損傷模式及失效形式；最后，了解待檢設備的工作環(huán)境及運行狀況，是否有過重大維修或改造記錄等，全面掌握設備當前狀況?；谏鲜? 點，即可有針對性地制定檢驗方案。

LNG 加氣站用低溫液體貯罐的工作介質(zhì)為液態(tài)天然氣，其為一種無色、無味、無腐蝕性、易燃的液態(tài)流體。主要成分為甲烷，在大氣壓下，其沸點為-161.45 ℃，臨界溫度為-87 ℃?？紤]到液態(tài)天然氣的儲存方式，通常是將氣態(tài)的天然氣降溫至臨界溫度以下，再施加一定的壓力至臨界壓力以上進而得以液化儲存[2]。在極度低溫條件下儲存，容器材料的合理選用則顯得格外重要，低溫沖擊強度低是眾多材料的軟肋，能滿足這一特點且經(jīng)濟實用的材料，目前當屬于奧氏體不銹鋼。要持久地使奧氏體不銹鋼的工作溫度保持在超低溫狀態(tài)，設計上通常是將低溫液體貯罐設計成雙層夾套結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)筒材料為奧氏體不銹鋼，外殼材料則為普通的碳鋼，夾套中間抽為真空，再施加一定的隔熱材料，即可有效阻斷內(nèi)筒向外筒及室外環(huán)境散熱，使設備持久保持在原始工作溫度。由此可知，LNG 低溫液體貯罐的主要失效形式為夾套真空度失效，室外環(huán)境溫度通過夾套內(nèi)氣體的熱傳導及熱輻射，使得內(nèi)筒不斷吸熱，液態(tài)天然氣溫度不斷上升，進而使內(nèi)筒壓力急劇增大而引發(fā)爆炸。

3 LNG 低溫液體貯罐安全檢測項目

3.1 LNG 低溫液體貯罐結(jié)構(gòu)

本次需要檢驗的低溫液體貯罐采用臥式雙層夾套結(jié)構(gòu)，夾套內(nèi)填充真空絕緣粉末，這種粉末具有較低的導熱效率，可以極大程度上減少氣體的傳熱功能，削弱輻射作用，使得內(nèi)部溫度達到一定的控制等級，從而提高LNG 低溫液體貯罐的絕熱效果。其主要材質(zhì)及技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 LNG 低溫液體貯罐的主要技術(shù)參數(shù)

3.2 一般資料審查

在技術(shù)資料審查過程當中，要詳細對低溫液體貯罐的設計圖紙、設計單位資質(zhì)、設計相關(guān)強度計算書、壓力容器監(jiān)督檢驗證書、制造單位資質(zhì)、壓力容器質(zhì)量合格證明資料、壓力容器安裝竣工資料、壓力容器注冊使用登記證等相關(guān)數(shù)據(jù)與文件，進行審查。并配合容器使用說明書、接地、避雷裝置、壓力容器使用單位安全運行制度守則、運行記錄、安全操作規(guī)范守則、應急救援方案等，進行相關(guān)的資料審查與分析，掌握容器的制造及使用過程中的薄弱點。對于非首次定期檢驗的壓力容器，還應審查上次定期檢驗報告及年度檢查報告，對以往檢驗報告中存在的檢驗問題記載做出詳細記錄，并作為本次檢驗的重點附加檢驗項目。

通過技術(shù)資料審查發(fā)現(xiàn)，該加氣站未按照規(guī)定定期對LNG 低溫液體貯罐進行年度檢查，其他相關(guān)技術(shù)資料相對比較完整，其運行管理制度相對比較到位，具有較強的可操作性。

3.3 外部宏觀檢測

主要是對宏觀外表的完整性程度和容器結(jié)構(gòu)形式進行檢測和分析，包含：①檢查罐體表面油漆老化程度、名牌標識、表面裂紋、凹陷、劃痕、腐蝕、機械損傷等物理損傷情況；②查看罐體外表面及罐體與進、出管道連接部位是否出現(xiàn)化學結(jié)霜、“冒汗”現(xiàn)象及漏氣情況等；③檢查焊縫平整程度、磨損情況，包括容器幾何尺寸檢驗；④查看罐體與地面連接部位是否存在下沉、傾斜、緊固螺栓腐蝕、開裂松動等現(xiàn)象；⑤查看容器結(jié)構(gòu)形式、焊縫布置形式、排放裝置的設置等，是否符合標準要求。

經(jīng)過宏觀檢驗，發(fā)現(xiàn)該低溫液體貯罐部分罐體表面油漆有輕微老化并剝離分層，分層下外殼本體存在大氣腐蝕。

3.4 真空度檢測

真空隔絕是保護LNG 低溫液體儲罐內(nèi)部低溫狀態(tài)的最關(guān)鍵技術(shù)，只有保障真空度要求，才能提高內(nèi)部絕熱容器的安全性能，延長罐體使用壽命。罐體夾層上安裝有真空測試裝置的，在定期檢驗時需要檢驗夾層的真空度，在進行真空度檢測過程當中，要按照相關(guān)的壓力容器真空儀檢測設備、壓力傳感設備，進行相關(guān)的判斷。在TSG 21—2016（固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程）中，對于固定式真空絕熱壓力容器的真空度檢測又做出規(guī)定[3]，其有效參考值見表2。LNG 低溫液體貯罐外殼夾層一般都設有永久性金屬真空規(guī)管，因此可采用直接測量的方法進行真空度檢測。

表2 固定式真空絕熱壓力容器真空度

由于此貯罐在檢驗時罐內(nèi)裝有介質(zhì)，檢驗中使用型號為NTS-4046DV 的手持式熱偶真空計進行測量，開啟真空計，等待5 min 后，數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定，測得其真空度為8 Pa，檢測結(jié)果符合表2 的規(guī)定要求。

3.5 安全附件報告審查

LNG 低溫液體貯罐設置的安全附件有安全閥和壓力表。通過現(xiàn)場察看得知：①容器本體設有2 個安全閥，其型號為22DA-40P，整定壓力為1.25 MPa，略高于工作壓力，能起到有效的安全保護作用；②容器本體設有1 個壓力表，型號為YON-100 BF，量程為0～2.5 MPa，精度為1.6 級。上述安全附件及儀表均在校驗有效期內(nèi)，滿足大容規(guī)中對安全附件的檢驗要求。

3.6 外殼壁厚測定

考慮到該LNG 低溫液體貯罐長期處于室外環(huán)境，其外殼大氣腐蝕可能會引起外筒壁厚腐蝕減薄，進而降低外殼承受外壓的強度，因此需要對外殼壁厚值進行抽樣測定。其中，外殼封頭最小壁厚為8.41 mm，筒體最小壁厚為10.12 mm，其有效厚度符合設計及腐蝕裕量要求。

3.7 外殼焊縫表面無損檢測

對于LNG 低溫液體貯罐來說，外殼上只要出現(xiàn)輕微的泄露，其夾層真空度則無法得到保證。因此，對外殼上易出現(xiàn)缺陷的縱、環(huán)焊縫丁字口位置，進行表面磁粉無損檢測，是低溫液體貯罐安全運行的保證。經(jīng)過磁粉檢測，未發(fā)現(xiàn)可記錄磁痕顯示。

3.8 其他檢驗項目拓展

3.8.1 滲透檢測

若容器內(nèi)未裝介質(zhì)，容器本體和輸送介質(zhì)管道可處于常溫狀態(tài)，此時可對容器夾層與介質(zhì)進、出口接管連接角焊縫處附加進行滲透檢測，主要目的為排除罐體與接管連接處，因低溫介質(zhì)流動時冷熱交換引起交變應力，進而產(chǎn)生角焊縫微小裂紋。

3.8.2 氣密性檢測

在條件允許的情況下，可對LNG 低溫液體貯罐附加進行氣密性試驗，進而判斷整個罐體的致密性。在試驗前，首先需要做好準備工作，如試驗前需要制定應急預案，并對整個試驗過程做到有效安全防護，所有與罐體連接的管道閥門均應處于關(guān)閉狀態(tài)。其次，要選擇和容器相匹配的試驗介質(zhì)，由于貯罐內(nèi)筒材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，在選擇試驗介質(zhì)時，要嚴格控制Cl-含量，可選擇干燥、潔凈的氮氣或者空氣作為試驗氣體，試驗壓力為該貯罐的工作壓力。最后，在試驗過程中，要仔細觀察罐體及連接接管是否存在異常變形，罐體內(nèi)是否發(fā)出異常響聲，采用肥皂水或發(fā)泡劑涂抹在罐體與接管連接處、閥門、儀表等連接位置，觀察有無漏氣現(xiàn)象。

3.8.3 紅外熱成像監(jiān)測

紅外熱成像的工作原理是將物體自身因表面溫度不同而發(fā)射的電磁輻射波，通過某種特殊的電子裝置收集并轉(zhuǎn)換成人眼可見的圖像分布，并以不同的顏色顯示出可分辨的物體表面溫度分布。對低溫液體貯罐采用紅外線成像監(jiān)測可有效監(jiān)控罐體與接管連接處、閥門、儀表等易泄露部位的溫度突變，可在低溫液體貯罐發(fā)生大面積泄漏前，快速、準確地發(fā)現(xiàn)異常，提前采取應急措施，防止特種設備事故的發(fā)生。此種監(jiān)測方法，因需持續(xù)監(jiān)控，成本相對較高，在條件允許的情況下，可推薦使用。

4 結(jié)論

（1）外觀檢查發(fā)現(xiàn)部分罐體表面油漆有輕微老化并剝離分層，分層下外殼本體存在大氣腐蝕。經(jīng)過外殼壁厚測定及焊縫表面無損檢測未發(fā)現(xiàn)該低溫液體貯罐存在安全隱患。

（2）真空度檢測符合標準要求。

（3）條件允許的情況下，可對LNG 低溫液體貯罐附加進行氣密性檢測和紅外熱成像監(jiān)測。

（4）由于該低溫液體貯罐未按規(guī)定定期進行年度檢查，按照大容規(guī)的相關(guān)規(guī)定，可適當縮短下次定期檢驗周期，其安全狀況等級可評為3 級，下次定期檢驗周期定為5 年，其綜合檢驗結(jié)論符合要求。

（5）通過本次定期檢驗，深入了解和掌握了LNG低溫液體貯罐的綜合使用性能，并對低溫液體貯罐的安全狀況等級做出評定，保證了貯罐的安全運行。