大型液化天然气低温子母储罐非常规检验技术.pdf

大型液化天然气低温子母储罐非常规检验技术 邱杨 。 许 永平 1 ． 中国特种设备检测研究院， 北京 1 0 0 0 1 3 ； 2 ． 河南省锅炉压力容器安全检测研究院 ， 河南 郑州 4 5 0 01 6 摘要 大型液化天然气 L N G 低温子母储罐属于三类重大承压特种设备 ， 一旦发生事故往往会酿 成灾难性事故。 由于结构上的原因， 无法对其进行 内部检验即国家规定 的全面检验， 国外尚无该检 验经验可借鉴。针对上述问题， 论述 了研发的大型 L N G低温子母储罐不开罐非常规检验技术。实 践证明， 此检验技术完全能够起到和满足对大型 L N G低温子母储罐全面检验的效果和要求。 关键词 液化天然气； 子母罐 ； 检验技 术 中图分类号 T H 4 9； T E 9 7 2 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 4 8 3 7 2 0 1 2 0 90 0 6 7 0 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 3 7 ． 2 0 1 2 ． 0 9 ． 0 1 3 Lo w Te m p e r a t u r e Co m b i n e d Po t s o f La r g e LNG Cl us t e r No n Ro ut i ne I n s p e c t i o n Te c hn i qu e s QI U Y a n g ， X U Y o n gp i n g 1 ． C h i n a S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a ； 2 ． H e n a n B o i l e r a n d Pr e s s u r e Ve s s e l S a f e t y I ns pe c t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 6 ， C h i n a A b s t r a c t L a r g e l i q u e f i e d n a t u r a l g a s L N Gl o w t e m p e r a t u r e c o m b i n e d s p o t b e l o n g s t o t h r e e c a t e g o r i e s o f m a j o r s p e c i a l p r e s s u r e e q u i p me n t ． t h e a c c i d e n t h a p p e n e d t o t h e s p o t o f t e n l e a d t o c a t a s t r o p h i c p r o b l e ms ． Be c a u s e o f t h e s t r ue u t r e r e a s o n， t h e r e i s n o c o mp r e h e ns i v e i n t e r n a l i n s p e c t i o n a c c o r d i n g t o n a t i o n a l r e g u l a t i o n．Fu r t h e r mo r e， t h e r e i s n o a n y i n s p e c t i o n e x p e r i e n c e c a n be q u o t e d a s r e f e r e n c e f r o m o v e r s e a s ． I n v i e w o f t h e a b o v e p r o b l e ms， t hi s a rti c l e d i s c u s s e s t h e d e v e l o pme n t o f t h e p o t no no pe n i n g a n d n o n r o ut i ne i n s pe c t i o n t e c h n o l o g y． Th e p r a c t i c e s h o ws t h a t t hi s k i n d o f i n s p e c t i o n t e c hn o l o g y c a n c o mp l e t e l y m e e t t h e i n s p e c t i o n a n d c o mp r e h e n s i v e e x a m i n a t i o n r e q u i r e me n t o f t h e l a r g e l i q u e fi e d n a t u r a l g a s L N G l o w t e mp e r a t u r e c o mbi n e d s p o t ． Ke y wor ds l a r g e LNG ； c o mb i n e d p o t ； i n s p e c t i o n t e c h n o l o gy 0引言 大型液化天然气 L i q u e fi e d n a t u r a l g a s ， 以下 简称 L N G 低温子母储罐属于三类重大承压特种 设备 ， 一旦发生 事故往往会酿成 灾难性事故⋯ 。 由于结构上的原因， 无法按 T S G R 0 0 0 4 --2 0 0 9 固 定 式 压 力 容 器 安 全 技 术 监 察 规 程 和 T S G R 7 0 0 1 --2 0 0 4 压力容器定期检验规则 的规定 对其进行 内部检验 即全 面检验。 目前 大型 L N G 子母储罐的应用 主要在中国， 国外 尚无该检验经 验可借鉴 ， 如果按照常规进行 开罐 内部检验 ‘ ， 67 大 液化天然气低温子 储罐非常规检验技术 将会给业主或使用单位带来 巨大的经济损失 估 计其直接经济损 失为建罐费用 的 1 ／ 4， 问接 经济 损失无法估计 ， 不对其进行开罐定期检验 ， L N G 子母储罐的安全无 法保证 ， 一旦发牛事故后果不 堪设想。在中国特种设备检测研究院的专家指导 下 ， 河南省锅 炉压力容器安 全检测研究 院 以下 简称 河南 锅检院 引进 国外先进 的红外检 测装 置并开发其功能 ， 辅助应用了在线罐体微泄漏报 警系统和其他检测手段 ， 实现 _『对大型 L N G子 母 储罐在使用状态下的非常规检验 ， 在 陔没备检验 领域提出了一种崭新的检测方法 ， 相关科研成果 编入 了河 南省地方标 准 D B 4 1 ／ T 5 5 9 --2 0 0 8 低 温绝热压 力容器定期检验规程 ， 为该项检验 工作提 供 了科 学依 据 。文 中 简 要介 绍 了 大 型 L N G低温子母储罐 结构 、 相 关非常规检 验技术 ， 并提供 了 2个检验案例 。实践证明 ， 此检验技 术 完全能够起到和满足对大型 L N G低温 子母储 罐全面检验的效果和要求 。 1 大型 L N G低温子母储罐结构 1 ． 1 L N G子母罐 概 况 子母罐是将多个子罐并列组装在一个大型外 罐 即母罐之 中。子罐一般为 3～1 0个 ， 单个子罐 的有效容积通常在 1 0 0～ 2 5 0 I l l 之 间， 可以组 建 3 0 0～ 2 5 0 0 1 T I 的大 型储槽 ， 以满足站场对低温 液 体储存量的要求 。为减少 占地面积和保证操作的 安全性 ， 子罐通常采用立式圆筒形结构 ， 外罐采用 常见的立式平底拱顶圆筒形结构。子罐为该种存 储形式 的关键所在 ， 一般设计成压力容器 ， 可以实 现带压存储 子罐 的工作压力通 常 为 0 ． 2～1 ． 0 M P a ， 降低对绝热材料 及环境条件 的要求 ， 减 少 投资。外罐形状尺寸大 ， 不易做成耐压结构 ， 一般 为常压和微压罐 。内外罐之问采用堆积填加珠光 砂粉末 ， 以减少罐内外的传热量。 1 ． 2 1 7 5 0 m 子母罐介绍 1 1 7 5 0 1 T I 。 子母罐 技术参数见表 1 ， 结构见 图 1 内部设置 7只子罐 ， 子罐结构 为立式 、 圆柱 形式 ， 底部 为支腿 支撑。单个子罐贮存 容积 2 5 0 IT I ， 工作压力 0 ． 6 MP a ， 主体材质 0 C r l 8 N i 9 ； 外罐 为平底拱盖结构 ， 材质为 1 6 Mn R。 2 外罐顶部设置了珠光砂填充 口以确保珠 光砂填充均匀 ； 顶部和侧面各设置人孔 ， 便于检修 ．6R 时人员的出入； 外罐还设有珠光砂扒出口， 以满足 维修的要求。同时 ， 外罐还设有 呼吸阀和防爆装 置。罐 上有气相 、 液相分析阀， 可对罐 内 L N G纯 度进行分析。罐上有测满阀和控制贮槽压力的 自 动放空管线 ， 并联手动放空阀。 表 1 1 7 5 0 m 子母罐技术参数 技术参数 单台子罐 母罐 备注 工作压力 0 ． 6 MP a 2 ． 0 k P a 没计 力 0 ． 6 6 MP a 3 ． 0 k P a 气压性试验 0 ．7 6 MP a 3 ． 7 5 k P a 压 有效容积／ r n l 7 5 0 充满率 9 5 ％ 几何 容 ⋯ r l ／ m’ 2 6 4 0 5 0 4 0 夹层 珠光砂 充氮 贮仔介质 L N G 夹层 直径／ mm 0 3 8 0 0 0 1 9 3 3 8 壁厚沿高度 肇厚／ ram l 0 ／ l 2 8 ／ 1 0 ／ 1 2 变化 母罐底板厚度 8 ～ 1 5 ／l l l I l l 高度／ ／ I l l In 2 3 8 8 0 2 7 1 9 5 材质 0 C r 1 8 N i 9 l 6 Mn R 地震 烈度 7度 7度 设计 风速 ／m ．s 。 2 9 设计 温度 一 l 9 6 1 9 ／ ℃ 环境温度 H蒸发丰 ≤0 ．2％ ≤ 0． 2％ 2 0 ℃ 射线探 伤 1 0 0 ％射线 按照 国家相关 比例 Ⅱ级 标准 腐蚀 裕量 0 1 焊缝 系数 l O ． 8 台子罐净 毫 约 3 4 ／t 子母罐空重／ t 约 8 9 7 了母罐满重／ t 约 1 9 6 2 设计 寿命／ 年 l 5 3 夹层充微正压干氮气以保证珠光砂 的干 燥 ， 保证其绝热效果。氮气系统采 用 自力式调节 阀控制 带旁通 ， 保证夹层压力恒定。 2 非 常规检 验技 术 2 ． 1 检 验技 术 检验理念一 因 L N G是处于低温饱 和状 态， 第 2 9卷第 9期 压 力 容 器 第 2 3 8期 只要保证低温罐整体绝热性能， 其压力变化很小 且很缓慢 ， 没有突变应力 ， 其失效形式一般是泄漏 事故 ， 而不是罐体产生较大开裂的爆破事故 ， 其可 用“ 红外热成像检测”、 “ 密闭升压试验” 、 “ 带导架 的内窥镜检测” 等手段解决检验设备整体绝热性 能问题 ；检验理念二 及时发现子罐及管路 系统 的微量泄漏 ， 可以防止故障扩大和事故的发生， 其 可用“ 非空气状态可燃气体红外检测 装置检测 ” 手段解决检测子罐及管路 系统微量泄漏问题 。 图 1 1 7 5 0 m 子母罐结构简图 1 非空气状态可燃气体红外检测装置检测 非空气状态可燃气 体红外检测装 置安装 在 L N G子母储罐顶部呼吸阀的气 流入 口处 ， 该装置 已获国家专利 专利号 Z L 2 0 0 9 2 0 0 9 1 7 3 1 ． 6 。 氮气重 ， 天然气 轻 ， 母罐 内任一地方可燃 气体泄 漏， 最终都会扩散上浮到达呼吸阀入 口处而被检 测探头检出， 这时的呼吸阀流体人 口既是氮气压 力过高时 的氮气泄压排放通道 口， 也 是“ 泄漏燃 气 的唯一出口” ， 只要母罐 内有 天然气泄漏 ， 那么 泄漏的气体最终都会汇集 到呼吸阀流体入 口， 从 而提高了检测灵敏度 ， 而测点 呼吸阀 数量 1 ～2 个即可 。工作时， 非空气状态可燃气体红外检测 装置开启 ， 感应探头不问断发射出红外线 ， 当子罐 中的 L N G渗漏 ， 扩散上浮到达呼吸 阀人 口处 ， 感 应探头将及时检测 出， 并将数据通过控制单元通 知监测人员 ， 本非空气状态可燃气体红外检测装 置可实现 2 4 h全天候在线随机检测和远程监控。 2 红外热成像检测 利用红外探测器和光学成像物镜接受被测子 母罐的红外辐射能量分布图形信号 ， 反映到红外 探测器的光敏元件上 ， 从而获得红外热像 图， 这种 热像 图与物体表面的热分布场相对应。将罐体发 出的不可见红外能量转变为可见的热图像 ， 热像 图上面的不同颜色代表被测物体的不 同温度 ， 正 常的热像图应为温度场均匀的图像 。从热像图评 价罐体的绝热性能 ， 就可 以发现母罐 内的子罐系 统可能发生泄漏的区域部位和外罐体上进出口接 管处的跑冷情况。采用 国外先进的红外检测装置 应用到检验该设备领域 ， 研发出了一种全新的检 测手段 。 3 密闭升压试验 文中研究的升压试验为 L N G子罐充装 L N G 密闭状态下 自然升压试验 j ， 是考核子母罐系统 绝热性能的新工艺方法。升压试验是将低温绝热 压力容器与进出 口管路全部隔断 ， 即禁止容器内 的储存介质进出， 在一段时间内观察容器内储存 介质压力升高情况的一种试验。 4 带导架的内窥镜检测 子母罐常规检验 中很难检查罐顶 内部 母 罐 与子罐之间的夹层 管路及装置情况和绝热介质 膨胀珍珠岩 在罐 内 母罐与子罐之 间的夹层 中的充填高度 、 品质 ， 文中所采用 的带导架的内窥 镜检测， 将内窥镜装在固定导架上， 从罐顶管座或 检查孔伸人罐顶 内， 检查 罐顶内部 母罐 与子罐 之间的夹层 和绝热介质 膨胀珍珠岩 情况。 非空气状态可燃气体红外检测装置检 测 、 红 外热成像检测 、 密闭升压试验 、 带导架的内窥镜检 测等检测手段 ， 实现了大型 L N G子母储罐在使用 状态下非常规检验即非破坏性的检验。 2 ． 2 非常规检验技术要求 1 对于不能 按 T S G R 7 0 0 1 --2 0 0 4 压力容 器定期检验规则 检验 的 L N G子母罐 ， 必须加装 内胆甲烷气体泄漏红外在线检测报警系统。其传 感器必须装在罐体充氮气的泄放 口处 呼吸阀进 口处 。 红外在线检测报警系统应符合 以下要求 1 检测范 围 01 0 0 ％ 可测至 2 9 9 ％ L E L 甲烷标定 ， 1 ％ L E L分辨率 可燃气体的爆 炸浓 度下限的 1 ％ ； 2 检测精度 2 ％ ； 3 环境温度和湿度 一4 0～7 0 ， 0～9 5 ％ RH 。 红外在线检测报警系统检测 出甲烷气体时 ， 69 ． 大 液化天然气低温子母储罐非常规检验技术 应查日 』 j 原因。确定保温层 内有 甲烷气体泄漏时 ， 安全状况等级定为 4～ 5级。符合要求的， 安全状 况等级 町定为 1 ～3级。 2 内窥镜 带导架 检测 检查罐顶内部 母罐与子罐之 问的夹层 和 绝热介 质 膨 胀珍珠岩 情 况是否 完好 、 符 合要 求。 内窥镜检测符合要求 的， 安全状况等级可定 为 1 ～ 3级 ； 不符合要求的， 安全状况等级定为 4 ～ 5级 。 3 对于不能按 T S G R 7 0 0 1 O 0 4 压力容 器定期检验规则 检验的 L N G子母罐 ， 应进行 内 胆甲烷气体升压试验 。 参考 G B ／ T 1 8 4 4 3 ． 5 的规定 ， I ,N G子母罐的 升 试验采用每 4 8 h压力升值检查绝热性能 ， 其 充液量应为有效容积的 1 ／ 3～ 2 ／ 3 ， 冬季升压幅度 应 0 ． 2 5 MP a 。 l丁 } 压试验幅度超过本文要求 的容器， 其安全 状况等级可以定 为4级或者 5级 。符合要求的可 定 为 1 3级 。 4 对 L N G子母罐的外壳体进行红外线热成 像榆测 红外线热成像检测仪应符合以下要求 1 热成像 检测仪的检测温度下 限应低于或 等于 一 4 0 o C； 2 热成像检测仪 的检测热灵 敏度应小于或 等于 0 ． 0 8 c IC； 3 热成像扫描像素应大于或等于 3 2 0 2 4 0 。 红外线热成像检测外罐上接管处与外壳最大 温差值 5℃或外壳表面几何尺寸均匀处最大温 差值每平方米 内 1℃时， 其安全状况等级 可以 定为 4级或者 5级。符合要求 的， 安全状况等级 叮定 为 1～ 3级 。 5 采用非常规 检验技术榆验 的 L N G子母 罐 ， 先应按 T S G R 7 0 0 1 --2 0 0 4 压力容器定期检验 规则 规定 ， 进行 年度检查和不涉及开罐且可进 行的全面检验项 目的检验。 2 ． 3 安全状况等级评定 安全状况等级应根据压力容器的检验结果 ， 7 先按 T S G R 7 0 0 1 ～2 0 O 4 压力容器定期检验规则 第五 章 的相关规定 进行 安全状 况等级评 定。 有按本标准进行专项检验 的， 还应按本标准相应 规定进行安全状况等级评定。以其 中项 目等级最 低者作为该设备的评定级别。 因不开罐或未进入罐 内检验的， 检验周期一 般不应超过 3年。 3 检验技术应用和检验案例 以下介绍中原油 田绿能高科 、 郑州燃 气股份 有限公 司的大型 L N G低温子母储罐非 常规检验 项 目。 3 ． 1 检 验要 求和说 明 除按照 T S G 1 1 7 0 0 1 - - 2 0 0 4 压力容器定期检 验规则 年检和全检 中的外部检验项 目进行常 规检验外 ， 还进行 了专项检验 即非常规检验 。常 规检验项 目中的年检和全检 中的外部检验项 目内 容略 ， 文中仅 阐述非常规检验项 目的检验情况。 3 ． 2 中原油田绿能高科 L N G子母罐项 目检验情 况 和 结 论 1 绿能高科升压试验情况 V 5 0 1号罐 环境平均温度 2 6 ． 5 ； 时段 4 8 h ； 升压幅度 0 ． 0 2 M P a ； V 5 0 2号罐 环境平均温度 2 6 ． 5 o C； 时段 4 8 h ； 升压 幅度 0 ． 0 4 4 MP a ； 满足上述第 2 ． 2节 3 条的规定。 2 红外可燃气体装置检测情况 红外可燃气体装置检测未发现母罐内的子罐 系统有天然气泄露 ； 在升压试验过程中连续观察 ， 也未发现母罐 内的子罐系统有天然气泄露 。 满足上述第 2 ． 2节 1 条的规定。 3 红外热成像检测情况 红外热成像 图见 图 2 。满足 上述第 2 ． 2节 4 条的规定。 4 内窥镜 带导架 检测 检查罐顶 内部 母罐与子罐之 间的夹层 和 绝热介质 膨胀珍珠岩 情况完好 、 符合要求。 满足上述第 2 ． 2节 2 条的规定 。 5 检验结论 经上 述 的年检 、 全检 中的外部 检验 和专 项 非常规 检验 ， 该 2台 L N G子母罐满足相关安全 性能要求 ， 下次检验周期定为 3年。 第 2 9卷第 9期 压 力 容 器 总第 2 3 8 期 图 2 红外热成像 图 根据每年的年度检查 和运行记 录情况 ， 该 2 台 L N G子母罐各项运行指标 良好。 3 ． 3 郑州燃 气公 司 L N G子母罐项 目检验情况和 结 论 1 红外热成像检测情况 热像图略。满 足上述第 2 ． 2节 4 条 的规 定 。 2 红外可燃气体装置检测情况 红外可燃气体装置检测发现 1 号罐母罐内的 子罐系统有天然气泄露 ， 经几天连续观察 ， 确认为 泄露 。此时， 可以停止其他未进行的检验项 目。 3 检验结论 1号罐子罐系统有天然气泄露 ， 应停 止运行 ， 进行开罐检修 。 4 开罐检修 经开罐检查 ， 发现是子母罐 内放空汇集管 中 异径三通 管件 D N 1 5 08 0 B W 本体有 贯穿 性裂 纹 ， 裂纹长约 8 O m i l l 外侧 。裂纹在管件 内侧呈 现多处发叉 ， 裂纹在管件 内侧长度大于在管件外 侧长度 ， 可以认定裂纹从内向外开裂 ， 见图 3 。 图 3 管件裂纹图片 5 原因分析 经检测 ， 产 生裂纹 的管 件含碳量 、 硬度均超 标 ， 材质不合格是产生裂纹的主要原因。制造 厂 家同意我们 的分析， 并免费更换管件 ， 为用户承担 开罐检修的全部直接损失。 6 该罐检修后 ， 经检验符合有关规定 ， 恢 复 正常 运行 。 4结语 通过以上两个不同检验结果的检验 案例 ， 表 明该检验技术对大型 L N G子母储罐在不开罐状 态下非常规检验即非破坏性的检验新方法是可行 的 ， 且是可 以保证安全 的， 并可以有条件地替代 T S G R 7 0 0 1 --2 0 0 4 { 压力容器定期检验规则 规定 的全面检验中的内部检验。该检验技术为用户节 约了巨额资金 ， 受到用户 的一致赞扬 。 参考文献 [ 1 ] 周利剑 ， 黄兢 ， 王 向英 ， 等． 内罐 泄漏条件 _ 卜L N G储 罐外罐地震响应分析[ J ] ． 压力容器， 2 0 1 2， 2 9 1 1 62 0． [ 2 ] T S G 1 1 0 0 0 4 - - 2 0 0 9 ， 固定式 压力容 器安 全技 术监 察 规程[ s ] ． [ 3 ] T S G R 7 0 0 1 2 0 0 4 ， 压力容器定期检验规则[ S ] ． [ 4 ] 郭冰， 沈功田， 张万岭， 等． 基于风险的检验在大型 常压储罐群的应用[ J ] ． 压力容器， 2 0 1 0 ， 2 7 4 5 5 6 O． [ 5 ] D B4 1 ／ T 5 5 9 --2 0 0 8 ， 低温绝热压力容器定期柃验规 程 [ S ] ． [ 6 ] 朱俊杰 ， 屈宗长， 冯健美． 纳米技术在制冷及低温领域 的应用与展望[ J ] ． 流体机械， 2 1 3 0 7 ， 3 5 4 6 4 6 7 ． [ 7 ] 潘俊兴． 低温液体容器静态蒸发率与闭口憋压时问 的关系[ J ] ． 化工装备技术， 1 9 9 5 ， 1 6 1 4 1 4 2 ． [ 8 ] G B ／ T 1 8 4 4 3 ． 5 2 】0 l ， 低温绝热压力容器试验方法 静态蒸发率测量[ s ] ． [ 9 ] 潘俊兴． 低温液体容器静态憋压时的升压速度[ J ] ． 低温工程， 1 9 9 7 ， 5 3 l 一 3 6 ． 收稿 日期 2 0 1 20 7 0 4修稿 日期 2 0 1 2 0 91 7 作者简 介 邱杨 1 9 5 7一 ， 女 ， 高级 工程师 ， 主任工 程 师 ， 主要从事压力容器、 锅炉检验工作 ， 通信地址 1 0 0 0 1 3北 京市朝 阳区和平街 西苑 2号 A 7 0 1 室 ， Ema i l y o y o 5 5 5 5 s o hu． e o m。 7l