文 ‖王桂根 沈 楊 李 明

SEI 取得了超大型LNG 儲罐建設的工程創(chuàng)新和LNG 領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的重大突破。

11 月2 日，我國首座27 萬立方米液化天然氣（LNG）儲罐在山東青島正式投用，有效地保證了華北地區(qū)群眾溫暖過冬。

“這臺儲罐的投運，標志著我們不僅完成了超大型LNG 儲罐建設的工程創(chuàng)新，而且取得了LNG 領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的重大突破，助力實現(xiàn)高水平科技自立自強、將LNG 的飯碗牢牢掌握在自己手中。”中國石化工程建設有限公司（SEI）執(zhí)行董事、黨委書記吳德飛表示。

經(jīng)過十余年的聯(lián)合攻關(guān)，SEI 牽頭組建了多領(lǐng)域?qū)＜覉F隊，打破了國外對LNG 核心技術(shù)及關(guān)鍵裝備的壟斷，開發(fā)了具有中國石化自主知識產(chǎn)權(quán)的LNG 接收站成套技術(shù)，累計建造并投產(chǎn)大型LNG 儲罐16 臺，天然氣總儲存能力達到了18 億立方米。

●超大型儲罐，SEI技術(shù)顯底氣。供圖/王桂根

實現(xiàn)核心技術(shù)突破

“這臺儲罐幾何容積30 萬立方米、凈容積27 萬立方米，是目前世界上容積最大的預應力混凝土全包容LNG 儲罐，罐內(nèi)平面上可停放一架國產(chǎn)C919 大型客機、立體上可疊放3 萬輛家庭轎車。”說起這臺27 萬立方米LNG 儲罐，SEI 副總工程師、工廠系統(tǒng)室主任、大型LNG 接收站成套技術(shù)負責人李鳳奇特別自豪。

SEI 儲罐設計團隊在總結(jié)前兩代（16萬立方米、22 萬立方米）LNG 儲罐的基礎上，研究了不同高徑比的27萬立方米LNG 儲罐方案，確定了具有卸船流量大、施工周期短、抗震能力強、施工安全度高以及經(jīng)濟性更優(yōu)等特點的第三代“矮胖罐型”，被研發(fā)人員親切地稱為“胖三”。“胖三”的外徑大于100 米、高度超過55 米。

“直徑近100 米的鋼穹頂需提升至45米的高度，上面還要澆筑混凝土層，荷載總重達1.24 萬噸。鋼穹頂結(jié)構(gòu)設計最大的難點是整體穩(wěn)定計算，要避免‘突跳’現(xiàn)象。”SEI 結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)總監(jiān)陳瑞金介紹說。

突跳，是結(jié)構(gòu)術(shù)語，就好像一張微曲的金屬薄片，用手指輕輕按壓凸面，薄片就彈向另一面?！?7 萬立方米儲罐建造沒有先例參照。相比16 萬立方米儲罐，其地震力增大了約一倍，從外罐到內(nèi)罐都不是簡單的放大?！标惾鸾鹫f。

為保障鋼穹頂?shù)恼w穩(wěn)定，SEI 儲罐結(jié)構(gòu)設計人員開展了“超大型低溫儲罐帶蒙皮板鋼穹頂整體穩(wěn)定分析技術(shù)”研究，提出了施加初始幾何缺陷的蒙皮板與鋼網(wǎng)殼整體分析方法，成功研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超大跨度鋼穹頂穩(wěn)定分析技術(shù)，從根本上攻克了鋼穹頂穩(wěn)定安全的技術(shù)難題。

SEI 研發(fā)團隊提出開創(chuàng)性的“流固耦合解耦分析法”的有限元分析技術(shù)，在外罐底板、外罐壁、穹頂均采用變截面設計，開發(fā)了全新的6 扶壁柱多線束預應力體系和流固耦合隔震結(jié)構(gòu)動力體系模型，解決了高烈度地震區(qū)大型儲罐抗震設計的難題。最終，形成了大型預應力混凝土全包容LNG 儲罐國產(chǎn)化的核心技術(shù)，創(chuàng)造了目前27 萬立方米罐容積最大、9%鎳鋼板最薄且用量最少的工程案例紀錄。

BOG再冷凝效率達100%

雖然與美、日、韓等發(fā)達國家相比，我國LNG 接收站的建設起步晚，但發(fā)展速度很快。LNG 接收站成套技術(shù)涉及多個學科和技術(shù)領(lǐng)域，工藝流程復雜且技術(shù)壁壘高，自主創(chuàng)新研究難度非常大。當時，國內(nèi)可以參考的技術(shù)與經(jīng)驗幾乎為零。

LNG 儲存溫度是零下160℃,在接卸、儲存、運輸LNG 過程中，因吸收外部熱量會產(chǎn)生大量的蒸發(fā)氣（BOG）。

“BOG 再冷凝技術(shù)，是LNG 接收站工程一項關(guān)鍵核心技術(shù)。我們從零開始，逐步學習、創(chuàng)新?！盨EI 首席專家、山東LNG 三期接收站項目經(jīng)理趙廣明自豪地說。

面對挑戰(zhàn)，SEI 攻關(guān)團隊迎難而上。經(jīng)過“理論研究—試驗驗證—創(chuàng)新突破”多次迭代，通過可視化冷模和深冷冷凝試驗平臺、微氣泡冷凝流力場模型計算，首創(chuàng)了具有中國石化自主知識產(chǎn)權(quán)的高效BOG 再冷凝技術(shù)——微孔氣液預混集成旋流強化式再冷凝工藝技術(shù)，一次再冷凝效率達100%，遠高于傳統(tǒng)的填料塔式BOG 再冷凝器。同時，這一技術(shù)可使LNG 接收站最小外輸量降低30%，滿足LNG 接收站運行初期的低負荷運行彈性需求。僅天津LNG 接收站，每年回收利用的BOG 就達到8 萬噸，顯示出了良好的經(jīng)濟效益。

SEI 攻關(guān)團隊還創(chuàng)新提出了LNG 冷能與乙烯裝置余熱綜合利用的理念，通過密閉循環(huán)的冷媒管道將LNG 的冷能輸送至乙烯裝置內(nèi)，同時將乙烯裝置的余熱輸送至LNG 接收站，達到了能量利用的最大化。

“目前，從天津LNG 接收站至南港乙烯裝置的冷媒管道已基本建成。通過這種冷熱互供的模式，初步計算LNG 接收站每年可節(jié)省燃料氣6890 噸、乙烯裝置替代冷量56MW、節(jié)電約1.1 億千瓦時?！崩铠P奇說。

核心技術(shù)全部國產(chǎn)化

“國外技術(shù)不僅工藝技術(shù)費、咨詢費、開車費、現(xiàn)場服務費等居高不下，而且主要設備和材料價格昂貴、供貨周期長、服務不及時、維護成本十分昂貴?！壁w廣明說。

SEI 攻關(guān)團隊在攻克BOG 再冷凝工藝技術(shù)的過程中，研制了微孔式錯流氣液預混集成旋流強化的BOG 再冷凝成套裝備并在LNG 接收站應用成功。BOG 再冷凝成套技術(shù)從投產(chǎn)到平穩(wěn)運行僅用5小時，打破了引進技術(shù)從投產(chǎn)到平穩(wěn)運行需要1 周的紀錄。

“目前，大型LNG 儲罐的工程設計、施工技術(shù)已全部國產(chǎn)化，建造材料國產(chǎn)化率從2013 年的16 萬立方米儲罐的60%到現(xiàn)在27 萬立方米儲罐的95%以上?！崩铠P奇說。

作為LNG 儲罐的“銅墻鐵壁”，儲罐內(nèi)壁板用材對耐低溫、硬度、密度、密封性等性能有極高的要求。SEI 技術(shù)團隊聯(lián)合鋼板制造商，成功研制推出了自有國產(chǎn)大厚度9%鎳鋼板及焊接接頭在超低溫條件下性能評價體系，從核心上保障了國產(chǎn)LNG 儲罐的本質(zhì)安全。

從替代性研究新材料實現(xiàn)關(guān)鍵核心裝備國產(chǎn)化到不斷迭代提升技術(shù)，SEI 技術(shù)團隊攻克了20 余項核心設備的國產(chǎn)化應用。目前，LNG 儲罐及材料、挺桿起重機、LNG 卸料臂、氣化器、罐內(nèi)低壓泵、外輸高壓泵及BOG 壓縮機等大部分關(guān)鍵設備均已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

“我們將持續(xù)優(yōu)化完善薄膜罐設計建造、智能化裝車、冷熱能平衡利用等技術(shù)，推動LNG 接收站成套技術(shù)迭代升級并將先進技術(shù)經(jīng)驗推廣應用，推動SEI 全力打造‘最強工程’，成為最可放心、最可信任的石化工程技術(shù)創(chuàng)新依靠力量和工程建設保障力量。”李鳳奇表示。