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韩国LNG薄膜罐技术本土化对中国的启示.pdf

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1、第41卷第3期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT 油气储运与处理47韩国LNG薄膜罐技术本土化对中国的启示and its implications for China常旭宁赖建波王佩广郭保玲王馨培北京市燃气集团研究院,北京,10 0 0 11摘要:目前,中国液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)薄膜罐建造尚需引进国外专利技术,对国外成熟的LNG薄膜罐技术进行本土化转换,有利于中国掌握核心技术,降低项目建设投资,缩短施工周期。对韩国引进国外LNG薄膜罐技术和本土化转换全过程进行了总结,结合技

2、术发展时间线的梳理,思考其对中国的启示。对中国引进LNG薄膜罐技术和本土化转化提出建议:积极开发科学安全的薄膜波纹技术,并经过试验验证;在标准制定、建造技术、建造设备等方面与技术开发同步本土化,有利于LNG薄膜罐技术在中国大规模推广应用。关键词:LNG薄膜罐;技术转化;启示D0I:10.3969/j.issn,1006-5539.2023.03.008The localization of South Korean LNG membrane tank technologyCHANG Xuning,LAI Jianbo,WANG Peiguang,GUO Baoling,WANG XinpeiB

3、eijing Gas Group Research Institute,Beijing,100011,ChinaAbstract:At present,China needs to introduce foreign patented technology to build LNG membranetank.Localization of mature foreign LNG membrane tank technology will help China to master the coretechnology,lower project development investment,and

4、 shorten the construction duration.This papersummarized the whole process of introducing foreign LNG membrane tank technology and the transformationprocess into domestic technology in South Korea,sorted out the technological development time line and drewa preliminary conclusion for its implications

5、 for China.Some suggestions are put forward for the introductionand indigenization of LNG membrane tank technology in China.Firstly,China should develop a scientificand safe corrugated membrane technology,and verify the technology by experiments.Secondly,localizationshould also proceed in the establ

6、ishment of standards,construction techniques and construction equipment,in order to promote big scale application of Chinas own LNG membrane tank technology.Keywords:LNG membrane tank;Technology transformation;Implication站均由韩国天然气公司(KOGAS投资运营)0前言1986年,韩国开始在平泽(Pyeongtaek)建设第一个LNG接收站,截至2 0 2 2 年,韩国先后建设

7、了仁川(In c h e o n)、统营(Tongyoung)、光阳(Gwangyang)、三陟(Sa mc h e o k)、保宁(Boryeong)、济州岛(Jeju)等7 座LNG接收站,除光阳接收站和保宁接收站外,其余LNG接收LNG薄膜罐技术方面,韩国在引进国外技术的基础上,进行了技术本土化尝试,成功开发出了相关薄膜罐技术专利,并在LNG接收站中实施应用。韩国在LNG薄膜罐技术基础上,经过进一步改进,开发出了LNG运输船用围护系统,并成功应用于LNG运输船。韩国对LNG薄膜罐技术的本土化相对成功,值得中国在LNG薄收稿日期:2 0 2 2-11-0 1作者简介:常旭宁(197 1-)

8、,男,河南南阳人,高级工程师,学士,主要从事LNG技术及应用研究工作。E-mail:天然气与石油482023年6 月NATURALGAS ANDOIL膜罐技术引进及本土化方面借鉴。1LNG全容罐和LNG薄膜罐对比LNG全容罐和LNG薄膜罐的结构、技术对比示意见图1。为方便比对,外罐均采用规格为2 0 10*m容积的标准全容罐。1.1外罐两种LNG储罐外罐基本相同,均为预应力混凝土罐,区别仅为LNG薄膜罐外罐内表面为正56 边形2。LNG全容罐2.5 m16MnDR钢板内衬膨胀珍珠岩1m泡沫玻璃砖LNG薄膜罐氮气吹扫系统1.5m一有效容积:2 0 10 m有效容积:2 2 10 m内罐:9%Ni

9、钢,2 40 0 t!内罐:30 4L不锈钢,2 0 0 t内罐作用:承压+密封:内罐作用:密封H环氧防潮涂层0.3 m硬质聚氨酯保温材料0.8 m图1LNG全容罐和LNG薄膜罐对比示意图Fig.1 Comparison diagram of LNG full containment tank and LNG membrane tank防潮屏蔽结构:LNG全容罐为16 MnDR钢板内衬;LNG薄膜罐为环氧防潮涂层。绝热结构:LNG全容罐底部为泡沫玻璃砖,罐壁部分为膨胀珍珠岩填充;LNG薄膜罐底部和罐壁全为硬质聚氨酯保温材料,通过螺栓固定在外罐内壁上。1.2内罐LNG全容罐的内罐由厚度为6 2

10、2 mm的钢板焊接而成,材料多为9%Ni钢,对罐内LNG起支撑和密封作用。LNG薄膜罐的内罐由最小厚度为1.2 mm的30 4L不锈钢板焊接而成,固定在聚氨酯保温材料的预埋锚件上。内罐仅对罐内LNG起密封作用,各种液力载荷通过保温层传导到外罐。为防止超大范围温度变化下热胀冷缩形变对薄膜罐内罐的破坏,内罐薄膜上预先冲压形成正交波纹网格,以吸收在冷/热负荷下的形变,因此薄膜波纹形状是关键的发明专利技术。另外,薄膜罐还有氮气吹扫系统,能及时检测内罐的泄漏情况。2卓韩国接收站LNG薄膜罐情况韩国在引进LNG储罐技术时,通过比对安全性、技术成熟度等,认为薄膜罐和全容罐具有同等的安全性。2.1LNG薄膜罐

11、1986年在平泽建设的韩国首座LNG接收站即采用了法国GTT技术,建造了4台10 10*mGTT地上式LNG薄膜罐。该接收站经过1993年和1997 年两次扩建,又分别建造了3台10 10 的CTT地上式LNG薄膜罐9。2001一2 0 0 4年,在韩国第二座LNG接收站仁川站的扩0.3 m建工程中,采用了日本三菱重工(MHI)、石川岛播磨重工(IHI)和川崎重工(KHI)的 LNG 薄膜罐技术,共建造了8 台地下式LNG薄膜罐,包括1410*m和2 0 10*m两种规格。2008 年,韩国采用本土研发的LNG薄膜罐技术,在仁川LNG接收站建造了2 台2 0 10 4m的地下式LNG薄膜罐。2

12、019年,韩国在济州岛采用KOGAS的LNG薄膜罐技术建造了2 台4.510*m的地上式LNG薄膜罐。2.2LNG 全容罐韩国在仁川LNG接收站首次建造LNG全容罐,19962000年共建造了10 台10 10 4m的地上式LNG全容罐。韩国接收站LNG全容罐情况见表1,LNG薄膜罐和LNG全容罐应用时间线见图2。表1韩国接收站LNG全容罐情况表Tab.1Situation of full containment tanks at LNG terminal inSouth Korea建造时间19962000年20022012年20042012年平泽14202005年光阳1016.5201420

13、17年三陟20272016年保宁20储罐容积/数量/接收站投资运营方10*m台仁川10统营1420101524922934KOGASKOGASKOGAS浦项制铁(POSCO)KOGAS鲜京新能源(SKE&S)第41卷第3期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT I 油气储运与处理49济洲岛KOGAS220-0GTT3+TTLNG薄膜罐-986-98071980年代LNG全容罐图2 韩国LNG薄膜罐和LNG全容罐应用时间线示意图Fig.2 Application time line diagram of LNG full

14、 containment tank and LNG membrane tank in South Korea注:图中“平泽GTT31986表示平泽接收站采用GTT技术于198 6 年建造了3台储罐,后同。3韩国LNG薄膜罐技术本土化发展韩国在引进LNG薄膜罐技术的同时,也制定了技术本土化计划,于19 9 6 年开始实施,并于2 0 0 1年12 月采用自有技术在仁川接收站建造了1台10 0 0 m的LNG试验罐,于2 0 0 8 2 0 0 9年建造了2 台2 0 10*m的地下式LNG薄膜罐,标志着韩国LNG薄膜罐技术的成功本土化和应用。3.1韩国LNG薄膜罐技术本土化过程1996年,KOG

15、AS在仁川建设韩国第二个LNG接收站。同时因为韩国对LNG的需求量大增,KOGAS计划在借鉴国外技术的基础上,开发LNG储罐自有技术。在LNG薄膜罐技术方面,KOGAS开发出薄膜波纹的基本形状,并于1997 年获得法国国际专利。之后又进行了材料实验、低温安全性测试、储罐整体设计等准备工作。在完成了对LNG薄膜罐的设计和安全性评估后,KOGAS于2 0 0 0 年9月开始在仁川LNG接收站采用自有技术建造1座10 0 0 m的LNG薄膜试验罐,以检验自有LNG薄膜罐技术的应用安全性。LNG薄膜试验罐于2001年12 月完成试运行4。斗#GTT1-993=9941990年代-998仁仁统统平统统平

16、平平平平三三三川川川营营泽营营泽泽泽泽泽+光统统统统营营营营通过LNG薄膜试验罐项目的开发和运营,KOGAS在商业LNG储罐的工程设计、施工、调试和运营方面积累了丰富的知识和经验。根据从LNG薄膜试验罐获得的工程和实验数据,KOGAS研发部门于2 0 0 2 年6 月完成了1410 4m典型LNG薄膜罐的设计方案5。为应对罐内循环泵脱落导致罐底薄膜损伤的问题,对LNG薄膜罐整体设计进行了4次改进6 1。2007年,韩国制定了LNG薄膜罐标准KSB6943Standard for membrane type inner tank,用于规范LNG薄膜罐内罐的设计。经过不断研发,KOGAS掌握了2

17、0 10*mLNG薄膜罐技术,于2 0 0 8 一2 0 0 9年在仁川LNG接收站建造了2台采用自有技术的2 0 10 4m地下式LNG薄膜罐,这是韩国自有LNG薄膜罐技术的首次工程化应用7。2019年,KOGAS在济州岛建造了2 台4.510 4m的地上式LNG薄膜罐,再次对自有技术进行了改进,将次屏蔽膜材料由原来的铝箔复合材料改为与主屏蔽膜材料相同的不锈钢波纹板,提高了热角区的防泄漏等级。KOGAS对外宣传该储罐为世界首套全容式LNG薄膜罐。韩国LNG薄膜罐技术转化过程时间线见图3。试验储健建造储罐设计十专平8 GTT2=9981三MHI220012002200320042000年代20

18、020052006IHIKHI1KHI3LI=KOGAS1LI三KOGAS120082009200820092NO-O2010年代2O20142O陟陟保4平xGTT3平#GTT1平GTT1平#GTT2平泽GTT2平¥GTT11三MHI2IH12KHI1KHI3LI=KOGAS1H三KOGAS1济州岛KOGAS2198619871980年代图3韩国LNG薄膜罐技术转化过程时间线示意图(绿色部分)Fig.3 Time line of technology transformation process of LNG membrane tank in South Korea(green)-993199

19、41990年代1996199820012002200320042000年代200720080200920192010年代天然气与石油502023年6 月NATURALGAS AND OIL3.2韩国LNG薄膜罐建造技术转化过程仁川LNG接收站一期的10 台GTTLNG薄膜罐全由国外公司工程总承包,如由法国Freyssinet公司负责外罐预应力工程,由意大利Saipem公司负责额外提供建设项目前期工作和运营准备工作的交钥匙工程总承包(LSTK)服务 9 仁川LNG接收站二期扩建的LNG薄膜罐全部采用日本技术,韩国国内建设公司从2 0 0 2 年建造的采用IHI技术的2 台LNG薄膜罐开始参与建设

20、,由韩国三星重工和大宇重工负责罐内设备的安装。仁川LNG接收站后4台采用KHI技术的LNG薄膜罐,只由KHI公司提供设计和材料供应,建设工作全由大宇重工负责,包括最关键的薄膜内罐施工,从而使韩国国内建设公司掌握了薄膜安装和焊接技术。20082009年,在仁川LNG接收站采用K0GASLNG薄膜技术实施的2 台地下式LNG薄膜罐项目中,建设工作由韩国现代工程建设公司负责,表明韩国LNG薄膜罐建造技术实现完全本土化。韩国LNG薄膜罐建造技术本土化情况见图4。三星重工大宇重工内罐设备大宇重工内罐建设现代工程建设公司意大利Saipem公司:10 台LSTK(198 6 1998)法国Freyssine

21、t公司:5台预应力(19931997)济州岛KOGAS2平GTT1平GTT2198619871980年代Fig.4Time line of transformation process of LNG membrane tank construction technology in South Korea平GTT2平GTT1-993-9941990年代图4韩国LNG薄膜罐建造技术本土化过程时间线示意图三KOGAS1L三KOGAS1仁仁1三MHI2川川川IHI2KHI1KHI31997199820012002200320042000年代2008200920192010年代3.3船用薄膜罐技术转化2

22、004年,韩国产业资源通商部组织K0GAS和现代重工、三星重工、大宇造船海洋等公司着手自主研发LNG船围护系统,以KOGAS开发的LNG薄膜罐技术为基础加以改进,开发出KC-1船用LNG围护系统。2006年,KC-1船用LNG围护系统获得专利,至2 0 14年,该系统已达到LNG运输船工程化应用水平,保证LNG蒸发率(Boil Off Rate,BOR)维持在 0.0 7%,与 GTT公司的Mark Fle x 围护系统已经处于同一水平。KC-1船用LNG围护系统是韩国为打破法国GTT公司垄断,历时10 年自主研制的新型围护系统。20072014年,KC-1船用LNG围护系统陆续获得世界主流船

23、级社的原则性认可10 2015年1月,三星重工与SK下属的SK海运签订2LNG运输船建造合同,船容17.510*m,于2 0 18 年3月交付。2017年12 月,KC-1船用LNG围护系统获美国海岸警卫队(United States Coast Guard,USCG)的原则性认可。USCG的原则性认可文件认定,配置KC-1围护系统的LNG船的单船最大舱容可达17.410*m。2018年9月,三星重工与SK海运建造2 艘采用KC-1技术的小型LNG运输船,船容7 50 0 m。其中第一艘船已于2 0 2 0 年1月交付并投运,为运输加注两用船,用于从统营向济州岛运送LNG12韩国KOGASLN

24、G薄膜罐技术船用转化过程见图5。济州鸟KOGAS2第41卷第3期OIL&GASGATHERING,TRANSPORTATIONANDTREATMENT油气储运与处理51船用计车2瘦大船造罐饰试设验计划利准育角8GTT3平GTT1-98619871980年代图5韩国KOGASLNG薄膜罐技术船用转化过程时间线示意图(红色部分)Fig.5 Time line diagram of marine conversion process of KOGAS LNG membrane tank technology in South Korea(red)3.4相关技术研究发展KOGAS在引进LNG薄膜罐和技

25、术本土化过程中,将部分阶段性研究成果以公开发表论文的形式对外公表2 韩国LNG薄膜罐技术相关论文情况表Tab.2 Papers related to LNG membrane tank technology in South Korea发表时间1995年12 月1999年 6 月2001年3月2002年2002年1月2002年3月2003年5月2003年9月2005年12 月2008年11月2011年10 月2012年11月2012年11月2019年11月2瘦小船标术应田平tGTT1平tGTT21993=9941990年代名称Experimental sudy of impact behavi

26、ors of the membrane laiLow temperature effects on the fracture behavior of cold-worked STS304 stainlesel for membrane of LNG storage tanh l14iThe development of corner membrane for LNG storage tan 1The study of the behavior of steel/concrete roof for KOGAS pilot LNGstorage tank 16The study of KOGAS

27、membrane performance test for LNGstorage tank tiThe development of KOGAS membrane for LNG Storage Tank 5Consruction case of the inground LNG tank in Japan isA study on the function of dike of above-ground membrane type LNGstorage tanks ioThe comparative quantitative risk assessment of LNG tank desig

28、ns forthe safety improvement of above ground membrane tank 6Numerical study on the leakage safety of the membrane 201Numerical analysis and experimental evaluation on formability of对 GTT薄膜性能分析及成型工艺进行改进membrane for LNG storage tank 21A study on the safety improvement of above ground membrane LNGstora

29、ge tank 22The comparative rish ssment of LNG tank designs using FTA 2An experimental study on mechanical properties and failure behavior ofplywood 24社奇平泽GTT2平GTT119961997-9981三MHI2仁IH12KHI1KHI320012002布,论文情况见表2。论文的研究内容比较全面,LNG薄膜罐技术发展的各个阶段都有涉及。但由于技术保密要求,论文发表时间与技术转化时间不同步。主要内容利用声发射原理,对初期开发的环结节波纹吸收冲击性进行

30、研究对薄膜用30 4不锈钢在低温下的物理性能进行测试及分析开发出基本波纹并获专利后,对罐角技术进行研发对薄膜试验罐的钢/混凝土罐顶低温下的性能进行分析用施加外力替代法对薄膜低温下的形变、应力和强度进行了测试分析采用有限元分析法,对薄膜在低温下的应力和应变情况进行模拟分析对1995年日本在根岸接收站建设的2 0 10*m地下式LNG储罐施工情况介绍通过韩国国内外标准对LNG薄膜罐围堰的必要性进行分析在理论上对LNG全容罐和经过改进设计后LNG薄膜罐的方案风险进行对比和评估基于热阻技术对2 0 10*mLNG薄膜罐4种泄漏模式下的数值进行理论分析通过定量风险评估法和有限元分析法,对LNG薄膜罐的强

31、度安全性和泄漏安全性进行分析采用故障树分析法对LNG全容罐和LNG薄膜罐进行风险比较评估在低温下对用于绝热层支承的胶合板性能进行测试分析L=KOGAS1H三KOGAS1川20042006200720082000年代20092O4452010年代00284.2.2开展试验验证天然气与石油522023年6 月NATURALGAS ANDOIL4又对中国的启示4.1韩国LNG薄膜罐技术本土化特点4.1.1KOGAS 垄断 LNG韩国LNG的进口、储存和输送基本由KOGAS垄断经营,LNG接收站储罐,特别是LNG薄膜罐技术的本土化可以减少接收站投资。另外,韩国LNG接收站大部分由KOGAS投资运营,未

32、来本土化技术在LNG接收站的应用不存在壁垒。4.1.2LNG薄膜波纹技术合理与日本3种技术对比,KOGAS的LNG薄膜波纹形状相对科学、合理,其加工成型难易度甚至比GTT技术的难易度还低,且不易出现加工应力集中点。4.1.3研发过程科学严谨自19 9 7 年取得法国国际专利后,KOGAS继续对LNG薄膜罐技术进行全方位的研发试验和技术改进,并建设了采用KOGAS薄膜技术的小型LNG薄膜试验罐进行性能验证,充分保证了技术的安全性。4.1.4转化环节全面同步在保证了LNG薄膜罐技术安全性的前提下,KOGAS制定并改进了LNG薄膜罐整体设计方案,颁布了相关标准。在建造技术上,韩国国内建设公司从国外技

33、术建造LNG薄膜罐的罐内设备安装到LNG薄膜内罐施工,逐步掌握了关键施工技术,从而在本土化LNG薄膜罐技术的设计、施工、检测等方面都作好了充分准备。4.2对中国LNG薄膜罐技术本土化的启示2022年10 月,中国大陆首座陆上LNG薄膜罐河北河间LNG调峰储备库工程中的2.910*mLNG薄膜罐顺利投产2 5;2 0 2 2 年10 月北京燃气天津南港液化天然气应急储备项目8 座世界最大的2 2 10*mLNG薄膜罐全部完成升顶2 6。以上LNG薄膜罐均为引进法国 GTT技术。随着陆上LNG薄膜罐在中国应用的示范效应,以及“双碳”目标下中国对LNG需求量的持续增加,对接收站LNG储罐的大型化、低

34、成本、低碳化(钢材耗量少)要求将更加迫切。因此,LNG薄膜罐在中国有较好的应用前景,借鉴韩国LNG薄膜罐技术本土化经验,建议中国从以下方面进行准备。4.2.1开发薄膜波纹技术薄膜波纹一般为正交布置,用于减小温度变化时因形变而产生的应力。在参照国外各薄膜波纹形状的基础上,利用现代电脑模拟技术,开发并甄选出更加科学安全、具有自主知识产权的薄膜波纹技术。对自主开发出的薄膜波纹技术进行包括疲劳强度、低温机械性等全面实验测试,以确保波纹的实用性和安全性。参照韩国LNG薄膜试验罐思路,建设小型LNG薄膜罐,测试薄膜内罐低温密封性能、安全性等,并根据测试结果对薄膜技术进行提升改进,逐步完成大型LNG薄膜罐的

35、整体优化设计。4.2.3转化相关标准中国在引进LNG薄膜罐时,设计过程已由相关设计和研究单位参与,应结合国内标准情况,将LNG薄膜罐的设计、施工、检测标准进行本土化转换,以适应国内技术发展的需要。4.2.4施工技术转化中国已有LNG运输船制造企业,在LNG薄膜罐施工方面积累了一定的经验与施工能力。参照韩国经验,本土化初期由国外技术主导,以保证施工质量。后期对施工人员的培训、施工工装、施工机具等逐步本土化,并扩大施工能力,以便在市场需要时及时支持。5结论中国LNG薄膜罐技术本土化的条件与时机已相对优越和成熟。如果由国家层面整体协调,通过各参与单位努力,一定会在相对较短的时间内开发出具有自主知识产

36、权的、更安全、更科学的LNG薄膜罐技术,在降低投资的同时,提高国产技术的市场竞争力和安全性。1栗科华,李伟,刘建勋,等.国外液化天然气接收站调峰实践及对中国的启示J.国际石油经济,2 0 2 0,2 8(12):34-44.LI Kehua,LI Wei,LIU Jianxun,et al.The peak shavingpractice of foreign LNG terminals and its enlightenments J.International Petroleum Economics,2020,28(12):34-44.2章泽华,张奕,艾绍平.薄膜型LNG储罐J.石油工程建

37、设,2 0 13,39(3):1-3.ZHANG Zehua,ZHANG Yi,AI Shaoping.Membrane-typestorage tank:A new type of LNG tank J.Pe t r o le u mEngineering Construction,2013,39(3):1-3.3 A Barrel Full.LNG terminals in Asia DB/OL.(2020-01-24)2022-10-28.http:/ KIM Y K,OH B T,SEONG H H,et al.KOGAS pilot LNG C/The Mechanical Soci

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39、3-1208.6 LEE S R,KWON B G,LEE S H.The comparativequantitative risk assessment of LNG tank designs for the第41卷第3期OIL&GASGATHERING,T RA NSPO RT A T I O NA ND T REA T M ENT 油气储运与处理safety improvement of above ground membrane tank J.of corner membrane for LNG storage tank CJ/KSME.Journal of the Korean In

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