LNG儲(chǔ)罐國產(chǎn)化的可行性

摘 要

摘要：目前我國LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造都是由國外承包商完成的，其關(guān)鍵設(shè)備也基本依賴國外進(jìn)口，導(dǎo)致整個(gè)LNG項(xiàng)目建設(shè)成本居高不下。為此，分析了實(shí)現(xiàn)LNG儲(chǔ)罐及其關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的可行
摘要：目前我國LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造都是由國外承包商完成的，其關(guān)鍵設(shè)備也基本依賴國外進(jìn)口，導(dǎo)致整個(gè)LNG項(xiàng)目建設(shè)成本居高不下。為此，分析了實(shí)現(xiàn)LNG儲(chǔ)罐及其關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的可行性，并對(duì)如何實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化提出了以下建議：開展對(duì)LNG大型儲(chǔ)罐國產(chǎn)化的研究工作；抓住設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；重視LNG項(xiàng)目的采辦；抓好施工與開車；抓好標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)化；關(guān)注人才的培養(yǎng)。該項(xiàng)研究成果將為國內(nèi)自行設(shè)計(jì)和建造儲(chǔ)罐提供參考。
關(guān)鍵詞：LNG儲(chǔ)罐；設(shè)計(jì)；建造；國產(chǎn)化；可行性
    目前，我國的LNG產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，每年進(jìn)口LNG的數(shù)量已達(dá)數(shù)百萬噸，預(yù)計(jì)到2020年，我國沿海地區(qū)進(jìn)口LNG規(guī)模可達(dá)6000×104t(相當(dāng)于天然氣827.4×108m3)。
    在LNG產(chǎn)業(yè)中，LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造十分關(guān)鍵，其技術(shù)要求高，投資大、建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，目前我國LNG儲(chǔ)罐都是由國外承包商承建，材料和設(shè)備也基本依賴國外進(jìn)口，導(dǎo)致整個(gè)LNG項(xiàng)目建設(shè)成本居高不下。
    我國LNG產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從起步到了高速發(fā)展的階段，取得了可喜的成績(jī)，積累了相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造完全依賴國外承包商的局面應(yīng)該可以得到逐步改變，實(shí)現(xiàn)LNG接收終端儲(chǔ)罐的國產(chǎn)化不僅是必要的也是可能的，這將有助于我國LNG產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。
1 儲(chǔ)罐是LNG接收終端建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)
    LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)建造是整個(gè)LNG接收終端工程建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、涉及專業(yè)多、技術(shù)要求高。對(duì)于LNG接收站或調(diào)峰型天然氣液化工廠，LNG儲(chǔ)罐除了LNG儲(chǔ)存功能以外，還為穩(wěn)定供氣起到一個(gè)緩沖作用。
    以鋼筋混凝土全容罐為例，LNG儲(chǔ)罐雖然是LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)的1臺(tái)單元設(shè)備，建造費(fèi)用卻是LNG接收站工程費(fèi)用的40%，建造時(shí)間約30個(gè)月，屬于建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)的重要設(shè)施，也是LNG接收站工程建設(shè)的主要內(nèi)容。LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造集合了土建、鋼結(jié)構(gòu)、低溫金屬材料、絕熱材料和低溫焊接等高新技術(shù)，也因此說LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)水平是制約LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。
    LNG儲(chǔ)罐作為大型LNG項(xiàng)目的重要設(shè)施，目前國內(nèi)還主要依靠國外承包商設(shè)計(jì)和承建。國內(nèi)已建成的廣東大鵬LNG項(xiàng)目、福建LNG項(xiàng)目及已完成前期研究的LNG接收站項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐均采用16×104m3的全容罐，且儲(chǔ)罐材料與相關(guān)設(shè)備90%是由國外供貨商提供，導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)成本居高不下。隨著我國對(duì)清潔能源需求量的不斷增加，大量進(jìn)口LNG已成為必然的趨勢(shì)，2020年將達(dá)到每年進(jìn)口6000×104t的目標(biāo)。因此，隨著我國LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能否盡快實(shí)現(xiàn)LNG項(xiàng)目中關(guān)鍵設(shè)施的國產(chǎn)化，已經(jīng)成為制約LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。
2 儲(chǔ)罐及其關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的可行性
    1) 從已完成的LNG儲(chǔ)罐建設(shè)和運(yùn)作取得了經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)氣、液包容性的不同，LNG儲(chǔ)罐分為4種類型：?jiǎn)稳莨?、雙容罐、全容罐和薄膜罐；根據(jù)LNG儲(chǔ)罐放置方式的不同，又可分成地上罐和地下罐。目前我國主要使用的是混凝土全容式LNG儲(chǔ)罐。世界上最大的地下LNG貯罐容量已達(dá)到25×104m3，而我國目前LNG貯罐的設(shè)計(jì)規(guī)模都是16×104m3，中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司已在廣東LNG項(xiàng)目和福建LNG項(xiàng)目與外方合作建成4個(gè)16×104m3LNG儲(chǔ)罐，在合作的過程中，取得了豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。
    2) 國內(nèi)用于LNG儲(chǔ)罐的材料9%Ni鋼已研制成功。用于LNG儲(chǔ)罐的材料通常有9%Ni鋼、鋁合金、奧氏體不銹鋼。但LNG儲(chǔ)罐大型化的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)制造材料提出了強(qiáng)度高、加工性好、焊接優(yōu)良等要求，9%Ni鋼成為性價(jià)比最好的LNG儲(chǔ)罐建造材料。9%Ni鋼主要用在LNG全容罐內(nèi)罐、外罐的TCP處。板厚通常在6～29nm，建成1座16×104m3全容罐需要2000t左右的9%Ni鋼。目前國內(nèi)已建LNG儲(chǔ)罐所用9%Ni鋼材料均為國外進(jìn)口，主要生產(chǎn)廠商有比利時(shí)的INDU.STEEL、美國的ESABCORP以及日本的MITSI。隨著我國LNG產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，山西太鋼不銹鋼股份有限公司和鞍鋼股份有限公司先后進(jìn)行了9%Ni鋼的研制工作，目前其產(chǎn)品均通過了全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織的材料評(píng)審和認(rèn)證，具備了推廣應(yīng)用的價(jià)值。
    3) 已經(jīng)能夠獨(dú)立完成對(duì)LNG項(xiàng)目的安全評(píng)估工作。安全是發(fā)展LNG項(xiàng)目的關(guān)鍵，每個(gè)項(xiàng)目都要進(jìn)行嚴(yán)格的安全評(píng)估，不能有一絲馬虎。目前已經(jīng)完成安全評(píng)估工作的幾個(gè)LNG項(xiàng)目，都經(jīng)歷了由外商評(píng)估、國內(nèi)參與平行評(píng)估，到由國內(nèi)的相關(guān)機(jī)構(gòu)獨(dú)立進(jìn)行評(píng)估的過程，國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)完全掌握了LNG項(xiàng)目建設(shè)中的安全關(guān)鍵點(diǎn)和先進(jìn)的評(píng)估方法。
    4) 國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)公司已經(jīng)具備一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前國內(nèi)幾家單位在大型低溫液體貯罐領(lǐng)域(液氧、液氮貯罐)已經(jīng)參與了LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、建造和安裝工作，取得了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
    5) 已經(jīng)基本掌握了相應(yīng)的技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過幾年的努力，對(duì)相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了采標(biāo)，建立了相關(guān)的LNG標(biāo)準(zhǔn)體系，制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。以LNG儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)為例，盡管國內(nèi)還沒有專門針對(duì)LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)、建造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但是在實(shí)踐中，我國LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)建造都采用了國際通用的英國標(biāo)準(zhǔn)《BS 7777低溫工作條件下立式平底圓筒形儲(chǔ)罐》[1](以下簡(jiǎn)稱BS 7777—1993，該標(biāo)準(zhǔn)于2006年被EN 114620替代)和美國標(biāo)準(zhǔn)《API620大型焊接大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)與建造》[2](以下簡(jiǎn)稱API620)。目前，我國已及時(shí)開展了EN 14620—2006《操作溫度0℃到-165℃的液化氣儲(chǔ)存立式圓筒形平底鋼質(zhì)儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和建造》[3]翻譯和轉(zhuǎn)化。中國海洋石油總公司還根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)制定了相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并開展了對(duì)美國、日本、英國和歐洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的比較研究，基本掌握了設(shè)計(jì)和建造的標(biāo)準(zhǔn)要求。
3 對(duì)實(shí)現(xiàn)LNG儲(chǔ)罐國產(chǎn)化的建議
3.1 開展對(duì)LNG大型儲(chǔ)罐國產(chǎn)化的研究工作
    首先應(yīng)該對(duì)大型LNG儲(chǔ)罐的國產(chǎn)化工作進(jìn)行認(rèn)真的分析研究，了解清楚我國在大型LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)、建造和安裝的技術(shù)要求、工藝過程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，已經(jīng)掌握了哪些技術(shù)，還有哪些我們還沒有掌握或沒有完全掌握，以便于在今后工作中逐步加以解決。
3.2 抓住設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
    LNG全容儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)主要包括內(nèi)罐設(shè)計(jì)和外罐設(shè)計(jì)2部分，其中內(nèi)罐設(shè)計(jì)內(nèi)容包括強(qiáng)度計(jì)算、內(nèi)罐鋼吊頂計(jì)算、熱工計(jì)算、管道閥門的工藝設(shè)計(jì)、內(nèi)罐的制造安裝圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等；外罐設(shè)計(jì)內(nèi)容包括預(yù)應(yīng)力混凝土外罐(罐頂、罐壁、承臺(tái))以及儲(chǔ)罐基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。目前，LNG儲(chǔ)罐本體的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)均由國外公司完成，國內(nèi)公司一般只進(jìn)行符合中國規(guī)范的驗(yàn)證性設(shè)計(jì)、LNG儲(chǔ)罐外部管道、儀表、電氣、鋼結(jié)構(gòu)及消防設(shè)施的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
    LNG儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)如下：
    1) 內(nèi)罐的設(shè)計(jì)及計(jì)算。
    2) 罐頂?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算。
    3) 內(nèi)部吊頂?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算。
    4) 外罐襯里的設(shè)計(jì)計(jì)算。
    5) 罐底及熱底角保護(hù)的設(shè)計(jì)。
    6) 外罐設(shè)計(jì)計(jì)算。
    7) LNG入口管。
    8) 蒸發(fā)氣出口管。
    9) 吹掃系統(tǒng)。
    10) 防止翻滾。
    11) 泄漏探測(cè)。
12) 其他部件的設(shè)計(jì)，如氣體探測(cè)器、熱探測(cè)器、沉降測(cè)量系統(tǒng)、冷卻傳感器、接地和屏蔽、雷電保護(hù)等。
目前，國內(nèi)相關(guān)設(shè)計(jì)單位已經(jīng)有能力完成LNG儲(chǔ)罐的強(qiáng)度計(jì)算、LNG儲(chǔ)罐詳細(xì)機(jī)械數(shù)據(jù)表、LNG儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)、安裝、焊接、檢驗(yàn)、試驗(yàn)的工程規(guī)定以及LNG儲(chǔ)罐的制造及安裝圖、預(yù)應(yīng)力混凝土外罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、LNG儲(chǔ)罐詳細(xì)工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、工程量材料表、施工檢驗(yàn)、試驗(yàn)、混凝土配合比等工程規(guī)定。但對(duì)下列土建專業(yè)領(lǐng)域的問題還應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)工作：①各種組合工況下預(yù)應(yīng)力混凝土儲(chǔ)罐的受力性能和整體穩(wěn)定性分析；②罕遇地震下預(yù)應(yīng)力混凝土儲(chǔ)罐的推覆分析；③軟弱土地基的處理方案和技術(shù)；④預(yù)應(yīng)力配筋的計(jì)算工作。
3.3 重視LNG項(xiàng)目的采辦
    迄今為止，國內(nèi)已建成的LNG接收終端儲(chǔ)罐均由EPC(Engineering Procurement Construction)總包商進(jìn)行采辦。LNG儲(chǔ)罐所需的設(shè)備材料并不復(fù)雜，主要包括：
    1) 9%Ni鋼板(焊接材料)。
    2) 預(yù)應(yīng)力鋼絞線、錨具和夾具。
    3) 低溫鋼筋、外罐及拱頂碳鋼、鋁吊頂和吊頂玻璃棉。
    4) 吊機(jī)。
    5) 不銹鋼管和管件。
    6) 閥門。
    7) 罐內(nèi)泵。
    8) 儀表、電氣設(shè)備、電纜和橋架。
    9) 保冷材料。
    上述材料又可以分為3大類：①可以完全采用國產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行替代；②國內(nèi)雖可以生產(chǎn)，但還無法完全達(dá)到國外產(chǎn)品水平的材料和設(shè)備；③國內(nèi)尚不能生產(chǎn)，還需要依賴進(jìn)口。顯然，采辦國產(chǎn)化的關(guān)鍵是尚不能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)的材料和設(shè)備，如各種低溫閥門、罐內(nèi)泵、儀表、9%Ni鋼板及焊材和部分保冷材料等，其中9%Ni鋼板和閥門是采辦的重點(diǎn)。由于國內(nèi)總包公司還沒有和國外公司一樣具有長(zhǎng)期客戶關(guān)系，所以在采辦進(jìn)度、采辦價(jià)格上都會(huì)有一定的差距，導(dǎo)致可能采辦進(jìn)度拖后、價(jià)格上升。但總的來說，LNG儲(chǔ)罐采辦的國產(chǎn)化是可以實(shí)現(xiàn)的，必要時(shí)，國內(nèi)的總包單位可以與各種專業(yè)代理公司協(xié)作完成采辦工作。采辦的國產(chǎn)化雖然在短期內(nèi)會(huì)給項(xiàng)目的實(shí)施帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，對(duì)整個(gè)LNG儲(chǔ)罐建造的國產(chǎn)化是非常有幫助的，是我國LNG儲(chǔ)罐建設(shè)發(fā)展的大趨勢(shì)。
3.4 抓好施工與開車
    LNG全容儲(chǔ)罐的建造大體分為內(nèi)罐安裝、外罐施工和基礎(chǔ)施工3部分。內(nèi)罐安裝包括鋼結(jié)構(gòu)的焊接、罐上各種附屬設(shè)施的安裝和夾層的保溫處理等；外罐施工包括預(yù)應(yīng)力混凝土罐壁、混凝土罐頂?shù)龋换A(chǔ)則一般為樁基礎(chǔ)，或者在地質(zhì)條件允許的情況下，由承臺(tái)板直接作用在基巖上。已經(jīng)建成的廣東LNG項(xiàng)目、福建LNG項(xiàng)目和新建成的上海LNG項(xiàng)目的LNG儲(chǔ)罐建造工作，都是由國內(nèi)幾家施工分包商完成的，他們已經(jīng)有能力順利完成LNG儲(chǔ)罐的建造工作。但還應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)管，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求完成施工，確保施工質(zhì)量。
    目前國內(nèi)還沒有一家公司具有LNG儲(chǔ)罐調(diào)試、開車的經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)的總包單位在試車階段仍需要國外專家或者專業(yè)公司的技術(shù)支持。國內(nèi)公司或者業(yè)主借鑒類似項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)獨(dú)立完成LNG儲(chǔ)罐的調(diào)試、開車，雖然具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，卻是今后的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
3.5 抓好標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)化
    在已經(jīng)采用的國際標(biāo)準(zhǔn)或國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)在LNG儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)、建造和安裝方面取得的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，制定相應(yīng)的更加細(xì)化的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(或規(guī)格書、設(shè)計(jì)手冊(cè))，完善標(biāo)準(zhǔn)的保障職能。按照實(shí)際需要，標(biāo)準(zhǔn)制定工作可以先重點(diǎn)、后全面，先形成框架，再不斷細(xì)化。
3.6 關(guān)注人才的培養(yǎng)
    有計(jì)劃地落實(shí)人才培訓(xùn)工作，采用引進(jìn)來和派出去的方式，通過集中培訓(xùn)和參與生產(chǎn)實(shí)踐切實(shí)提升相關(guān)人員的技術(shù)和管理水平，以適應(yīng)LNG儲(chǔ)罐國產(chǎn)化的技術(shù)和管理運(yùn)行要求。
    LNG接收終端儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)、建造和安裝的國產(chǎn)化不僅僅是可行的，而且是可能的，LNG儲(chǔ)罐國產(chǎn)化的舉措一定會(huì)助推我國LNG發(fā)展的新高潮。
參考文獻(xiàn)
[1] Britain Standard Institute.BS 7777 Flat-bottomed，vertical，cylindrical storage tanks for low temperature service[S].London：Britain Standard Institute，1993.
[2] American Petroleum Institute，API 620 Design and construction of large，welded，low-pressure storage tanks[S].Washington：API Publishing Service，2008.
[3] European Committee for Standardization.EN14620 Design and manufacture of site built，vertical，cylindrical，flat-bottomed steel tanks for the storage of refrigerated，liquefied gases with operating temperatures between 0℃ and -165℃[S].London：Britain Standard Institute，2006.
 
(本文作者：黃群 夏芳 中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司)