王科军

摘  要：随着我国对天然气的需求不断增加，LNG（液化天然气）项目的大规模建设，LNG储罐逐渐朝着大型化的方向发展。作为LNG接收站的关键和核心设备——大型LNG储罐在设计和建造方面有着特殊要求。本文论述了大型LNG储罐的结构形式和特点;大型LNG储罐材料选择与制造要求;根据储罐的安全性设计要求。分析了大型LNG储罐在建造过程中监理应控制重点和要点。

关键词：LNG储罐的结构形式和特点;耐低温;安全防范;监理控制重点和要点

1 LNG储罐的特点

随着人们环保意识的提高，目前国家正大力发展绿色能源，天然气作为洁净能源;随着能源结构的转变及能源供应、储备的需要，大型预应力混凝土液化天然气（LNG）储罐在我国的建造日益兴起。

LNG储罐是LNG储存工艺系统中的核心设备，伴随着材料科学和焊接技术的发展，LNG储罐越来越趋于大型化和多样化方向发展。

大型LNG常压储罐一般采用立式双圆筒结构，储罐由内罐、外罐、安全泄放装置、测量分析仪表、泵、阀及管路系统等组成。内罐由9Ni钢制成，内罐顶一般采用轻质铝合金吊顶结构。罐内为常压，最高工作压力为0.02MPa。外罐为预应力混凝土筒体，平底拱顶结构。夹层一般采用充填膨化珍珠岩的方式来绝热，罐底则采用玻璃砖绝热，内罐吊顶通常采用岩棉绝热。

大型LNG储罐内罐为工厂预制散件，现场组焊，外罐为现场成型浇筑，对焊接、施工水平、施工管理以及检验技术等方面的要求较高，施工现场工作量大。

2 LNG储罐的特殊要求

大型常压低温储罐是用来贮存液化天然气（LNG）的，储罐在常压下储存LNG，罐内压力一般3.4—30kpa，储罐的日蒸发量一般要求控制在0.04%—0.2%。由于LNG具有可燃性和超低温性，因而对储罐有很高的要求。那么它有什么特殊要求呢？

2.1 罐体耐低温要求

常压下，液化天然气（LNG）的沸点为-160℃。LNG低温常压的贮存方法，是将天然气的温度降到沸点以下，使储罐的操作压力稍高于常压，因此，LNG要求储液罐体具有很好的耐低温能力。

因此，对建造材料有着特殊要求，内罐工作温度为-163℃，一般选用9Ni钢或不锈钢等材料。而 9%Ni钢有很高的机械强度，在-196 ?C 下具有优异的低温韧性，同时，焊接性能良好，能满足现场建造的要求。因此，9%Ni 钢作为大型 LNG 储罐内罐材料的首选。

外罐壁采用预应力混凝土结构，选用低温钢筋、耐低温混凝土。

2.2 绝热保冷要求

因天然气是液态贮存，因为罐表里温差最高可达200℃，要使罐内温度保持在-160℃，罐体就要具有优异的保冷功能，必须在罐底、吊顶以及在内罐和外罐之间填充绝热保冷材料。目的是减少冷损失，节约能源。一般要求绝热材料具有使用寿命长、组织稳定性高、密度小、热导率低、含水量少、抗压性能好、不易燃等优点。主要保冷材料：罐底保冷用泡沫玻璃块;环形空间保冷用弹性挂毯、玻璃纤维布、珍珠岩粉末等;铝吊顶保冷用玻璃纤维棉毡等;

2.3安全防范要求高

因为天然气是易燃易爆气体，罐内贮存的是低温液体，储罐一旦发生外泄，液体就会大量蒸发，气化量大约是本来冷藏状态下的600倍，在大气中形成会主动引爆的气团。

因此，API、BS等规范都要求储罐选用双层壁结构（全容罐），采用内外罐双层密封防泄理念，在内罐体有泄漏时，外罐体可对走漏液体与蒸发气完成完全封堵，保证贮存安全。

同时，为保证储罐在意外荷载效果下的安全，储罐有必要具有杰出的抗震功能。对LNG储罐则要求在规定地震荷载下不倒也不裂。

因次，挑选的建造场所一般要避开地震断裂带，在桩与罐底承台连接处设置减震橡胶垫，同时在承台和内罐壁之間设置锚带拉结，防止储罐在地震载荷作用下产生倾斜与摇晃。

同时混凝土外罐顶应具有较高的抗压、抗拉能力，需具备一定的抗震和能抵御一般掉落物的冲击。

2.4 施工要求严格

为确保储罐不泄漏，9Ni钢的焊接是建造成功的关键。首先要对 LNG 储罐所用 9%Ni 钢的厚度、焊接位置、坡口形式等确定焊接工艺规程，经焊接工艺评定合格后，作为 9%Ni 钢的焊接指导文件。然后施焊焊工必须通过考试合格，施工中内罐壁焊缝必须100%X射线检测（RT），内罐底板必须进行100%磁粉检测（MT）及100%真空气密检测（VBT）。

储罐基础的沉陷状况，直接影响到储罐的安全，如果基础沉陷过大，就有可能造成罐底板变形，若罐底板变形所造成的应力过大，储罐底板焊缝就可能会出现裂缝。因此，必须确保基础桩极限承载力满足设计要求。

对混凝土外罐方面：因为罐底承台混凝土较厚，浇注时要操控水化温度，避免因温度应力产生的开裂。为避免罐壁混凝土出现裂纹，除选用后张拉预应力施工外，也要控制好混凝土的收缩裂缝，同时，为升顶顺利，对罐壁垂直度操控非常严格。

在整个罐体机械完成后，还要对罐体进行严格水压试验和气密试验，反复验证整个罐体的可靠性。以验证焊缝强度、严密性，以及整个结构的承载受力情况和及桩基础的沉降情况。

3 LNG储罐建造控制要点

根据LNG储罐耐低温特性以及其易燃易爆特点，为确保储罐不泄漏，为达到安全防范要求，故应在桩基、承台、混凝土外罐、预应力、内罐焊接、储罐保冷、及水压气压试验列为监理控制重点。

3.1 钻孔灌注桩施工;

大型LNG罐多采用钻孔灌注桩形式，监理的质量控制要点主要包括以下几项内容：

（1）成桩过程各项指标，包括桩位、桩长、桩径、孔底沉渣、泥浆指标、终孔垂直度及成桩材料质量等能满足设计要求;

（2）预留混凝土试块强度满足规范要求;

（3）桩身完整、匀质，连续性好，无夹泥、断桩等缺陷;

（4）桩极限承载力满足规范规定的验收指标。

3.2 承台罐壁大体积混凝土施工;

质量控制要点有：

（1）承台模板和墙板DOKA模板有足够的强度、刚度和稳定性，加工精度符合规范要求，拆装方便、结合紧密，混凝土浇筑中不发生变形，漏浆等现象，保证混凝土美观。

（2）砼外罐壁的垂直度、椭圆度及砼表面的平整度直接影响到钢穹顶气顶升的顺利与否，因此，外罐内径、垂直度、弧度是控制重点。

（3）优化混凝土配合比设计，降低水泥水化热，防止裂缝产生。

（4）做好大体积混凝土养护时的温度控制，温度异常时，及时采取相关减少温差措施，减少温度裂缝的产生。

3.3 预应力施工

预应力质量控制要点：

（1）预应力孔道的定位安装。

（2）张拉设备的标定。

（3）张拉时张拉顺序以张拉力与伸长量的双控。

（4）孔道的清孔和压浆。

（5）封锚的处理。

3.4 内罐壁板安装

对于大型LNG储罐，9Ni钢的焊接是其安装成功的关键。9Ni钢在焊接过程中既易发生热裂纹，又存在氢致延迟裂纹倾向，同时施焊过程中还容易发生焊弧磁偏吹。

（1）审查焊接工艺评定报告

焊接工艺评定是指为验证所拟定的焊接工艺参数的正确性而进行的试验过程和结果评价。主要包括：焊接工艺指导书、无损检测报告及理化性能试验报告、焊接工艺评定报告;

低温储罐9%Ni钢焊接根据焊接方法、焊接坡口型式、焊接位置、板厚范围等进行工艺试验评定，对每项评定按规定进行拉伸试验、弯曲试验、-196C0冲击试验、侧向膨胀量测定和射线检测必须符合NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定的合格标准。

（2）9%Ni钢焊工资格确认

对进场的持证焊工，在施焊前必须通过焊工资格考试，合格后方能上岗施焊以保证内罐焊接质量。低温储罐焊工考试内容分手工焊和自动焊，监理焊接工程师须全过程监督，对焊工试板焊缝外观及RT评片结论进行综合评定，确认后发给焊工上岗资格证书，焊工方可上岗施焊;

（3）焊接工艺控制

焊接过程中，焊工应严格遵守经评定合格的焊接技术规程。由于焊接过程中，热影响区在高温的热循环作用下，会产生粗大的马氏体和贝氏体组织，使低温韧性下降。因此，焊接时应控制焊接输入线能量。通常，平焊、立焊位置焊接，焊接线能量一般控制在 45KJ/cm 以内，横焊一般控制在 35KJ/cm 以内。同时，在多道焊焊接过程中，应严格控制层间温度在 100℃以下（最大150℃），以避免接头过热和晶粒长大。

（4）焊接质量控制

焊接质量控制主要包括两方面的内容：

一是焊接本身质量的控制，焊接本身质量问题是由焊接缺陷造成的，焊接缺陷可分为外部缺陷和内部缺陷。外部缺陷包括焊瘤、咬边、弧坑、电弧烧伤、表面气孔、表面裂纹、焊接变形和翘曲等;内部缺陷包括裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等。焊接缺陷的检验方法包括渗透PT检测、R射线检测、磁粉MT探伤和超声波UT探伤等。

二是焊接变形的控制;从某种意义上讲，焊接变形的控制较焊接本身强度的保证更难以实施。因此，焊接过程控制必须从焊接方法的选择、焊接工艺参数的确定、板材规格的选择以及组对、施焊顺序等多角度考虑。

（5）产品试板检验验证

按照API620的要求和设计文件的规定，9%Ni钢内罐手工电弧焊纵缝应现场焊接产品试板，产品试板的焊接应符合产品施焊的同等工艺条件，一般要求与施工同步制作。见证试板送样检测、跟踪试样加工和试验，通过产品试板的试验报告数据，来验证现场焊缝的质量状况以及焊缝性能的相关参数。

3.5 LNG储罐保冷施工

LNG储罐内罐設计温度为--163℃，设计日蒸发率小于0.08%/天，因此储罐必须具有良好的绝热性能，储罐绝热包括底板绝热、罐壁绝热和内罐顶部绝热。

（1）底板绝热。内罐底部绝热材料除了考虑绝热，还应有足够的抗压强度，以支撑罐体自重、盛装液体的重量以及其他荷载的压力。

（2）罐壁绝热。在内外罐之间的环形空间，内罐外壁挂贴玻璃纤维毯完毕后，将膨胀松散的珍珠岩填充空间。

膨胀珍珠岩填充施工是LNG储罐建设后期的关键工序之一，其填充质量直接关系到储罐投产后的保冷效果。LNG储罐珍珠岩的膨胀、填充作业是不间断作业，在整个作业过程中需采用振实密度检测仪、粒度分析仪等对珍珠岩的松散密度、振实密度、粒度级配、含水率及导热系数进行定时检测并记录检验数据，依据检测结果调整珍珠岩膨胀工况，可有效确保投产后LNG储罐整体BOG蒸发率测试合格，避免储罐珍珠岩保冷作用减小或失效。

（3）内罐顶部绝热：一般采用1米厚玻璃棉或毯绝热材料覆盖在内罐吊顶之上。玻璃棉具有轻质、可压缩、高强度和高弹性等特性。

6、LNG储罐水压气压试验

功能试验是工程质量验收的重要依据，是对建设项目的质量进行系统性评估。

储罐本体施工完成后，应通过储罐水压试验来检验其底板、壁板的强度、内罐稳定性及内罐和基础的沉降状况。通过气密试验过程来检验其底板、壁板、拱顶板及其接管的严密性。

4 结束语

随着我国能源储备战略的提出，LNG在我国的能源占比正成快速增长趋势。我国正大力建设大型LNG储罐，通过深入广东大鹏LNG项目和江苏LNG和江阴LNG项目建造过程的监理实践，并取得了对LNG低温储罐建造监理一些经验和体会，与同行共勉。

参考文献：

[1]《大型LNG储罐关键技术》 殷劲松等《煤气与热力》2011年 第7期

[2]《国产9%Ni钢在大型LNG储罐上的应用》 刘 博

[3]API 620 第12版-2013 《大型焊接低压储罐的设计及制造》