潘遠(yuǎn)波

(江蘇省化工設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210024)

液化天然氣(LNG)管道設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題淺析

潘遠(yuǎn)波

(江蘇省化工設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210024)

針對(duì)液化天然氣(LNG)項(xiàng)目中的管道設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中遇到的一些典型問(wèn)題進(jìn)行了討論：介紹了LNG管道材料和保冷材料的選擇、LNG工藝管線試壓、吹掃和干燥及預(yù)冷方案。

LNG；管道；設(shè)計(jì)

天然氣是一種從地下開(kāi)采的可燃性氣體，無(wú)色無(wú)味，主要成分中85%～95%為甲烷(CH4)，比重輕于空氣。天然氣熱值高，屬于清潔燃料，幾乎不含硫、粉塵和其他有害物質(zhì)，燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳少于其他化石燃料，造成的溫室效應(yīng)較低，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。在-162℃常壓下可液化，稱液化天然氣(LNG)，液化后體積縮小到1/600，利于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)LNG產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來(lái)越重視，我國(guó)正在規(guī)劃和實(shí)施的沿海LNG項(xiàng)目有：廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧，這些項(xiàng)目將最終構(gòu)成一個(gè)沿海LNG接收站與輸送管網(wǎng)。

LNG 項(xiàng)目中接收站是核心組成部分，接收站的功能是接卸由LNG 遠(yuǎn)洋輸送船運(yùn)來(lái)的LNG，在LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存并進(jìn)行氣化，氣化后的天然氣送至天然氣輸氣干線。在接收站裝置中管道設(shè)計(jì)是重要的組成部分，是裝置設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)全過(guò)程綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的重要體現(xiàn)，起著承上啟下的作用。本文就LNG接收站裝置中管道設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行討論。

1 LNG工藝管道設(shè)計(jì)要求

LNG接收站裝置中管道設(shè)計(jì)[1]與其它化工項(xiàng)目管道設(shè)計(jì)要求一樣，首先要符合管道及儀表控制流程設(shè)計(jì)的要求，并符合現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)程的規(guī)定。管線布置應(yīng)該整潔有序，盡量成組成排布置。同時(shí)應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)合理，支撐方便，還應(yīng)注意壓力損失[2]。最后在施工、操作和維修等方面的要求也制約著管道設(shè)計(jì)。

2 LNG工藝管道材質(zhì)及保溫材料

由于碳素鋼和低合金鋼在-160℃低溫條件下韌性降低，容易脆化，因此LNG工藝管道一般采用耐低溫耐腐蝕的奧氏體不銹鋼材料[3]，管材內(nèi)壁與低至約-160℃的LNG接觸，具有良好的低溫韌性，同時(shí)還具有良好的耐腐蝕性能及抗裂紋能力，以滿足較高的安全性要求。

LNG低溫管道保冷材料采用的是聚異氰脲酸酯(簡(jiǎn)稱PIR)，PIR是一種新型的有機(jī)高分子絕熱材料，是由異氰酸脂(Isocyanate)于聚醚(Ployol)為主原料，再加上觸媒、防火劑及環(huán)保型發(fā)泡劑，經(jīng)專(zhuān)門(mén)配方和嚴(yán)格工藝條件下充分混合、反應(yīng)、發(fā)泡生成的泡沫聚合體。由于這種泡沫聚合體具有獨(dú)立的密閉細(xì)胞結(jié)構(gòu)和高閉孔率，發(fā)泡體細(xì)胞細(xì)微均勻、隔熱性能良好、耐火焰阻燃性能極優(yōu)，因而在隔熱性能、耐水透濕性、接著性、抗壓性、阻燃性和冷縮率等方面呈現(xiàn)出優(yōu)良的品質(zhì)。這種高科技有機(jī)高分子材料，防火性能優(yōu)，導(dǎo)熱系數(shù)小，防水性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗老化性好，是用于深冷及普冷溫度環(huán)境下絕熱高分子材料的最佳選擇。它的適用絕熱溫度范圍為-196～+120℃。

3 LNG工藝管線試壓、吹掃和干燥及預(yù)冷

3.1 試壓方案的確定

在《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》GB50235[4]中有述："管道安裝完畢后，熱處理和無(wú)損檢驗(yàn)合格后，應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)。壓力試驗(yàn)應(yīng)以液體為試驗(yàn)介質(zhì)。當(dāng)管道的設(shè)計(jì)壓力<=0.6MPa時(shí)也可采用氣體為試驗(yàn)介質(zhì)，但應(yīng)采取有效的安全措施。脆性材料嚴(yán)禁使用氣體進(jìn)行壓力試驗(yàn)。"

(1)水壓試驗(yàn)：操作簡(jiǎn)便，成本低、安全性高，但是為了防止低溫系統(tǒng)由于濕氣凍結(jié)而對(duì)管線造成機(jī)械損壞和避免可燃混合物的形成，水壓試驗(yàn)之后應(yīng)將所有低溫管道徹底干燥，尤其是閥門(mén)的干燥，如果干燥不徹底，在投料后將造成閥門(mén)凍裂或閥桿結(jié)冰無(wú)法正常開(kāi)啟。

(2)氣壓試驗(yàn)：管道試壓后不存在干燥問(wèn)題，但是由于氣體的可壓縮性，能量積聚，因此氣壓試驗(yàn)安全性低，危險(xiǎn)性高。因此，從安全角度考慮和鑒于以往LNG項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，LNG管道建議采用水壓試驗(yàn)。

3.2 吹掃和干燥

由于管道焊接過(guò)程中有焊渣存在以及施工中管道中存在其它異物，在開(kāi)車(chē)(生產(chǎn))中這些雜物會(huì)影響生產(chǎn)，使生產(chǎn)達(dá)不到預(yù)期目的或不能生產(chǎn)，所以在開(kāi)車(chē)前要進(jìn)行管道吹掃。管道吹掃原則：

(1)施工中實(shí)行分段吹掃，分段以焊接閥門(mén)為界，注意管道施工后要及時(shí)密封，防止雜物和雨水進(jìn)入。

(2)為防止碳鋼管道內(nèi)的鐵銹、焊渣進(jìn)入低溫管道，碳鋼管道不能向低溫管道吹掃。

(3)不能向儲(chǔ)罐內(nèi)吹掃，由罐內(nèi)向外吹掃。

(4)不能吹掃任何儀表設(shè)備。

(5)由于需要吹掃，在安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)使用臨時(shí)墊片，在氣密性試驗(yàn)前更換正式墊片。

(6)在吹掃時(shí)要敲擊管道表面和焊接部位。

吹掃合格標(biāo)準(zhǔn)：氣流以20m/s速度吹向管道口附近放置的附有半濕白色毛巾的墊板，毛巾上無(wú)灰塵和雜質(zhì)為合格。

最后采用純度高于99.9%，露點(diǎn)低于-60℃的干燥氮?dú)鈱?duì)低溫管道進(jìn)行干燥，并要求管道干燥后露點(diǎn)溫度低于 - 40℃，氧含量低于4%(mol)。在實(shí)際管道干燥過(guò)程中，露點(diǎn)溫度只能達(dá)到19℃左右，即認(rèn)為管道干燥合格。干燥、置換合格后用氮?dú)饩S持微正壓狀態(tài)。

3.3 預(yù)冷

LNG管道采用奧氏體不銹鋼材料，奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的低溫性能，但線膨脹系數(shù)較大。在LNG -162℃溫度條件下，不銹鋼收縮率約為千分之三。雖然在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了冷收縮的補(bǔ)償，但是在溫度變化速率較大時(shí)，還存在溫度變化過(guò)快、熱應(yīng)力過(guò)大而使材料或連接部位產(chǎn)生損壞的問(wèn)題。LNG接收站內(nèi)低溫管道和低溫儲(chǔ)罐在正式進(jìn)入低溫液體前，要首先進(jìn)行充分的冷卻，即預(yù)冷過(guò)程。

剛投用的LNG管道為常溫，只能用蒸發(fā)氣(BOG)對(duì)其進(jìn)行預(yù)冷。蒸發(fā)氣(BOG)與管道中的常溫氮?dú)饨佑|，傳遞冷量，混合冷氣下沉，與管道底部接觸，使底部開(kāi)始降溫，管材出現(xiàn)不明顯收縮。而此時(shí)頂部仍然為常溫，當(dāng)頂?shù)撞繙夭钸_(dá)到一定值時(shí)，管道底部收縮開(kāi)始明顯，橫向開(kāi)始出現(xiàn)位移；溫差越大，收縮越大；收縮越大，位移越明顯。預(yù)冷時(shí)的檢查內(nèi)容：

(1)檢查低溫材料有沒(méi)有低溫開(kāi)裂現(xiàn)象。

(2)檢查低溫管道焊接部位有無(wú)裂紋，特別是法蘭焊接部位。

(3)檢查管道冷縮量和管托支撐變化。

(4)檢查低溫閥門(mén)的密封性和靈活性，檢查是否凍住。

(5)檢查法蘭連接部位是否泄漏，螺栓是否因冷縮而使預(yù)緊力減小。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就液化天然氣(LNG)管道設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中遇到的一些典型問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)與討論，并加以合理化闡述。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的討論，積累成寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中避免類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生，將問(wèn)題解決于設(shè)計(jì)階段，以便現(xiàn)場(chǎng)更好的施工。

[1] 中華人民共和國(guó)原化學(xué)工業(yè)部. GB 50316-2000(2008年版)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京，中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[2] 宋岢岢. 壓力管道設(shè)計(jì)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] 中國(guó)化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì). 化工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京:出版社不祥，1987.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB 50235-2010工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范[S]. 北京，中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

(本文文獻(xiàn)格式：潘遠(yuǎn)波.液化天然氣(LNG)管道設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題淺析[J].山東化工，2017，46(14)：155，158.)

Analysis of Liquefied Natural Gas (LNG) Piping Design and Construction

PanYuanbo

(Jiangsu Chemical Design Institute Co. , Ltd. , Nanjing 210024,China)

The typical problems are discussed in the piping design and construction process in the LNG project,such as: piping material and cold insulation material selection, LNG pipeline pressure test, purging and drying and pre cooling scheme.

LNG;piping； design

2017-05-16

潘遠(yuǎn)波(1984—)，碩士研究生，主要從事化工工藝設(shè)計(jì)工作。

TQ055.8+1

A

1008-021X(2017)14-0155-01