液化天然氣（Liquefied Natural Gas ，LNG）體積等于1/625氣態(tài)體積，它是我國一種重要的燃料，在人們的生活和工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的意義。在生產(chǎn)和儲存中，其－162℃的超低溫儲罐溫度很適合遠距離固定和安裝。隨著其在應(yīng)用領(lǐng)域中使用數(shù)量地進一步加大，儲罐的安全成為當下液化天然氣應(yīng)用領(lǐng)域中重點考慮的問題。在超低溫的液化天然氣儲罐應(yīng)用中，通過加強技術(shù)研發(fā)，提升其智能化系統(tǒng)水平，不斷完善我國的液化天然氣儲罐技術(shù)，增強超低溫儲罐技術(shù)的進步和生活能源的利用與儲存及使用效果，推動天然氣行業(yè)的發(fā)展，以此造福人類社會[1]。由于液化天然氣易燃、易爆，在儲存中受區(qū)域溫度等相關(guān)變化的影響程度較大，所以對生產(chǎn)工藝的要求也較高。現(xiàn)就超低溫儲罐液化天然氣儲罐的應(yīng)用和技術(shù)安全情況做出分析，并提出一些相應(yīng)的方法和路徑。

1、天然氣儲罐的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，各地的天然氣存儲方式就是采用儲量龐大的器皿———儲罐。它是天然氣的供給單元，通過提供天然氣給設(shè)備進行燃燒后產(chǎn)出熱源。在非常重視環(huán)境保護的當下，煤炭產(chǎn)業(yè)萎縮，并被逐步淘汰，需要大量提供熱源的燃燒設(shè)備只能依賴天然氣作為原料了。例如化工企業(yè)需要熱蒸汽，就必須要天然氣鍋爐燃燒儲罐中的天然氣，將水轉(zhuǎn)化為熱蒸汽。此外，在人們的日常生活中天然氣儲罐也起著調(diào)節(jié)作用，除了一年四季正常供給城鄉(xiāng)居民燒水做飯，還要在淡季儲存氣量，保障冬季人們?nèi)∨脷獾姆€(wěn)定。

2、超低溫液化天然氣儲罐的安全性能

我國是能源消耗大國，且大多依賴煤炭。隨著現(xiàn)代綠色經(jīng)濟理念的引入，結(jié)合能源結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，為滿足清潔能源天然氣的需求增長，超低溫LNG儲罐的建設(shè)已成為實現(xiàn)我國能源戰(zhàn)略、保障儲備安全的可行性舉措。但因LNG儲罐體積巨大，在超低溫環(huán)境下長期使用的安全性要求高，所以對鎳系超低溫鋼的制造性能要求也高。鎳系低溫鋼在超低溫環(huán)境下具有極高的斷裂韌性，因此其系列產(chǎn)品成為我國科研領(lǐng)域中具有創(chuàng)新優(yōu)勢的技術(shù)，為進一步實現(xiàn)鋼板優(yōu)質(zhì)表面的制造，在儲罐原材料控制上得到了廣泛的應(yīng)用，從設(shè)計角度加強對儲罐安全性能的提升，使得其安全性獲得很好的保障[2]。

液化天然氣屬易燃品，因而在靠近火源的地方，爆炸和火災(zāi)的發(fā)生率較高。我國已經(jīng)研發(fā)出了“板坯差溫加熱＋張力彎輥力遞減板型控制”和“高溫低速大壓下、低溫快速小壓下”等材料，實現(xiàn)了國際上最薄最寬（5×3000mm）及最厚達60mm的陸基及船用06Ni9、08Ni5鋼板的產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)[３]，基本能滿足超低溫儲罐液化天然氣儲罐的應(yīng)用和技術(shù)安全。超低溫儲罐液化天然氣儲罐的安裝需要選擇合適的建造位置，并在平面布置上對工藝裝置及要求需結(jié)合具體的工況建設(shè)加以確認。為進一步滿足儲罐圍堰的遠距離要求，還需要合理布置建造場地。

超低溫儲罐液化天然氣儲罐的存儲技術(shù)更能擺脫溫度影響，避免固定和安裝環(huán)節(jié)出現(xiàn)泄漏擴散、低溫凍傷等不當風險。

３、超低溫液化天然氣儲罐的安裝施工控制

結(jié)合超低溫液化天然氣的儲罐情況，相關(guān)裝置的設(shè)計分析如表1所示。

泄放和解除正壓及負壓。以微正壓為例，除了要綜合考慮安全閥的壓力值設(shè)定外，還要避免超過內(nèi)罐的設(shè)計壓力。超低溫儲罐應(yīng)用LNG存儲中，根據(jù)超低溫儲罐儲存的不同種類液體的不同性質(zhì)，超低溫儲罐的技術(shù)安全要求也有所不同。在使用過程中必須依照其安全技術(shù)規(guī)范操作[４]。引入液位控制系統(tǒng)，依靠智能傳感技術(shù)實時采集生產(chǎn)現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)，借助無線傳輸技術(shù)，由系統(tǒng)平臺完成數(shù)據(jù)處理，并依靠互聯(lián)網(wǎng)和移動通訊終端，根據(jù)不同的應(yīng)用要求對氣體制造及儲運裝備進行遠程實時監(jiān)控和綜合分析管理的專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)[5]。此外，LNG接收站的工藝系統(tǒng)上，形成了包括LNG生產(chǎn)、儲存、二次儲存、接收、再氣化及冷量利用等完整的產(chǎn)、運、銷LNG工業(yè)體。LNG接收站由LNG儲罐、儲存、再氣化／外輸、蒸發(fā)氣處理、防真空補氣和火炬／放空6部分工藝系統(tǒng)（有的終端還有冷量利用系統(tǒng)）組成。LNG作業(yè)系統(tǒng)上，采用雙母管式設(shè)計，雙母管同時工作。LNG接收站的主要設(shè)備上，卸料臂考慮LNG卸量和時間，同時根據(jù)管線距離、高程、儲罐內(nèi)輸送泵揚程等，確定其壓力等級、管徑及數(shù)量。

因本儲罐作業(yè)中，考慮到儲存待卸的LNG與終端儲罐內(nèi)已有LNG的密度差，可將卸管線進液口分別引至罐頂。LNG輸送泵被設(shè)計成浸沒式結(jié)構(gòu)，連同馬達一起浸沒于裝有LNG液體的泵內(nèi)容器中。LNG氣化器，能迅速調(diào)節(jié)LNG蒸發(fā)量。蒸發(fā)氣壓縮機采用往復(fù)式或離心式。再冷凝器使來自儲罐內(nèi)的蒸發(fā)氣液化。利用液化天然氣的冷凝特質(zhì)，通過LNG變化到與外界平衡時，回收儲存在LNG中的能量，以滿足用戶需求。

儲罐安裝作業(yè)中，質(zhì)量安全性能控制措施有三項：一是在超低溫天然氣儲罐的外罐施工中，要求在胎具（由立柱、斜支撐、水平拉桿、頂圈和墊板等構(gòu)成）上制作頂板，確保儲罐的容積控制和胎具立柱的垂直度、制作剛度等滿足施工項目相關(guān)要求。安裝加強筋后，以弧形樣板做好對加強筋的弧度及其間隙控制，確保間隙＜2mm。以立式儲罐為例，還要在模板制作和安裝中，以橡膠管液位計對同一緯度的任意兩塊筋板進行檢查，確保其高度差＜４mm，必要時以千斤頂糾正偏差。頂板安裝前還要以弦長為1.5ｍ的弧形樣板尺對頂板的弧度加以檢查，頂板與弧形樣板尺間隙控制在＜2mm，頂板搭接寬度偏差控制在（±5mm）的校驗范圍內(nèi)，以相連兩塊頂板鋪設(shè)作為焊接工藝的質(zhì)量控制關(guān)鍵。二是在超低溫天然氣儲罐的內(nèi)罐施工中要精準確定壁板安裝位置線（在底板上要畫出），結(jié)合具體的位置線點焊定位角鋼加以安裝，應(yīng)用脫脂液對內(nèi)罐壁板予以清理和擦拭，方便后續(xù)清理。嚴格壁板設(shè)計安裝要求，對儲罐的周長、橢圓度、罐體上下水平度等進行控制。擬采用倒裝法施工，以專業(yè)的吊具以有效防止罐體變形等情況的發(fā)生。三是在罐底施工環(huán)節(jié)中要采用技術(shù)手段控制板間搭接尺寸、焊接變形度及其收縮縫等處理，尤其可結(jié)合LNG罐底結(jié)構(gòu)合理點就固定管的焊接參數(shù)控制。

４、提升液化天然氣儲罐安全儲存性能的路徑

儲罐材料要合理選擇。開發(fā)超低溫韌性和各向同性控制的TMCP工藝，證實了966，1000和108３℃終軋溫度下的平均晶粒尺寸（包括孿晶）分別為8.5，11.6和17.3μｍ。說明終軋溫度在966℃以上時，可通過反復(fù)動態(tài)再結(jié)晶或亞動態(tài)再結(jié)晶細化組織。采用液氮制冷和浸水融化的方式，分析超低溫、凍融循環(huán)、預(yù)制裂縫、鋼纖維等技術(shù)，開展混凝土超低溫凍融循環(huán)試驗，提升儲罐的安全性能[6]。

儲罐充注應(yīng)用動網(wǎng)格技術(shù)對充柱加以模擬，尤其可采用大型LNG儲罐充注，并結(jié)合LNG分層的高度、密度差、偏轉(zhuǎn)角和充注等方式契合儲藏條件。上部及下部兩種進液方式可根據(jù)實際情況自行選擇使用。內(nèi)膽設(shè)置了由雙安全閥的安全系統(tǒng)裝置。

此次安全保障上，系統(tǒng)裝置由緊急切斷閥、安全閥、防爆裝置、放空閥、三通球閥組成，不但減少了管路焊接，還具有良好的防火及防靜電結(jié)構(gòu)。另外，外殼上設(shè)置的安全泄放口都充分保證了整個設(shè)備的安全可靠性。抽真空閥采用三道“Ｏ”形圈密封，有效地保證了夾層密封的可靠性，且采用全不銹鋼制造，體積小巧。液化天然氣低溫儲罐頂部設(shè)計吊掛結(jié)構(gòu)，以便于儲存及起吊、安裝。獨特的工藝人孔設(shè)計，確保內(nèi)容器封閉時內(nèi)部的清潔度[7]。

維修作業(yè)中，通過開展管道絕熱安全檢測，針對橡塑、聚異氰脲酸酯PIR、聚氨酯PU、二烯烴、氣凝膠氈等保冷材料，重點測定絕熱、保冷功能（低溫下的導熱系數(shù)）、力學功能（抗壓強度、抗拉強度、抗折強度，尤其是低溫下的強度）、透濕功能（透濕系數(shù)、濕阻因子、濕流密度）、含水率、吸水率等[8]。具體參照表2所示。

最后，維護技術(shù)作為保障儲罐安全的基礎(chǔ)，確保在首次充灌前，對液面計及壓力表等進行檢查和校正，確保閥門啟閉靈活，通暢性高；打開壓力表閥，按液面計操作程序使液面計處于工作狀態(tài)。當?shù)蜏貎抻糜诟呒兊蜏匾后w時，必須進行吹除置換處理。

5、結(jié)語

液化天然氣易燃、爆炸性強，加之超低溫儲罐為其基本儲存和儲存的媒介，因而對使用的安全性要求很高。為解決其在應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)問題，除了在技術(shù)手段上要求掌握LNG的特性和危險度液化天然氣氣化，還要在達到氣液相平衡的儲存環(huán)境中使用。低溫儲罐替換氣瓶往返儲存，這在很大程度上能節(jié)省大量的人力和物力。我們應(yīng)嚴格規(guī)范儲存方法，提升儲罐應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)推廣，從技術(shù)層面提升超低溫液化天然氣的儲罐安全，更好地為國民經(jīng)濟服務(wù)。

參考文獻

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[8]王乾，萬人杰，趙斌，等.基于ＣＡＥＳＡＲⅡ的LNG卸料系統(tǒng)管道應(yīng)力分析[J].鹽科學與化工，2022，51（8）：４5－４9.

（本文文獻格式：魏潔，喬小偉.超低溫儲罐液化天然氣儲罐的應(yīng)用和技術(shù)安全[J].山東化工，202４，5３（３）：2４6－2４7＋251.）

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