LNG 加气站用低温液体贮罐的定期检验

2022-07-09蒲贵明牛广旭

甘肃科技 2022年3期

蒲贵明,牛广旭,王伟

（甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730050）

1 概述

随着天然气重卡数量的不断普及，LNG 加气站也在呈递增趋势，低温液体贮罐作为LNG 加气站内的主要特种设备，其能否安全有效运行，直接关乎到作业人员的实际人身安全和企业的综合经营收益，一旦在使用过程当中发生特种设备安全事故，将会给企业的运营以及周边地区带来巨大的伤害[1]。因此按照《特种设备安全法》及TSG 21—2016（固定式压力容器安全技术监察规程）的规定，认真开展LNG低温液体贮罐定期检验以及安全等级评定工作，显得十分必要。

本研究以甘肃省境内某LNG 加气站内的一台60 m3低温液体贮罐作为检验对象，对其进行了全面的定期检验，以评判其安全性和稳定性。

2 LNG 低温液体贮罐基础知识介绍

要想准确快速地检验出承压类特种设备所存在的危险源，首先，需要了解待检验设备的结构特点和设备类别等信息，熟知其工作原理；其次，要充分了解设备所盛装介质，分析其可能存在的损伤模式及失效形式；最后，了解待检设备的工作环境及运行状况，是否有过重大维修或改造记录等，全面掌握设备当前状况。基于上述3 点，即可有针对性地制定检验方案。

LNG 加气站用低温液体贮罐的工作介质为液态天然气，其为一种无色、无味、无腐蚀性、易燃的液态流体。主要成分为甲烷，在大气压下，其沸点为-161.45 ℃，临界温度为-87 ℃。考虑到液态天然气的储存方式，通常是将气态的天然气降温至临界温度以下，再施加一定的压力至临界压力以上进而得以液化储存[2]。在极度低温条件下储存，容器材料的合理选用则显得格外重要，低温冲击强度低是众多材料的软肋，能满足这一特点且经济实用的材料，目前当属于奥氏体不锈钢。要持久地使奥氏体不锈钢的工作温度保持在超低温状态，设计上通常是将低温液体贮罐设计成双层夹套结构，其中内筒材料为奥氏体不锈钢，外壳材料则为普通的碳钢，夹套中间抽为真空，再施加一定的隔热材料，即可有效阻断内筒向外筒及室外环境散热，使设备持久保持在原始工作温度。由此可知，LNG 低温液体贮罐的主要失效形式为夹套真空度失效，室外环境温度通过夹套内气体的热传导及热辐射，使得内筒不断吸热，液态天然气温度不断上升，进而使内筒压力急剧增大而引发爆炸。

3 LNG 低温液体贮罐安全检测项目

3.1 LNG 低温液体贮罐结构

本次需要检验的低温液体贮罐采用卧式双层夹套结构，夹套内填充真空绝缘粉末，这种粉末具有较低的导热效率，可以极大程度上减少气体的传热功能，削弱辐射作用，使得内部温度达到一定的控制等级，从而提高LNG 低温液体贮罐的绝热效果。其主要材质及技术参数见表1。

表1 LNG 低温液体贮罐的主要技术参数

3.2 一般资料审查

在技术资料审查过程当中，要详细对低温液体贮罐的设计图纸、设计单位资质、设计相关强度计算书、压力容器监督检验证书、制造单位资质、压力容器质量合格证明资料、压力容器安装竣工资料、压力容器注册使用登记证等相关数据与文件，进行审查。并配合容器使用说明书、接地、避雷装置、压力容器使用单位安全运行制度守则、运行记录、安全操作规范守则、应急救援方案等，进行相关的资料审查与分析，掌握容器的制造及使用过程中的薄弱点。对于非首次定期检验的压力容器，还应审查上次定期检验报告及年度检查报告，对以往检验报告中存在的检验问题记载做出详细记录，并作为本次检验的重点附加检验项目。

通过技术资料审查发现，该加气站未按照规定定期对LNG 低温液体贮罐进行年度检查，其他相关技术资料相对比较完整，其运行管理制度相对比较到位，具有较强的可操作性。

3.3 外部宏观检测

主要是对宏观外表的完整性程度和容器结构形式进行检测和分析，包含：①检查罐体表面油漆老化程度、名牌标识、表面裂纹、凹陷、划痕、腐蚀、机械损伤等物理损伤情况；②查看罐体外表面及罐体与进、出管道连接部位是否出现化学结霜、“冒汗”现象及漏气情况等；③检查焊缝平整程度、磨损情况，包括容器几何尺寸检验；④查看罐体与地面连接部位是否存在下沉、倾斜、紧固螺栓腐蚀、开裂松动等现象；⑤查看容器结构形式、焊缝布置形式、排放装置的设置等，是否符合标准要求。

经过宏观检验，发现该低温液体贮罐部分罐体表面油漆有轻微老化并剥离分层，分层下外壳本体存在大气腐蚀。

3.4 真空度检测

真空隔绝是保护LNG 低温液体储罐内部低温状态的最关键技术，只有保障真空度要求，才能提高内部绝热容器的安全性能，延长罐体使用寿命。罐体夹层上安装有真空测试装置的，在定期检验时需要检验夹层的真空度，在进行真空度检测过程当中，要按照相关的压力容器真空仪检测设备、压力传感设备，进行相关的判断。在TSG 21—2016（固定式压力容器安全技术监察规程）中，对于固定式真空绝热压力容器的真空度检测又做出规定[3]，其有效参考值见表2。LNG 低温液体贮罐外壳夹层一般都设有永久性金属真空规管，因此可采用直接测量的方法进行真空度检测。

表2 固定式真空绝热压力容器真空度

由于此贮罐在检验时罐内装有介质，检验中使用型号为NTS-4046DV 的手持式热偶真空计进行测量，开启真空计，等待5 min 后，数据保持稳定，测得其真空度为8 Pa，检测结果符合表2 的规定要求。

3.5 安全附件报告审查

LNG 低温液体贮罐设置的安全附件有安全阀和压力表。通过现场察看得知：①容器本体设有2 个安全阀，其型号为22DA-40P，整定压力为1.25 MPa，略高于工作压力，能起到有效的安全保护作用；②容器本体设有1 个压力表，型号为YON-100 BF，量程为0～2.5 MPa，精度为1.6 级。上述安全附件及仪表均在校验有效期内，满足大容规中对安全附件的检验要求。

3.6 外壳壁厚测定

考虑到该LNG 低温液体贮罐长期处于室外环境，其外壳大气腐蚀可能会引起外筒壁厚腐蚀减薄，进而降低外壳承受外压的强度，因此需要对外壳壁厚值进行抽样测定。其中，外壳封头最小壁厚为8.41 mm，筒体最小壁厚为10.12 mm，其有效厚度符合设计及腐蚀裕量要求。

3.7 外壳焊缝表面无损检测

对于LNG 低温液体贮罐来说，外壳上只要出现轻微的泄露，其夹层真空度则无法得到保证。因此，对外壳上易出现缺陷的纵、环焊缝丁字口位置，进行表面磁粉无损检测，是低温液体贮罐安全运行的保证。经过磁粉检测，未发现可记录磁痕显示。

3.8 其他检验项目拓展

3.8.1 渗透检测

若容器内未装介质，容器本体和输送介质管道可处于常温状态，此时可对容器夹层与介质进、出口接管连接角焊缝处附加进行渗透检测，主要目的为排除罐体与接管连接处，因低温介质流动时冷热交换引起交变应力，进而产生角焊缝微小裂纹。

3.8.2 气密性检测

在条件允许的情况下，可对LNG 低温液体贮罐附加进行气密性试验，进而判断整个罐体的致密性。在试验前，首先需要做好准备工作，如试验前需要制定应急预案，并对整个试验过程做到有效安全防护，所有与罐体连接的管道阀门均应处于关闭状态。其次，要选择和容器相匹配的试验介质，由于贮罐内筒材质为奥氏体不锈钢，在选择试验介质时，要严格控制Cl-含量，可选择干燥、洁净的氮气或者空气作为试验气体，试验压力为该贮罐的工作压力。最后，在试验过程中，要仔细观察罐体及连接接管是否存在异常变形，罐体内是否发出异常响声，采用肥皂水或发泡剂涂抹在罐体与接管连接处、阀门、仪表等连接位置，观察有无漏气现象。

3.8.3 红外热成像监测

红外热成像的工作原理是将物体自身因表面温度不同而发射的电磁辐射波，通过某种特殊的电子装置收集并转换成人眼可见的图像分布，并以不同的颜色显示出可分辨的物体表面温度分布。对低温液体贮罐采用红外线成像监测可有效监控罐体与接管连接处、阀门、仪表等易泄露部位的温度突变，可在低温液体贮罐发生大面积泄漏前，快速、准确地发现异常，提前采取应急措施，防止特种设备事故的发生。此种监测方法，因需持续监控，成本相对较高，在条件允许的情况下，可推荐使用。