一、介绍

液化天然气(LNG)储存在液化厂（发送站）和再气化站（接收站）的大型储罐中。虽然有几种储罐型式可供选择，但最近建造的大多数液化天然气储罐都是全包容储罐。这些储罐包括：

全包容液化天然气储罐的运行过程中，碳氢化合物的小气泡（以后简称蒸发气体）通过次容器渗漏，这引起了监管部门的注意。其关注事项包括：

本文分享了全包容液化天然气储罐的气体渗漏的程度以及对全包容罐设计和操作的影响，说明了液化天然气泄漏到环形空间后，热保护系统（TPS）具有降低后张拉预应力混凝土罐壁和罐底角部刚性连接部位的温差应力梯度的作用。最后根据新建和现有的液化天然气储罐观测到的气体排放以及可能的渗漏路径，讨论了行业面临的挑战。

全包容储罐的热保护系统、衬里板

上图摘自API 625-2021 （原文章采用-1）

二、在役LNG储罐的渗漏观测

由于预应力混凝土外罐的主要材料混凝土不具有气密性，典型的全包容储罐的次容器通常使用碳钢衬里板作为气密结构的主体，设计成储罐结构的一个组成部分。尽管如此，通过气密性的碳钢衬里的蒸发气体渗漏量已经有了经验数据。这种现象表现为微压气体在储罐不同位置穿过了混凝土罐，气体可穿过罐顶、罐壁或罐底（混凝土承台）的表面，或者有时间气体渗透到储罐基础的测斜管中，或者气体通过地基周围的土壤砾石渗漏。

发生此类事件会引起监管机构的关注，它们要求能证明风险在合理可行范围内且尽可能低(ALARP) —从发生火灾和爆炸概率的角度看是安全的，从环境角度看是存在污染物的无组织的排放。虽然在释放地点通常检测到甲烷浓度较低，但它们已被证明超过了爆炸下，已测量到每年总气体排放量高达25吨。气体渗漏到混凝土结构衬里的途径有几种可能，最有可能的途径是衬里板搭接在混凝土罐中的预埋板上的焊缝发生了渗透。安装衬里板时，需要焊接的焊缝有几公里长。再加上衬里板的焊缝，和内罐罐壁的对接焊缝不一样，不被认为是主要的承力部件，其检测的手段有限，对焊缝的检查程度较低。

热保护系统(TPS)通常配置在混凝土罐体上，后张拉预应力混凝土罐壁和罐底角部一般为刚性连接。TPS的作用是防止罐体下部暴露在过低的温度下。它由放置在罐底承台的上面和混凝土罐壁的下段的9%的镍钢板和绝热材料组成。TPS顶部的预埋钢板被锚固在混凝土壁里面。

由于TPS系统的液体密封性功能，应该比衬里板更安全，在设计和施工过程中一般会给予更多的关注。因此，预计在它后面不会有气体排放（译者注：这句话可能是错的，由于TPS系统一般都有压力平衡管系统，正常工作时，在气相上是连通的，只是在液相上不会连通）。然而该位置的观测表明，在这些地区也可以看到气体排放。这些观测结果提出了关于TPS的密封性及其实际上提供二级安全壳设计中假定的热保护功能的能力问题。

三、讨论

上述情况带来了一些挑战，LNG液化厂或LNG接收站运营公司关于气体渗漏应该做到：

内罐泄露情况下混凝土外罐的变形（不按比例）

改进次容器的设计和施工技术，使其确实表现出气密性能，在内罐发生泄漏的情况下，确实能够保证液体的密闭性（红色字体为译者加注）。

更好地调查研究在运行储罐中观察到的气体排放背后的原因是由许多小缺陷引起的排放还是少数大缺陷引起的排放？这些缺陷是否只是允许气体渗漏，但不足以在内罐意外泄漏时造成严重的液化天然气液体泄漏？考虑到TPS后面有绝热，即使液化天然气会通过TPS泄漏，混凝土外罐能否承受住液化气体的有害低温吗?

对于新建的低温液化气体微压储罐，降低发生渗漏的措施是：设计更好的衬里板结构（译者注：在单独一篇文章中将介绍国外衬里板设计研究工作）和TPS结构，改善后面的施工质量控制。考虑到TPS在内罐发生意外泄漏时不能提供充分热保护的设计情况，通过在TPS后面使用低温钢筋等来确保结构的坚固性。因为TPS被认为可以提供完全的热保护，一些设计师选择不在TPS后面使用低温钢筋。

低温储罐的工业标准主要关注TPS的性能（或功能）要求。TPS与混凝土墙连接的顶部被确定为重点区域，然而，对于如何详细设计该区域，以减少在意外泄漏情况下TPS预埋板后面发生裂缝和泄漏的可能性，几乎没有任何建议（译者注：ACI 376已经有了一些具体要求，但是如何计算、判定准则和设计TPS的钢制部分也没有明确）。

对于现有的LNG储罐，先进的非线性有限元分析和实验室测试可以作为在原设计之外的其他场景下演示储罐完整性的工具。当使用非线性有限元分析时，现实的但保守的分析假设需要考虑基于不同的载荷（作用）场景(例如机械载荷和温度梯度作用)材料本构定律，施工或竣工记录等。验证与抗拉强度相关的破坏模式下的混凝土模型，如剪切破坏，是获得分析结果信心的基础。

实验室测试有助于更好地了解钢筋混凝土构件的材料性能，特别是在低温下的材料性能。

混凝土在低温下表现出比环境温度下强度的增加程度取决于湿度条件。虽然通过测试可能显示常温钢筋出比预期更好的性能，但不要期望常温钢筋在低温下具有多少延展性。应根据相关标准的安全系数和设计理念考虑研究钢筋混凝土试验得到的承载能力结果。

译者注：

1. 本文的原作者是Chris , Paola , and Tim Wiley，原文网址如下：

2. 低温微压液化气体储罐蒸发气体的渗漏的描述详见2021年发布的API 625附录C：储罐包容理念的注解