超大型LNG储罐的“石化方案”

　　接收进口LNG资源是中国石化天然气发展的重点之一。为保障国家能源安全，天然气分公司快速推进天然气管道、LNG接收站和储气库项目建设，形成了多元保障、安全高效的储运设施系统。

　　LNG储罐是LNG接收站的核心装置，也是投资最大的单体设施。近年来，天然气分公司联合工程建设公司、四建公司、十建公司等参建单位，先后完成了16万立方米、22万立方米和27万立方米LNG储罐的技术探讨研究，在天津LNG、青岛LNG、龙口LNG等多个项目中进行了工程应用。今年底，7座LNG储罐将陆续投用，逐步提升区域调峰能力和市场保供能力。

　　近日，天然气分公司青岛LNG接收站矗立在黄海之滨的27万立方米LNG储罐机械完工，标志着由中国石化自主研发的国内最大容积LNG储罐基本建成。目前，该储罐已进入设备调试阶段,投用后，青岛LNG接收站年接卸能力将达到1100万吨、供气能力约165亿立方米，正式迈入千万吨级LNG接收站行列，成为国内同期年接转能力最大的LNG接收站之一，对逐步优化华北地区能源结构、增强区域调峰保供能力、改善大气环境具备极其重大意义。

　　27万立方米LNG储罐外罐直径100.6米、罐体总高55米，具有尺寸大、工序多、难度高等特点。LNG储罐建设向超大型容积推进，需要更大更长的储罐构件，对建造技术提出了更加高的要求，要在设计、施工等方面开展大量基础性研究工作和技术实践优化改进。彼时，国内LNG行业尚无此类建设经验。青岛LNG接收站联合项目团队经过多次研究实践，自主研发了27万立方米全容式LNG储罐成套技术，攻克了多项核心设备国产化应用难题，为国内超大型LNG储罐建设提供了“石化方案”。

　　精品工程，设计先行。早在2019年，工程建设公司（SEI）便展开了对27万立方米LNG储罐的关键技术攻关。经过数年的细致研究和对比，设计团队实现了超大型LNG储罐罐体设计、抗震设计、大厚度低温钢板焊接、保冷结构优化等核心技术的全面突破。

　　相较传统的“瘦高型”设计，青岛LNG接收站27万立方米储罐采取了“矮胖型”设计的具体方案，罐底板面积相当于一个标准足球场，不但可以提升LNG船舶接卸速度、缩短施工周期，而且具有更加好的抗震性和稳定能力。同时，为确保储罐的基础和下层土壤不因LNG的低温特性发生变形，罐底设置了基础伴热带，采用“落地罐”形式，让储罐稳稳坐在地面上，用“坐得稳”代替了“站得高”。

　　“项目现场的原址遍布养殖区、浅滩，地质砂岩基岩交错，要将重量超万吨的储罐立住，就好比把高压锅放在豆腐上煮饭。”SEI项目经理赵广明介绍。未解决土地承载力不足以满足设计的基本要求的难题，他们在外罐基础设计方面充分论证了多种LNG储罐基础设计类型，最终确定采用强度高、抗冻性强的毛石混凝土换填表层地质，并结合承载能力强的筏板浅基础作为外罐基础选型，实现安全经济且工期最短。

　　27万立方米LNG储罐拥有世界上跨度最大的低温储罐钢穹顶，升至罐顶后，需要浇筑4500立方米混凝土，总重量超万吨。储罐扛起这顶重达万吨“钢斗笠”的关键，在于如何精确分析计算钢穹顶的整体稳定性。SEI通过建立复杂的有限元分析模型，投入大量精力研究理论规范、进行二次开发，集中解决了非线型结构、异型网格尺寸等难题，形成了具有自主知识产权的超大跨度钢穹顶稳定分析技术，从根本上攻克了钢穹顶稳定安全的技术难关，为储罐的本质安全奠定了坚实基础。

　　为进一步提高作业效率、确保储罐在今年供暖季前投入到正常的使用中，项目团队加强技术攻关，设计制造新的工艺设备，预计于8月完成项目建设任务，较总体统筹控制计划提前4个多月，创下国内27万立方米LNG储罐建设速度最快纪录。

　　“储罐钢穹顶就像一个大锅盖，在气压的作用下缓缓升起，升顶后与提前预制好的承压环焊接在一起。”十建公司项目经理张跃第介绍。穹顶“气顶升”作业是储罐建造难度最大、工艺最复杂、风险最高的一道工序。为确保顶升作业顺利完成，项目团队利用动力、平衡、密封、测量与监测四大系统，采用“无线测量+数字化风机调节系统”的智能化手段，精准控制穹顶顶升时的气压、精度、速度等关键参数，全面保障气压顶升作业时的安全稳定。

　　“储罐钢穹顶仅用107分钟就顺利升顶，整一个完整的过程中，最大偏差控制在60毫米以内，大大小于200毫米的最大允许值。这一关键节点比计划提前了13天，标志着储罐穹顶施工进入一个新的水平。”张跃第说。

　　同时，为优化材料使用配置、提升人机协同施工效率，十建公司通过改进底板分区、优化穹顶分片、应用装配式铝吊顶等创新方式，在保证安全质量受控的前提下，从技术源头想方设法缩短建设工期。建设团队还采用模块化施工模式，在多个区域预制构件，分8部分完成了重达220吨的钢结构吊装作业，大幅度减少了特殊作业频次，使现场作业风险得到了有效控制。

　　围绕实时、安全、人员、增效四大主题，青岛LNG接收站以智能应用为主线，首创智慧化工地安全管控体系，将先进信息技术与项目建设结合起来，为施工全过程管理注入智慧力量。

　　一走进27万立方米LNG储罐项目现场，入场人员信息就会同步出现在施工现场大屏、项目部智能运营平台及管理人员手机上。通过“闸机+人脸识别测温”一体化无感考勤，管理人员能随时掌握现场人员和车辆总数、分布，以及工作情况，实时监督施工进度。

　　针对施工现场不安全行为发现不及时、定位难等问题，项目团队在现场人员安全帽里安装了集成定位芯片，实现了作业位置实时监控、历史轨迹回放、电子围栏超界预警，可精准了解施工现场人员分布，及时纠正违规违章作业。

　　在安全风险较高的区域，青岛LNG接收站将AI（人工智能）识别算法集成至视频监控系统，形成了“AI视频智慧眼”系统。该系统可对施工现场监控画面进行实时分析，当检测到现场人员存在不安全行为时，会将现场视频截图留存并语音播报预警。同时，安全管理人员可通过智能检测AI终端、电脑、手机调取预警数据，第一时间发现违章行为并进行整治，推动项目建设实现本质安全。

　　“正是这些智能技术的应用，使各专业技术人员可以对建设过程进行全方位、无感知监督，推动施工作业风险管理从事后管理向事前、事中管理转变，有助于进一步实现管住现场、管住承包商、管住‘三违’的目标，有力提升项目管理上的水准。”天然气分公司青岛LNG接收站工程物装部经理刘庆胜说。

　　同时，青岛LNG接收站还开发投用了环境监视测定与自然灾害防治系统，可对施工区域可燃气体、温度、粉尘、天气情况做全天候监测，既能及时有效地发现和预警环境污染问题，又能更好地保证施工的安全性和合规性。

　　作为中国石化首座LNG接收站，在2014年建站初期，青岛LNG接收站缺少设备检维修经验和国产化设备供应商，关键设备需要依靠进口，价格昂贵，且售后维修服务时间长、费用高。在9年发展过程中，该站立足系统内科学技术创新平台，瞄准LNG产业链条关键点，组织研究攻关，实现了多项自主创新技术的成功实践，不仅关键设备、材料、阀门均实现了国产化应用，而且顺利攻克了20余项关键物资备件生产制造核心技术。

　　在27万立方米储罐建设期间，青岛LNG接收站项目团队深入推动标准化采购和装备国产化，历时半年研制出国内首台LNG挺杆起重机，顺利解决了减速箱、电机等关键零部件国产化问题。同时，针对国产化立项和开题，项目团队充分研讨交流，优化设备外协件质量监造管理，使国产化采购成本大幅度降低，较进口产品节约30%以上，在关键技术和经济指标上充足表现了国产化的优势，高效推动了中国石化LNG接收站设备及备品配件的国产化进程。

　　罐顶安全阀是LNG储罐上重要的安全附件，主要根据压力系统的工作所承受的压力自动启闭，以保护系统安全运作。当前，国内LNG储罐罐顶安全阀仍主要从国外厂家进口，存在价格高昂、供货周期长、维护不便等问题。为此，青岛LNG接收站项目团队积极开展40寸大口径罐顶安全阀国产化工作，已完成了导阀动态响应技术、低温阀盘密封技术、主阀膜片成型技术等攻关工作，成功进行了测试实验，并实现了现场安装。

　　目前，青岛LNG接收站正依托27万立方米LNG储罐建设项目，稳步推进设备国产化进程，先后攻克了大口径低温阀门、罐内泵、挺杆起重机等核心设备的国产化应用，大幅度降低了采购成本，将储罐国产化水平提升至95%以上。（王卓然 申永亮 刘庆胜 赵广明 张跃第）

　　青岛LNG接收站位于青岛市董家口经济区，是中国石化首座LNG接收站，也是山东省目前唯一投入运营的LNG接收终端，一、二期项目分别于2014年11月和2021年8月建成投产，当前年接转能力为700万吨，累计气化外输天然气超430亿立方米，是我国华北地区主要气源地之一。

　　为进一步助力完善国家天然气产供储销体系建设，保障民生用气、优化能源结构，该站于2020年12月启动三期工程，在一期、二期项目基础上，对码头泊位和接收站进行扩建，新增一座靠泊26.6万立方米LNG船舶的专用泊位、一座27万立方米LNG储罐及配套附属设施。

　　27万立方米LNG储罐是当前国内容积最大、国产化程度最高的LNG储罐，于2021年8月开工建设，目前已进入设备调试阶段。建成投用后，青岛LNG接收站年接卸能力将达到1100万吨、供气能力将提升至165亿立方米，正式迈入千万吨级LNG接收站行列，成为国内同期顶级规模的LNG接收站之一。

　　青岛液化公司工程物装部副主任师 于金伟：随着LNG储罐设计规范一直更新、材料技术和实施工程技术持续不断的发展、建造技术不断突破，大型LNG储罐是未来重要的发展的新趋势。近几年的应用实践也表明，大型LNG储罐的单位罐容成本呈现下降趋势，规模效应明显。同时，罐容的增加也可更高效地提高土地利用率（单位罐容占地面积减少），以及更大程度降低储罐蒸发率。此外，LNG运输船容积的增大、数量的增加及LNG接收站数量的增加，均需要与之配套的更大容积的LNG储罐。

　　目前，国内最大容积27万立方米LNG全容式储罐已在天然气分公司青岛LNG接收站建成。后续，该储罐重点设备设施将逐渐全部实现国产化，无论是低温钢筋、低温钢板、预应力钢绞线等重要材料，还是低温阀门、罐顶起重机、罐内泵等重要设备，国内均可完成自主设计、自主生产，储罐建设成本将会促进降低。同时，随着标准化设计、模块化施工、智能化应用越来越成熟，未来大型LNG储罐建设的工期也将大幅缩短。

　　工程建设公司项目经理 赵广明：工程建设公司自2010年开始投入大型低温储罐的设计建造研发，历经13年的不懈努力，共建造了10万~27万立方米大型低温罐36台、10万立方米以下低温罐13台。其中，位于青岛LNG接收站的27万立方米LNG储罐是目前世界上容积最大的预应力混凝土全容罐。

　　27万立方米LNG储罐的建造没有先例可参照，相比常规的16万立方米储罐，其地震力增大约一倍，从外罐到内罐都不是已有罐型的简单放大，科学合理的抗震体系设计是重点和难点。SEI在外罐底板、外罐壁、穹顶均采用变截面设计，开发了全新的6扶壁柱多线束预应力体系及轻量化装配式铝合金吊顶，对罐保冷体系进行了优化设计；采用SEI专有的LNG储罐内罐抗震设计技术分析计算软件，最大限度减少了液面地震净空高度，减小了内罐壁和内罐底钢板厚度。正是这一系列创新设计，保证了27万立方米LNG罐的本质安全性、建造和运行综合成本的经济合理性。

　　十建公司项目部总工程师 孙军：在国内首台27万立方米LNG储罐施工全套工艺流程中，我们以“实干、专注、开拓、奉献”的精神，主编LNG行业施工规范两项、参编1项，获得省部级工法4项，申请LNG储罐实用新型发明专利22项。此外，LNG储罐用国产9%Ni钢研制及工程技术应用获集团公司科学技术进步二等奖，全容式LNG储罐干燥置换工程项目施工新技术获集团公司优秀论文二等奖。我们从始至终坚持样板引路，加大技术创新力度，优化施工组织，通过改进底板施工分区、热角保护模块化施工等11项施工组织优化，以及LNG储罐外罐壁冬季施工、钢穹顶分片优化、穹顶气顶升无线项实施工程技术创新，从技术源头优化建设工期，推动项目早投产、早收益。