LNG罐透冷原因分析及处理

陕西化建工程有限责任公司 陕西 712100

1 LNG储罐透冷现象

某现场1000m3LNG罐(如图1所示)采用内罐吊顶、外罐拱顶的双壁单容罐,双壁低温储罐主体试压合格后进行环形空间保冷层的施工。由于甲供潜液泵未到货,内罐外壁弹性纤维毡施工完成后搁置近一年时间才进行储罐环形空间膨胀珍珠岩的填充,当时保冷公司对部分脱落的弹性毡进行了修复,膨胀珍珠岩填充合格。在储罐预冷过程中发现:罐内预冷至-60℃时,罐环形空间底部四个温度计中,A点与其他三个数据差异较大(A点:-15℃,其他为2℃);随着持续进液氮,A点温度随罐内温度持续下降,当内罐温度达到-160℃时,A点温度也达到-60℃,其他三点为-2℃左右,此时外罐罐壁发现有结霜现象,直径约420mm。考虑有膨胀珍珠岩未填充实的可能,用锤敲击外罐结霜部位,但没有效果。内罐恒温-160℃3d左右发现A点温度最低降至-72.1℃,其余三点及外罐内壁板距离最近的测温点也出现降温,温度为-16℃左右。储罐透冷位置如图2所示。

图1 低温罐结构形式示意图

图2 储罐透冷位置示意图

2 透冷原因分析

经大家分析认为造成透冷的原因有两个:一是内罐底板焊缝或母材在低温状态下产生裂纹、砂眼等缺陷;二是弹性毡单独悬挂时间较长,虽在填充珍珠岩前进行过修复但也不能保证处于临界状态的弹性毡不再脱落。若弹性毡脱落在氮气管、支架等处架空,造成局部珍珠岩填充不实,那么此处温度计显示会不正常,且导致冷气传递到外罐壁形成结霜现象。这两种原因更倾向于第二种,理由如下:

(1)内罐恒温-160℃ 3d A点温度最低降至-72.1℃保持不变,说明此时冷传递处于平衡状态。若内罐发生泄漏,A点温度会逐步下降并与罐内液氮温度一致。说明储罐环形空间能量是通过一定介质传导的,而非冷源本体泄漏导致。

(2)储罐外罐壁发生结霜部位刚开始呈圆环形,说明环形空间冷量传递过程中,导热系数不一,分析可能出现空腔。

(3)从储罐外壁结霜部位分析其环形空间内部结构,此标高范围内安装有氮气管、支架以及温度计支架等结构件,若弹性毡脱落,为形成空腔创造了有利的条件。

3 处理

为了保证储罐透冷现象完全消除,现场分别对内罐及环形空间进行了详细检查。

3.1 内罐检查

内罐检查包括内罐底板搭接焊缝抽真空试验、着色探伤;结霜部位90°范围内的大角焊缝着色探伤、第一带壁板纵缝着色探伤以及有异议的母材着色探伤等。经检查,未发现缺陷,内罐检查合格。

3.2 环形空间保冷层检查

在储罐外壁板结霜部位火焰切割开DN150的孔,发现2.2*0.7*0.4m3的空腔,经检查是弹性毡脱落搭在氮气管上形成的,这么大空腔顶部弹性毡厚度可想而知,示意图见图3。

3.3 修复方案确定

图3 保冷层弹性毡脱落示意图

根据现场发现的问题,专家提出两种修复方案,一是清罐扒砂,二是开孔掏毡。第一种方案可以彻底消除环形空间膨胀珍珠岩不密实的问题,但是投入成本高、工期长。第二种方案操作简便、投入成本低,但是清除弹性毡以及膨胀珍珠岩密实度等合格标准界定存在一定难度。

经过综合分析,鉴于弹性毡在设计中主要作用是吸收内罐热胀冷缩量,其导热系数为＜0.04w/（m2K）,与膨胀珍珠岩接近,局部掏毡后,膨胀珍珠岩会自由下落填满空腔,对储罐整体保冷效果及使用没有任何影响,所以最终决定用方案二进行处理。

3.4 修复过程注意事项

开孔修复关键问题首先在于确定开孔位置,在确定不损坏罐内夹层仪表的情况下,在外罐结霜部位开孔。

其次是如何控制夹层中的膨胀珍珠岩流出及流速。储罐开孔前,须在预开口处临时焊接闸板,避免开孔后,膨胀珍珠岩喷流而出,同时也是在处理好脱落弹性毡后及时把控膨胀珍珠岩流出量的重要手段。

再次是封孔焊接。焊口必须充分打磨,防止壁板变形,焊缝检测达到设计要求。

最后是膨胀珍珠岩填充及管壁振捣。应保证膨胀珍珠岩的密实度,完全消除储罐夹层空腔。

3.5 修复结果

整修完成后,对储罐进行预冷进液等工序,储罐外表结霜现象已消除,A点温度与其他三点温度相近,储罐保冷效果良好,达到了生产要求。