【论文精选】大型LNG储罐珍珠岩在线填充技术实践
【论文精选】大型LNG储罐珍珠岩在线填充技术实践
GAS-HEAT1978
《煤气与热力》始于1978年，创刊于1981年，中国核心期刊，中国土木工程学会燃气分会会刊。筛选燃气供热行业最有价值的技术信息，新闻分类整理、政策标准、热点讨论、投稿查询、论文检索、写作指导、编委风采、精品会议……
官网注册后
http://www.gasheat.cn
免费下载论文
作 者： 詹冬冬，景佳琪，陈军，魏念鹰，周华
第一作者单位：国家管网集团大连液化天然气有限公司
摘自《煤气与热力》2022年4月刊
参考文献示例
相关推广
LNG储运设备
1 概述
大连 LNG 接收站投运 9 a 以来， 3 座全包容式预应力混凝土吊顶储罐（有效容积为 16 × 10 4 m 3 ，设计压力为 -0.5 ～ 29.0 kPa ，设计温度为 -170 ～ 60 ℃）出现不同程度的罐壁膨胀珍珠岩（以下简称珍珠岩）不均匀沉降现象。珍珠岩作为 LNG 储罐 保冷的关键材料，填充于储罐环形空间和罐顶处。为避免今后对接收站的安全平稳运行造成影响，在保证正常工艺生产运行的基础上，对 3 座 LNG 储罐进行珍珠岩在线填充施工，需要在储罐环形空间填充 700 mm 厚的珍珠岩。
2 LNG 储罐珍珠岩沉降原因、现象和影响
①沉降原因
LNG 储罐运行时间的积累、操作压力和液位的波动、内罐冷缩变形、罐内设备启停及卸料引起的振动等都会导致储罐珍珠岩出现不同程度的不均匀沉降，影响储罐保冷层的保冷效果 ［ 1 ］ 。
②现象
储罐部分外表面出现不均匀结霜和泛青现象。
③影响
一方面影响储罐内壁结构强度，另一方面使 LNG 储罐蒸发率升高，接收站运行能耗增加。
3 LNG 储罐珍珠岩在线填充施工
与 LNG 储罐建设期珍珠岩填充施工相比，珍珠岩在线填充施工对工艺运行安全和施工质量的把控要求更高。建设期珍珠岩填充只要保证珍珠岩质量良好、施工现场通风干燥和振捣系数合格即可。而珍珠岩在线填充还要求不能影响接收站特别是 LNG 储罐的正常运行，对施工技术的要求更为严格。 LNG 储罐珍珠岩在线填充系统见图 1 。
图 1 LNG 储罐珍珠岩在线填充系统
1. 氮气气源接口 2 、 6 、 7 、 10 、 14. 调节阀 3. 减压阀 4. 压力表 5. 启动控制箱 8 、 9 、 11 、 18. 电磁阀 12. 压力变送器 13. 下料阀 15 、 16. 球阀 17. 装料孔 19. 测氧仪 20. 观察视镜 21. 输送管道
3.1 珍珠岩在线填充流程
①施工准备
施工之前，清理作业区域杂物，完成储罐珍珠岩填充作业危害风险分析。施工作业人员应具备操作资质，同时接受厂区安全教育培训并考试合格。消防设备设施按照要求摆放到位，设备临时用电安装到位。填充时所用氮气气源及连接管道安装到位，完成气密性测试和含氧量检测（氧体积分数≤ 1% ），备足填充口密封垫片、螺栓、螺母。同时根据热成像检测结果，计算出每座储罐需要填充的珍珠岩，理论计算总量，购买足够的珍珠岩，运至作业现场。
②设备安装
使用两台 25 t 吊车将物料输送设备（图 1 中氮气气源接口至物料输送罐的设备）平稳放置于 LNG 储罐一侧的平整地面上，并将物料输送设备采用钢丝绳固定，做好防静电接地处理。将输送管道（软管）、所需配件、专用工具运至 LNG 储罐顶部，将输送管道沿储罐阶梯逐步放至地面，与物料输送罐连接，做好输送管道的固定，安装后完成气密性测试。将氮气气源接口连接至物料输送设备，连接物料输送设备的防爆电控箱至现场电源。
③球阀安装
储罐罐顶各填充口处需定制专用球阀，满足输送管道与填充口连接的需要。球阀安装前，需要清理填充口盲板和螺栓，在保证没有天然气泄漏的情况下，将原螺栓对称两两更换成填充口专用螺栓，然后在密闭的专用工具内完成盲板拆除和球阀安装。
④氮气置换
整个珍珠岩在线填充过程，氮气起到重要作用，一是对物料输送设备及输送管道进行吹扫置换，保证含氧量及露点要求；二是作为将珍珠岩输送到 LNG 储罐的动力源。
如图 1 ，将珍珠岩通过装料孔 17 装入物料输送罐后，确认球阀 15 关闭，通过启动控制箱 5 ，电磁阀 8 、 9 、 11 、 18 自动打开。依次手动打开调节阀 2 ，减压阀 3 ，调节阀 6 、 7 、 10 、 14 ，球阀 16 。对物料输送罐及输送管道进行氮气置换，要求置换后物料输送罐及输送管道内的氧体积分数不大于 1% ，露点不高于 -20 ℃。置换合格后，关闭上述所有阀门。
⑤物料填充
如图 1 ，通过启动控制箱 5 ，开启调节阀 2 、减压阀 3 、调节阀 6 、电磁阀 8 ，充入氮气给物料输送罐充压至 0.1 MPa ；同时打开调节阀 10 、电磁阀 11 使输送管道升压到 40 kPa 。然后打开下料阀 13 ，罐顶操作人员同步打开球阀 15 ，将珍珠岩由填充口逐渐输送至储罐环形空间。每座 16 × 10 4 m 3 的储罐有填充口 48 个。计算得到每个填充口需要填充的珍珠岩理论计算量，为填充准确，分 2 次填充。第 1 次，每个填充口填充珍珠岩理论计算量的 80% ，防止填充的珍珠岩超量冲出挡墙，同时做好记录。第 2 次填充剩余的 20% 。在整个填充过程中，基于输送管道上的压力变送器 12 ，设置输送压力范围为 30 ～ 60 kPa ，超出该压力范围，系统自动停机。一方面防止输送压力过高，导致输送速率过大而增加珍珠岩的破碎量，影响储罐保冷效果，同时输送压力过高易造成环形空间的粉尘进入 LNG 内罐；另一方面防止输送压力过低，导致 LNG 储罐 的 BOG 溢出进入输送管道。
⑥填充高度测量
完成珍珠岩填充后，依次在每个填充口安装高度测量装置，测量实际填充高度，做好记录。整个高度测量过程需确保 LNG 储罐的 BOG 不外泄，同时要求 LNG 储罐的罐内压力保持稳定。
⑦填充口盲板恢复
此操作同样要求维持罐内压力稳定，拆除输送管道及球阀 16 ，通过专用工具拆除球阀 15 ，恢复填充口盲板。
3.2 珍珠岩在线填充过程控制难点
①珍珠岩在线填充安全等级要求高，罐内充满低温 BOG ，在线填充时需防止氧气、水分等随珍珠岩进入储罐，还要防止低温 BOG 排出罐外，造成冻伤和发生爆炸。
②在线填充时，储罐内外压差大，容易造成珍珠岩飞散，颗粒破碎，降低保冷性能，使填充质量不受控制；压差过小，容易导致珍珠岩堵塞输送管道。
③储罐压力过低，存在放空风险；储罐压力过高，作业过程中罐内 BOG 容易泄漏 ［ 2 ］ 。
④在线填充时，由于设备设施的老化以及 LNG 储罐冷缩，会导致珍珠岩进入 LNG 储罐 内部。
3.3 珍珠岩在线填充对关键设备运行的影响
在 LNG 接收站气化外输系统中，主要设备高压泵和 BOG 压缩机的入口处均设置了过滤器，以保证进入设备的介质符合要求。
据生产运行情况统计，在储罐珍珠岩在线填充作业过程中，现场运行的高压泵和 BOG 压缩机入口过滤器切换清理比以往更加频繁。清理入口过滤器发现，过滤器的堵塞物中出现了许多珍珠岩颗粒，属于典型的杂质附着物堵塞。
由于珍珠岩在线填充施工时受诸多因素影响，任何一方面控制不好都易使珍珠岩进入 LNG 储罐，造成携带珍珠岩颗粒的 LNG 或 BOG 通过低压输送系统或 BOG 处理系统进入下游运行的高压泵或 BOG 压缩机。随着设备连续运行，珍珠岩颗粒不断累积，将导致入口过滤器堵塞和频繁切换清理，对 LNG 接收站的安全平稳运行产生一定影响。
3.4 珍珠岩填充后的效果
填充完珍珠岩的储罐正常投运一段时间后，储罐局部结霜和泛青现象消失。计算得到储罐日蒸发率 ［ 3-5 ］ 为 0.033% ，低于设计值 0.05% 。说明珍珠岩填充后，储罐保冷效果明显。
4 珍珠岩在线填充优化建议
①保证质量
一方面保证珍珠岩的膨胀系数、吸水性等指标以及矿品质量等级符合要求；另一方面控制在线填充施工的质量，确保填充设施的置换标准，用于置换和珍珠岩输送的氮气气源符合氧体积分数不高于 1% 、露点不高于 -20 ℃的参数要求。
②控制填充速率
控制填充压差的稳定，尽量减小填充速率，减少珍珠岩的飞散，防止填充速率过大造成珍珠岩破碎量增加。控制好珍珠岩的输送压力，防止因输送压力过大造成粉尘进入内罐。计算得到每个填充口需要填充的珍珠岩理论计算量，分 2 次填充，第 1 次每个填充口填充珍珠岩理论计算量的 80% ，防止珍珠岩超量冲出挡墙。第 2 次填充剩余的 20% 。
③稳定罐压
在填充口进行球阀及盲板的更换作业、填充高度测量以及珍珠岩填充全过程，通过工艺阀门的控制，保证 LNG 罐压维持稳定，为稳定的填充压力提供基础，且防止填充设备意外停机时 BOG 溢出进入输送管道，带来隐患。
④做好监控
LNG 接收站工艺操作人员需要做好储罐、 BOG 压缩机、高压泵等设备的压力、压差、温度等运行参数的监控，若出现高压泵、 BOG 压缩机入口过滤器压差快速增大，或者储罐压力波动等问题时，立即停止填充作业，认真检查，分析出现问题的原因，解决后继续填充。
⑤设备升级
向物料输送罐添加珍珠岩的过程仍是人工控制，希望相关厂家能够研究集物料添加、管道置换、高度测量、填充喷头等为一体的自控套装设施，能更好地控制在线填充作业质量，也能减少储罐打开及压力不平衡的作业风险。
参考文献：
［ 1 ］彭明，丁乙 . 全容式 LNG 储罐绝热性能及保冷系统研究［ J ］ . 天然气工业， 2012 （ 3 ）： 94-97.
［ 2 ］童文龙，田连军，傅诚铁，等 . 大型 LNG 全容储罐珍珠岩在线填充分析与实践［ J ］ . 天然气与石油， 2019 （ 1 ）： 87-93.
［ 3 ］金明皇，许克军，程松民，等 . 大型 LNG 储罐静态日蒸发率的计算方法［ J ］ . 油气储运， 2016 （ 4 ）： 386-390.
［ 4 ］胡文江 . 16 万立 LNG 储罐静态蒸发率测试分析［ C ］ // 中国石油学会 . 第二届中国液化天然气储运技术交流会论文集 . 北京：石油工业出版社， 2016 ： 199-202.
［ 5 ］胡小波，魏玉迎 . 大型全容 LNG 储罐 BOR 测试方法与计算［ J ］ . 油气储运， 2012 （增刊 1 ）： 4-8.
（本文责任编辑：林国真）
大型LNG储罐现场珍珠岩膨胀填充技术
维普免费下载《煤气与热力》论文（现刊和过刊均可）
日前，《煤气与热力》杂志社有限公司在维普网站 http://cqvip.com/ 开通论文免费下载服务，论文刊出后两个月后，可在维普网站查询，并直接免费下载。在维普网站 免费下载《煤气与热力》论文 步骤如下：
1. 在维普网站注册会员。
2. 搜索出《煤气与热力》论文，点击进入。
3. 论文免费下载界面截图见上图。点击“免费下载”，可直接下载该论文。
声明：本文著作权（版权）归《煤气与热力》杂志社所有，严禁任何微信号及媒体未经授权许可随意转载。 PS: 当然欢迎大家转发到朋友圈！
更多论文请登录煤气与热力杂志官方网站，免费注册会员阅读电子期刊。阅读步骤：登录http://www.gasheat.cn/→页面右上角注册会员→注册成功后点击《煤气与热力》→期刊索引→点击某期期刊封面即可阅读当期文章。