CN114508689B - 一种大容积lng储罐投运前珍珠岩补填充方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，所述方法包括：将储罐冷却后、投运前进行珍珠岩填充，冷却的液位达到0.5m‑2.0m后开展储罐罐壁外侧膨胀珍珠岩保冷层的补充填充；待珍珠岩填充完毕后，使所述储罐继续进液，直至高液位；保持高液位不变，以便完成后续性能测试。本发明能够延缓大容积LNG储罐在服役期出现的罐壁漏冷，减少运行期内LNG储罐补充填充次数，提升储罐保冷性能和运行效率。

Description

一种大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法
技术领域
本发明涉及液化天然气低温存储技术领域，具体涉及一种大容积LNG储罐投运前膨胀珍珠岩保冷材料补填充方法。
背景技术
为助力实现国家“双碳”和产供储销体系建设目标，国家规划在沿海地区建设大批存储设备及基础设施。受制于日益紧缺的站址资源和用地，利用已有规划站址扩建和新建20万方(及以上)大容积LNG储罐有利于提高土地利用效率、降低单位建设及运营成本，规模化、集约化优势明显，是未来LNG基础设施建设的必然选择。
LNG储罐的罐壁保冷层由内侧弹性毡、外侧膨胀珍珠岩组成。膨胀后的珍珠岩在储罐施工阶段完成第一次填充。在储罐运营过程中，外侧膨胀，珍珠岩受储罐预冷收缩、高低液位循环、机泵振动等因素影响，会加速膨胀，珍珠岩因自然重力沉降。若珍珠岩沉降至吊顶铝板下方后，将出现罐壁保冷漏冷现象，造成外罐上部表面出现湿痕或青苔，长此以往将影响储罐保冷性能和健康状态，从而给储罐安全运营带来隐患。
国内常规的16万方LNG储罐一般在建成投运后3-8年开展珍珠岩补填。对于20 万方(及以上)大容积LNG储罐，由于内罐直径随罐容不断增大，遇冷工况下内罐沿径向收缩量增加，在服役期下出现珍珠岩沉降的风险更大。
因此，有必要提出能够延缓大容积LNG储罐在服役期出现罐壁漏冷，减少运行期内LNG储罐补充填充次数，提升储罐保冷性能和运行效率的解决方案。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，以延缓大容积LNG储罐在服役期出现的罐壁漏冷，减少运行期内LNG储罐补充填充次数，提升储罐保冷性能和运行效率。
本发明一种LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，所述方法包括：
将储罐冷却后、投运前进行珍珠岩填充，冷却的液位达到0.5m-2.0m后开展储罐罐壁外侧膨胀珍珠岩保冷层的补充填充；待珍珠岩填充完毕后，使所述储罐继续进液，直至高液位；保持高液位不变，以便完成后续性能测试。
根据本发明的一种实施方式，进行所述填充时，控制LNG储罐的操作表压力≤12kPa。
根据本发明的一种实施方式，通过罐外蒸发气体低压压缩机进行所述操作表压力的控制。
根据本发明的一种实施方式，所述储罐冷却的温度达到-160℃后，开所述珍珠岩保冷层的补充填充。
根据本发明的一种实施方式，进行所述珍珠岩填充时保持储罐内压力变化小于1.0kPa/小时。
根据本发明的一种实施方式，储罐在建造阶段，珍珠岩填充管口沿径向坐标于同心圆上布置多个。
根据本发明的一种实施方式，弧长每隔2-5m布置一根珍珠岩填充管口。
根据本发明的一种实施方式，进行储罐冷却后、投运前珍珠岩补填充时，每次按照珍珠岩填充管口顺时针间隔1个管口或逆时针间隔1个管口填充，待第一轮顺时针或逆时针完成填补并达到要求高度值，再按照该规律开展间隔管口的填充。
根据本发明的一种实施方式，进行珍珠岩补填充前，将所述储罐完成氮气惰化置换后，利用低温LNG对储罐冷却。
根据本发明的一种实施方式，待完成所有珍珠岩填充管口的补填充，且高度测量合格后，使所述LNG储罐进液到高液位，进行后续低压泵、蒸发率性能测试及试车工作。
本发明在大容积LNG储罐投运前即开展补充填充，可增加服役期有效珍珠岩沉降补偿预留量，可有效减少大容积LNG储罐在运行寿命内的珍珠岩补填次数。若施工质量可控，在25年服役期内LNG储罐的珍珠岩补填次数可降低50％。若以补填时间1-2 个月/次计算，可有效降低服役期内补填工作对储罐安全生产的影响。
附图说明
图1为本发明一实施例珍珠岩填充系统结构示意图；
图2为本发明一实施例珍珠岩填充系统结构包含珍珠岩填充管口(带盖)俯视结构示意图；
附图标号：1桩基础、2预应力混凝土外罐、3内罐、4罐壁内侧保温层(弹性毡)、5罐壁外侧保温层(膨胀珍珠岩)、6罐底保温层、7吊顶结构(含吊顶保温层)、 8珍珠岩填充管、9珍珠岩填充连接球阀、10顶部填充口阀箱系统、11填充软管、 12底部物料罐及输送装置。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
本发明提出了一种适用于大容积液化天然气(LNG)储罐冷却后、投运前的珍珠岩补填充方法及系统，以主要大容积LNG储罐在服役期出现罐壁漏冷，减少25年运行期内LNG储罐补充填充次数，提升储罐保冷性能和运行效率。
本发明主要适用于20万方(及以上)大容积LNG储罐常压储存(表压力小于50kPa)超低温液化天然气介质。
储罐冷却是为了在储罐充装超低温LNG前对储罐内罐进行的均匀预冷，以避免直接投运大量进液带来的内罐因低温收缩不均可能带来的内罐破裂，冷却过程中应对内罐的冷却予以控制，防止冷却过程中出现较大的温差。
本发明的系统主要包括储罐主体结构(桩基础、预应力混凝土外罐、内罐、吊顶结构、保温系统、珍珠岩填充管口)；珍珠岩填充管；珍珠岩填充连接球阀；顶部填充口阀箱系统；填充软管；底部物料罐及输送装置。
本发明的填充方法为：在20万方(及以上)大容积LNG储罐完成液位建立及储罐冷却，液位达到0.5m-2.0m后，随即开展储罐罐壁外侧膨胀珍珠岩保冷层的补充填充；待珍珠岩填充完毕后，储罐继续进液，直至高液位；保持液位不变，完成低压泵及储罐蒸发率性能测试；待完成全部试车工作后，LNG储罐正式投运运行。
具体地，大容积LNG储罐完成冷却后，储罐处于较低液位时(液位高度为0.5-2.0m)，随即开展膨胀珍珠岩补填施工，膨胀珍珠岩补填施工结束后储罐建造才正式结束。
液位达到0.5m-2.0m，是为了使得储罐在冷却后处于稳定状态，避免一段时间内低温的LNG不断蒸发使得内罐液位清零，为后续储罐投运前开展本方法实施、性能测试等工作提供基础条件。
20万方(及以上)大容积LNG储罐一般运行压力为12-24kPa(表压力)，采用本方法填充时，通过罐外BOG(蒸发气体)低压压缩机控制LNG储罐操作压力≤12kPa(表压力)，珍珠岩填充作业要求保持储罐内压力稳定(压力变化小于1.0kPa/小时)。
控制LNG储罐操作压力≤12kPa(表压力)，珍珠岩填充作业要求保持储罐内压力稳定(压力变化小于1.0kPa/小时)，是为了避免储罐操作压力太大带来的储罐环形空间珍珠岩粉尘漂浮以影响补填充实施效果。
优选地，进行珍珠岩填充时，珍珠岩填充管口沿径向坐标于同心圆上布置多个珍珠岩填充管口。
优选地，弧长每隔2-5m布置一个珍珠岩填充管口。
优选地，珍珠岩填充管口按照顺时针间隔或逆时针间隔1根管口填充，待第一轮完成填补并完成高度测量后，再开展间隔管口填充。如此，是为了避免逐个管嘴填充，带来的相邻管嘴之间的粉尘漂浮等干扰以影响补填充效果。
待完成大容积LNG储罐在冷却后、投运前完成珍珠岩补充填充，储罐继续进液直至高液位；保持液位不变，完成低压泵及储罐蒸发率性能测试；待完成全部试车工作后，LNG储罐正式投运运行。
本发明较常规LNG储罐建造施工工序、服役期正常膨胀珍珠岩补充填充技术相比，具有以下特点和创新：
1)常规LNG储罐建造阶段工序为在冷却试车前完成膨胀珍珠岩填充等所有施工，本方法是在大容积LNG储罐完成冷却后，储罐处于较低液位时(液位高度为0.5-2.0m)，随即开展膨胀珍珠岩补填施工，膨胀珍珠岩补填施工结束后储罐建造才正式结束。
2)常规LNG储罐服役期膨胀珍珠岩补充填充施工，多发生在LNG储罐运行3-8 年之后。而本发明，在项目投运前即开展膨胀珍珠岩补充填充，填充时机不同，这么作的好处是为了延缓大容积LNG储罐在服役期出现罐壁漏冷，减少运行期内LNG储罐补充填充次数，提升储罐保冷性能和运行效率。
3)常规LNG储罐试车阶段为1-2个月，LNG储罐完成试车后，与LNG接收站完成试车的时间间隔为2-3个月，随后接收站实现整体投运。本发明方法施工周期约2个月，因此不影响LNG接收站的整体投运时间。
4)由于大容积储罐的内罐在冷却阶段沿径向收缩幅度大，环形空间上部预存补偿沉降的膨胀珍珠岩体积会下沉约40％。而本发明在储罐投运前即进行补填充，可增加服役期有效珍珠岩沉降补偿预留量，可有效减少大容积LNG储罐在运行寿命内的珍珠岩补填次数。若施工质量可控，服役期内LNG储罐的珍珠岩补填次数可降低50％。若以常规补填时间1-2个月/次计算，可有效降低服役期内补填工作对储罐安全生产的影响。
实施例
本发明一实施方式，一种适用于大容积液化天然气(LNG)储罐冷却后、投运前的珍珠岩填充方法，如图1所示，对应系统由储罐主体结构、珍珠岩填充管、珍珠岩填充连接球阀、顶部填充口阀箱系统、填充软管、底部物料罐及输送装置组成。
储罐主体结构由8个部分组成：桩基础1；预应力混凝土外罐2；内罐3；罐壁内侧保温层(弹性毡)4；罐壁外侧保温层(膨胀珍珠岩)5；罐底保温层6；吊顶结构(含吊顶保温层)7；珍珠岩填充管口8。
1)桩基础
桩基础1采用高架空式或坐地式钢筋混凝土结构，以承受混凝土外罐、内罐、LNG液重等重量荷载。
2)预应力混凝土外罐
混凝土外罐2由钢筋混凝土承台、后张拉式预应力混凝土罐壁、钢筋混凝土罐顶组成，罐底承台与罐壁、罐壁与罐顶均采用刚性固定连接或隔震垫柔性连接，以传递与分配上部罐体及液重等载荷到桩基础1上。
3)内罐
内罐3由9％Ni钢罐底、罐壁及补充底组成，内罐壁板从上到下厚度不断增加，以承受不同位置高度下的LNG液压。
4)罐壁内侧保温层(弹性毡)
LNG储罐的罐壁环形1空间保温层由罐壁内侧保温层4(贴紧内罐壁板一侧，可为弹性毡)和外侧膨胀珍珠岩粉末组成，弹性毡用以吸收外侧珍珠岩粉末对内罐壁板的侧压力。
5)罐壁外侧保温层(膨胀珍珠岩)
LNG储罐的罐壁环形空间保温层由内侧(贴紧内罐壁板一侧)弹性毡和外侧膨胀珍珠岩粉末组成，罐壁外侧保温层5可由珍珠岩原矿现场膨胀发泡填充。
6)罐底保温层
LNG储罐的罐底保温层6一般为具有一定承压强度的泡沫玻璃砖材料，通常由多层泡沫玻璃砖交错布置而成，以避免出现贯穿缝隙，降低保冷效果。
7)吊顶结构
吊顶结构7的板材料为铝合金或不锈钢结构，可为装配式波纹板复合结构，吊顶板上层覆盖保温层。保冷和支撑结构应允许气体从吊顶下方到上方的流通。吊顶铝板和边缘板为密封结构，防止环形空间及吊顶上方固体状保冷材料掉入罐内。吊顶板上部保温层为玻璃棉或膨胀珍珠岩材料，安装需考虑保冷材料长期使用后因自重产生压缩致使保冷厚度降低的影响。
8)珍珠岩填充管口
如图2所示，用于大型LNG储罐内罐、外罐之间环形空间珍珠岩填充施工，径向位置一般在内罐、外罐中间位置布置，为了保障储罐圆周方向罐壁珍珠岩填充效果，珍珠岩填充管口于径向坐标同心圆上需要布置多个，一般弧长2-5m布置一个珍珠岩填充管口。
珍珠岩填充管8一般为碳钢钢管，公称直径4-6英寸，珍珠岩填充管8下沿一般伸入到穹顶下部5-10cm。
珍珠岩填充连接球阀9一般为碳钢或不锈钢阀门，直径与珍珠岩填充管8的一致。即可作为永久件，采用螺栓连接在珍珠岩填充管上部(球阀上端面用螺栓连接盲板)，或者作为填充临时件使用(珍珠岩填充管口上端面用螺栓连接盲板)。
3.填充口阀箱系统(顶部)
补充填充前，用吊车将填充口阀箱系统10临时输送到储罐顶部，用于大容积LNG储罐冷却后、投运前罐顶环形空间上部珍珠岩补充填充。
4.填充软管
填充软管11一般为金属或者非金属材料，直径和珍珠岩填充管一致。作为临时构件，用于连接储罐底部的临时物料罐、输送装置和顶部临时填充口阀箱系统。
5.物料罐及输送装置(底部)
物料罐及输送装置12用于现场LNG储罐膨胀珍珠岩补填时，临时承装膨胀后的珍珠岩粉末，填充时位于LNG储罐底部地面处。
上述实施方式的填充操作实施说明如下：
下述实施例中所使用具体操作方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在20万方(及以上)大容积LNG储罐完成氮气惰化置换后，利用低温LNG对储罐开始冷却。当完成液位建立及储罐冷却，液位达到0.5m-2.0m、温度达到-160℃左右后，随即开展储罐罐壁外侧膨胀珍珠岩保冷层的补充填充。
20万方(及以上)大容积LNG储罐一般运行压力为12-24kPa(表压力)，采用本方法填充时，通过罐外BOG(蒸发气体)低压压缩机控制LNG储罐操作压力≤12kPa(表压力)，珍珠岩填充作业要求保持储罐内压力稳定(压力变化小于1.0kPa/小时)。
膨胀珍珠岩进场时在现场实验室检测松散密度、振实密度、粒度、含水率。连接填充软管至填充口阀箱系统、珍珠岩填充连接球阀，并做防静电接地措施。
将检测合格的膨胀珍珠岩粉末装入地面的物料罐及输送装置，利用干燥氮气置换物料输送罐、输送软管、填充口阀箱系统内的空气。
在储罐顶部选择任一珍珠岩填充管口开始填充，考虑到膨胀珍珠岩自然重力作用下休止角影响，最好珍珠岩填充管口间隔顺时针或逆时针间隔1根管口填充，待第一轮完成填补并完成高度测量后，再开展间隔管口填充。
待完成所有珍珠岩填充管口，且高度测量合格后，LNG储罐进液到高液位，待现场条件具备开展余下的低压泵、蒸发率等性能测试并完成所有试车工作后，LNG储罐正式投运。
需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，所述方法包括：
将储罐冷却后、投运前进行珍珠岩填充，冷却的液位达到0.5m-2.0m后开展储罐罐壁外侧膨胀珍珠岩保冷层的补充填充；待珍珠岩填充完毕后，使所述储罐继续进液，直至高液位；保持高液位不变，以便完成后续性能测试。
2.根据权利要求1所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，进行所述填充时，控制LNG储罐的操作表压力≤12kPa。
3.根据权利要求2所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，通过罐外蒸发气体低压压缩机进行所述操作表压力的控制。
4.根据权利要求1至3任一项所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，所述储罐冷却的温度达到-160℃后，开所述珍珠岩保冷层的补充填充。
5.根据权利要求1至3任一项所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，进行所述珍珠岩填充时保持储罐内压力变化小于1.0kPa/小时。
6.根据权利要求1至3任一项所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，进行珍珠岩填充时，珍珠岩填充管口沿径向坐标于同心圆上布置多个。
7.根据权利要求6所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，弧长每隔2-5m布置一个珍珠岩填充管口。
8.根据权利要求6所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，进行珍珠岩填充时，每次按照珍珠岩填充管口顺时针间隔1个管口或逆时针间隔1个管口填充，待第一轮顺时针或逆时针完成填补并达到要求高度值，再按照该规律开展间隔管口的填充。
9.根据权利要求1至3任一项所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，进行珍珠岩填充前，将所述储罐完成氮气惰化置换后，利用低温LNG对储罐冷却。
10.根据权利要求1至3任一项所述的大容积LNG储罐投运前珍珠岩补填充方法，其特征在于，待完成所有珍珠岩填充管口的填充，且高度测量合格后，使所述LNG储罐进液到高液位，进行后续低压泵、蒸发率性能测试及试车工作。
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