液化天然气储罐结构与建造

1、液化天然气储罐结构与建造 由于全容罐具有更高的安全性，在lng储存越来越大型化并且对储存安全性要求越来越高的今天，全容罐得到更多的采用也是必然的。下面就大型全容罐，特别是近几年来我国沿海新建lng接收站广泛采用的16×104m3的全容式储罐的结构与建造作一介绍。 一、全容罐的结构及发展 (一) 全容罐的结构 地上式全容罐一般为平底双壁圆柱形。与lng直接接触的内罐为9%镍钢，外罐为预应力钢筋混凝土，罐顶有悬挂式绝热支撑平台，内外罐之间用膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或泡沫玻璃砖等材料绝热保温。 1. 设计条件 (1) 内罐 设计温度：-170+60； 设计压力：29kpa(真空1.5kpa

2、)。 (2) 外罐 安全经受6h的外部火灾； 承受地震加速度0.219； 承受风力70m/s； 抗渗性：当发生内罐lng溢出时，外罐混凝土墙至少要保持10cm厚不开裂并保持2mpa以上的平均压应力。 日最大蒸发率0.05%(质量)。 (3) 设计标准 储罐的基本设计规范为bs7777。其他相关规范有api620、aci318、nfpa59a等。 2. 内罐 (1) 板材 内罐壁板材料为含镍9%的合金钢板，如广东大鹏lng接收站采用astm a553m type 1，其化学成分和机械性能见表4-5和表4-62。 表4-5 9%镍钢板(astm a553m type 1)化学成分  %

3、  c si mn p s mo ni cu cr ai nb v ti cr+mo 0.13 0.3 0.9 0.01 0.005 0.12 610 0.4 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.32 表4-6 9%镍钢板(astm a553m type 1)机械性能   rp0.2%/mpa rm/mpa l0/% 低温韧性/-196 k(j) 侧膨胀 585 690830 20 75min.100ave 0.381(m)     (2) 罐底     罐底铺设两层9%ni钢板，厚度为6mm和5mm。底板

4、外圈为环板，两层底板中间为保温层、混凝土层、垫毡层和干沙层。     (3) 罐壁     罐壁分层安装，分层数按板材宽度而定。对于容积16×104m。以上的全容罐一般有10层。最底层壁板厚度24.9mm，最上层壁板厚度12mm。内罐外壁用保温钉固定绝热保温材料。     (4) 罐顶     内罐顶部为悬挂式铝合金吊顶，以支撑罐顶膨胀珍珠岩保温层。     3. 外罐     (1) 罐基础  

5、   全容罐的基础应按储罐建造场地的土壤条件，通过工程地质调查研究后确定。一般可以采用坐基式基础或架空形基础。坐基式基础内罐底板直接坐落在基础上，为防止罐内液体的低温使土壤冻胀，坐基式基础需要配置加热系统。架空形基础可以不设加热系统。     (2) 罐墙壁     全容罐的外罐墙用预应力钢筋混凝土制成。容积为16×104m3左右的全容罐外罐内径约80m、墙高约38m。混凝土墙体竖向采用vsl预应力后张束，两端锚固于混凝土墙底和顶部。墙体环向采用同样规格的钢绞线组成的vsl预应力后张束，环向束每束围绕混凝

6、土墙体半圈，分别锚固于布置成900的四根竖向扶壁柱上。墙体内置入预埋件以固定防潮衬板及罐顶承压环。     (3) 罐顶     罐顶盖为钢筋混凝土球面穹顶，支承于预应力钢筋混凝土圆形墙体上。球面穹顶混凝土由h钢梁、顶板及钢筋构成加强结构，顶面上设有工作平台，放置运行控制设备及仪表、阀等。混凝土穹顶内设有碳钢钢板内衬，施工时作为模板，使用时可用以防止气体渗漏。     (二) 全容式储罐的发展     典型的全容式储罐由预应力钢筋混凝土外层罐和9%ni钢内层罐组成，罐顶为钢筋

7、混凝土制成。随着全容罐需求的不断增加，储罐结构设计和材料应用的不断改进，一方面储罐的容量越来越大，容积达20×104m3的地上全容罐已在建造；另一方面设计和建造技术的发展，储罐建设费用下降，建造周期缩短。     (1) 储罐内罐材料9%ni钢板的制造、焊接、检验技术进步迅速：日本已可制造50mm厚度的钢板；焊缝nde检验采用可记录数据的aut方法，比现用的rt检验在安全性、质量可靠性、缩短检验时间等方面优点明显。     (2) 预应力外罐材料采用60mpa高强度混凝土，是通常混凝土强度的1.5倍，减少壁厚30%左右，从而

8、减少了施工工作量。     (3) 增加9%ni钢内罐壁板的宽度达到4.3m，减少圈数，既减少了焊接和检验工作量，也提高了板材整体性能及尺寸度的一致性。     (4) 混凝土外罐壁应用液压提升装置，滑模施工，提高劳动生产率，缩短工期。     (5) 采用多参数控制混凝土质量。对原料质量、含水率、搅拌器载荷值等参数实时检测，及时调配。     (6) 提高预制化程度，对钢结构部分尽可能分块预制，现场拼装以减少现场安装、焊接工作量。 二、全容罐的建造 (一) 外罐建造 1.

9、墙体浇筑 外罐墙体浇筑是混凝土工作量最大的部分。按照通常钢筋混凝土施工程序，在布置钢筋，安装预应力护套、预埋件和模板后，进行混凝土浇筑、养护。对于近40m高的墙体，需要分层从下至上逐层浇筑。 2. 安装承压环 在浇筑最上层墙体前，安装承压环。在按照承压环结构分段预制，预埋螺栓焊接完成后，吊装于罐壁顶部组装焊接，检验合格后进行混凝土浇筑。 3. 气升罐顶 储罐顶部是钢结构的半球形拱顶，采用大型圆柱形储罐惯用的压缩空气吹升法施工，可以减少高空作业工作量，所需施工机具和设备少，对施工进度和安全有利。罐顶结构在罐底预制完成后与罐壁密封，为防止气升过程的倾斜、偏移，罐顶上均布平衡钢索，一端固定在罐底中心

10、，另一端固定于承压环上。使用鼓风机鼓风，在空气压力下，罐顶匀速、平稳升起。罐顶到位后，与预埋于墙体的顶部承压环固定、焊接。 4. 罐顶建造 罐顶为球面结构，h型钢作为钢梁，顶部铺碳钢板，顶板上焊接预埋螺栓，升顶后固定于浇筑在混凝土罐壁顶部的承压环上。同时在罐底预制铝合金吊顶，吊顶杆用螺栓连接于罐顶钢梁上，然后将预制好的铝合金吊顶提升与吊顶杆连接。气升前，将罐顶上的人孔、接管、电缆托架等附件一块安装上去，以减少高空作业工作量。布钢筋完成后，分两次浇筑混凝土。 5. 罐壁预应力张拉 混凝土墙体浇筑、养护完成后，将钢绞线穿进预埋于墙体的护套中，竖向钢绞线两端锚于混凝土墙底部及顶部；墙体环向的钢绞线每

11、束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成900的四根竖向扶壁柱上。用液压设备拉伸到设计应力后，固定两端，进行水泥灌浆。 (二) 内罐建造 1. 罐底 内罐底部有两层底板，均为9%镍钢。按照从下而上、由内而外、由四周到中间的顺序施工。先进行第二层罐底环板安装、焊接完成后，进行底板铺设。焊缝搭接采用手工焊，为防止变形，应注意焊接顺序：环板横向焊缝纵向焊缝环板与边缘板焊缝边缘板之间焊缝边缘板与中心板焊缝。 2. 罐壁 内罐罐壁的施工由下而上，逐层安装和焊接。每层板的卷制、坡口准备应预先加工完成。现场吊装采用吊车和罐顶电动绞车。第一层壁板安装时，要确定在环板的准确位置，可以用专用卡具及辅助工具以调整位置

12、保证组装质量。底板与壁板角焊缝的焊接，至少应安装完第三层壁板及第12层壁板焊缝全部焊完后方可进行。 3. 保温 液化天然气的低温特性要求储罐必须具有完善的保温隔热性能，以防止外界热量的漏入，确保储罐的日蒸发率控制在0.05%以内。 通常在内罐和外罐之间的环形空间填充膨胀珍珠岩。内层罐壁的外侧安装弹性玻璃纤维保温毯，保温毯为珍珠岩提供弹性，克服储罐因温度变化而产生的收缩，防止珍珠岩的沉降。保温毯还对储罐惰化处理过程中，吹扫气体的流动有利。 为了防止储罐罐顶的热泄漏，在吊顶上安装保温材料，铺设厚度1.2m的膨胀珍珠岩。气密性试验合格后，进行内顶保温层的安装及夹层珍珠岩的填充。首先在内罐壁外包一层纤

13、维玻璃棉，包扎好后用专用加热设备加热到900%，然后从顶部往下装填珍珠岩，分层装填，分层夯实，直至到顶。最后进行顶部甲板珍珠岩的铺设。在进行珍珠岩灌注时要注意防潮。 储罐底部保温层采用泡沫玻璃砖。这是因为罐底保温材料除了保温性能外，还要求有足够的机械强度以承受上部的液体载荷。 (三) 9%镍钢的焊接 对于9%镍钢的焊接是内罐建造的主要工作量，由于9%镍钢对磁性很敏感，为避免现场焊接时产生电弧偏吹，要求出厂钢材残余磁含量不超过50高斯，同时现场施工时远离强磁场，并准备消磁设备。 (1) 对于焊缝的焊接：对接焊缝，厚度大于14.7mm的壁板采用双面坡口，厚度小于14.7mm的壁板采用单面坡口；环向

14、焊缝采用背面焊剂保护埋弧自动焊；其他焊缝采用手工电弧焊工艺。 (2) 焊材的选用除满足机械性能要求外，更重要的是焊缝金属线膨胀系数要与9%镍钢接近，以避免焊缝受热循环在低温服役时产生应力集中而疲劳破坏。资料表明，手工焊工艺的aws a5.11m/enicrmo-6；伊萨ok92.55焊条及埋弧焊工艺的aws a5.14/a5.14m ernicrmo-4，法国btihler thyssen themanit nimo c276焊丝，匹配en760/sa fb255ac h5/marathon 104焊剂，线膨胀系数最接近母材，并按照设计要求及bs en iso 15614标准进行焊接工艺评定。

15、所要求的焊材化学成分见表4-72。 表4-7 焊材合金成分及机械性能   焊材名称 合金成分pmi/% 拉伸性能(焊缝金属) ni cr mo rp0.2%/mpa rm/mpa l0/% enicrmo-6 4873 9.520 2.5lo.5 400 611 35 ernicrmo-4 4065 1219.5 12.518.5 320 489 35 焊材名称 低温韧性/-196 ve(j) 侧膨胀/mm enicrmo-6 50ave.38min o.381 min ernicrmo-4 50ave.38min 0.381 min (3) 9%镍钢的焊接性能良好，对冷裂纹的敏感性

16、很低。为保证焊缝的高强度及低温韧性，焊接时要严格控制焊接参数，特别是预热、层间温度和热输入。通常厚度小于50mm的板材无需预热，焊前温度高于10即可。层间温度控制在150以下，以避免焊缝热影响区韧性的下降，同时焊缝金属属于奥氏体材料可避免热裂纹的产生。热输入的控制是保证焊缝机械性能的关键，在13kj/mm范围，采用直焊道技术，特别是立焊不能摆动过宽。焊缝返修对焊缝性能产生不利影响，因此返修操作应按照返修程序的要求进行，并且相同位置的返修仅限一次。 (四) 后续工作 1. 检验 储罐的检验工作主要是围绕焊缝进行的。按照相关标准，储罐需要进行包括卵、rt、pmi和真空试验等项必要的检验。 (1)

17、订检验 按照en571-1的标准，对罐底环板焊缝、壁板与环板焊缝的根部焊道和盖面焊道、罐壁板焊缝进行检验。 (2) rt检验 按照bs7777标准，对内罐所有9%镍钢壁板与环板的对接焊缝进行射线探伤(rt)。要求焊缝100%检验。 (3) 真空试验 按照bs7777标准，为了确保焊缝的气密性，对储罐的所有焊道进行100%的真空试验。环板对接焊缝需要在水压试验前、后检验两次。 (4) pmi检验 对每条焊缝抽检一点，进行焊缝合金成分鉴定(pmi)，确认焊缝金属的ni、cr、mo含量在规定的范围内。 2. 试验 (1) 水压试验 内罐充水，进行盛水试验，在空罐、1/4、1/2、3/4液位高度和盛满水时分别进行基础沉降、环向位移、径向位移和倾斜的测量。水压试验完成后，对罐底板搭接焊缝、环板的对接焊缝及罐壁板与环板的t型焊缝进行第二次真空检验。 (2)