大型LNG薄膜罐施工期空调系统建设

赖建波, 常旭宁, 詹一鸣, 侯谨城, 姜 波, 郭保玲, 王佩广

(1.北京市燃气集团研究院,北京100011;2.北京燃气集团(天津)液化天然气有限公司,天津300163)

1 概述

LNG接收站在进口LNG过程中起着重要作用。2022年,进口天然气1 503×108m3,同比下降9.9%。其中管道气进口量627×108m3,同比增长7.8%,LNG进口量折合为标准参比条件下天然气约876×108m3,同比下降19.5%。由于我国沿海可利用的岸线逐年减少,新建LNG接收站的占地面积被进一步压缩,这就要求陆上LNG储罐折成单位占地面积的储存量必须增加[1]。国内LNG接收站已建成投运的LNG储罐多数为9%镍钢全容罐[2]。相较于9%镍钢全容罐,LNG薄膜罐采用金属薄膜内罐,内罐容积没有理论极限,在混凝土外罐尺寸相同的情况下,可比9%镍钢全容罐的有效容积大10%[3]。LNG薄膜罐外罐内壁面的防潮层涂刷和绝热板安装要求在一定的温湿度环境下进行[4],为此在内罐施工期间要建设一套空调系统,以提供施工所要求的环境条件。

2 薄膜罐施工环境要求

LNG薄膜罐主要由混凝土外罐、金属薄膜内罐、保冷结构、吊顶、外罐顶等组成[2]。以22×104m3的LNG薄膜罐为例,混凝土外罐内壁为正56边形,内切圆直径为86.7 m,外罐顶最大高度为57.2 m。金属薄膜内罐外接圆的直径为86.1 m,吊顶高度为43.5 m。薄膜罐保冷结构的厚度为310 mm,主要由防潮层和绝热板组成,绝热板采用加强聚氨酯泡沫材料。外罐内壁面的防潮层涂刷和绝热板安装要求的环境温度为15～30 ℃,相对湿度小于70%。

3 薄膜罐施工期空调系统方案

一般将空间高度大于5 m、体积大于10 000 m3的建筑定义为高大空间建筑。LNG薄膜罐完全符合高大空间建筑的特征。传统的高大空间建筑如体育馆、电影院、候机楼等,采用的气流组织有分层送风、置换送风、地板送风及碰撞送风,以满足建筑内部人员活动的舒适性[5]。不同于传统高大空间建筑的气流组织,LNG薄膜罐施工期空调系统主要是要满足外罐内壁面施工所要求的温湿度条件。

众所周知,大气在运动过程中冷空气下降、热空气上升。将空调机组放置于储罐内部,处理后的空气若仅依靠自然流动,冬季加热后的热空气可以从罐底上升到罐顶,但夏季冷却后的冷空气却难以到达罐顶。为了将空调机组处理后的冷空气送至罐顶,沿外罐内壁面设置竖直风管[4]。薄膜罐内竖直风管布置见图1,风管与外罐内壁面的距离为4 m。风管选用织物风管,由钢丝绳在储罐吊顶固定。

图1 薄膜罐内竖直风管布置

3.1 风管关键参数确定

风管关键参数包括风管进风量、静压、出风量、出风温度等。低密度材料织物风管,最小静压为20 Pa,中密度材料织物风管最小静压为40 Pa,高密度材料织物风管最小静压为50 Pa。风管采用底部静压箱送风,静压决定了风管的送风量。空调机组的选型与送风参数密切相关。整个空调机组的选型计算是迭代计算过程,空调机组选型计算流程见图2,计算结束条件是满足外罐内壁面的温湿度要求。

图2 空调机组选型计算流程

由图2,根据薄膜罐罐内的冬夏季负荷需求初步选择空调机组型号和数量,根据静压和罐内负荷需求初步选择送风管的直径、数量,选择风管送风口的型式和尺寸。确定上述参数后,给定初始的送风温度和相对湿度,计算风管送风到达外罐内壁面的温度和相对湿度,校核计算结果是否满足计算要求,若不满足,重新计算,直至满足计算条件为止。

3.2 风管送风口型式选择

纺织风管的送风口型式主要有孔口、喷口。孔口的直径为4 mm,喷口的直径为80 mm。送风距离指从送风口到气流速度为0.2 m/s的截面的距离。孔口的送风口静压为20～50 Pa,送风距离为3.0～12.0 m,喷口的送风口静压为80～200 Pa,送风距离为10.0～30.0 m。送风口送风距离见图3。

图3 送风口送风距离

由图3可以看出,在一定静压条件下孔口和喷口的送风距离满足风管至外罐内壁面的送风距离要求。多个孔口均匀分布在风管壁面,与喷口送风相比,孔口送风更加均匀,风管采用孔口送风能获得较好的送风效果[4]。

3.3 空调机组选择

薄膜罐施工现场要求空调机组结构紧凑、调节方便、安装简单。考虑到现场施工条件,空调机组选择屋顶式空调机组。屋顶式空调机组是一种单元整体式空调机组,多以模块化设计,组合方便,省去冷却水系统,占地面积小。另外,机组自带全电脑控制,自动化程度高,现场只需连接少量控制线和主电源即可。空调系统室外机布置在储罐外部,以空气作为冷热源。室内机布置在储罐内部。

4 工程应用

针对22×104m3的LNG薄膜罐工程项目,经计算,夏季冷负荷需求为2 175.6 kW,冬季热负荷需求为2 328.3 kW,建立薄膜罐空调系统见图4。储罐内部布置4台室内机,每台室内机对应2台室外机。每台室内机的名义制冷量为699.2 kW,名义制热量为730.3 kW。竖直风管直径为1 473 mm,送风口采用孔口。室外机现场布置见图5。

图4 薄膜罐空调系统

图5 室外机现场布置

罐内温湿度传感器布置见图6。温湿度传感器布置距离外罐内壁面0.5 m,距储罐底部分别为5、20、35 m,等角度布置6个温湿度传感器。如在距储罐底部5 m及距外罐内壁面0.5 m处等角度布置的温湿度传感器编号为1、4、7、10、13、16。其他与此相同。

图6 罐内温湿度传感器布置

在温度为33.9 ℃、相对湿度为55.0%的罐外环境条件下,采集2022年8月4日13:00—14:00数据,温湿度传感器采集的数据的平均值见表1。由表1可见,外罐内壁面不同高度空气的温度和相对湿度分布较为均匀,温度最高值为26.3 ℃,最低值为25.8 ℃;相对湿度最高值为60.4%,最低值为58.9%。由此可见,通过风管送风,外罐内壁面能获得较为均匀的空气温湿度,能满足施工环境要求。

表1 距罐底不同高度温湿度传感器采集的数据的平均值

5 结束语

LNG薄膜罐外罐内壁面的防潮层涂刷、绝热板安装要求在一定的温湿度环境下进行。因此,LNG薄膜罐施工期要建设一套空调系统以满足施工所要求的环境条件。将空调系统的室内机置于储罐内部,室外机置于储罐外部,室内机处理后的空气通过竖直风管送至外罐内壁面。风管采用孔口送风,能获得较好的送风效果。根据工程应用情况,该空调系统能提供满足薄膜罐外罐内壁面施工所要求的环境条件。