LNG作为绿色能源, 其突出优点, 一是价格便宜, 二是对环境污染小且储存量大。有关统计表明, 船舶采

用LNG燃料可减少15%～20%的二氧化碳排放, 减少85%～90%氮氧化物排放, 减少100%硫氧化物排放, 同时

噪音、烟尘和废油水的排放也大为降低, 推广LNG燃料船舶具有显著的社会效益, 是当前内河航运的一个

主要趋势。[1]近年来, 江苏省大力推进内河水域船舶上LNG燃料的应用, LNG储罐成为绿色能源船舶的重

要配套产品之一。LNG特性决定了它的使用危险性, 如低温、泄露、爆炸等都可能对船上人员造成伤害,

对运输船舶造成巨大损失。储存罐的质量是安全使用的一道重要保障, 因此对该产品的检验进行深入研究

是非常必要的。

1 LNG特性
LNG的主要成分是甲烷 (CH4含量75%～99%) , 是目前自然界中能大量存在的最低碳分子燃料。它是无色、

无味的低温液体, 对金属没有腐蚀性, 极不溶解于水;其燃点为650℃, 相对于汽、柴油和LPG (液化石油

气) 燃点较高, 更难点燃;爆炸极限为5%～15%, 且汽化后密度很低 (约为0.717 1 Kg/m3) , 比空气轻,

稍有泄漏即挥发扩散。[2]

LNG的危险性主要来自以下三方面: (1) 低温危险。LNG的汽化温度为-162℃, 因此如果发生泄漏会对人体

和船体带来巨大伤害 (灼伤和低温冷脆) 。 (2) 泄露危险。仅少量液体就能转化为大量气体。1体积LNG

可以转化为约600体积气体, 若控制不当会造成超压或气体大量聚集遇明火引发爆炸等危险。 (3) 爆炸危

险。一般环境条件下, 体积比为5%～15%的天然气和空气混合是可燃的, 由泄漏引起燃烧或爆炸, 是LNG储

罐的主要危险。

2 LNG储罐结构
内河用LNG储罐是用于储存LNG燃料的压力容器, 不带冷箱的LNG储罐结构如图1所示。这类储罐一般采用双

层壳体结构, 即内容器和外壳。内容器由筒体和两侧椭圆形封头组成, 由于内容器要承受LNG的低温, 因

此应选择耐低温不锈钢材料;外壳作为绝热层保护壳体, 由外筒体和两侧的蝶形封头组成, 也应选择耐低

温不锈钢材料。内外壳之间通过数组环氧玻璃钢结构件支撑, 夹层内充填珍珠岩绝热材料并抽真空。外壳

设置两个鞍座, 一只为固定鞍座, 另一只为活动鞍座, 通过地脚螺栓与船体结构相连, 外部管路、汽化器

、缓冲罐、阀门和仪表等集中布置在储罐一侧, 装设在冷箱内, 下设承滴盘。储罐外部管路主要包括:充

装系统、回气系统、用气系统、自增压系统、节气系统、安全泄放系统、溢流系统、集中排气系统、监测

系统。

 图1 LNG储罐结构
图1 LNG储罐结构   下载原图

3 检验及试验环境条件
对LNG储罐进行相关检验及试验应具备以下环境条件: (1) 试验环境要求应为清洁、通风良好, 且有防静

电、防明火等措施; (2) 试验现场应设置警戒区域和红色信号标志; (3) 试验现场不应有强电磁干扰和强

烈振动、冲击; (4) 环境压力为当地大气压, 温度范围为0℃～40℃, 相对湿度小于85%; (5) 易燃易爆深

冷液体作为试验介质时, 应设置安全区域, 且不应有可能发生危险的危险源存在。

4 LNG储罐检验要点
4.1 材料复验
材料复验须在有资质的材料测试单位进行。首先应逐张检查内容器和外壳不锈钢材料 (S30408) 试板表面

质量和标记, 确认后分别对试板试样进行化学成分分析、常温拉伸试验、弯曲试验和低温冲击试验。其中

低温冲击试验前, 内容器试样须在液氮 (-196℃) 器皿中浸泡5分钟以上, 待试样充分冷却后进行试验,

这是为了测试不锈钢材料的耐低温性能。

4.2 焊接试板检验
储罐内外容器应制作焊接试板, 选择与容器相同材料、相同厚度、相同热处理状态的材料, 在容器A类纵

向焊接接头延长部位与壳体同时施焊, 制作焊接试板。试板应进行外观检查和无损检测, 在合格部位截取

试样, 在有资质的材料测试单位进行测试。试样应进行常温拉伸试验、弯曲试验和低温冲击试验。

4.3 焊缝无损检测
容器受压元件之间的焊接接头分为A、B、C、D四类。A类焊接接头主要包括:圆筒部分 (包括接管) 和锥壳

部分的纵向接头、球形封头与圆筒连接的环向接头等;B类焊接接头主要包括:壳体部分的环向接头、锥形

封头小端与接管连接接头等;C类焊接接头主要包括:球冠形封头、平盖、管板与圆筒非对接连接接头, 法

兰与壳体或接管连接的接头等;D类焊接接头主要包括:接管、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头等。[3]

内容器的A、B类焊接接头应进行100%X射线检测, 质量等级达到II级及以上;内容器C、D类焊接接头进行

100%渗透检测, 质量等级达到I级。外壳的A、B类焊接接头应进行20%X射线检测, 且不小于250 mm, 质量

等级达到III级及以上。真空夹层内管路对接接头应进行100%X射线检测, 质量等级达到II级及以上, 真空

夹层内管路角接接头应进行100%渗透检测, 质量等级达到I级。

4.4 内容器耐压试验
内容器无损检测合格后才可进行耐压试验, 对此可采用气压试验。试验前, 内容器出气口连接2个经过检

定合格且量程相同的压力表, 然后向内容器充装干燥洁净的氮气。试验时, 压力应缓慢上升至规定试验压

力的10%, 保压5 min, 然后对所有焊接接头和连接部位进行泄漏检查。无泄漏或异常现象可继续升压至规

定试验压力的50%, 然后按照每级规定试验压力10%逐级增压至规定试验压力, 并保压10 min, 然后将压力

降至设计压力, 保压2 h后进行检查。听是否有异常响声, 查看是否有可见变形, 对所有焊缝、管路尤其

是弯管部位喷肥皂液检查是否漏气, 无漏气为合格。

4.5 漏气速率测量
这可采用分流检测法, 用封闭的气罩将储罐罩住, 用风机将气罩内封闭空间空气抽出, 直至达到能保证氦

质谱仪稳定工作在需要的灵敏度区间的真空度后, 罩内充氦气。测量中用到的氦质谱检漏仪和标准漏孔须

经国家法定计量机构检定合格, 并在校验有效期内使用。当储罐存在焊接缺陷等漏孔时, 氦气经漏孔进入

系统内部并被吸入检漏仪, 检漏仪示出氦信号, 通过与标准漏孔引起的氦信号进行比较, 计算出储罐的漏

气速率。对几何容积5 m3真空粉末绝热LNG储罐, 漏气速率不得大于6×10-7Pa·m3/s。

4.6 封口真空度测量
直接测量法试验装置原理如图2所示。将真空计与储罐连接起来, 调整真空测量仪器, 确定合适量程, 开

启真空计, 真空计稳定后的读数即为储罐夹层真空度。对几何容积5 m3真空粉末绝热LNG储罐, 真空度不

得大于2 Pa, 否则需重新进行夹层抽真空, 再次进行夹层真空度测量, 直至合格。[4]

低温真空度测量的试验方法与封口真空度测量类似。不同的是, 在测量前, 储罐内容器需充注50%以上液

氮, 且系统达到热平衡后才能进行测量, 真空度不得大于2 Pa。

4.7 漏放气速率测量
这可采用直接测量法, 将储罐真空阀处于关闭状态, 内容器和外壳接近环境温度, 且夹层压力相对稳定后

, 测量夹层初始真空度并记录数据, 之后每2 h记录一次, 试验持续72 h, 共37组数据。代入计算式, 式

中Q为储罐漏放气速率, 为夹层空间真空度变化率, V为储罐真空夹层几何容积, K为夹层容积修正系数,

真空粉末绝热取值0.6。对几何容积5 m3真空粉末绝热LNG储罐, 计算得到的真空夹层漏放气速率不得大于

2×10-5Pa·m3/s。

4.8 静态蒸发率测量
这可采用气体质量流量计测量法, 将检定合格的气体质量流量计与相关仪器相连, 原理如图3所示。试验

采用液氮作为试验介质, 液氮充装应达到额定充满率90%, 且充液结束后静置48 h。静置期间打开储罐的

放空阀, 当内容器表压力接近为零时放空管路中接入流量计, 储罐其他阀门应关闭。待蒸发气体流量稳定

后, 每1 h采集流量计示值、流量计入口温度压力、环境温度压力等数据, 连续记录数据48 h。分别计算

前后24 h静态蒸发率, 并将后24 h静态蒸发率与前24 h作对比, 当变化范围小于5%时, 记录数据有效, 当

变化范围大于5%时, 重新记录数据一次24 h数据, 且该数据为最终记录数据。对几何容积5 m3真空粉末绝

热LNG储罐, 计算得到的静态蒸发率不得大于0.65%。

 图3 气体质量流量计法试验装置原理
图3 气体质量流量计法试验装置原理   下载原图

1被检件3升温器5气体质量流量计2放空管阀4温度计

4.9 安全阀试验
安全阀应进行开启/闭合试验, 将压力上升至安全阀的整定起跳值, 观察记录安全阀的起跳压力和闭合压

力值, 安全阀开启压力设定值可大于实际工作压力的5%, 但不超过设计压力, 排放压力不超过设计压力的

1.1倍, 安全阀开启/闭合压差最大不超过10%, 对此次几何容积5 m3真空粉末绝热LNG储罐, 安全阀起跳压

力设定值1.1 mPa, 排放压力不超过1.21 mPa, 最大开启/闭合压差不超过0.11 mPa为合格。

4.1 0 管路及冷箱气密试验
管路气密性试验在外部管路和阀件组装完成后进行, 试验时容器安全阀接口用螺纹堵头进行封堵密封, 试

验可采用气压试验, 向内容器充装干燥洁净的氮气。试验时, 压力缓慢上升达到设计压力后, 保压足够长

时间, 对所有焊接接头和连接部位进行检查, 无泄漏为合格。

冷箱气密性试验前, 应关闭气密门并封闭其他所有出口, 冷箱内排入空气加压, 当冷箱内外压差达500 Pa

时停止加压并保压足够长时间, 观察压力表, 每小时压力下降量不大于3%为合格。

4.1 1 检验后留存资料
LNG储罐在以上检验和试验完成后, 应及时收集以下技术资料:材料复验检测报告、焊接试板检测报告、焊

缝无损检测报告、内容器耐压试验报告、漏气速率测量报告、封口真空度测量报告、漏放气速率测量报告

、静态蒸发率测量报告、安全阀试验报告、管路及冷箱气密试验报告。

5 结束语
随着国家对改善环境质量的重视和对能源结构的逐步调整, LNG作为燃料的绿色能源船舶将会进一步推广

。LNG储罐的需求量将会越来越大, 对LNG储罐的产品检验要求也将越来越高。由于LNG储罐泄露气化会产

生易燃易爆气体, 遇明火容易发生失火甚至爆炸, 危及船员和船舶安全, 因此制造厂应该严抓生产质量、

规范试验流程, 验船师要确切把握检验要点、注重试验细节, 这样才能保证出厂产品的质量安全。本研究

结合自身5m3LNG储罐的检验经验, 对船用LNG储罐的产品检验要点进行了梳理, 可供江苏省内外各船舶检

验机构及验船师借鉴。