大型液化天然气储罐建造工艺.pdf

第 4 1卷第 4期 2 0 1 2 年 7 月 石油化工设备 PE TRO CHE MI CAL E QUI PMENT Vo1 ． 41 No ．4 J u l y 2 0 1 2 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 6 2 0 1 2 0 4 0 0 6 0 0 4 大型液化天然气储 罐建造工艺 艾绍平 ，张奕 ，李生怀 中国石油 唐 山液化天然气项 目经理部 ，河北 唐山0 6 3 0 0 0 摘要 天然气作为一种优质的清洁能源市场广阔， 有非常好的发展 前景 。大型 L NG接收站的兴 建 已成 为很 多石 油公 司 占据天 然 气市 场份 额 的 重要 的 组成 部 分 ， 介 绍 了 国 内大型 L NG 储 罐 建 造 工 艺技 术流程 ， 以期 对相 关人 员有一 定的借 鉴 。 关键 词 储罐；液化天然气；建造； 工艺 中图分 类号 T Q 0 5 1 ． 8 4 文献标 志码 B Co ns t r u c t i o n Pr o c e s s o f La r g e Li qu i d Na t u r e Ga s Ta n k AI S h a o - pi n g，ZHANG Yi ，LI S h e n g - hu a i CNP C Ta n g s h a n L NG P r o j e e t De p a r t me n t ，Ta n g s h a n 0 6 3 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t As a c l e a n e n e r g y，t h e r e a r e a v e r y g o o d d e v e l o p me n t p r o s p e c t s i n LNG ma r k e t ．S o me s t a t e o wne d o i l c o m p a n i e s ha v e be g un t o bu i l d l a r g e LNG t e r mi n a l s a gg r e s s i v e l y，i n o r d e r t o s e i z e t h e na t u r a l g a s ma r ke t s ha r e ．The c o ns t r uc t i o n of l a r ge LNG s t o r a g e t a n k t e c hn o l og y p r o c e s s a nd s o m e pr a c t i c a l v a l ue s a r e de s c r i be d． Ke y wo r d s t a n k；l i q u i d n a t u r e g a s ；c o n s t r u c t i o n；p r o c e s s 天然气是 国际公认的清洁能源。从调节能源结 构 与城市 环境 保护 的角 度来 看 ， 天然 气 都 能创 造 非 常 好 的经济 和社会 效益 。近 年来受 天然气 的过 量开 采和经济不景气等 因素的影响， 国际天然气 价格一 直很低 ， 很多天然气的开采公司将 目光转向液化天 然气 L NG 市场_ 】 ] ， 金融危 机过后 ， 新兴经济体成 为 液化 天然气 消 费的 主要 市 场 。 2 0 1 0年， 国内 L NG生产能力达 到 9 0 0亿 m。 ， 2 0 2 0年将 达 2 4 0 0亿 m。 。预计 到 2 0 2 0年 ， 我 国将 进 口 3 5 0亿 m。 。国 内 已建 、 在 建 和 规 划 中 的有 广 东 、 福建 、 江 苏 、 大 连 、 唐 山等 地 十多 个 L NG 接 收站 项 目。L NG接收站项 目建设 中L NG储罐的建造是 非 常重要 的环 节 ， 主 要 包 括设 计 、 施 工 和测 试 ， 文 中 对 此进 行 了详细叙 述 。 1 L N G储 罐设计 。 ] L NG储 罐 的设 计包 括 储 罐 的选 型 和设 置 方式 两 个方 面 。 1 ． 1 储 罐选 型 L NG储罐型式可分为单容罐、 双容罐、 全容罐 3 种 ， 储罐 一 般 由内罐 和 外 罐 组 成 ， 内 、 外 罐 间 填 充 保冷材料。 1 ． 1 ． 1 单容罐 单容罐中常见的是双壁单容罐， 内罐材质为低温 钢， 外罐材质为普通碳钢。单容罐一般可在远离人 口 密集区 、 不容易遭受 灾害性破坏 例 如火 灾等 的地 区 使用 ， 即对其使用 的安 全距离及地 域面积 有一定 的要 求。易泄漏是使用中存在的一个问题 ， 因此 ， 对其安 全检测和操作的要求较高 ， 需要设置防火堤。 由于单容罐 的安全性较低 ， 近年来在 L NG生 产厂及接收站中已较少使用。 1 ． 1 ． 2 双容罐 双容罐由单容罐及靠近低温钢或混凝土建造的 高 围堤组成 。在 内筒 发生 泄漏 时 ， 气 体会 发生 外泄 ， 收 稿 日期 2 0 1 2 0 2 - 0 3 作者简介 艾 绍平 1 9 8 3 一 男 ， 陕西 榆林人 ， 助工 ， 工学硕士 ， 主要从事 石油化工设备 的制造等工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 艾绍平 ， 等 大型液化天然气储罐建造工艺 但液 体不会 外泄 ， 增强 了外部 的保 险 。相应 的 ， 如 果 外界 有危 险存在 时 ， 其 外 部 的混 凝 土 墙对 其 有 一 定 的保 护 ， 安 全性 较好 。 双容罐不需要设置防火堤 ， 但仍需要较大的安 全防护距离 。当事故发生时 ， L NG罐 中天然气释 放 ， 但装置的控 制仍然可以持续 。双容罐的投资略 高于单容罐 ， 约为单 容罐 的 1 1 0 ％， 但低 于全 容罐 约 为 1 O 9 ／ 5 ～2 O 9 ／ 5 ， 其施工 周期 也较单 容罐 略长 。 1 ． 1 ． 3 全 容罐 全 容罐 图 1 的内罐 材 质 为 9 oA镍 钢 ， 外罐 、 顶 盖和底 板材 质可 用 9 ％镍 钢或 混 凝 土 。外罐 与 内罐 之间距离 1 ． 0 ～2 ． 0 m， 可允许 内罐里的 L NG和气 体向两层罐壁之间泄漏 ， 以避免火灾的发生 。 混凝 图 1 全 容罐 简 图 全容罐的外罐体可以承受内罐泄漏的 L NG及 其气体 ， 不会 向外 界泄漏 ， 其安全 防护距离也小一 些 。一旦事故发生， 对装置的控制和物料的输送仍 然可以继续 ， 这种状况可持续几周 ， 直至设备停车。 当采用金属顶盖时 ， 全容罐设计压力与单容储 罐和双 容储 罐 的设 计一 样 。当采 用 混凝 土顶 盖 内 悬挂铝顶板 时 ， 安全性能增高 ， 但投 资相应增加。 因设计压力相对较高， 在卸船时可利用罐 内气体 自 身压 力 将 蒸 发 气 返 回 L NG 船 ， 省 去 了 蒸 发 气 B OG 返回气风机的投资， 并减少 了操作 费用 。全 容罐的投资比单容罐高 ， 但和双容罐差不多。 目前 常用的储罐体积为 4 ～1 8万 m。 。 1 ． 2 L N G储罐选择及比较 L NG罐型的选择要求为安全可靠、 投资低 、 寿 命长、 技术先进 、 结构有高度完整性、 便于制造且整 个 系统 的操作 费用低 。 L N G储罐 可选 择 ①单 容罐 的 B O G处 理量 大 ， 但增加后期运营费用。②双容罐和单容罐均需要较 大的安全距离， 且需要设置返 回气鼓风机， 运营费用 较高。③全容罐造价略高于双容罐， 双容罐高于单容 罐。④全容罐的安全性最好 ， 操作费用较低 ， 且能提 供额外的保护和工艺优势 较高的操作压力 。 2 全容罐建造简介 2 ． 1 内罐 罐壁施 工 L NG储罐 内罐设计盛装冷冻介质 L NG， 材料 大多选择进 12 1 的 9 ％Ni 钢。考虑受外压的稳定性 ， 内罐壁 设置 加强 圈 。 内罐和外罐设计均能够储存低温介质 ， 内罐外 壁到外罐内壁的距离一般 为 0 ． 8 ～1 - 0 m。在 正常 操作 条件下 ， 内罐 盛装 冷冻介 质 ， 外部罐 顶 由外罐 支 撑 ， 外 罐要 能盛装 冷 液 并 能排 出 由于 突发 情 况 引 起 的渗 漏所 产生 的蒸气 。 2 ． 2外罐罐壁施工 L NG储罐的外罐施工关键工序 桩基工程一布 置塔 吊及 布料机一承 台施 二 [ 一罐壁施 工环 梁施 工一 穹顶 施工 。 2 ． 2 ． 1桩 基 工程 桩基工程作为整个储罐建设的第一步， 需要充 分 考虑 所在 位 置 的地 质 状 况 。L NG 储 罐 大多 位 于 填 充海 滨滩后 形成 的沙 岛 上 ， 由于无 坚 硬 的 岩石 层 支 撑 ， 一般需 要 打较深 的钢筋 混凝 土桩 ， 利用混 凝 土 桩 与地 层 的摩 擦力 作为 罐体 的支撑 。 2 ． 2 ． 2 塔 吊及 布料机 布置原则 储罐结构高度高 ， 施工跨度大 ， 施工材料的水平 及垂直运输 比较频繁 ， 为满足储罐的施工需要 ， 从承 台施工开始就需要投入大量 的施工机械 。 2 ． 2 ． 3 承 台施 工 施工程 序 浇 筑 混凝 土 地平 一 台架 搭 设一 安 装 避震 橡胶垫一 铺 设承 台底板 木方一 铺设 底模一 安 装 承 台底板 内撑钢 筋一安 装测 斜管一 安装 位 于施工 缝 的钢 板 网一 承 台 内圈分 为 4块 ， 对称 浇 筑 混凝 土 并 养护一 安装 承 台底板外 圈钢 筋一 安装外 圈竖 向及 环 向波纹管一安装承台罐壁插径及导墙 吊模一安装承 台底板侧模一承 台外圈分为 4块 ， 对称浇筑混凝土 并养 护 。 2 ． 2 ． 4墙 板 施 工 1 罐 壁第 1 层 施 工 在施 工 成 形 的孔 壁 导 墙 内安装径性钢柱一安装内侧低温钢筋 网片一固定径 性钢 柱 与 内外 钢筋 网片一 安装竖 向环 向波 纹管一 安 装竖 向环 向预 埋件一 安装 拉钩 钢筋一 安装 多卡 内模 板支撑槽钢一安装竖 向围领及剪刀 撑一安 装内模 板～安装定位锥一安装外模5 皈～安装对拉螺杆一模 板合 拢校 正一 浇筑混 凝 土 。 2 罐壁第 2层施工 安装墙体进行钢筑一孔 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 石油化工设备 2 0 1 2 年第 4 1 卷 壁外侧常温钢筋网片安装一安装波纹管一安装预埋 件竖 向围领及 剪 刀 撑后 移 ， 对 拉 螺 栓 拆 除 内外 侧模板拆除一筒壁定位锥拆下 ， 安装爬升锥 管壁 上安 装多 卡爬 升挂架一 安装 多卡模 板一 安装 对拉 螺 杆一模板合拢校正一浇筑混凝土 。 3 罐 壁第 3层施 工 对拉 螺 栓 拆 除一 模 板 后 移 ， 拆下内外侧筒壁上定位锥一安装爬升锥 ， 提升 内 侧 多 卡 模 板一 爬 升 挂 架 安 装 在 筒 壁第 二 段 扒 深 锥 上安装多卡模 板体 系的下 挂平 台 ， 外侧 模板 提 升一安装对拉螺杆 浇灌筒壁第三段混凝土。 4 第 4层 施 工 从 第 4 ～ 1 1层 为 标 准 层 施 工 ， 每层的施工方法同罐壁第 2 层 。 2 ． 2 ． 5 环 梁 施 工 第 1 1层模板上安装承压环 F型支架 ， 其他 同 标准 层 。 环梁 1 2 a 施 工 机 械 施 工单 位安 装 承 压 环绑 扎钢径一安装波纹管一安装埋件一浇筑环梁 1 2 a混 凝土一提升内外侧多卡模板三层体系。 2 ． 2 ． 6 钢 穹顶 气升顶施 工 拆除内侧多卡模板 3层平台， 机械施工单位钢 穹顶 气升 顶 。 环梁 1 2 b施 工 安 装 钢 筋一 安 装 波纹 管 一安 装 施 工缝 扣板 网 浇 筑环 梁 1 2 b混凝 土一 安装环 梁栏 杆 扶手一 拆 除外侧 模板 。 2 ． 2 ． 7 穹顶施 工 分阶段钢筋绑扎一施工缝扣板 网安装一混凝土 浇 筑 ， 按设 计 图样 要 求 ， 一般 自下 而 上分 6 ～8个 圆 环 浇筑 。 2 ． 3外罐的护角 护角 由带边缘板的第 2层底板 、 垂直罐壁和带 密封 环 的锚 板 组成 。 护角设计要考虑 由于正常操作和非正常工况的 渗漏引起的第 2层底板以及壁板的收缩和膨胀 ， 需 要考虑包括环隙空 间的 L NG液位从最小渗漏情况 冷量影响液体静压 到最大渗漏情况， 即外罐全 部充满渗漏 L NG 冷量影响液体静压 的情况。 在任何载荷工况下 ， 护角都能 防止液 体渗漏 。 护角内的气体压力要与储罐的压力相平衡。用于护 角的 9 Ni 钢板要求须与内罐用钢板一致 。 2 ． 4 外罐罐底、 罐壁衬板和罐顶 外罐内表面应设置衬板层 包括罐底、 罐壁衬板 和罐顶 ， 以防止水蒸气经混凝土外罐进入以及蒸发 气经混凝土外罐逸出。 罐底板、 罐壁衬板、 罐顶板一般采用低温碳钢材 料 ， 例如 1 6 Mn D R。 2 ． 5 外罐吊顶 吊顶 板设计 温 度一 般 在 一 1 6 2 ～ 1 6 5 oC。 为保 证 吊顶 的平整 和承 受 罐顶 保 冷 层 载 荷 ， 吊顶 板上 设 置加 强 圈 。为 防止 珍 珠 岩粉 末 下 漏 ， 吊顶 板 要全 部 密封 。吊板可 以采 用 铝合 金 ， 也 可 以采 用 不 锈钢 或 者 9 Ni 钢 。吊顶 拉杆 应采 用不锈 钢 。 2 ． 6整体无损检测 1 目测 储罐 建造 完成后 ， 对 储罐 的所有 部件 进行 总体 的 目测 检查 。 2 射线检 测 内罐 射线 检测 的 内容 、 方 法和验 收标 准应 符 合 B S 7 7 7 7 1 9 9 3 低 温 工 作 条 件 下 的 立式 平 底 圆 筒 形 储 罐 中 的 要 求[ 1 。 内罐 的 所 有 纵 、 环对 接焊缝 ， 边 缘 板 对 接 焊缝 、 内罐 加 强 圈 和 内 管都 应 进行 1 0 0 射 线检测 。 3 真空箱检查真空箱试验按文献[ 1 1 ] 进行 。 罐 顶板 焊缝 、 接管 的保冷 套管 、 罐底 和罐 壁 的衬板 焊 缝 、 第 2层底 板 、 罐 底板 和护 角焊缝 都要 进行 真空 箱 检 验 ， 真 空试 验压 力一般 大 于 5 0 ． 0 k P a G 。 2 ． 7整体保冷措施 2 ． 7 ． 1 底 部 保 冷 罐 底 保 温 系统 不仅 要 有 良好 的隔 热能 力 ， 而 且 要承受整个 内罐 、 L N G和上部保冷材料的压力。国 内多用 泡 沫玻璃 和混 凝 土 层 ， 第 2层 底 板 上 的泡 沫 玻璃层 的上下均铺设干砂层找平 ， 内罐支撑环梁部 分不铺 混凝 土层 。 保冷系统至少包括 2层泡沫玻璃。每层泡沫玻 璃上 、 下 表面要 铺设 沥青毡 。 2 ． 7 ． 2 罐壁保 冷 罐壁 一般 采用 珍珠 岩 弹性毡 保冷 系统 。混凝 土外罐壁和内罐壁之间的环形空间填充膨胀珍珠岩 粉末 ， 内罐壁 外侧 包 裹 弹 性毡 。弹性 毡 具 有 一 定 的 弹性， 可 以减少珍珠岩粉末产生的水平压力 。 2 ． 8 整体试压 如果选择淡水作 为试验介质 ， 内罐水压试验用 淡水 的质 量 要 符 合 AP I 6 6 0 ～2 0 0 8 D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n o f La r g e 、W e l d i n g、Lo w p r e s s u r e S t r o r g e Ta n k s Q． 8 ． 3和文献 [ 1 1 ] 第 2卷第 1 2章 中的要求。水压试验时液位的静载荷等于 L NG在 设计最大液位时的静载荷的 1 ． 2 5 倍 。 外罐试验压力 为设计 压力 真空 的 1 ． 2 5倍 。 外 罐不进 行水 压试 验 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 艾 绍平 ， 等 大型液化天然气储罐建造工艺 6 3 3 结 语 大 型 L NG 储 罐 的 建 造 是 个 复 杂 而 庞 大 的体 系 ， 需要根据不 同的地质 和施工条件 选择 储罐 的 类型 ， 并重视工程建设 中的每一个 环节 ， 才能保证 质量 。 参考文献 [ 1 ] 翟志廉． 国外液化天然 气工业 的现状 与未来 I- J - 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