文 ‖王桂根 沈 楊 李 明

SEI 取得了超大型LNG 儲(chǔ)罐建設(shè)的工程創(chuàng)新和LNG 領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的重大突破。

11 月2 日，我國(guó)首座27 萬(wàn)立方米液化天然氣（LNG）儲(chǔ)罐在山東青島正式投用，有效地保證了華北地區(qū)群眾溫暖過(guò)冬。

“這臺(tái)儲(chǔ)罐的投運(yùn)，標(biāo)志著我們不僅完成了超大型LNG 儲(chǔ)罐建設(shè)的工程創(chuàng)新，而且取得了LNG 領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的重大突破，助力實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、將LNG 的飯碗牢牢掌握在自己手中?！敝袊?guó)石化工程建設(shè)有限公司（SEI）執(zhí)行董事、黨委書記吳德飛表示。

經(jīng)過(guò)十余年的聯(lián)合攻關(guān)，SEI 牽頭組建了多領(lǐng)域?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)，打破了國(guó)外對(duì)LNG 核心技術(shù)及關(guān)鍵裝備的壟斷，開發(fā)了具有中國(guó)石化自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LNG 接收站成套技術(shù)，累計(jì)建造并投產(chǎn)大型LNG 儲(chǔ)罐16 臺(tái)，天然氣總儲(chǔ)存能力達(dá)到了18 億立方米。

●超大型儲(chǔ)罐，SEI技術(shù)顯底氣。供圖/王桂根

實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破

“這臺(tái)儲(chǔ)罐幾何容積30 萬(wàn)立方米、凈容積27 萬(wàn)立方米，是目前世界上容積最大的預(yù)應(yīng)力混凝土全包容LNG 儲(chǔ)罐，罐內(nèi)平面上可停放一架國(guó)產(chǎn)C919 大型客機(jī)、立體上可疊放3 萬(wàn)輛家庭轎車。”說(shuō)起這臺(tái)27 萬(wàn)立方米LNG 儲(chǔ)罐，SEI 副總工程師、工廠系統(tǒng)室主任、大型LNG 接收站成套技術(shù)負(fù)責(zé)人李鳳奇特別自豪。

SEI 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在總結(jié)前兩代（16萬(wàn)立方米、22 萬(wàn)立方米）LNG 儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)上，研究了不同高徑比的27萬(wàn)立方米LNG 儲(chǔ)罐方案，確定了具有卸船流量大、施工周期短、抗震能力強(qiáng)、施工安全度高以及經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)等特點(diǎn)的第三代“矮胖罐型”，被研發(fā)人員親切地稱為“胖三”?！芭秩钡耐鈴酱笥?00 米、高度超過(guò)55 米。

“直徑近100 米的鋼穹頂需提升至45米的高度，上面還要澆筑混凝土層，荷載總重達(dá)1.24 萬(wàn)噸。鋼穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大的難點(diǎn)是整體穩(wěn)定計(jì)算，要避免‘突跳’現(xiàn)象?！盨EI 結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)總監(jiān)陳瑞金介紹說(shuō)。

突跳，是結(jié)構(gòu)術(shù)語(yǔ)，就好像一張微曲的金屬薄片，用手指輕輕按壓凸面，薄片就彈向另一面?！?7 萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐建造沒(méi)有先例參照。相比16 萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐，其地震力增大了約一倍，從外罐到內(nèi)罐都不是簡(jiǎn)單的放大?！标惾鸾鹫f(shuō)。

為保障鋼穹頂?shù)恼w穩(wěn)定，SEI 儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員開展了“超大型低溫儲(chǔ)罐帶蒙皮板鋼穹頂整體穩(wěn)定分析技術(shù)”研究，提出了施加初始幾何缺陷的蒙皮板與鋼網(wǎng)殼整體分析方法，成功研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超大跨度鋼穹頂穩(wěn)定分析技術(shù)，從根本上攻克了鋼穹頂穩(wěn)定安全的技術(shù)難題。

SEI 研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出開創(chuàng)性的“流固耦合解耦分析法”的有限元分析技術(shù)，在外罐底板、外罐壁、穹頂均采用變截面設(shè)計(jì)，開發(fā)了全新的6 扶壁柱多線束預(yù)應(yīng)力體系和流固耦合隔震結(jié)構(gòu)動(dòng)力體系模型，解決了高烈度地震區(qū)大型儲(chǔ)罐抗震設(shè)計(jì)的難題。最終，形成了大型預(yù)應(yīng)力混凝土全包容LNG 儲(chǔ)罐國(guó)產(chǎn)化的核心技術(shù)，創(chuàng)造了目前27 萬(wàn)立方米罐容積最大、9%鎳鋼板最薄且用量最少的工程案例紀(jì)錄。

BOG再冷凝效率達(dá)100%

雖然與美、日、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)LNG 接收站的建設(shè)起步晚，但發(fā)展速度很快。LNG 接收站成套技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，工藝流程復(fù)雜且技術(shù)壁壘高，自主創(chuàng)新研究難度非常大。當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)可以參考的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)幾乎為零。

LNG 儲(chǔ)存溫度是零下160℃,在接卸、儲(chǔ)存、運(yùn)輸LNG 過(guò)程中，因吸收外部熱量會(huì)產(chǎn)生大量的蒸發(fā)氣（BOG）。

“BOG 再冷凝技術(shù)，是LNG 接收站工程一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)。我們從零開始，逐步學(xué)習(xí)、創(chuàng)新?！盨EI 首席專家、山東LNG 三期接收站項(xiàng)目經(jīng)理趙廣明自豪地說(shuō)。

面對(duì)挑戰(zhàn)，SEI 攻關(guān)團(tuán)隊(duì)迎難而上。經(jīng)過(guò)“理論研究—試驗(yàn)驗(yàn)證—?jiǎng)?chuàng)新突破”多次迭代，通過(guò)可視化冷模和深冷冷凝試驗(yàn)平臺(tái)、微氣泡冷凝流力場(chǎng)模型計(jì)算，首創(chuàng)了具有中國(guó)石化自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效BOG 再冷凝技術(shù)——微孔氣液預(yù)混集成旋流強(qiáng)化式再冷凝工藝技術(shù)，一次再冷凝效率達(dá)100%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的填料塔式BOG 再冷凝器。同時(shí)，這一技術(shù)可使LNG 接收站最小外輸量降低30%，滿足LNG 接收站運(yùn)行初期的低負(fù)荷運(yùn)行彈性需求。僅天津LNG 接收站，每年回收利用的BOG 就達(dá)到8 萬(wàn)噸，顯示出了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

SEI 攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還創(chuàng)新提出了LNG 冷能與乙烯裝置余熱綜合利用的理念，通過(guò)密閉循環(huán)的冷媒管道將LNG 的冷能輸送至乙烯裝置內(nèi)，同時(shí)將乙烯裝置的余熱輸送至LNG 接收站，達(dá)到了能量利用的最大化。

“目前，從天津LNG 接收站至南港乙烯裝置的冷媒管道已基本建成。通過(guò)這種冷熱互供的模式，初步計(jì)算LNG 接收站每年可節(jié)省燃料氣6890 噸、乙烯裝置替代冷量56MW、節(jié)電約1.1 億千瓦時(shí)。”李鳳奇說(shuō)。

核心技術(shù)全部國(guó)產(chǎn)化

“國(guó)外技術(shù)不僅工藝技術(shù)費(fèi)、咨詢費(fèi)、開車費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)費(fèi)等居高不下，而且主要設(shè)備和材料價(jià)格昂貴、供貨周期長(zhǎng)、服務(wù)不及時(shí)、維護(hù)成本十分昂貴?！壁w廣明說(shuō)。

SEI 攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在攻克BOG 再冷凝工藝技術(shù)的過(guò)程中，研制了微孔式錯(cuò)流氣液預(yù)混集成旋流強(qiáng)化的BOG 再冷凝成套裝備并在LNG 接收站應(yīng)用成功。BOG 再冷凝成套技術(shù)從投產(chǎn)到平穩(wěn)運(yùn)行僅用5小時(shí)，打破了引進(jìn)技術(shù)從投產(chǎn)到平穩(wěn)運(yùn)行需要1 周的紀(jì)錄。

“目前，大型LNG 儲(chǔ)罐的工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)已全部國(guó)產(chǎn)化，建造材料國(guó)產(chǎn)化率從2013 年的16 萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐的60%到現(xiàn)在27 萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐的95%以上。”李鳳奇說(shuō)。

作為L(zhǎng)NG 儲(chǔ)罐的“銅墻鐵壁”，儲(chǔ)罐內(nèi)壁板用材對(duì)耐低溫、硬度、密度、密封性等性能有極高的要求。SEI 技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合鋼板制造商，成功研制推出了自有國(guó)產(chǎn)大厚度9%鎳鋼板及焊接接頭在超低溫條件下性能評(píng)價(jià)體系，從核心上保障了國(guó)產(chǎn)LNG 儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全。

從替代性研究新材料實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心裝備國(guó)產(chǎn)化到不斷迭代提升技術(shù)，SEI 技術(shù)團(tuán)隊(duì)攻克了20 余項(xiàng)核心設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用。目前，LNG 儲(chǔ)罐及材料、挺桿起重機(jī)、LNG 卸料臂、氣化器、罐內(nèi)低壓泵、外輸高壓泵及BOG 壓縮機(jī)等大部分關(guān)鍵設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

“我們將持續(xù)優(yōu)化完善薄膜罐設(shè)計(jì)建造、智能化裝車、冷熱能平衡利用等技術(shù)，推動(dòng)LNG 接收站成套技術(shù)迭代升級(jí)并將先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)推廣應(yīng)用，推動(dòng)SEI 全力打造‘最強(qiáng)工程’，成為最可放心、最可信任的石化工程技術(shù)創(chuàng)新依靠力量和工程建設(shè)保障力量。”李鳳奇表示。