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1 LNG儲(chǔ)罐透冷現(xiàn)象

某現(xiàn)場1000m3LNG罐(如圖1所示)采用內(nèi)罐吊頂、外罐拱頂?shù)碾p壁單容罐,雙壁低溫儲(chǔ)罐主體試壓合格后進(jìn)行環(huán)形空間保冷層的施工。由于甲供潛液泵未到貨,內(nèi)罐外壁彈性纖維氈施工完成后擱置近一年時(shí)間才進(jìn)行儲(chǔ)罐環(huán)形空間膨脹珍珠巖的填充,當(dāng)時(shí)保冷公司對(duì)部分脫落的彈性氈進(jìn)行了修復(fù),膨脹珍珠巖填充合格。在儲(chǔ)罐預(yù)冷過程中發(fā)現(xiàn):罐內(nèi)預(yù)冷至-60℃時(shí),罐環(huán)形空間底部四個(gè)溫度計(jì)中,A點(diǎn)與其他三個(gè)數(shù)據(jù)差異較大(A點(diǎn):-15℃,其他為2℃);隨著持續(xù)進(jìn)液氮,A點(diǎn)溫度隨罐內(nèi)溫度持續(xù)下降,當(dāng)內(nèi)罐溫度達(dá)到-160℃時(shí),A點(diǎn)溫度也達(dá)到-60℃,其他三點(diǎn)為-2℃左右,此時(shí)外罐罐壁發(fā)現(xiàn)有結(jié)霜現(xiàn)象,直徑約420mm?？紤]有膨脹珍珠巖未填充實(shí)的可能,用錘敲擊外罐結(jié)霜部位,但沒有效果。內(nèi)罐恒溫-160℃3d左右發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)溫度最低降至-72.1℃,其余三點(diǎn)及外罐內(nèi)壁板距離最近的測溫點(diǎn)也出現(xiàn)降溫,溫度為-16℃左右。儲(chǔ)罐透冷位置如圖2所示。

圖1 低溫罐結(jié)構(gòu)形式示意圖

圖2 儲(chǔ)罐透冷位置示意圖

2 透冷原因分析

經(jīng)大家分析認(rèn)為造成透冷的原因有兩個(gè):一是內(nèi)罐底板焊縫或母材在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生裂紋、砂眼等缺陷;二是彈性氈單獨(dú)懸掛時(shí)間較長,雖在填充珍珠巖前進(jìn)行過修復(fù)但也不能保證處于臨界狀態(tài)的彈性氈不再脫落。若彈性氈脫落在氮?dú)夤?、支架等處架?造成局部珍珠巖填充不實(shí),那么此處溫度計(jì)顯示會(huì)不正常,且導(dǎo)致冷氣傳遞到外罐壁形成結(jié)霜現(xiàn)象。這兩種原因更傾向于第二種,理由如下:

(1)內(nèi)罐恒溫-160℃ 3d A點(diǎn)溫度最低降至-72.1℃保持不變,說明此時(shí)冷傳遞處于平衡狀態(tài)。若內(nèi)罐發(fā)生泄漏,A點(diǎn)溫度會(huì)逐步下降并與罐內(nèi)液氮溫度一致。說明儲(chǔ)罐環(huán)形空間能量是通過一定介質(zhì)傳導(dǎo)的,而非冷源本體泄漏導(dǎo)致。

(2)儲(chǔ)罐外罐壁發(fā)生結(jié)霜部位剛開始呈圓環(huán)形,說明環(huán)形空間冷量傳遞過程中,導(dǎo)熱系數(shù)不一,分析可能出現(xiàn)空腔。

(3)從儲(chǔ)罐外壁結(jié)霜部位分析其環(huán)形空間內(nèi)部結(jié)構(gòu),此標(biāo)高范圍內(nèi)安裝有氮?dú)夤?、支架以及溫度?jì)支架等結(jié)構(gòu)件,若彈性氈脫落,為形成空腔創(chuàng)造了有利的條件。

3 處理

為了保證儲(chǔ)罐透冷現(xiàn)象完全消除,現(xiàn)場分別對(duì)內(nèi)罐及環(huán)形空間進(jìn)行了詳細(xì)檢查。

3.1 內(nèi)罐檢查

內(nèi)罐檢查包括內(nèi)罐底板搭接焊縫抽真空試驗(yàn)、著色探傷;結(jié)霜部位90°范圍內(nèi)的大角焊縫著色探傷、第一帶壁板縱縫著色探傷以及有異議的母材著色探傷等。經(jīng)檢查,未發(fā)現(xiàn)缺陷,內(nèi)罐檢查合格。

3.2 環(huán)形空間保冷層檢查

在儲(chǔ)罐外壁板結(jié)霜部位火焰切割開DN150的孔,發(fā)現(xiàn)2.2*0.7*0.4m3的空腔,經(jīng)檢查是彈性氈脫落搭在氮?dú)夤苌闲纬傻?這么大空腔頂部彈性氈厚度可想而知,示意圖見圖3。

3.3 修復(fù)方案確定

圖3 保冷層彈性氈脫落示意圖

根據(jù)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題,專家提出兩種修復(fù)方案,一是清罐扒砂,二是開孔掏氈。第一種方案可以徹底消除環(huán)形空間膨脹珍珠巖不密實(shí)的問題,但是投入成本高、工期長。第二種方案操作簡便、投入成本低,但是清除彈性氈以及膨脹珍珠巖密實(shí)度等合格標(biāo)準(zhǔn)界定存在一定難度。

經(jīng)過綜合分析,鑒于彈性氈在設(shè)計(jì)中主要作用是吸收內(nèi)罐熱脹冷縮量,其導(dǎo)熱系數(shù)為＜0.04w/（m2K）,與膨脹珍珠巖接近,局部掏氈后,膨脹珍珠巖會(huì)自由下落填滿空腔,對(duì)儲(chǔ)罐整體保冷效果及使用沒有任何影響,所以最終決定用方案二進(jìn)行處理。

3.4 修復(fù)過程注意事項(xiàng)

開孔修復(fù)關(guān)鍵問題首先在于確定開孔位置,在確定不損壞罐內(nèi)夾層儀表的情況下,在外罐結(jié)霜部位開孔。

其次是如何控制夾層中的膨脹珍珠巖流出及流速。儲(chǔ)罐開孔前,須在預(yù)開口處臨時(shí)焊接閘板,避免開孔后,膨脹珍珠巖噴流而出,同時(shí)也是在處理好脫落彈性氈后及時(shí)把控膨脹珍珠巖流出量的重要手段。

再次是封孔焊接。焊口必須充分打磨,防止壁板變形,焊縫檢測達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

最后是膨脹珍珠巖填充及管壁振搗。應(yīng)保證膨脹珍珠巖的密實(shí)度,完全消除儲(chǔ)罐夾層空腔。

3.5 修復(fù)結(jié)果

整修完成后,對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行預(yù)冷進(jìn)液等工序,儲(chǔ)罐外表結(jié)霜現(xiàn)象已消除,A點(diǎn)溫度與其他三點(diǎn)溫度相近,儲(chǔ)罐保冷效果良好,達(dá)到了生產(chǎn)要求。