全容式LNG储罐罐内保冷工程防水防潮系统应用

樊宏伟 陈成建

中石化第十建设有限公司 山东青岛 266555

我国大型全容式LNG 储罐通常处于低温微正压状态，使用温度在- 163℃左右，为了限制热漏量进入储罐内，必须使用保冷绝热材料，储罐的不同部位使用不同的保冷绝热材料。由于水的导热系数远远高于保冷绝热材料的导热系数，如果保冷结构内存在水或水蒸气，低温状态下水蒸汽会凝聚、结冰、膨胀，导致保冷绝热结构出现裂纹、间隙等，从而引起罐体局部产生脆性裂纹损伤，所以罐内保冷绝热结构防水防潮措施非常重要。本文以广西LNG4 台16×104m3LNG 储罐保冷工程防水系统的应用为例，论述LNG 储罐保冷工程防水防潮措施。

1 LNG储罐保冷结构

1.1 LNG储罐罐底保冷结构

罐底保冷结构分为罐底边缘区域、罐底中心区域、热角保护系统保冷结构，其中罐底边缘区域在R37700mm～41000mm 范围内，罐底中心区域在R0mm～37700mm 范围内。储罐保冷设计复杂，层数较多，从下至上包括：防潮衬板、混凝土找平层、冷底子漆层、中间垫毡层、硬质泡沫玻璃砖、中间防潮垫、硬质泡沫玻璃砖、中间防潮垫、硬质泡沫玻璃砖、中间防潮垫、硬质泡沫玻璃砖、顶层防潮垫、混凝土找平层、罐底二次底板。LNG 储罐罐底保冷结构如图1 所示。

1.2 LNG储罐罐壁保冷结构

图1 LNG储罐罐底保冷结构示意图

LNG 储罐罐壁保冷结构在混凝土外罐罐壁与09Ni 内钢罐之间，主要包括弹性毡和膨胀珍珠岩。LNG 储罐罐壁保冷如图2所示。

1.3 LNG储罐罐顶保冷结构

LNG 储罐罐顶保冷结构在内罐铝吊顶之上，由玻璃纤维层和接管玻璃纤维组成。LNG 储罐罐顶保冷结构如图3 所示。

2 保冷结构中的材料选择

图2 LNG储罐罐壁保冷示意图

图3 LNG储罐罐顶保冷结构示意图

保冷绝热工程在LNG 储存和运输过程中起着非常关键的作用。在保冷绝热工程中，对材料的抗湿能力要求往往比对其热导率的要求更为严格。材料的表征抗湿能力主要表现在吸湿性、吸水性和水蒸气的扩散系数。多孔材料有较大的表面积和丰富的毛细管，具有较强的吸附能力和吸水能力。绝热材料的吸水主要靠毛细管力的作用，在毛细管力的作用下，水在毛细管中上升的高度h 可以用（式1）表示。

式中：σ——水面张力（N/ m）；a 是接触角；

ρ——水密度1000kg/ m3；

g——重力加速度9.81m/ s2；

r——毛细管半径（m）。

由式1 可见，绝热材料开口连通气孔的毛细管直径越小，越容易吸水。表面张力随温度的升高而下降，故温度升高，吸水能力减弱。表1 列出一些绝热材料的吸湿性能，由表可以看出，泡沫玻璃砖抗湿性最好，玻璃纤维棉吸水性大。

保冷绝热材料在储运和施工过程中做好防水防潮措施相当关键。LNG 储罐罐底保冷结构主要材料是泡沫玻璃砖，其材料本身属于闭气孔性材料，其气孔直径约为1mm，气孔壁2um 左右的玻璃薄膜，因而其吸水率和透气性几乎为零。但是如果罐底保冷结构没有做好防水、防潮措施，有大量水蒸气存在的话，绝热材料吸收的水蒸气遇到低温会凝聚为水或结冰，使导热率大为增加，进而引起材料开裂，破坏绝热结构，对储罐保冷绝热性能将产生严重影响，储罐漏热量将会增加，甚至会出现储罐结构刚性损坏，后果不堪设想。

表1 绝热材料吸湿性能

3 LNG储罐保冷工程防水防潮措施

3.1 基本要求

（1）保冷材料包装箱应该有明显防护标识，同时用聚乙烯薄膜包裹材料，运输过程中采用防雨布全程覆盖。储存仓库保持干燥；若放置罐内，放置区域保持干燥，且下垫上盖聚乙烯薄膜，做好成品保护。

（2）罐内施工区域必须保持干燥，及时铺设防潮层，阻止潮气进入保冷结构（特别针对近海区域）。

（3）罐内环境湿度超过50%时不得进行玻璃纤维安装。

3.2 混凝土外罐顶部防水措施

3.2.1 檐梁处的防水措施

为方便罐内后续各工序施工，需在混凝土外罐罐壁预留大、小门洞，且大、小门洞处的竖向预应力暂未进行钢绞线张拉、灌浆、封锚等工作，这样雨水就会顺着竖向预应力波纹管向下流入罐内，很有可能渗入罐底保冷结构。现场采用方木板硬维护及三层SBS 防水卷材烤熔粘牢在混凝土檐梁的方法进行防水。罐顶檐梁顶部竖向预应力锚座处防水措施如图4 所示。方木板硬维护可防止人员踩空或重物损坏粘好的SBS 防水卷材，从而避免影响防水效果。根据现场实践，此防水措施效果显著。

用PVC 管与大、小门洞处上部的预应力波纹管相连接，并将管引至罐外；如果檐梁顶部防水措施有渗漏水的话，可以利用PVC 管有效地将水引流至罐外，起到有效的双重防水保险。现场实际应用效果如图5、图6 所示。

3.2.2 罐顶接管及人孔防水措施

由于内罐焊接作业粉尘、烟尘大，为保证罐内空气质量，为工人营造一个健康良好的工作氛围，需要做好通风措施，在穹顶接管口和人孔口接有轴流式风机。风机正常情况全天开机，但是遇到雨天时为安全起见就需要关闭风机，这样雨水就有可能顺着接管和人孔进入罐内。为做好此处的保冷工程防水防潮措施，特设计改造了风机帽，风机帽设计设计如图7 所示。

图4 罐顶檐梁顶部竖向预应力锚座处防水措施示意图

图5 罐顶檐梁顶部锚座防水措施效果

图6 大小门洞处防水措施效果

图7 风机帽设计示意图

风机帽采用δ=2mm 厚的钢板切割、卷制、焊接而成，然后焊接在风机上，使风机和风机帽留有200mm 空间，方便气流畅通。设计这样的风机帽既可以满足罐内施工环境空气质量，又可避免雨天风机运转雨水进入罐内，达到两全其美效果。现场实际应用如图8 所示。

图8 罐顶接管及人孔风机帽应用效果

3.3 大、小门洞处防水防潮措施

大小门洞是材料运输，人员、车辆进出以及通风通道，同时是保冷工程防水防潮难度最大、最关键的地方。

外罐罐壁大、小门洞外侧用δ=3mm 钢板制作防雨棚，其制作尺寸应满足运输施工材料车辆及汽车吊进出罐内。防雨棚与外罐预埋锥形螺杆及与内罐埋件连接并焊接以固定，防止其受台风等毁坏。防雨棚安装导轨门，便于开、关门防雨。大、小门洞防雨措施如图9 所示。

图9 大小门洞防水措施示意图

防雨棚两边各设置一个通风口弯头以便在下雨天所有风机运转情况下不至于将雨水从门缝倒吸进罐内。防雨棚与外罐壁间缝隙用两层SBS 防水卷材烤熔粘牢密封，再用沙袋压住，这样可以避免雨水顺罐壁流入罐内保冷结构，起到良好的防水作用。经过实践证明，防雨棚可以经受住台风正面袭击，起到了很好的防水效果。现场实际应用如图10 所示。

图10 LNG储罐大、小门洞外防雨棚防水措施应用效果

现场施工预留大、小门洞，罐外设置大、小门洞防雨防砸棚，门洞处仍然是防水关键部位。由于门洞内侧保冷结构已经施工完成，需要做好成品保护及防水措施。热角保护系统底部凹槽采用荷载木板平铺，SBS 防水卷材烤熔粘结在衬板埋件和二次边缘底板上，这样既可以做到成品保护又可以起到防水效果，即便大、小门洞漏水也可以防止水分进入保冷结构，如图11 所示。

图11 大小门洞内防水措施示意图

3.4 罐内防水防潮措施

我国大型LNG 储罐一般都建在临海区域，多潮湿多雨，同时罐内和罐外存在很大温差。罐内和罐外形成很大的温差时，罐内水蒸汽凝结成水珠顺着外罐罐壁衬板流淌，可能进入保冷结构，为保证现场保冷工程的施工质量，需做好防水防潮措施。

在进行罐底边缘区域保冷工程施工时，为防止由于温差所致衬板上凝结水珠进入保冷结构，在完成低温环梁外侧保冷砖施工后，需将铺设的防潮垫延长烤熔粘牢在衬板上50mm 高度，罐内边缘防水防潮措施如图12 所示。

图12 罐内边缘防水防潮措施示意图

现场实际应用此措施起到很大作用，尤其在雨季及昼夜温差大的施工环境中。16×104m3/ 台LNG 储罐是外罐内径82m，高47m 的大容器与外部环境容易形成很大温差，外罐衬板出现凝结水珠则沿衬板顺流进入保冷系统内部，后果会影响储罐保冷绝热性能。现场实际应用如图13 所示。

罐底保冷工程施工过程中，每铺设安装一定范围保冷砖后应尽快将防潮垫铺好，以免潮气进入保冷结构，最顶层防潮垫必须搭接铺设，搭接量不小于75mm，火烤粘牢。

罐底保冷工程顶面浇筑混凝土找平层或低温环梁之前，应在防潮垫上部铺一层聚乙烯薄膜，防止混凝土水分进入保冷结构。

图13 LNG储罐热角保护底部防水措施应用

LNG 储罐保冷绝热关键在于完善的设计、合适的材料选择和严格的施工方法。储罐的绝热设计不好、选择材料不合适或施工不良、防水措施和成品保护不到位等原因，都会使绝热结构出现裂纹、间隙等，从而罐体局部产生脆性裂纹损伤，因此掌握材料的特性也是很重要。

1 顾安忠.液化天然气技术手册.北京：机械工业出版社.2010.1

2 全球LNG 接收站统计[ J ].国际石油经济,2009(6).

3 李楠.保温保冷材料及其应用[M].上海科学技术出版社,1985.

4 丁乙,彭明.全容式LNG 储罐绝热性能及保冷系统研究.天然气工业.2012.32(3)：94- 97.