储罐结构与建造详解

由于全容罐具有更高的安全性，在LNG储存越来越大型化，并且对储存安全性要求越来越高的今天，全容罐得到更多的采用。

1.全容罐的结构

地上式全容罐一般为平底双壁圆柱形。与LNG直接接触的内罐采用镍的质量分数为9%镍钢，外罐为预应力钢筋混凝土，罐顶有悬挂式绝热支撑平台，内、外罐之间用膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维或泡沫玻璃砖等材料绝热保温。

（1）设计条件

1）内罐。设计温度为60～170℃；设计压力1.5～29kPa。

2）外罐。能安全经受6h的外部火灾；承受地震加速度0.21g；承受风力70m/s；抗渗性好：当发生内罐LNG溢出时，外罐混凝土墙至少要保持10cm厚不开裂，并保持2MPa以上的平均压应力。日最大蒸发率≤0.05%。

3）设计标准。储罐的基本设计规范为BS7777。其他相关规范有API620、ACI318、NFPA59A等。

（2）内罐

1）板材。内罐壁板材料为镍的质量分数为9%的合金钢板（如ASTM A553M Type 1）。其化学成分和力学性能见表5-5和表5-6。

2）罐底。罐底铺设两层镍的质量分数为9%的钢板，厚度为6mm和5mm。底板外圈为环板，两层底板中间为保温层、混凝土层、垫毡层和干沙层。

表5-5 合金钢板（ASTM A553M Type 1）化学成分（质量分数） （%）

表5-6 合金钢板（ASTM A553M Type 1）力学性能

3）罐壁。罐壁分层安装，分层数按板材宽度而定。对于容积160000m³以上的全容罐，一般有十层。最底层壁板厚度24.9mm，最上层壁板厚度12mm。内罐外壁用保温钉固定绝热保温材料。

4）罐顶。内罐顶部为悬挂式铝合金吊顶，以支撑罐顶膨胀珍珠岩保温层。

（3）外罐

1）罐基础。全容罐的基础应按储罐建造场地的土壤条件，通过工程地质调查研究后确定。一般可以采用坐基式基础或架空型基础。坐基式基础内罐底板直接坐落在基础上，为防止罐内液体的低温使土壤冻胀，坐基式基础需要配置加热系统。架空型基础可以不设加热系统。

2）罐墙壁。全容罐的外罐墙用预应力钢筋混凝土制成。容积为16万m³左右的全容罐外罐内径约80m、墙高约38m。混凝土墙体竖向采用VSL预应力后张束，两端锚固于混凝土墙底和顶部。墙体环向采用同样规格的钢绞线组成的VSL预应力后张束，环向束每束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成90°的四根竖向扶壁柱上。墙体内置入预埋件，以固定防潮衬板及罐顶承压环。

3）罐顶。罐顶盖为钢筋混凝土球面穹顶，支承于预应力钢筋混凝土圆形墙体上。球面穹顶混凝土由H型钢钢梁、顶板及钢筋构成加强结构，顶面上设有工作平台，放置运行控制设备及仪表、阀等。混凝土穹顶内设有碳钢钢板内衬，施工时作为模板，使用时可用以防止气体渗漏。

2.全容罐的建造

（1）外罐建造

1）墙体浇筑。外罐墙体浇筑是混凝土工作量最大的部分。按照通常钢筋混凝土施工程序，在布置钢筋、安装预应力护套、预埋件和模板后，进行混凝土浇筑、养护。对于近40m高的墙体，需要分层从下至上逐层浇筑。

2）安装承压环。在浇筑最上层墙体前，安装承压环。在按照承压环结构分段预制、预埋螺栓焊接完成后，吊装于罐壁顶部组装焊接，检验合格后进行混凝土浇筑。

3）气升罐顶。储罐顶部是钢结构的半球形拱顶，采用大型圆柱形储罐惯用的压缩空气吹升法施工，可以减少高空作业工作量，所需施工机具和设备少，对施工进度和安全有利。罐顶结构在罐底预制完成后与罐壁密封，为防止气升过程的倾斜、偏移，罐顶上均布平衡钢索，一端固定在罐底中心，另一端固定于承压环上。使用鼓风机鼓风，在空气压力下，罐顶匀速、平稳升起。罐顶到位后，与预埋于墙体的顶部承压环固定、焊接。

4）罐顶建造。罐顶为球面结构，H型钢作为钢梁，顶部铺碳钢板，顶板上焊接预埋螺栓，升顶后固定于浇筑在混凝土罐壁顶部的承压环上。同时在罐底预制铝合金吊顶，吊顶杆用螺栓连接于罐顶钢梁上，然后将预制好的铝合金吊顶提升与吊顶杆连接。气升前，将罐顶上的人孔、接管、电缆托架等附件一块安装上去，以减少高空作业工作量。布钢筋完成后，分两次浇筑混凝土。

5）罐壁预应力张拉。混凝土墙体浇筑、养护完成后，将钢绞线穿进预埋于墙体的护套中，竖向钢绞线两端锚于混凝土墙底部及顶部；墙体环向的钢绞线每束围绕混凝土墙体半圈，分别锚固于布置成90°的四根竖向扶壁柱上。用液压设备拉伸到设计应力后，固定两端，进行水泥灌浆。

（2）内罐建造

1）罐底。内罐底部有两层底板，均为镍的质量分数为9%的镍钢。按照从上而下、由内而外、由四周到中间的顺序施工。先进行第二层罐底环板安装、焊接，完成后再进行底板铺设。采用手工环境内，为防止变形，应注意焊接顺序：环板→横向焊缝→纵向焊缝→环板与边缘板焊缝→边缘板之间焊缝→边缘板与中心板焊缝。(www.xing528.com)

2）罐壁。内罐罐壁的施工由下而上，逐层安装和焊接。每层板的卷制、坡口准备应预先加工完成，现场吊装采用吊车和罐顶电动绞车。第一层壁板安装时，要确定在环板的准确位置，可以用专用卡具及辅助工具以调整位置，保证组装质量。底板与壁板角焊缝的焊接，至少应安装完第三层壁板及第12层壁板焊缝全部焊完后方可进行。

3）保温。液化天然气的低温特性要求储罐必须具有完善的保温、隔热性能，以防止外界热量的漏入，确保储罐的日蒸发率控制在0.05%以内。通常在内罐和外罐之间的环形空间填充膨胀珍珠岩。内层罐壁的外侧安装弹性玻璃纤维保温毯。保温毯为珍珠岩提供弹性，克服储罐因温度变化而产生的收缩，防止珍珠岩的沉降。保温毯还对储罐惰化处理过程中，吹扫气体的流动有利。

为了防止储罐罐顶的热泄漏，在吊顶上安装保温材料，铺设厚度1.2m的膨胀珍珠岩。气密性试验合格后，进行内顶保温层的安装及夹层珍珠岩的填充。首先在内罐壁外包一层纤维玻璃棉，包扎好后用专用加热设备加热到900℃；然后从顶部往下装填珍珠岩，分层装填，分层夯实，直至到顶；最后进行顶部甲板珍珠岩的铺设。在进行珍珠岩灌注时，要注意防潮。储罐底部保温层采用泡沫玻璃砖。这是因为罐底保温材料除了保温性能外，还要求有足够的机械强度以承受上部的液体载荷。

（3）镍的质量分数为9%镍钢的焊接 对于镍的质量分数为9%镍钢的焊接，是内罐建造的主要工作量。由于此镍钢对磁性很敏感，为避免现场焊接时产生电弧偏吹，要求出厂钢材的磁通密度不超过5×10^-3T，同时现场施工时远离强磁场，并准备消磁设备。

1）对于焊缝的焊接。对接焊缝厚度大于14.7mm的壁板采用双面坡口，厚度小于14.7mm的壁板采用单面坡口；环向焊缝采用背面焊剂保护埋弧自动焊；其他焊缝采用手工电弧焊。

2）焊接材料的选用除满足力学性能要求外，更重要的是焊缝金属线膨胀系数要与镍钢接近，以避免焊缝受热循环在低温服役时，产生应力集中而疲劳破坏。资料表明，手工焊工艺的AWS A5.11M/ENi-CrMo6；伊萨OK92.55焊条及埋弧焊工艺的AWS A5.14/A5.14M ERNiCrMo4，法国BÖhler Thyssen ThemanitNimo C276焊丝，匹配EN ISO 15614标准进行焊接工艺评定。所要求的焊接材料化学成分及力学性能见表5-7。

3）镍钢的焊接性能良好，对冷裂纹的敏感性很低。为保证焊缝的高强度及低温韧性，焊接时要严格控制焊接参数，特别是预热、层间温度和热输入。通常厚度小于50mm的板材无需预热，焊前温度高于10℃即可。层间温度控制在150℃以下，以避免焊缝热影响区韧性的下降，同时焊缝金属属于奥氏体材料可避免热裂纹的产生。热输入的控制是保证焊缝力学性能的关键，在13kJ/mm范围，采用直焊道技术，特别是立焊不能摆动过宽。焊缝返修对焊缝性能产生不利影响，因此返修操作应按照返修程序的要求进行，并且相同位置的返修仅限一次。

表5-7 焊接材料合金成分及力学性能

（4）后续工作

1）检验。储罐的检验工作主要是围绕焊缝进行的。按照相关标准，储罐需要进行包括PT、RT、PMI及真空试验等项必要的检验。

①PT检验。按照EN5711的标准，对罐底环板焊缝、壁板与环板焊缝的根部焊道和盖面焊道、罐壁板焊缝进行检验。

②RT检验。按照BS7777标准，对内罐所有镍钢壁板与环板的对接焊缝进行射线检测（RT）。要求焊缝100%检验。

③真空试验。按照BS7777标准，为了确保焊缝的气密性，对储罐的所有焊道进行100%的真空试验。环板对接焊缝需要在水压试验前、后检验两次。

④PMI检验。对每条焊缝抽检一点，进行焊缝合金成分鉴定（PMI），确认焊缝金属的Ni、Cr、Mo含量在规定的范围内。

2）试验

①水压试验。内罐充水，进行盛水试验。在空罐、1/4、1/2、3/4液位高度和盛满水时，分别进行基础沉降、环向位移、径向位移及倾斜的测量。水压试验完成后，对罐底板搭接焊缝、环板的对接焊缝及罐壁板与环板的T形焊缝，进行第二次真空检验。

②气压试验。内罐盛水试漏合格后，将外罐开口大门复位合格后，进行外罐气密试验。气压试验压力为36250Pa，保持1h以上，用肥皂水检查外罐壁、罐顶。负压0.05Pa检测真空阀（VSV）、安全阀（PSV）的性能。

③干燥与冷却。采用液氮循环的方式，进行储罐的干燥和惰化，降低罐内湿度和含氧量到规定的要求。降温可以采用向储罐内喷射液化天然气来实现。但是，储罐的冷却降温操作必须在储罐技术要求规定的限值范围内，缓慢、均匀地进行，以能在罐内形成温阶。储罐吊顶下的喷射环可以保证均匀喷射，而分布在储罐内足够数量的热电偶可以全面监控降温过程。

3.全容式储罐的发展

全容式储罐由预应力钢筋混凝土外层罐和镍的质量分数为9%的镍钢内层罐组成，罐顶为钢筋混凝土制成。随着全容罐需求的不断增加，储罐结构设计和材料应用的不断改进，一方面是储罐的容量越来越大，容积达200000m³的地上全容罐已在建造；另一方面随着设计和建造技术的发展，储罐建设费用下降，建造周期缩短。

（1）储罐内罐材料镍钢板的制造、焊接、检验技术进步迅速 日本已可制造50mm厚度的钢板；焊缝NDE检验采用可记录数据的AUT方法，比现用的RT检验在安全性、质量可靠性、缩短检验时间等方面优点明显。

（2）预应力外罐材料采用60MPa高强度混凝土 这是通常混凝土强度的1.5倍，减少壁厚30%左右，从而减少了施工工作量。

（3）增加镍钢内罐壁板的宽度达到4.3m，减少圈数 这样既减少了焊接和检验工作量，也提高了板材整体性能及尺寸度的一致性。

（4）混凝土外罐壁采用液压提升装置，滑模施工 这种施工提高劳动生产率，缩短工期。

（5）采用多参数控制混凝土质量 对原料重量、含水率、搅拌器载荷值等参数，进行实时检测，及时调配。

（6）提高预制化程度 对钢结构部分尽可能分块预制、现场拼装，以减少现场安装、焊接工作量。