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渤海湾的“绿能谷”

来源:注浆设备    发布时间:2023-12-14 02:07:58

  海浪轻拍,从岸边延伸至浅海的蝶形码头舒展双“翅”,码头上的卸料臂高高扬起。平整开阔的岸边,园区内规划有序,6座白色或灰色的巨大储罐拔地而起。国家管网集团龙口南山LNG(液化天然气)接收站项目就位于此处。

  这是我国在建规划顶级规模的LNG接收站项目,一期工程建设已进入冲刺阶段,目前已实现卸料臂、低温蝶阀全系列尺寸等主要工艺设备全部国产化,并实现多个“国内首次”“国际首创”,包括国内首个22万立方米半地下坐地式LNG储罐、首个22万立方米坐地式LNG储罐等。

  “最高、最优”“首个、首次”的背后,突破了哪些关键技术,蕴含着怎样的创新密码?记者近日采访了项目有关负责人。

  “这4座白色的是一期工程的1号至4号储罐,已完成中交验收;另外2座灰色的是5号、6号储罐,罐体外部尚未涂刷,眼下正在进行内罐壁板安装。”国家管网集团龙口南山LNG接收站项目部党委书记、总经理王飞向记者介绍,这6个庞然大物直径长93.4米,高60.4米,相当于20层楼高。容积均为22万立方米,换算下来,内部可叠放3架C919大飞机。

  根据规划,一期工程除了建设6座22万立方米的储罐外,还建设1座可停靠26.6万立方米LNG运输船的专用泊位。一期工程规模为年周转量500万吨,每天可气化外输4000万立方米天然气。自2020年5月开工以来,其建设进度已达89.01%。

  液化天然气是一种经济环保、安全可靠的绿色能源。近年来,我国加快推进能源结构调整优化,国内市场对天然气的需求慢慢的变大。在北方,天然气供应面临较大缺口。加快相关基础设施建设,保障天然气供应,满足民生需求,迫在眉睫。

  龙口南山LNG接收站项目就是这样一个国家级重大能源基础设施工程,也是2022年全国天然气储气设施重点工程、国家环渤海地区天然气产供储销体系建设重点项目。

  在我国的LNG接收站项目中,该项目是占地面积最大的,近1500亩;规划规模也是最大的,年周转量可达2000万吨,共规划有20座LNG储罐和4座LNG运输船泊位。

  巨大的规模、优越的地理位置,使得该项目基本具备了建设北方天然气储备中心的条件。

  该项目投产后,气态外输可覆盖广大华北地区,辐射东北亚市场;可通过山东省天然气主干线实现应急调峰、冬季保供,成为山东省天然气供应辅助中心;具有船舶返装功能,可建成北方LNG船舶加注中心和北方国内LNG转运中心。

  “建成投产后,该项目将通过配套外输管道与区域主干管网联通,与位于河南省濮阳市的文23储气库相连,进口液化天然气与国内天然气资源协调互补,提高区域供应保障能力。”王飞说,其中,一期工程每年可为渤海地区供应天然气逾70亿立方米,大约可供5000万户居民使用1年。

  “L”“N”“G”恰好也是“绿能谷”的拼音首字母,王飞介绍,该项目所在地正在围绕发展绿色能源产业打造“绿能谷”。将为广大华北地区提供更多清洁能源。

  液化天然气具有低温特性,从运输到储存,都需要在零下162摄氏度的条件下,遇热就会迅速气化。一座座储罐,就像是一个个超级“大冰箱”,为维持液化天然气的低温状态提供坚实保障。

  从运输船到经过管线进入储罐,卸料臂是液化天然气的必经之路。因此,卸料臂也要经受零下162摄氏度的超低温考验。

  提起一期工程的5台卸料臂,项目小组成员满脸自豪——全部是国产的!其核心部件在国内首次实现100%国产化。目前,这5台卸料臂已完成整体常温性能测试、低温性能测试,其低温旋转接头、紧急脱离装置、快速连接装置三大核心部件完成型式试验,具备快速对接、紧急脱离、自动关闭等复杂功能。

  说来简单做来难。“以低温旋转接头为例,既要做到在低温状态下能够360度旋转,又要做到高度密封不泄漏。旋转需要空隙,有空隙的话怎么保证密封性?材质的选择、结构的设计都面临巨大挑战。”王飞说,符合标准要求的低温旋转接头,需要在低温模拟工况下经过40万次旋转和测漏试验。

  卸料臂还实现了国际国内“双突破”:在国内首次开发出适用于卸料臂紧急脱离的低温双球阀,能使紧急脱离装置在5至10秒内紧急关掉切断阀,并使船舶与卸料臂2秒内分离;在国际上首创基于多轴联动、自主规划路径的运动控制算法和视觉识别、北斗定位的岸船自动对接技术。

  王飞重点介绍了岸船自动对接技术:“以往岸船对接需要登上外国运输船来操作,非常麻烦。这一技术解决了这样的一个问题,而且白天、晚上都能实现自动对接,并自动锁紧、自动固定,确保不泄漏。这是一个重大突破。”

  这5台卸料臂仅用6天就完成了吊装,大大少于常规时间。是设计的优化,使得它更轻便,更易于安装和日常维护,及维修、拆卸。

  液化天然气的关键工艺设备长期被国外垄断,供货期长且后期维保费用高。由于国内相关产业起步较晚,生产厂商不多,经验较少,研发乏力。

  该项目一期工程积极构建LNG设备国产化科研创新平台,包括卸料臂在内,实现低温蝶阀全系列尺寸等关键工艺设备全部国产化应用。

  由于液化天然气的超低温特性,低温阀门材料及其加工制造要求十分严格。液化天然气升温气化时,体积会膨胀约600倍。既要耐低温,又要耐高压、耐高压差……这对相关低温阀门产品的综合力学性能、密封性能都提出了极为严苛的要求。

  该项目实现了全系列尺寸国产低温蝶阀在我国LNG接收站行业的首次工业化应用。其中,46寸大口径三偏心超低温蝶阀填补了国内空白,主要技术指标达到国际领先水平,而且密封性能优于国外产品。

  以“氮氧化物排放最低”为目标,创新技术优化浸没燃烧式气化器功能,使氮氧化物排放量比原来降低近一半;首次应用国内设计压力最大的开架式气化器,进一步提升长距离气化外输能力,更加适应北方冬季低温海水工况,更加节能、减碳;还有低压压缩机、槽车装车橇……一期工程建设中,工艺设备国产化率达91%,节省投资约2.24亿元。

  “从码头靠岸的卸料臂,到罐内泵、再冷凝器、高压泵,再到气化器、压缩机,主要工艺设备全部实现国产化,这在十几年前是不可想象的。”王飞说,当年我国建设LNG接收站只能依赖进口设备,而现在不仅实现了质的突破,还带动了相关产业发展。

  在一期工程建设前期,复杂的基岩条件对储罐建设提出了挑战。这里的地面,一半是由填海造地而成,一半是开山而成。根据不一样的区域基岩面的深浅,建设人员采用了不同的储罐建设方式。其中1号到4号储罐,采用了群桩式的桩基,运用了高桩承台结构。

  5号储罐所在位置的基岩面为中风化甚至强风化程度,如果采用传统方式,将面临基坑支护结构失稳、滑移等风险。项目团队创新实施半地下式+电伴热方案,将储罐的一部分埋进地下,利用周围土层的约束来提高其抗震性和安全性。因此,从外观上看,5号储罐比其他几个“伙伴”矮一些。这是国内首次应用半地下坐地式结构建设22万立方米LNG储罐。

  6号储罐所在位置是开山而成,基岩面浅,地质条件良好,便让它直接“坐”在地上,采用坐地式结构。较之传统的高桩承台结构,这一结构抗震能力更好,而且工期更短、造价更低。

  LNG储罐共分三层:混凝土外结构层、中间保温层和由9Ni钢壁板焊接而成的内罐层。9Ni钢壁板的焊接技术,是整座储罐建造的关键技术,其工艺水平直接决定储罐的使用寿命。

  环缝焊接约占内罐9Ni钢壁板焊接工作量的80%。纵焊缝以往业内常用人工焊接,缺点较多,质量难以控制。该项目团队创新采用全自动TT焊接技术,一举攻克了窄坡口侧壁熔合不良、横焊位置焊缝成型难以控制等多项技术难题,焊缝成型美观、余高控制良好,且具有烟尘少、能耗低、作业强度低等优势,焊接一次合格率达99.8%以上且质量达到Ⅰ级。

  创新技术的应用,攻克了项目建设中一个个难题。数字化、智能化的助力,带来了提质、降本、增效。

  在储罐穹顶气顶升数字化监测与控制中心内,工作人员紧盯电脑屏幕,实时发出指令。

  气顶升是大型液化天然气储罐建造过程中难度最大、工艺最复杂、风险最高的工序之一。储罐的穹顶,是一个直径88米,高度约12米,重达850吨的半球形钢结构。这么重的穹顶,要通过压缩空气的方式,把它从地面送到15层楼高的储罐顶部,如何保证它平稳升起?

  “我们运用数字化系统对储罐气顶升的过程做全面监控,观察其平稳度和速度,大幅度的提升了安全性。”王飞说。

  从建设伊始,该项目就着力于打造国内智能化水平最高的LNG接收站,坚持科技数字化发展。基于工业互联网,一期工程开发搭建了智能化管理平台,建设信息化软件系统,涉及安全、设备、生产、能源、巡检、仓储、定位等7个方面应用系统。

  ——LNG接收站智慧运营。结合库存信息、管存信息、管输能力等数据,智能化管理平台统筹规划来船、外输安排,动态平衡接收站“收—发—存”状态,为优化供应链提供相关依据,辅助生产运行决策。

  ——机器人智能巡检。通过巡检机器人搭载双视云台及智能传感设备,采集重点区域、重要设备的数据,经后台分析后,以弹窗、数据、图表等形式呈现巡检结果。

  项目部党委着力打造“红色工地”党建品牌,形成了建筑设计企业牵头、参建单位共同参与的党建工作格局,在工程建设中,各方团结协作、形成合力。党员亮出身份,每次遇到难题都冲锋在前、带头攻坚,持续推动建设国产化水平最高、智能化水平最高的国家优质工程。

  正如项目部党委副书记姜波所说,正是因为这里有一个以员为骨干的建设团队,在远离繁华都市的地方,常年驻守工地,不断攻坚克难,带着高度的责任感,服务国家战略、服务人民需要、服务行业发展,这一个项目才能干成、干好。

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