在全球能源结构加速低碳化转型的背景下，液化天然气（LNG）作为清洁能源的重要组成部分，正成为各国保障能源安全、推动绿色发展的关键抓手。LNG储罐是保障能源安全、提升储气调峰能力的核心基础设施，其建设更是衡量一个国家在低温工程、材料科学、装备制造等领域综合技术实力的标志。

  从沿海接收站到内陆调峰枢纽、从传统16万立方米储罐到27万立方米“巨无霸”，我国LNG储罐建设正以自主创新不断突破规模极限与技术壁垒。然而，随着储罐容量攀升与建设场景复杂化，如何在材料性能、施工安全、低碳运维等维度实现“破冰”，仍需行业凝聚智慧。本版聚焦LNG储罐建设，邀请了设计、施工、运营企业的相关专家进行访谈，敬请关注。

  本版文图由 王桂根 李 明 张 昊 姚志广 叶 丽 刘晶晶 孟禹君 王 刚 提供

  ●在超大型LNG储罐的设计中，如何平衡储罐的容积、高度和稳定能力？青岛LNG接收站采用的“矮胖型”设计有哪些优势？

  李凤奇：在超大型LNG储罐设计中，平衡容积、高度和稳定能力是储罐设计的关键。在维持相同操作容积的前提下，增大罐径可降低罐体高度，提升储罐的抗震能力。但罐径的增大会导致穹顶跨度增加，加大施工全套工艺流程及复杂荷载下的稳定性设计难度。另外，罐径增加可使内罐壁厚变薄，减小内罐的设计与施工难度。储罐设计罐容越大，外罐投资越高，内罐投资越低。因此，需结合场地建设条件，并以罐容大、抵抗震动的能力强、穹顶稳定性高为目标，优化储罐结构参数。

  青岛LNG接收站采用的“矮胖型”储罐具有以下优势：一是低重心设计使储罐在地震工况下的倾覆力矩减少，抵抗震动的能力明显地增强；二是减小了内罐壁厚，降低了设计与焊接的难度；三是缩短了储罐的施工工期并降低了高空作业风险；四是缩短了卸船时间，提高了卸船作业效率。目前，“矮胖型”储罐已成为全世界LNG接收站的主流设计。

  ●LNG储罐通常建于沿海地区，容易受到地震和台风的影响。在设计阶段，如何通过结构优化提高储罐的抗震和抗风能力？

  李凤奇：LNG储罐储存能量巨大，若发生泄漏爆炸将产生难以估量的次生灾难，故抗震设置防护要求远高于常规建构筑物，对设计提出了前所未有的挑战。LNG储罐通常建于沿海地区，而沿海多为软土地基，沿海工业用地多是吹填形成，吹填后的软土通常尚未进行充分排水固结，土体的承载力较差，如何在高烈度软土区建造超大型LNG储罐，成为储罐抗震设计的难题。为此，工程建设公司首次构建了“双层罐体+基础+桩土”与低温液体的整体流固耦合动力学模型，解决非整体分析力学模型失真难题；聚焦高烈度地震区储罐抗震技术瓶颈与软土地基-桩基系统灾变防控难题，首创了“双承台+隔震”结构体系，研发了LNG领域首套国产化隔震装置，使LNG储罐建造于地震高烈度软土地区成为可能。

  ●当前各种数字化工具在LNG储罐设计中的应用情况如何？这些技术是否明显提升了设计效率和工程精度？

  李凤奇：在超大型LNG储罐工程领域，以SP3D、ABAQUS、ANSYS、HYSYS为代表的数字化工具已形成全生命周期技术矩阵，明显提升了设计效率与工程精度。其中，HYSYS通过建立热力学、流体力学模型实现系统的精准工艺模拟与流程的优化。ABAQUS和ANSYS软件能够最终靠多物理场分析对LNG储罐的外罐与内罐结构可以进行优化。在使用SP3D软件进行多专业三维协同设计中，不但可以检查碰撞，还能够完全满足数字化交付需求，为智慧化运维创造条件。数字化工具在施工阶段的应用也尤为关键。通过三维模型正向设计可以精准快捷导出施工所需图纸和数据，有助于提高效率，缩短施工工期。数字化工具已深度融入LNG储罐设计，成为提升效率与精度的核心驱动力。随技术迭代与行业标准化持续推进，其应用场景范围将进一步扩展，推动LNG储罐工程向更高效、更安全的方向发展。

  张向东：9%Ni（镍）钢是超大型LNG储罐常用的罐体材料，其强度、韧性和低温性能对储罐的安全运行至关重要。焊接是罐体安装的关键环节，焊缝的质量直接影响罐体的密封性和强度。对于9%Ni钢的焊接，要选择合适的焊接材料、焊接方法和焊接工艺参数，严控焊接过程中的变形、裂纹和气孔等缺陷。

  近年来，随着16万立方米储罐到27万立方米储罐的飞跃式发展，四建公司从始至终保持施工市场一马当先的优势，完成了中国石化LNG储罐内罐纵缝自动焊工艺开发，在国内率先实现了内罐纵缝自动化焊接，提高了焊接效率，焊缝力学性能更优，质量放心可靠。同时，咱们进行罐顶以泵井主平台和放空框架为主的模块化施工，进一步避免高空作业、提高人工作业效率、减少机械台班，以此来降低安全风险和经济成本。

  ●青岛LNG接收站的27万立方米储罐仅用时18个月就完成整体的结构建设，施工效率大幅度的提高。在超大型LNG储罐建设中，有哪些关键措施可以缩短工期并降低成本？

  潘吉龙：受青岛冬季严寒及强海风环境影响，储罐施工面临混凝土浇筑温度难以达标的问题。十建公司首创“外罐壁低温混凝土内加热外保温工法”，通过预埋套管注入热干空气，保证浇筑温度，实现冬季连续施工。针对27万立方米储罐钢穹顶跨度大（总重1530吨）、型钢尺寸大难组对的特点，十建公司项目团队重新设计H形钢组对拼装工装设备，提升穹顶片制造精度和预制效率。

  在钢穹顶气顶升施工全套工艺流程中，十建公司将激光测距仪、压力传感器、陀螺仪等仪器集成在自动控制系统中，实现顶升过程中钢穹顶顶升高度、速度、方位等关键数据的测量、传输、计算，同时采用数字孪生技术，实现数据实时反馈和及时调控。

  针对高空钢筋网片倾覆风险，十建公司研发混凝土预埋抗风柱技术，消除风力引发的安全风险隐患，保障外罐壁双层钢筋网片施工安全高效推进。

  钢制穹顶后期顶升仅用时107分钟，偏差控制在60毫米以内（远低于200毫米允许值），工期较计划提前了13天，为储罐整体施工缩短工期提前交工奠定了坚实基础。

  ●穹顶气顶升是储罐建设的关键工序之一。在超大型LNG储罐的建设中，如何通过技术优化确保气顶升的安全性和精准性？

  张向东：穹顶气顶升原理是使用微压空气浮升技术，通过大流量鼓风机向罐内送入压缩空气，增加穹顶下方气压至容许的压力，内外压力差将预制好的穹顶“托举”起来，沿混凝土罐壁连续平稳提升至罐壁顶部，与承压环接合。

  在顶升作业中，平衡系统、密封系统、动力系统和智能监测系统是成功升顶的关键。通过实时监测、精准控制储罐升顶时的气压、速率、偏移度等参数，以保障气顶升安全、稳定。平衡系统是通过滑轮组和钢丝绳为悬浮的钢质穹顶提供定位导向，避免穹顶在升顶过程中发生倾斜和旋转。密封系统直接决定顶升的质量。在拱顶与罐壁间隙这一最关键的密封位置，一般会用加强型聚乙烯密封帘或其他类似密封材料，升顶时在内罐风压作用下紧紧贴在混凝土罐壁上，保证良好的密封性。当前开发的智能监测系统已经应用于顶升作业中，可以实时调整气顶升过程中的气压和速率，实现精准控制和安全施工。

  ●焊接是LNG储罐施工的核心环节之一，如何确保焊接质量以满足极低温条件下的使用上的要求？是否有自动化或智能化焊接技术正在推广？

  潘吉龙：为确保焊接质量满足极低温条件下的使用上的要求，十建公司项目团队开发使用热丝TIG机动焊焊接工艺，改变图纸坡口尺寸，使焊接更贴合现场实际，来提升焊接质量。目前，该工艺已在中国石化天津LNG、龙口LNG储罐内罐施工中使用。另外，通过在埋弧焊机和手工焊机上预设电流、电压、速度，确保9%Ni钢焊接线千焦/厘米。严控纵缝自动焊U形坡口加工尺寸，通过大型铣边机精密加工，将预制尺寸误差控制在±0.5毫米以内，减少安装偏差。

  十建公司在内罐壁9%Ni钢纵缝焊接过程中开发使用自动焊焊接工艺，焊缝外观成形美观，不有必要进行焊缝余高的打磨，减少了焊工技能对焊接质量的影响。该公司联合埋弧焊焊机厂家开发了等离子自动清根机，研发并应用焊缝余高自动打磨技术，解决了传统人工打磨导致的效率低、质量差等问题，内罐焊接一次合格率99.9%，有效提升了机械化施工水平和劳动效率。目前，创新工艺与焊接技术已在国内各大型LNG储罐内罐施工中推广使用。值得一提的是，十建公司在北海液化三期项目储罐中应用国产高镍焊材，解决了焊接材料依赖进口的问题。

  相比传统手工焊条电弧焊，罐壁与内罐边缘板之间的T形接头（大角缝）采用埋弧自动焊工艺，具有焊接线能量小、缺陷少、质量高的特点，减少了因焊工操作水平不足导致的质量上的问题，可实现单座罐节约50个人工时，提高了机械化施工水平。

  ●LNG储罐建成后，如何通过传感器、物联网等技术实现实时监测和智能运维？这些技术是不是已经成熟并广泛应用于实际项目？

  刘庆胜：多维度传感器网络可应用到液化天然气储罐的实时监测中。液位与压力监测能够使用无线远传液位计，通过高精度传感器实时采集液位、压力数据，结合物联网技术传输至云平台，精度达±1毫米，数据更新频率达秒级。温度与泄漏监测可通过分布式光纤传感技术沿罐壁部署，监测温度梯度和微小形变，结合激光气体成像技术（如TDLAS）实现0.1ppm（1ppm为百万分之一）级甲烷泄漏定位。

  智能运维方面，可通过搭建物联网架构与数据平台，通过资源层（传感器与设备）、数据层（边缘计算与存储）、呈现层（可视化界面）三层架构设计，实现多站点集中管理。

  多级报警系统方面，可实现阈值报警（如液位超限、压力骤变），以及故障分级推送（红色警报直达管理层、黄色警报发送至运维团队）。

  远程操作功能方面，可通过物联网平台实现阀门远程启闭、液位调控及紧急切断功能，提升应急响应效率。

  当前，无线传输、光纤传感等技术已标准化，国内企业推出的商用化监控系统基本能实现LNG储罐全生命周期管理。

  ●LNG储罐的常规使用的寿命通常长达几十年，在长时间运行中，如何评估其结构完整性和耐久性？是否有定期检测和修复的标准流程？

  王增平：目前，LNG储罐通过应用结构完整性评估体系，实现材料退化机理分析，确保其在长时间运行中安全可靠稳定。在低温脆性监测方面，针对9%Ni钢、不锈钢等低温材料的特性，采用缺口冲击试验定期验证材料韧性，确保在负162摄氏度工况下无脆性断裂风险。在应力腐蚀开裂评估方面，通过电化学阻抗谱和慢应变速率试验检测焊缝等应力区域的腐蚀敏感性。在保冷系统效能评估方面，通过蒸发率、珍珠岩沉降、弹性毡老化、真空度丧失等方式定期监测，实现整体效能评估。

  有关LNG储罐的定期检测和标准化维护修复，27万立方米LNG储罐能应用在线监测网络系统，通过采用沿罐壁布置测点的分布式光纤传感技术实现全生命周期检测，可以在一定程度上完成0.1毫米级的裂纹检测。目前LNG储罐按照缺陷分级修复处理，出现裂纹深度小于10%壁厚的一级缺陷问题时，采用低温冷焊修复；出现腐蚀面积小于5%的二级缺陷问题时，应用厚度200微米、附着力不小于10兆帕的纳米复合涂层技术；出现结构伤害损坏的三级缺陷问题时，应用弹性模量匹配度大于90%的碳纤维增强复合材料补强技术。

  青岛LNG接收站的27万立方米LNG储罐，是目前国内单体容积最大的LNG储罐之一。罐体直径达100.6米、高55米，双罐体设计、落地式结构，采用17项自主知识产权专利技术，仅用时18个月就完成储罐整体的结构建设，27个月后安全平稳投用。罐内空间可停放一架国产C919大型客机，属超大型LNG储罐。

  在储罐建设过程中，由天然气分公司、工程建设公司、十建公司等组成的项目团队先后实现了20余项核心设备的国产化应用，使储罐的国产化水平提升至95%以上，是当前国产化程度最高的LNG储罐。

  智慧高效施工：攻克外罐壁高难度施工，优化钢穹顶预制分片模式，提升工作效率，建成目前国内最大跨度、最大重量全容式LNG储罐穹顶结构。

  超大直径储罐设计：首创电加热基础形式，保障储罐基础和下层土壤不会因LNG低温产生有害变形。罐壁创新采用变截面设计，确定主要构件的截面尺寸，确保经济合理。

  智能化管理系统：储罐投用后，创新融合北斗卫星导航系统和5G室内外定位技术，推动安全生产流程数智化改造，助力设备设施安稳运行。

  首次构建了双层罐体、基础、桩土与低温液体的整体流固耦合动力学模型，解决了单独分析力学模型数据失真难题；首创了“双承台+隔震”结构体系，并研制隔震装置，攻克了在高烈度软土地区建造LNG储罐的抗震难题；创建了蒙皮屈曲后残余刚度理论，开发了基于初始几何缺陷迭代修正的蒙皮-球壳整体屈曲分析技术，解决了世界上最大LNG储罐穹顶设计建造难题；研发了外罐整套低温材料，并创建了相关的评价体系，构建了基于储罐钢筋混凝土与低温复杂荷载下的材料非线性全工况仿真模型，保障了混凝土在低温开裂下的液密性。建设过程中，创新研制5项省部级工法，采用17项自主知识产权专利技术，顺利攻克了多项建设难题，仅用时18个月就全部完成储罐整体的结构建设，大幅度提高了施工效率，为国内超大型LNG储罐建设提供了经验借鉴。

  深圳大鹏LNG接收站项目是国内第一个LNG项目，于2004年3月26日开工建设，16万立方米LNG储罐为当时最大LNG储罐。16万立方米LNG储罐为双层结构，外罐是混凝土结构，内罐是9%Ni钢金属罐，直径80米、高度35.43米。该项目标志着国内彻底掌握9%Ni钢焊接工艺，突破了欧洲标准的技术壁垒。同时，该站建成投营，开国内液化天然气接收站建设运营先河，为我国LNG产业高水平质量的发展奠定了坚实基础。

  深圳大鹏LNG接收站项目共完成了LNG罐体工程所需要的35个焊接工艺评定，其中9%Ni钢焊接工艺评定22个，全部通过力学性能测试，最终两座罐焊接射线%。

  改造了单面埋弧自动保护横焊机，实现双面埋弧保护、单面自动焊接，焊道成型好，背面焊道不用二次打磨清根，提升了现场施工效率。

  天津LNG接收站二期工程于2023年11月全部投用，包括5座22万立方米LNG储罐及配套工艺、电仪、消防设施等，天津LNG接收站总储气能力达10.8亿立方米，在国内已投产的LNG接收站中居首位。

  在建设过程中，由天然气分公司、工程建设公司、四建公司等组成的项目团队采用优化罐体高度、桩基、元宝钢筋数量等措施，降低施工风险，提高作业效率，同时应用大跨度装配式铝吊顶结构，大幅度减少焊接作业、缩短施工周期。

  内罐纵缝自动焊工艺开发：四建公司牵头，联合天然气分公司、工程建设公司共同开发，结合LNG储罐纵缝结构特点及9%Ni钢特性，开发U形窄坡口工艺，实现国内首次LNG储罐整条纵缝打底、填充、盖面的自动化焊接，减少了焊缝金属填充量，焊道成型美观，力学性能更优，质量放心可靠。该工艺在提高焊接生产效率、降低实施工程的成本的同时，减少了罐内作业空间的粉尘、烟尘、噪声，极大改善了工作环境，实现了绿色环保施工。

  该工艺率先在天津LNG接收站二期项目两座22万立方米LNG储罐施工中应用，焊接一次合格率为99.44%，后续在中国石化龙口LNG接收站项目、天津南港乙烯项目推广应用。