薄膜型LNG储罐结构与施工研究

薄膜型LNG储罐结构与施工研究

摘要：近些年，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢

的低碳经济模式，在国内得到了大力推广。液化天然气作为重要的清洁能源，在

生产及生活中被广泛应用。LNG接收站的建设与运营在我国还处在高速的发展期。LNG储罐用于存储LNG介质，为接收站中最为重要的设备。薄膜型LNG储罐在海

外已经得到了广泛应用，作为一种新型的LNG存储罐型，近年被引入到国内。

关键词：薄膜型LNG;储罐结构;施工

前言

近几十年以来，随着天然气液化技术的不断成熟，全球天然气消费量持续提升。大型偏远气田的天然气液化后可输送至管线无法到达的市场，已发展形成全

套产业链。作为液化天然气(liquef i ednaturalgas，LNG)产业链中不可或缺的存

储设施，也是LNG接收站建设投资最高、工期最长、技术最先进、难点最多的关

键环节，LNG储罐的技术发展备受业界关注。近年来，LNG储罐呈现大型化的发

展趋势，薄膜型储罐的优势逐渐凸显。文章将从国内外薄膜罐技术研究现状、薄

膜罐与全容罐对比及可行性分析等方面展开论证，以明晰其在国内的推广应用前景。

1LNG储罐的发展情况

LNG储罐的设计要确保三个主要功能：结构承载能力、气/液密性以及绝热。

结构承载力由外部预应力混凝土罐承担，气/液密性由一次薄膜和碳钢衬里(抗压

环及钢穹顶处)保证，绝热由波纹板和混凝土外罐之间的聚氨酯泡沫绝热层以及

安装在铝吊顶上的玻璃棉保证。和9Ni罐一样，储罐的所有平台、设备及管道和

仪表全部预留并支撑在储罐顶部，在储罐底部引导固定。薄膜型LNG储罐。按照

结构形式进行划分，LNG储罐有单容罐、双容罐、全容罐及薄膜罐四种。在早期

建设的储罐多为单容罐，从1985年以后，双容罐的建造数量增加。从2000年开始，各个国家全容罐的建设数量大幅增长，很少再建设单容罐和双容罐。目前国

内的大型LNG储罐均为全容罐。相比其他几种结构形式的储罐，薄膜罐的研发应

用较晚，其优势在于理论上罐容没有极限，可以设计出超大型储罐。近几十年来，随着设计和施工技术的不断进步以及相关材料的不断发展，大型储罐数量大幅增加，韩国KOGAS的SamcheokLNG接收站扩建项目的储罐容积达到了27万m3。目

前各个国家在建的LNG储罐项目中，容积在20万m3及以上的储罐所占比例越来

越大，LNG储罐正在向大型化不断发展。

2薄膜型储罐的发展及研究现状

最早的不锈钢薄膜系统是由一项挪威专利开发而来的，该薄膜系统采用了正

交的波纹薄膜。这些波纹薄膜应用褶皱形式，让薄膜对可能造成平面薄膜拉伸冷

热应力进行吸收。1964年，这种液体储罐系统获得了首个专利。该薄膜储罐最初

多见于LNG运输船上，后期慢慢转向陆基储罐。世界上第一座陆基薄膜储罐位于

日本根岸接收站，是容积为10万m3的地下罐，采用IHI技术，建于1971年。

20世纪90年代日本IHI、川崎重工和法国GTT等公司就已成功进行了20万m3

薄膜储罐的技术研发工作。1996年某国外机构在分别对薄膜型储罐和9%Ni钢全

容罐进行了性能测试后作出了质量风险评价。直到2006年，一些欧洲标准认可

了薄膜型储罐与9%Ni钢全容罐在安全性能方面同样可靠之后，薄膜型储罐才真

正得到了认证且批准。截至目前，LNG薄膜储罐已成为LNG行业近20年来除全容

储罐外另外一种市场占有率较高的罐型。在多个国家和地区已有近百座薄膜型储

罐建成，目前法国GTT、韩国KOGAS、日本IHI、MHI、KHI等多家公司，均有成

功建造陆上薄膜罐(含地下储罐)的工程业绩。自投产以来，韩国KOGAS的10座

10万m3薄膜型储罐、法国GDFSuez(现已更名为Engie集团)的2座1.2万m3薄

膜型储罐、日本TokyoGas的2座1.2万m3薄膜型储罐目前均正常运行，未出现

安全事故

3施工工艺

3.1施工流程

薄膜罐外罐和9Ni储罐外罐施工步骤相同。主要区别在于：根据内罐安装要求，外罐内壁为56边形，内侧的平整度、垂直度及圆度要求更高，多边形外接

圆折角处的垂直度等均不应大于内罐安装提出的精度要求。同时，应注意罐壁顶

抗压环也随罐壁内侧一样，为多边形，每块抗压环嵌在多边形角部，因此，就需

要下料精度更高，以免后期安装后抗压环之间焊缝宽度过大。防潮层及内罐安装

阶段，储罐内部的环境条件应确保防潮层、胶泥、绝热层和薄膜在安装期间，储

罐壁上不出现冷凝水。内罐系统的安装应当遵循以下顺序：

（1）水压试验前：①预应力全部张拉完成（临时门洞处除外）；②混凝土

内侧墙体的全面验收、记录，不满足内罐安装要求的，需要进行相应修补，整改。一般要求，混凝土所有基层的拉拔强度应≥防潮层的拉拔强度，即≥1.5MPa；③

防潮层施工。

（2）水压试验后：①水压试验结束后，应使用淡水彻底清洗储罐，并在开

始安装绝热板之前将其干燥；②基准线划线，在混凝土表面进行跟踪测量，以确

定面板的定位准确位置；③安装螺柱和垫片，以协助面板定位和粘接；④绝热板

的粘接：a.罐壁：三面体绝热板→二面体绝热板→标准绝热板（5m以下），b.承台：扇形绝热板→标准绝热板；⑤填充螺柱孔；⑥填充绝热板之间的接缝；⑦绝

热板之间接缝的密封安装（TPS位置处）；⑧罐壁5m处，不锈钢角板焊接，对热

角保护系统进行封闭；⑨5m以上绝热板安装；⑩次屏蔽层施工，5m以下内层绝

热板安装；⑪主屏蔽波纹板安装。

3.2材料临时存储

所有绝热材料应储存在封闭、通风干燥的地方，并应在其运至现场后，直到

需要安装时，对其进行防水和防紫外线保护。应保证存储的规范化，以确保绝热

材料和安装绝热材料的区域内完全没有水分。

4薄膜罐技术在国内推广的前景及思考

4.1设计

我国已具备全容罐设计能力，但在内罐和保冷设计方面薄膜罐和常规储罐的

设计方法大为不同，国内尚没有薄膜型LNG储罐设计的相关案例。在具备独立设

计能力前，需与其他已有薄膜罐设计经验的国际公司合作，逐步实现独立设计。