在役LNG储罐珍珠岩沉降超限成因及解决方案探讨

18膨胀珍珠岩是天然玻璃质火山岩矿石在现场快速加热后
形成的多孔绝热材料，因其密度低、冷隔热性能好等特点，被广泛应用于LNG储罐环形空间之中。

随着LNG储罐投用时长的不断累加，国内多个LNG储罐的外罐上部墙体出现了因珍珠岩沉降变形超限导致的“湿痕”、“青苔”、“结露”等典型漏冷现象，给LNG储罐的高效、安全运营造成带来了诸多不良影响。

基于此，本文对在役LNG储罐珍珠岩沉降超限的成因进行了系统分析，并从设计、采办、施工等角度给出了相关建设性意见。

一、膨胀珍珠岩变形原理
膨胀珍珠岩是一种颗粒状堆叠结构，在生产过程中，易受内罐预冷收缩、自身重力作用对下部膨胀珍珠岩施加重力荷载，从而造成变形沉降。

在正常工况下，膨胀珍珠岩与内、外罐结构的动态耦合作用分为三步：（1）膨胀珍珠岩初填振捣完成，压缩罐壁弹性毡并对内罐产生侧压力。

（2）内罐预冷收缩，环形空间加大导致膨胀珍珠岩再沉降。

（3）储罐空罐引发内罐回弹，膨胀珍珠岩压缩罐壁弹性毡并增大侧压力的施加。

最终形成动态平衡。

在高频率储罐装卸运行、罐外动设备振动的运行工况影响下，会加速膨胀珍珠岩向下压实，沉降变形进一步加剧，直至侧面膨胀珍珠岩的厚度减小或与吊顶上方形成联通空间，LNG 储罐绝热环境被破坏。

如图1。

a）沉降变形前 b）沉降变形超限后
图1 珍珠岩变形沉降示意图
二、膨胀珍珠岩变形超限成因分析
截止目前，国内已有中石油、中石化、中海油等多个LNG 接收站在役储罐的外罐壁上部均出现了不同程度的漏冷迹象。

究其原因，主要体现在以下几个方面：（1）自然沉降：内罐预冷收缩，是导致膨胀珍珠岩沉降的首因；（2）施工管控：膨胀珍珠岩首填时，施工过程控制不严，膨胀珍珠岩振捣时间和振实密度未达到施工要求（振捣时间应不小于5分钟，振实密度应在48–65kg/m3）；（3）动设备振动：储罐在正常运行中进出液及动设备产生的振动，将使得膨胀珍珠岩密实度增大，导致膨胀珍珠岩产生沉降；（4）操作因素：储罐运行时间越长，储罐进出液频率高、罐内压力长期处于高位等操作运行因素，使得膨胀珍珠岩进一步压实，膨胀珍珠岩高度不断下降；（5）设计缺陷：珍珠岩挡板变形或坍塌，导致部分膨胀珍珠岩从顶部进入吊顶；环形空间弹性毡大面积撕裂，导致珍珠岩出现局部塌落。

三、对策与建议
1.对设计的建议
（1）自然沉降是导致膨胀珍珠岩沉降的首要因素。

建议设计时为首次填充预留足够的膨胀珍珠岩填充量，把内罐预冷收缩考虑在内。

（2）在外罐内侧吊顶标高处设置8个温度监测点或内部窥镜，实时监测储罐外罐内侧温度、漏冷数据，为判定膨胀珍珠岩沉降严重程度及是否进行补填提供依据。

（3）在吊顶最外侧拉杆处加密布置斜支撑（或加厚斜支撑规格），以增大膨胀珍珠岩挡板抗侧压能力。

（4）优化膨胀珍珠岩挡板侧玻璃布设计，如加厚一层或用钢丝进行绑扎等，防止其大面积撕裂。

（5）优先考虑LNG储罐罐内管线与维修梯一体化系统，通过减少泵井与内罐连接，进而降低罐内动设备振动带来的不良影响。

（6）将膨珍珠岩灌注入口的布置点向LNG储罐外边缘调整，确保膨胀珍珠岩灌注口位于环形空间上端（非吊顶上方），提高开罐测量补填高度的准确性。

2.对采办的建议。

加强采办过程环节管理，尽量选择经验丰富、有良好业绩的珍珠岩原矿供应商，确保材料符合设计建造的要求。

3.对施工的建议。

建议加强膨胀珍珠岩施工质量。

如严格控制珍珠岩填充振捣过程、振实装置选型合理、振实密度符合要求，监督施工分包商填至珍珠岩填充口下侧为止，建议总包商实行24小时旁站监督制度。

四、结语
膨胀珍珠岩沉降是一个逐步发展和延伸的过程，虽不会马上给储罐的安全生产运营产生恶劣影响，但若不及时补救，会因温度差异性分布加快储罐外墙混凝土开裂、外墙衬里不均匀变形，增加外墙混凝土脱落及内部钢筋腐蚀失效的风险，从而降低储罐的安全性、适用性及耐久性，大幅缩短储罐运行寿命。

目前，国内已有中石油、中石化、中海油等多个LNG接收站在役储罐的外罐壁上部均出现了不同程度的漏冷迹象。

但仅有中海油大鹏LNG、珠海LNG、福建LNG快速采取了珍珠岩补填行动，执行效率较低。

因此，笔者建议业主单位重视该问题的发展。

若发现隐患，尽量第一时间委托专业团队进行储罐安全性评测，以确保LNG储罐的平稳运行。

参考文献：
[1]刘港. 考虑珍珠岩变形的LNG储罐热应力分析 [D]. 哈尔滨工程大学, 2017.
[2]扬帆,张超,屈长龙,段品佳. 大型LNG储罐现场珍珠岩膨胀填充技术 [J]. 煤气与热力, 2015,35(278).
[3]童文龙,田连军,傅诚铁,钟海. 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.
在役LNG储罐珍珠岩沉降超限成因及解决方案探讨黄　欢　刘　洋　张博超 中海石油气电集团有限责任公司
【摘　要】珍珠岩沉降变形超限是影响LNG储罐高效、安全运营的“慢性病”。

本文通过系统分析在役LNG储罐膨胀珍珠岩沉降变形的机理，得到了造成膨胀珍珠岩超限变形的原因，并在设计、采办、施工等方面给出了建设性意见。

【关键词
】液化天然气；储罐；珍珠岩；沉降；漏冷。