大型LNG儲罐膨脹珍珠巖現場填充技術

珠光砂是一種由酸性火山玻璃質熔巖經破碎、預熱、焙燒膨脹而制成的具有多孔結構的、白色粒狀松散材料、具有容量小、導熱系數低、化學穩定性好、不燃、無毒、無味、吸音等特性。廣泛應用于空分設備、貯槽、石油、化工、造船等領域。

珠光砂（*低溫*力工程用膨脹珍珠巖）是由粉選精選小粒經礦砂在垂直立窯以然氣作熱源，加熱膨脹所獲得的產品，其中加強型產品是在膨脹珍珠巖表面噴涂**硅，形成憎水結構。產品色澤、容重、規格類似于普通膨脹珍珠巖。本產品主要用于大型*低溫熱力工程保溫層施工，如制氧空分機組、液氫、液氮、液氧冷凍運輸車船等。本產品具有良好的*低溫保溫性能，產品質量**歐洲船級社標準要求。

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3大型LNG儲罐珍珠巖填充工藝

目前工業上常用的珍珠巖施工方法有兩種：人工填充法和施工現場膨脹填充法。

人工填充法：膨脹珍珠巖粉末在工廠中制作并包裝完畢后，運輸至填充施工現場，然后再利用提升設備(提升機、吊車等)，將膨脹珍珠巖粉末提升至冷箱、儲罐等需要保冷設備的*部，采用人工方式裝填至內、外層之間的夾層中。

施工現場膨脹填充法：珍珠巖原礦砂和設備設置在填充施工現場，直接在現場將珍珠巖原礦砂進行膨脹，變成粉末狀后接著進行填充施工。這種工藝下利用全封閉的空氣輸送裝置，直接將膨脹后經檢測合格的膨脹珍珠巖粉末填充到冷箱、儲罐等需要保冷設備內、外層之間的夾層中。

由于現場膨脹填充法采用了現場膨脹生產和氣力輸送管道直接填充，消除了膨脹珍珠巖與潮濕空氣接觸的機會，同時避免了人工填充方式因包裝、儲存、運輸所造成的對材料的破壞，大大降低了膨脹珍珠巖粉末受潮結塊從而影響保冷性能的概率。另外，此種方式避免了人工高空露天作業，既減少了對環境的粉塵污染，又大大提高了施工的安全性。

大型LNG儲罐對質量要求較高，因此，普遍采用現場珍珠巖膨脹填充法。

4現場珍珠巖膨脹填充施工

4.1 施工前準備工作

現場珍珠巖膨脹填充前，需*鋁吊頂邊緣珍珠巖擋板、吊頂封板等完成安裝，所有穿過吊頂的管道在珍珠巖填充前都需要密封好，以防珍珠巖粉末通過這些管道開口飛入內罐。人工檢查環形空間及吊頂無液態水、油漬及施工垃圾或雜物。珍珠巖填充前需完成儲罐氣壓試驗，*環形空間內的管線、儀表等已安裝完畢。

4.2 珍珠巖膨脹過程

目前工業上常用的珍珠巖膨脹爐按燃料類型可分為電爐、煤粉爐、人工煤氣爐等。大型LNG儲罐采用現場膨脹填充，一般采用電爐型膨脹爐(見圖2)，直接采用電熱管為加熱體，噪聲小，不受現場燃料限制，膨脹工作溫度一般在850～950℃。

珍珠巖原礦砂被工人成袋定期放入膨脹爐進料口，原礦砂在重力作用下落到膨脹爐底部，被加熱至850℃以上時，開始膨脹，體積增大，浮力增加。當浮力*過自身重力時，膨脹珍珠巖微小顆粒隨熾熱氣流上升。攜帶膨脹珍珠巖粉末的熱氣流通過膨脹爐中部的旋風分離器后，分離出來的膨脹珍珠巖粉末排入到膨脹珍珠巖粉末鼓風機輸送系統；而此時通過旋風分離器后仍然攜帶少量珍珠巖粉塵的熱氣流繼續上升，通過*部氣體過濾器后粉塵氣流得到了凈化(以防止直接排放粉塵污染環境)，達標后的氣體排放到大氣。進入鼓風機輸送系統的膨脹珍珠巖粉末被輸送到儲罐*部進行環形空間填充。對于氣體過濾器，一般在進行膨脹操作前對氣體過濾器進行清洗，單臺儲罐膨脹珍珠巖填充施工期將近21d，一般不需要中途拆下來清洗。

輸送系統由鼓風機、管道、取樣槽組成。取樣槽位于輸送系統管道首端與膨脹爐出口向下管道連接處下方，用于定期對膨脹后的珍珠巖粉末取樣，進行松散度、含水量、粒度等指標檢測。

4.3膨脹珍珠巖填充

鼓風機是膨脹珍珠巖輸送系統的主要設備(位于圖2中膨脹爐側下方位置，在圖2中被遮擋住)，作為輸送珍珠巖進入罐內環形空間的主要動力源，出口壓力一般在40～100kPa。膨脹珍珠巖輸送管道由圖2中的不銹鋼管道和圖3中的罐*臨時軟管兩部分組成。不銹鋼管道沿著儲罐墻體爬升到儲罐*部，通過圖3中的罐*臨時軟管與罐*珍珠巖填充管嘴連接，對罐內環形空間進行填充。輸送系統安裝完成后，振搗設備、檢驗吊籃通過外罐*上的直徑為1.3m的物料圓孔運輸到吊頂邊緣環形空間上方，并安裝在圖1中的施工單軌上，用于珍珠巖填充過程中振搗、運送工人進行檢驗。

圖3中的儲罐*部填充管嘴為儲罐*性結構，沿罐*邊緣均布，共48根，公稱直徑為150mm，從罐*延伸到鋼筋混凝土罐*下方300mm，每一根珍珠巖填充管嘴與施工單軌徑向坐標稍微錯開，避免珍珠巖填充階段施工單軌擋住珍珠巖下落到環形空間。

罐*48根填充管嘴依次按順序l～16、17～32、33～48號分為3組，3臺膨脹爐和填充設備分別對應l6根填充管嘴，3組同時進行填充。為了*膨脹珍珠巖粉末填充均勻，一般采取奇數號、偶數號管嘴輪流填充的方式，即**行1、3、5、…、15，17、19、21、…、31，33、35、37、…、47號管嘴填充，再進行2、4、6、…、16，18、20、22、…、32，34、36、38、…、48號管嘴填充。

輸送系統通過不銹鋼輸送管道、罐*臨時軟管、填充管嘴，把膨脹后的珍珠巖粉末填充到內罐壁板外側彈性氈和外罐內側之間的夾層空間。膨脹珍珠巖粉末會在重力的作用下落入填充區域。

當珍珠巖的填充高度從內罐邊緣底板高度計算達到5.0m時，將開始更換奇數或偶數管嘴輪流進、行填充，直到48個管嘴填充初始高度都達到5.0m。由于5.0m高度以下是熱角保護系統，空間較窄，且5.0m以下環形空間內布置了很多儀表管線，因此，5.0m高度以下不進行振搗操作。以后往上每次的填充高度到3.5m時停止填充，進行一次振搗操作。振搗完成后隨即再進行填充，如此往復，直到環形空間內的膨脹珍珠巖填充高度達到距離內罐壁板上部吊頂封板上檐3.5m位置時，進行較后一次振搗。此后，振搗設備和工人站位吊籃等設備從環形空間撤出，再往上高度的珍珠巖填充不再進行振搗操作。

施工中要*在珍珠巖填充過程中不存在不同填充嘴下珍珠巖堆高度差*過4.0m的情況發生，膨脹珍珠巖較終填充到罐*下方施工單軌底部(珍珠巖填充管嘴下端和施工單軌下表面齊平，因此，較終填充高度也位于珍珠巖填充管嘴下方)。

5振搗操作

剛填充后的膨脹珍珠巖粉末比較蓬松，為了防止儲罐長期運行后膨脹珍珠巖沉降帶來局部保冷空間空隙，需要在膨脹珍珠巖初步填充后進行充分振搗操作。珍珠巖剛膨脹后密度為35～55kg／m3，充分振搗后密度一般為48～65kg／m3。

除了**填充的5.0m高度內不用振搗外，以后每一次填充高度達3.5m后，需進行一次振搗操作，每一次沿圓周一整圈的振搗操作需要約4h，振搗后高度下降15％～27％，即可滿足要求。等效測量方法為：在對每一次3.5m的高度范圍內進行振搗后，振搗后的珍珠巖高度都要比振搗前低0.53～0.94m，即滿足要求。

圖4為填充期間進行珍珠巖振搗的操作設備，用于工人操作和檢驗的吊籃、振搗設備吊掛在環形空間上部的施工單軌上。

振搗時，工人分兩組，每組2人。其中一組站在吊頂的邊緣，負責操作圖4中振搗裝置起降機按鈕來調整振搗鋼板高度，同時監管環形空間下方振搗工人的安全；另外一組工人站在圖4左側吊籃上負責振搗工作，1個工人控制吊籃升降按鈕，使吊籃下降到環形空間相應高度進行振搗操作，另外1個工人控制振搗操作按鈕，控制振搗鋼板上的電動機進行振搗操作(振搗鋼板上電動機電源線一直牽到工人站位吊籃上)。

用于提供振動源的電動機固定在振搗鋼板表面，振搗鋼板規格(長度×寬度×厚度)為1800mm×1800mm×6mm。由于罐*物料孔直徑只有1.3m，振搗鋼板無法通過罐*物料孔進入到吊頂邊緣環形空間，因此，采取由4張900mm×900mm×6mm鋼板在罐內吊頂邊緣完成振搗鋼板組裝。圖4中振搗鋼板的四角被磨圓并加上橡膠護套，電動機固定在鋼板中心偏上位置。吊籃、振搗鋼板等裝置通過鋼纜線懸掛在環形空間上端施工單軌上。珍珠巖填充、振搗期間，珍珠巖擋板開設一個臨時口，以*從罐*物料孔下來的人員、物料、振搗設備都能夠穿過珍珠巖擋板到達環形空間。振搗過程中吊頂邊緣環形空間現場實景照片見圖5。

振搗鋼板邊緣裝有伸縮棒狀壓力感應器，當其接觸到彈性氈時會使電動機自動關閉，以起到保護彈性氈不被刮損的作用。在每次進行振搗前后用卷尺進行填充高度測量。測量的上基準點位于環形空間*部施工單軌處(即填充管嘴出口處)，測量點為鋼筋混凝土罐*下方珍珠巖填充管嘴出口正下方的珍珠巖的上表面，每根管嘴測量一次，總共測量48次。填充高度即為填充管嘴出口處到內罐底板距離減去卷尺測量的距離。

6施工現場膨脹珍珠巖性能檢測

大型LNG儲罐由于保冷質量要求較高，對珍珠巖原礦砂含水率要求較高，一般采用從國外進口的珍珠巖原礦砂產品，含水率滿足自由水(游離水)質量分數≤0.5％的要求。珍珠巖原礦砂中自由水在恒溫105～110℃條件下，大約2h可以分離出來，原料進場時可以分批進行復檢，以檢測原料含水率是否合格。

珍珠巖原礦砂產品在施工現場進行膨脹后直接填充。振搗后珍珠巖粉末主要性能需滿足常溫下熱導率≤0.044W／(m·K)等技術要求。膨脹現場需定期對膨脹珍珠巖進行取樣，并在現場臨時實驗室進行實驗檢測。一般每1h測量1次膨脹后松散密度，每4h測量1次振搗后密度，每8h進行1次膨脹粒度分析。對于熱導率的測試，每臺儲罐僅需在膨脹珍珠巖開始填充時進行1次取樣測試?，F場檢驗標準見表1。

從取樣槽取來的試樣經過相關處理后直接在施工現場臨時實驗室進行松散密度、膨脹粒度檢測；振搗后密度、熱導率測量則是通過在取樣槽取樣，在施工現場臨時實驗室進行模擬振搗操作后，再進行性能測量。

表1中膨脹粒度的測量說明如下：同時取4組相同試樣，分別用孔徑0.6mm、0.425mm、0.3mm、0.15mm的篩子篩分，4組試樣同時滿足以下4項條件時，才認為該批珍珠巖膨脹后粒度合格：通過孔徑為0.6mm篩子的膨脹珍珠巖粉末的*為97％～l00％，通過孔徑為0.425mm篩子的膨脹珍珠巖粉末的*為75％～85％，通過孔徑為0.3mm篩子的膨脹珍珠巖粉末的*為40％～55％，通過孔徑為0.15mm篩子的膨脹珍珠巖粉末的*為0％～10％。

上述膨脹后性能指標都是在膨脹填充連續進行的過程中抽樣檢測，檢測時現場膨脹和填充工作不停止。若抽檢結果出現性能指標不合格的情況，應立即停止膨脹填充操作，更換該批次原礦砂材料，檢驗合格后再進行膨脹填充操作。

7結語

現場珍珠巖膨脹填充施工是大型LNG儲罐建造施工后期關鍵工序之一。為了避免膨脹后珍珠巖受潮，一般應避免雨季施工，大氣相對濕度在80％以上的天氣也應盡量避免珍珠巖膨脹填充施工。典型16×104m3大型LNG全容儲罐所需珍珠巖原礦砂材料費及施工費雖然只占整個儲罐工程造價的2.0％～2.5％，但現場珍珠巖膨脹填充效果直接關系到儲罐投產后保冷效果。在該大型LNG全容儲罐建造過程中，單臺16×104m3儲罐現場珍珠巖膨脹填充施工用了21d，現場定期進行的導熱率、膨脹粒度、密度檢驗均合格，投產后儲罐整體BOG蒸發率測試合格。這說明了按照本文所述技術要求進行現場珍珠巖膨脹填充施工，大型LNG全容儲罐在運行過程中保冷效果良好。