蒲貴明,牛廣旭,王 偉

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，甘肅 蘭州 730050）

1 概述

隨著天然氣重卡數(shù)量的不斷普及，LNG 加氣站也在呈遞增趨勢(shì)，低溫液體貯罐作為L(zhǎng)NG 加氣站內(nèi)的主要特種設(shè)備，其能否安全有效運(yùn)行，直接關(guān)乎到作業(yè)人員的實(shí)際人身安全和企業(yè)的綜合經(jīng)營(yíng)收益，一旦在使用過(guò)程當(dāng)中發(fā)生特種設(shè)備安全事故，將會(huì)給企業(yè)的運(yùn)營(yíng)以及周邊地區(qū)帶來(lái)巨大的傷害[1]。因此按照《特種設(shè)備安全法》及TSG 21—2016（固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程）的規(guī)定，認(rèn)真開(kāi)展LNG低溫液體貯罐定期檢驗(yàn)以及安全等級(jí)評(píng)定工作，顯得十分必要。

本研究以甘肅省境內(nèi)某LNG 加氣站內(nèi)的一臺(tái)60 m3低溫液體貯罐作為檢驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了全面的定期檢驗(yàn)，以評(píng)判其安全性和穩(wěn)定性。

2 LNG 低溫液體貯罐基礎(chǔ)知識(shí)介紹

要想準(zhǔn)確快速地檢驗(yàn)出承壓類(lèi)特種設(shè)備所存在的危險(xiǎn)源，首先，需要了解待檢驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)備類(lèi)別等信息，熟知其工作原理；其次，要充分了解設(shè)備所盛裝介質(zhì)，分析其可能存在的損傷模式及失效形式；最后，了解待檢設(shè)備的工作環(huán)境及運(yùn)行狀況，是否有過(guò)重大維修或改造記錄等，全面掌握設(shè)備當(dāng)前狀況?；谏鲜? 點(diǎn)，即可有針對(duì)性地制定檢驗(yàn)方案。

LNG 加氣站用低溫液體貯罐的工作介質(zhì)為液態(tài)天然氣，其為一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)腐蝕性、易燃的液態(tài)流體。主要成分為甲烷，在大氣壓下，其沸點(diǎn)為-161.45 ℃，臨界溫度為-87 ℃?？紤]到液態(tài)天然氣的儲(chǔ)存方式，通常是將氣態(tài)的天然氣降溫至臨界溫度以下，再施加一定的壓力至臨界壓力以上進(jìn)而得以液化儲(chǔ)存[2]。在極度低溫條件下儲(chǔ)存，容器材料的合理選用則顯得格外重要，低溫沖擊強(qiáng)度低是眾多材料的軟肋，能滿(mǎn)足這一特點(diǎn)且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的材料，目前當(dāng)屬于奧氏體不銹鋼。要持久地使奧氏體不銹鋼的工作溫度保持在超低溫狀態(tài)，設(shè)計(jì)上通常是將低溫液體貯罐設(shè)計(jì)成雙層夾套結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)筒材料為奧氏體不銹鋼，外殼材料則為普通的碳鋼，夾套中間抽為真空，再施加一定的隔熱材料，即可有效阻斷內(nèi)筒向外筒及室外環(huán)境散熱，使設(shè)備持久保持在原始工作溫度。由此可知，LNG 低溫液體貯罐的主要失效形式為夾套真空度失效，室外環(huán)境溫度通過(guò)夾套內(nèi)氣體的熱傳導(dǎo)及熱輻射，使得內(nèi)筒不斷吸熱，液態(tài)天然氣溫度不斷上升，進(jìn)而使內(nèi)筒壓力急劇增大而引發(fā)爆炸。

3 LNG 低溫液體貯罐安全檢測(cè)項(xiàng)目

3.1 LNG 低溫液體貯罐結(jié)構(gòu)

本次需要檢驗(yàn)的低溫液體貯罐采用臥式雙層夾套結(jié)構(gòu)，夾套內(nèi)填充真空絕緣粉末，這種粉末具有較低的導(dǎo)熱效率，可以極大程度上減少氣體的傳熱功能，削弱輻射作用，使得內(nèi)部溫度達(dá)到一定的控制等級(jí)，從而提高LNG 低溫液體貯罐的絕熱效果。其主要材質(zhì)及技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 LNG 低溫液體貯罐的主要技術(shù)參數(shù)

3.2 一般資料審查

在技術(shù)資料審查過(guò)程當(dāng)中，要詳細(xì)對(duì)低溫液體貯罐的設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)單位資質(zhì)、設(shè)計(jì)相關(guān)強(qiáng)度計(jì)算書(shū)、壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)證書(shū)、制造單位資質(zhì)、壓力容器質(zhì)量合格證明資料、壓力容器安裝竣工資料、壓力容器注冊(cè)使用登記證等相關(guān)數(shù)據(jù)與文件，進(jìn)行審查。并配合容器使用說(shuō)明書(shū)、接地、避雷裝置、壓力容器使用單位安全運(yùn)行制度守則、運(yùn)行記錄、安全操作規(guī)范守則、應(yīng)急救援方案等，進(jìn)行相關(guān)的資料審查與分析，掌握容器的制造及使用過(guò)程中的薄弱點(diǎn)。對(duì)于非首次定期檢驗(yàn)的壓力容器，還應(yīng)審查上次定期檢驗(yàn)報(bào)告及年度檢查報(bào)告，對(duì)以往檢驗(yàn)報(bào)告中存在的檢驗(yàn)問(wèn)題記載做出詳細(xì)記錄，并作為本次檢驗(yàn)的重點(diǎn)附加檢驗(yàn)項(xiàng)目。

通過(guò)技術(shù)資料審查發(fā)現(xiàn)，該加氣站未按照規(guī)定定期對(duì)LNG 低溫液體貯罐進(jìn)行年度檢查，其他相關(guān)技術(shù)資料相對(duì)比較完整，其運(yùn)行管理制度相對(duì)比較到位，具有較強(qiáng)的可操作性。

3.3 外部宏觀檢測(cè)

主要是對(duì)宏觀外表的完整性程度和容器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行檢測(cè)和分析，包含：①檢查罐體表面油漆老化程度、名牌標(biāo)識(shí)、表面裂紋、凹陷、劃痕、腐蝕、機(jī)械損傷等物理?yè)p傷情況；②查看罐體外表面及罐體與進(jìn)、出管道連接部位是否出現(xiàn)化學(xué)結(jié)霜、“冒汗”現(xiàn)象及漏氣情況等；③檢查焊縫平整程度、磨損情況，包括容器幾何尺寸檢驗(yàn)；④查看罐體與地面連接部位是否存在下沉、傾斜、緊固螺栓腐蝕、開(kāi)裂松動(dòng)等現(xiàn)象；⑤查看容器結(jié)構(gòu)形式、焊縫布置形式、排放裝置的設(shè)置等，是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

經(jīng)過(guò)宏觀檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該低溫液體貯罐部分罐體表面油漆有輕微老化并剝離分層，分層下外殼本體存在大氣腐蝕。

3.4 真空度檢測(cè)

真空隔絕是保護(hù)LNG 低溫液體儲(chǔ)罐內(nèi)部低溫狀態(tài)的最關(guān)鍵技術(shù)，只有保障真空度要求，才能提高內(nèi)部絕熱容器的安全性能，延長(zhǎng)罐體使用壽命。罐體夾層上安裝有真空測(cè)試裝置的，在定期檢驗(yàn)時(shí)需要檢驗(yàn)夾層的真空度，在進(jìn)行真空度檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中，要按照相關(guān)的壓力容器真空儀檢測(cè)設(shè)備、壓力傳感設(shè)備，進(jìn)行相關(guān)的判斷。在TSG 21—2016（固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程）中，對(duì)于固定式真空絕熱壓力容器的真空度檢測(cè)又做出規(guī)定[3]，其有效參考值見(jiàn)表2。LNG 低溫液體貯罐外殼夾層一般都設(shè)有永久性金屬真空規(guī)管，因此可采用直接測(cè)量的方法進(jìn)行真空度檢測(cè)。

表2 固定式真空絕熱壓力容器真空度

由于此貯罐在檢驗(yàn)時(shí)罐內(nèi)裝有介質(zhì)，檢驗(yàn)中使用型號(hào)為NTS-4046DV 的手持式熱偶真空計(jì)進(jìn)行測(cè)量，開(kāi)啟真空計(jì)，等待5 min 后，數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定，測(cè)得其真空度為8 Pa，檢測(cè)結(jié)果符合表2 的規(guī)定要求。

3.5 安全附件報(bào)告審查

LNG 低溫液體貯罐設(shè)置的安全附件有安全閥和壓力表。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)察看得知：①容器本體設(shè)有2 個(gè)安全閥，其型號(hào)為22DA-40P，整定壓力為1.25 MPa，略高于工作壓力，能起到有效的安全保護(hù)作用；②容器本體設(shè)有1 個(gè)壓力表，型號(hào)為YON-100 BF，量程為0～2.5 MPa，精度為1.6 級(jí)。上述安全附件及儀表均在校驗(yàn)有效期內(nèi)，滿(mǎn)足大容規(guī)中對(duì)安全附件的檢驗(yàn)要求。

3.6 外殼壁厚測(cè)定

考慮到該LNG 低溫液體貯罐長(zhǎng)期處于室外環(huán)境，其外殼大氣腐蝕可能會(huì)引起外筒壁厚腐蝕減薄，進(jìn)而降低外殼承受外壓的強(qiáng)度，因此需要對(duì)外殼壁厚值進(jìn)行抽樣測(cè)定。其中，外殼封頭最小壁厚為8.41 mm，筒體最小壁厚為10.12 mm，其有效厚度符合設(shè)計(jì)及腐蝕裕量要求。

3.7 外殼焊縫表面無(wú)損檢測(cè)

對(duì)于LNG 低溫液體貯罐來(lái)說(shuō)，外殼上只要出現(xiàn)輕微的泄露，其夾層真空度則無(wú)法得到保證。因此，對(duì)外殼上易出現(xiàn)缺陷的縱、環(huán)焊縫丁字口位置，進(jìn)行表面磁粉無(wú)損檢測(cè)，是低溫液體貯罐安全運(yùn)行的保證。經(jīng)過(guò)磁粉檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)可記錄磁痕顯示。

3.8 其他檢驗(yàn)項(xiàng)目拓展

3.8.1 滲透檢測(cè)

若容器內(nèi)未裝介質(zhì)，容器本體和輸送介質(zhì)管道可處于常溫狀態(tài)，此時(shí)可對(duì)容器夾層與介質(zhì)進(jìn)、出口接管連接角焊縫處附加進(jìn)行滲透檢測(cè)，主要目的為排除罐體與接管連接處，因低溫介質(zhì)流動(dòng)時(shí)冷熱交換引起交變應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生角焊縫微小裂紋。

3.8.2 氣密性檢測(cè)

在條件允許的情況下，可對(duì)LNG 低溫液體貯罐附加進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，進(jìn)而判斷整個(gè)罐體的致密性。在試驗(yàn)前，首先需要做好準(zhǔn)備工作，如試驗(yàn)前需要制定應(yīng)急預(yù)案，并對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程做到有效安全防護(hù)，所有與罐體連接的管道閥門(mén)均應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。其次，要選擇和容器相匹配的試驗(yàn)介質(zhì)，由于貯罐內(nèi)筒材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，在選擇試驗(yàn)介質(zhì)時(shí)，要嚴(yán)格控制Cl-含量，可選擇干燥、潔凈的氮?dú)饣蛘呖諝庾鳛樵囼?yàn)氣體，試驗(yàn)壓力為該貯罐的工作壓力。最后，在試驗(yàn)過(guò)程中，要仔細(xì)觀察罐體及連接接管是否存在異常變形，罐體內(nèi)是否發(fā)出異常響聲，采用肥皂水或發(fā)泡劑涂抹在罐體與接管連接處、閥門(mén)、儀表等連接位置，觀察有無(wú)漏氣現(xiàn)象。

3.8.3 紅外熱成像監(jiān)測(cè)

紅外熱成像的工作原理是將物體自身因表面溫度不同而發(fā)射的電磁輻射波，通過(guò)某種特殊的電子裝置收集并轉(zhuǎn)換成人眼可見(jiàn)的圖像分布，并以不同的顏色顯示出可分辨的物體表面溫度分布。對(duì)低溫液體貯罐采用紅外線(xiàn)成像監(jiān)測(cè)可有效監(jiān)控罐體與接管連接處、閥門(mén)、儀表等易泄露部位的溫度突變，可在低溫液體貯罐發(fā)生大面積泄漏前，快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)異常，提前采取應(yīng)急措施，防止特種設(shè)備事故的發(fā)生。此種監(jiān)測(cè)方法，因需持續(xù)監(jiān)控，成本相對(duì)較高，在條件允許的情況下，可推薦使用。

4 結(jié)論

（1）外觀檢查發(fā)現(xiàn)部分罐體表面油漆有輕微老化并剝離分層，分層下外殼本體存在大氣腐蝕。經(jīng)過(guò)外殼壁厚測(cè)定及焊縫表面無(wú)損檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)該低溫液體貯罐存在安全隱患。

（2）真空度檢測(cè)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）條件允許的情況下，可對(duì)LNG 低溫液體貯罐附加進(jìn)行氣密性檢測(cè)和紅外熱成像監(jiān)測(cè)。

（4）由于該低溫液體貯罐未按規(guī)定定期進(jìn)行年度檢查，按照大容規(guī)的相關(guān)規(guī)定，可適當(dāng)縮短下次定期檢驗(yàn)周期，其安全狀況等級(jí)可評(píng)為3 級(jí)，下次定期檢驗(yàn)周期定為5 年，其綜合檢驗(yàn)結(jié)論符合要求。

（5）通過(guò)本次定期檢驗(yàn)，深入了解和掌握了LNG低溫液體貯罐的綜合使用性能，并對(duì)低溫液體貯罐的安全狀況等級(jí)做出評(píng)定，保證了貯罐的安全運(yùn)行。