劉志剛 劉繼海 宋瑞娟 王小川 馬 彪

（華港集團有限公司，河北 滄州 062450）

在社會經(jīng)濟水平和人們生活質(zhì)量的不斷提高下，人們對天然氣需求量呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，為此，我國加快了LNG 接收站建設(shè)工作進(jìn)程，這無疑增加了LNG 接收站數(shù)量。而LNG 薄膜罐作為LNG 接收站的常用設(shè)備，主要用于對LNG 的安全化、可靠化存儲，為了提高LNG 接收站建設(shè)水平，如何將LNG 薄膜罐科學(xué)地應(yīng)用于陸地是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 LNG 薄膜罐的發(fā)展

國內(nèi)各大研究機構(gòu)于1996 年全面、科學(xué)地測試了LNG薄膜罐和9%鎳鋼全容罐性能，并對其質(zhì)量風(fēng)險進(jìn)行綜合化評價和分析。2006 年，部分歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件對LNG 薄膜罐和9%鎳鋼全容罐安全等級進(jìn)行明確的規(guī)定和劃分，使LNG 薄膜罐逐漸發(fā)展為先進(jìn)、新穎的認(rèn)證技術(shù)。現(xiàn)階段，我國將近構(gòu)建了成百上千個LNG 薄膜罐，其罐體容量通常在8000m3～20000m3。新型、先進(jìn)的LNG 薄膜罐除了含有混凝土外罐外，還含有結(jié)構(gòu)獨特的絕緣填充層結(jié)構(gòu)、罐底結(jié)構(gòu)和內(nèi)罐結(jié)構(gòu)，為普及和發(fā)展LNG 薄膜罐打下堅實的基礎(chǔ)。

2 LNG 薄膜罐結(jié)構(gòu)介紹

LNG 薄膜罐如圖1 所示，其結(jié)構(gòu)主要由以下幾個部分組成，分別是混凝土外罐、薄膜內(nèi)罐、絕熱系統(tǒng)、其他附件等。

圖1 LNG 薄膜罐結(jié)構(gòu)

2.1 混凝土外罐

外罐作為一種常用的混凝土形式，主要用于預(yù)應(yīng)力施工工作的開展，其功能除了可以向內(nèi)罐流體靜力提供一定的負(fù)載作用外，還能為罐外沖擊提供一定大小的阻力。外罐主要由承臺、罐頂和罐壁三個部分組成，通過將襯里設(shè)置在內(nèi)側(cè)中[1]，可以將產(chǎn)品蒸發(fā)氣與水蒸氣進(jìn)行有效地隔離和阻斷，另外，還要在充分結(jié)合地質(zhì)條件和氣候條件的基礎(chǔ)上，將承臺下部分別設(shè)置為以下兩種結(jié)構(gòu)，一種是電加熱結(jié)構(gòu)，另一種是架空結(jié)構(gòu)。

2.2 薄膜內(nèi)罐

薄膜內(nèi)罐作為LNG 薄膜罐重要結(jié)構(gòu)，屬于不銹鋼膜式，其厚度最小可以達(dá)到1.2mm。內(nèi)罐與罐體主要借助隔熱板進(jìn)行緊密相連，同時，還要向混凝土外罐上傳輸一定量的罐內(nèi)負(fù)載量。此外，采用埋件錨固的方式[2]，將薄膜錨固到以下兩種結(jié)構(gòu)中，一種結(jié)構(gòu)是絕熱系統(tǒng)，另一種結(jié)構(gòu)是混凝土外墻，確保其錨固位置始終處于相對不變的狀態(tài)。最后，還要將二次薄膜設(shè)置于罐底和罐壁底部之間，避免薄膜內(nèi)罐出現(xiàn)嚴(yán)重泄露問題。

2.3 絕熱系統(tǒng)

絕熱系統(tǒng)主要用于對混凝土外罐與罐內(nèi)產(chǎn)品兩者之間熱量交換效果的控制和調(diào)整，以實現(xiàn)對儲罐熱蒸率的有效限制，使其完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求[3]。此外，該系統(tǒng)還負(fù)責(zé)向混凝土外罐傳輸相應(yīng)的罐內(nèi)荷載。該系統(tǒng)主要由有以下兩個部分組成：1）隔熱板材料。技術(shù)人員要在充分考慮熱阻性能和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，選用合適的隔熱板材料，通常要優(yōu)先選用“增強聚氨酯泡沫”材料。2）隔氣層。通過應(yīng)用隔氣層，可以避免是水蒸氣直接被滲透到混凝土外罐和罐底位置處，確保罐內(nèi)具有合理的氣密性[4]，同時，還能避免絕熱材料出現(xiàn)嚴(yán)重受潮現(xiàn)象，該隔氣層主要包括兩種，一種是金屬襯里隔氣層和聚合物隔氣層。當(dāng)隔熱板始終處于獨立密閉空間中，該密閉空間主要是由隔氣層和薄膜內(nèi)罐形成，通過將適量氮氣通入密閉空間內(nèi)，可以實現(xiàn)對氮氣壓力的實時化、全面化監(jiān)測，使絕熱效果和氣密性得以大幅度提升。罐底絕熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 罐底絕熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4 其他附件

對LNG 薄膜罐而言，除了包括混凝土外罐、薄膜內(nèi)罐、絕熱系統(tǒng)外，還包括配管、機泵設(shè)備、罐頂平臺等，并借助罐頂向罐內(nèi)安裝和固定相應(yīng)的配管。

3 LNG 薄膜罐應(yīng)用優(yōu)勢

為了更好地推廣和應(yīng)用LNG 薄膜罐，使LNG 薄膜罐與陸地進(jìn)行充分結(jié)合，從而凸顯出該罐體的應(yīng)用優(yōu)勢，為保證陸地相關(guān)工程施工質(zhì)量和施工效率打下堅實的基礎(chǔ)。

3.1 凈存儲量大

與“9%鎳鋼全包容儲罐”相比，LNG 薄膜罐所對應(yīng)的設(shè)計流程更為嚴(yán)謹(jǐn)和緊湊。以“16×104m3儲罐”為例，罐底所用到的材料主要包括兩種，一種是泡沫玻璃磚，另一種是9%鎳鋼底板，其總厚度僅達(dá)到了0.8m，薄膜罐除了使用薄膜外，還使用了隔熱板[5]，其總厚度較小，僅為0.3m。同時，管壁所對應(yīng)的全容罐除了使用泡沫珍珠巖外，同時，管壁所對應(yīng)的全容罐除了使用泡沫珍珠巖外，還使用了9%鎳鋼壁板，其總厚度達(dá)到了1m。全容罐和LNG 薄膜罐從鋁吊頂?shù)匠袎涵h(huán)頂部之間的距離分別為2.5m 和1.5m。此時，總存儲容量得以大幅度增加，其增加量達(dá)到了8%。膜罐與全容罐凈存儲量對例如圖3 所示。

圖3 膜罐與全容罐凈存儲量對比

另外，對罐底部而言，內(nèi)部通常含有大量的滯留存量，LNG 薄膜罐憑借著自身的靈活性，將凹陷排液槽設(shè)置在罐底部分，同時，還要向排液槽內(nèi)安裝和固定相應(yīng)的潛液泵，確保操作液位降到最低，使儲存容量得以大幅度增加[6]。當(dāng)儲罐所對應(yīng)的尺寸越大，存儲容量會變得越來越多。排液槽結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 排液槽結(jié)構(gòu)

3.2 設(shè)計尺寸靈活

現(xiàn)階段，我國所構(gòu)建的LNG 薄膜罐尺寸為1616×104m3全容罐，隨著科技水平的不斷提高，LNG 薄膜罐利用變得越來越多樣化，從而更好地滿足人們的多樣化使用需求。LNG薄膜罐憑借著自身模塊化、靈活化內(nèi)部結(jié)構(gòu)[7]，可以在充分結(jié)合人們使用需求的基礎(chǔ)上，完成對多種不同類型罐容的科學(xué)化設(shè)計，以凸顯出LNG 薄膜罐設(shè)計尺寸的合理性和靈活性，為進(jìn)一步提高LNG 薄膜罐的設(shè)計水平產(chǎn)生積極的影響。

3.3 施工周期短

LNG 薄膜罐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)在具體的設(shè)計中，主要采用了模塊化設(shè)計思想，在不考慮罐容大小的前提下，絕熱系統(tǒng)可以借助多種隔熱板，將不同類型的鋼薄膜片進(jìn)行有效地組裝，標(biāo)準(zhǔn)件在實際生產(chǎn)期間，主要采用了批量生產(chǎn)的方式[8]，極大地提高生產(chǎn)效率和效果。對LNG 薄膜罐而言，其罐體內(nèi)部大約有80%的部位在實際焊接期間，均采用了自動焊接方式，使LNG 薄膜罐施工工藝變得越來越簡單化，施工人員在無須掌握系統(tǒng)化、專業(yè)化知識的同時也能更好地控制LNG薄膜罐施工質(zhì)量。

3.4 建造成本低

對9%鎳鋼全容罐而言，其建造成本所涉及的材料費所占比例較高，大約占總投資比重的60%左右，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是9%鎳鋼使用量較大、價格較高。對LNG 薄膜罐而言，其內(nèi)罐薄膜厚度大約是2mm，與9%鎳鋼全容罐相比，其鋼材使用量大約節(jié)省了70%左右?？傊?，經(jīng)過全面估算后，與同容積的9%鎳鋼全容罐相比，16×104m3LNG薄膜罐節(jié)省成本大約為總投資的25%左右。

4 LNG 薄膜罐應(yīng)用可行性分析

LNG 產(chǎn)業(yè)在我國起步相對比較晚，在LNG 市場的不斷發(fā)展下，罐型變得越來越多樣化，建造成本變得越來越低、施工周期變得越來越短，LNG 薄膜罐的出現(xiàn)和應(yīng)用，正好可以滿足這一發(fā)展趨勢，此外，該罐體的安全性和可靠性已經(jīng)得到了有效證實，使LNG 薄膜罐應(yīng)用具有較高的技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性。

4.1 設(shè)計方面可行性分析

最近幾年，我國初步掌握和應(yīng)用了9%鎳鋼全容罐設(shè)計相關(guān)技術(shù)，通過借助大型LNG 船，可以熟練了解和掌握該罐體的所有特性。為了提高國內(nèi)設(shè)計人員的LNG 薄膜罐獨立設(shè)計能力，需要與國外知名公司建立良好的合作關(guān)系，并借助技術(shù)引進(jìn)的方式[9]，將LNG 薄膜罐設(shè)計開發(fā)工作落實到位。此外，由于我國已經(jīng)具有扎實容罐設(shè)計能力，因此，可以實現(xiàn)對LNG 薄膜罐的自主化、科學(xué)化設(shè)計。

4.2 采購方面可行性分析

對LNG 薄膜罐而言，其建造成本通常占總投資的60%以上，材料供應(yīng)周期控制是否合理，直接影響了工期長短。在9%鎳鋼全容罐的不斷發(fā)展和普及下，國內(nèi)外企業(yè)對中國LNG 市場發(fā)展給予了足夠的重視，使LNG 薄膜罐材料供應(yīng)商在短時間內(nèi)得以快速發(fā)展。現(xiàn)階段，供應(yīng)商在實際建設(shè)開發(fā)期間，所使用的建設(shè)材料主要以隔熱板、薄膜、隔氣層等材料為主，因此，在材料采購方面具有較高的可行性。

4.3 施工方面可行性分析

與全容罐相比，我國對LNG 薄膜罐內(nèi)罐焊接技術(shù)提出了更高的要求，但是，80%部位在實際焊接期間，均采用了自動焊接方式，同時，我國已經(jīng)逐漸形成了薄膜焊接能力較高的施工隊伍。絕熱系統(tǒng)在實際拼裝期間，主要使用了標(biāo)準(zhǔn)件，降低了整體施工難度。所以，采用技術(shù)培訓(xùn)的方式，可以確保我國施工隊伍更好地落實薄膜罐施工工作。說明LNG薄膜罐在施工方面具有較高的可行性。

5 LNG 薄膜罐在陸地上的應(yīng)用案例

為了更好地驗證LNG 薄膜罐的應(yīng)用可靠性和有效性，現(xiàn)以“LNG 薄膜罐建造工程”為例，從以下幾個方面入手，將該建造工程落實到位。（1）要將儲罐結(jié)構(gòu)與氣密結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效地分離，確保兩者之間的獨立性，然后，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)特點，開展相應(yīng)的液壓試驗和氣動試驗，并加強對以下兩種參數(shù)進(jìn)行全面化、科學(xué)化檢測，這兩種結(jié)構(gòu)分別是熱角保護的完整性和內(nèi)罐完整性。（2）鑒于絕緣體承載需要，需要完成對LNG 薄膜罐的建設(shè)，此時，需要提高混凝土外壁的堅固性。（3）LNG 薄膜罐作為一種常用的容器，主要用于對相關(guān)液體的儲存，LNG 薄膜罐結(jié)構(gòu)設(shè)計與儲罐容量大小并沒有直接關(guān)系，設(shè)計人員在設(shè)計LNG 薄膜罐結(jié)構(gòu)期間，要確保其設(shè)計流程的統(tǒng)一性和規(guī)范性，以達(dá)到提高LNG 薄膜罐設(shè)計效果的目的。（4）在進(jìn)行實際施工操作期間，通過利用LNG 薄膜罐，可以省略錨固環(huán)節(jié)，這無疑簡化了整個施工流程，降低施工投資成本，使整個工程施工周期得以大幅度縮短。LNG 薄膜罐與9%鎳鋼全包容儲罐的建設(shè)工時對比如表1 所示。從表1 中的數(shù)據(jù)可以看出，與“9%鎳鋼全包容儲罐”相比，LNG 薄膜罐建造施工周期所花費的時間大幅度下降，整整節(jié)省了2850h，所節(jié)省的時間除了包括底襯板敷設(shè)時間外，還包括熱角保護時間，其工時節(jié)省率達(dá)到了23%。

表1 LNG 薄膜罐與9%鎳鋼全包容儲罐的建設(shè)工時對比/h

6 結(jié)語

綜上所述，通過將LNG 薄膜罐應(yīng)用于陸地，不僅可以增加LNG 薄膜罐凈存儲量、確保設(shè)計尺寸的合理性和靈活性，還能縮短施工周期，降低建造成本，為取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益打下堅實的基礎(chǔ)。因此，LNG 薄膜罐與陸地之間的充分結(jié)合是勢在必行，技術(shù)人員要學(xué)習(xí)和借鑒國外先進(jìn)LNG 薄膜罐應(yīng)用理念，確保LNG 薄膜罐更好地應(yīng)用于國內(nèi)陸地領(lǐng)域中，為促進(jìn)我國科技行業(yè)和經(jīng)濟水平的快速發(fā)展和提高提供有力的保障。