孫 航

(中海油石化工程有限公司 設(shè)計(jì)管理部，山東 濟(jì)南 250101)

1 項(xiàng)目總體情況

LNG擴(kuò)建項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模：300萬t/a，其擴(kuò)建部分的構(gòu)成為：

1) LNG儲罐區(qū)：新建兩座儲罐，每個罐的有效容量為20萬m3；

2) 工藝區(qū)：在一期工程預(yù)留區(qū)域，新增BOG壓縮機(jī)1臺，新增中間介質(zhì)氣化器(IFV)4臺，新增高壓輸送泵4臺；新增一臺氣化器(SCV，浸沒燃燒式)，兩臺燃料氣加熱器；

3) 計(jì)量輸出區(qū)：新增計(jì)量撬1臺及附屬設(shè)備；

4) 槽車裝車站：新建槽車裝車位4座，共設(shè)4臺裝卸臂。

2 預(yù)冷一般要求

2.1 預(yù)冷目的

接收站能否順利投產(chǎn)試運(yùn)行，預(yù)冷是一個重要環(huán)節(jié)。通過預(yù)冷，儲罐和管道會由常溫慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏毓ぷ鳡顟B(tài)，從而避免因LNG的瞬間進(jìn)入儲罐和管道而損壞儲罐和管道；此外還可以通過預(yù)冷，檢測儲罐在低溫時的性能、閥門在低溫時的密封性、低溫管托的變化以及設(shè)備和管道在預(yù)冷過程中的伸縮量等等[2]；同時，也能消除管道焊接殘余應(yīng)力和施工偏差等，檢驗(yàn)低溫管道施工質(zhì)量，確保LNG管道安全投用。

2.2 預(yù)冷操作需具備條件

接收站已完成設(shè)備、管道施工以及管道的吹掃、試壓、氣密等工作；

需要預(yù)冷的管道以及與其相連的系統(tǒng)已完成干燥置換，且露點(diǎn)低于零下40℃；

需要預(yù)冷系統(tǒng)的有關(guān)儀表控制系統(tǒng)以及閥門等已具備操作條件；

試驗(yàn)用臨時設(shè)施及工具準(zhǔn)備就緒；

完善的預(yù)冷操作方案及應(yīng)急預(yù)案；

編制完善溫度檢查記錄表、管托位移檢查表；

2.3 預(yù)冷操作技術(shù)要求

預(yù)冷介質(zhì)壓力不應(yīng)超過系統(tǒng)正常操作壓力；

一般針對10寸以上管道進(jìn)行預(yù)冷，管道同一位置上下表面溫差控制在50℃，溫降速率控制在8～10℃/h，最大不應(yīng)超過20℃/h；

根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行閥門開關(guān)測試；

預(yù)冷時需要對壓力和溫度實(shí)時監(jiān)控，并做好相關(guān)記錄，以避免過快降溫；

應(yīng)設(shè)專人對預(yù)冷系統(tǒng)中所有法蘭進(jìn)行檢查，并根據(jù)溫度分階段進(jìn)行冷緊；

應(yīng)對管路系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，并記錄臨時裝置和盲板使用及拆除。

2.4 預(yù)冷合格標(biāo)準(zhǔn)

管道末端溫度達(dá)到-100℃；

管道閥門不出現(xiàn)凍堵情況，法蘭不出現(xiàn)泄漏問題；

系統(tǒng)內(nèi)的儀表等能夠在低溫狀態(tài)下正常運(yùn)行；

管道最大位移滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 預(yù)冷介質(zhì)

預(yù)冷介質(zhì)為 BOG蒸發(fā)氣。

3 預(yù)冷實(shí)施方案

3.1 預(yù)冷管系劃分原則

相同等級壓力、靠近且連通的管道應(yīng)該劃分到同一區(qū)域；并在工藝PID上標(biāo)識出介質(zhì)注入點(diǎn)及排放點(diǎn)；將管道按照PID順序進(jìn)行分區(qū)域預(yù)冷。

3.2 預(yù)冷管系劃分

見表 1。

表1 預(yù)冷管系劃分

3.3 預(yù)冷主管道走向

高壓泵進(jìn)口低壓LNG、高壓回流LNG、火炬放空及低壓LNG排凈主管接口均在一期高壓泵附近管廊中間部分，管道對接后向南延伸至管廊末端，管道長度約55 m。所有管廊均為利舊。具體走向見圖1。

高壓泵出口LNG、低壓NG及高壓排凈LNG主管接口均在一期工藝區(qū)管廊末端，管道一直向西延伸，至東側(cè)道路后向北延伸至新增SCV區(qū)域。管道長度約350 m，利舊管廊約60 m。具體走向見圖2。

圖1 工藝區(qū)高壓泵區(qū)域管廊主管走向示意

圖2 工藝區(qū)氣化區(qū)域管廊主管走向示意

3.4 預(yù)冷工藝路線

低壓LNG總管：管道預(yù)冷范圍為一期工藝區(qū)管廊末端預(yù)留口至新增主管末端，新增主管至各高壓泵進(jìn)口切斷閥處。利用一期現(xiàn)有低壓LNG主管2寸排凈接口引出低壓LNG，通過設(shè)置臨時列管式空冷器的方式將LNG進(jìn)行氣化。利用擴(kuò)建項(xiàng)目主管上排凈/放空接口預(yù)冷管道，并通過主管末端及各高壓泵入口安全閥旁路進(jìn)行放空至低壓火炬放空管。實(shí)現(xiàn)兩根管道同步預(yù)冷。預(yù)冷結(jié)束后，通過一期現(xiàn)有低壓LNG主管2寸排凈接口對新建主管進(jìn)行注液增壓工作。期間利用管道表面溫度計(jì)進(jìn)行溫度監(jiān)測。

高壓LNG總管：管道預(yù)冷范圍為一期工藝區(qū)管廊末端預(yù)留口至新增主管末端，新增主管至各高壓泵出口切斷閥處。利用一期現(xiàn)有低壓LNG主管末端接口引出低壓LNG，通過新增列管換熱器方式將LNG進(jìn)行氣化。利用擴(kuò)建項(xiàng)目主管上排凈/放空接口預(yù)冷管道，并通過主管末端新增與低壓NG放空管跨線及各高壓泵出口安全閥旁路進(jìn)行放空至低壓火炬放空管，實(shí)現(xiàn)管道同步預(yù)冷。預(yù)冷結(jié)束后，通過一期現(xiàn)有高壓LNG主管2寸排凈接口對新建主管進(jìn)行注液增壓工作。

3.5 低壓LNG主管預(yù)冷實(shí)施步驟

實(shí)施前檢查：安裝列管式汽化器及相關(guān)附屬管道完畢并進(jìn)行探傷，吹掃露點(diǎn)；預(yù)冷前根據(jù)扭力值對所有法蘭進(jìn)行緊固。

打開一期低壓LNG主管末端2寸排凈球閥，經(jīng)新增列管式換熱器換熱后接入新增主管頂部放空及底部排凈口共2個注入口，從主管上下分別進(jìn)行注NG預(yù)冷。通過換熱器進(jìn)出口閥門控制出口管道壓力為2～3 bar，溫度約-100℃。

預(yù)冷結(jié)束后拆除相關(guān)接管，并利用氮?dú)鈱堄郚G吹掃至管廊高處放空。

增加一期主管末端2寸排凈球閥與新增主管排凈口跨線，打開閥門對主管進(jìn)行注液。注液完畢后小開度逐步打開主管末端蝶閥進(jìn)行管道升壓作業(yè)。

在-50℃、-100℃及注液完三個階段對相關(guān)管道法蘭螺栓進(jìn)行緊固，并每隔一個小時記錄管道上下表面溫差(管道起始段各一對表面溫度計(jì))以及管托位移。整個過程持續(xù)約40 h。

3.6 高壓LNG主管預(yù)冷實(shí)施步驟

實(shí)施前檢查：安裝列管式汽化器及相關(guān)附屬管道完畢并進(jìn)行探傷，吹掃露點(diǎn)；預(yù)冷前根據(jù)扭力值對所有法蘭進(jìn)行緊固。

該管線路由較長，在工藝區(qū)管廊下方、IFV區(qū)域以及SCV區(qū)域各設(shè)置一臺臨時列管式空冷器，用于提高換熱量并加快預(yù)冷速度。

工藝區(qū)管廊區(qū)域：打開一期低壓LNG主管末端2寸排凈球閥，經(jīng)新增列管式換熱器換熱后接入新增主管管廊上放空、排凈口及管廊低處排凈口共3個注入口，從主管上下分別進(jìn)行注NG預(yù)冷。

氣化器區(qū)域：打開一期卸船主管末端1寸排凈球閥，經(jīng)設(shè)置的臨時列管式空冷器換熱后，接入IFV進(jìn)口LNG放空口由管道沿程中間部位實(shí)現(xiàn)管道預(yù)冷。

SCV區(qū)域：打開一期卸船主管末端1寸排凈球閥，經(jīng)設(shè)置的臨時列管式空冷器換熱后，接入SCV進(jìn)口LNG放空口由管道末端實(shí)現(xiàn)管道預(yù)冷。

增加一期主管末端1寸排凈球閥與新增主管排凈口跨線，打開閥門對主管進(jìn)行注液。注液完畢后小開度逐步打開主管末端球閥進(jìn)行管道升壓作業(yè)。

在-50℃、-100℃及注液完三個階段對相關(guān)管道法蘭螺栓進(jìn)行緊固，并每隔一個小時記錄管道上下表面溫差(管道沿程共計(jì)5對表面溫度計(jì))以及管托位移。整個過程持續(xù)約50 h。

4 現(xiàn)場預(yù)冷實(shí)施效果

4.1 管托位移表

現(xiàn)場根據(jù)設(shè)計(jì)提供的低溫管托位移表進(jìn)行逐一檢查，位移值均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，管托無滑落，管道無碰撞，達(dá)到預(yù)冷預(yù)期目的。

4.2 低壓LNG總管表面溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)

操作人員進(jìn)NG較為謹(jǐn)慎，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示管道溫降比較平均約2～3℃/h，進(jìn)液階段最大降溫速度為12℃/h，上下表面溫差控制較好，最大為48℃。管道進(jìn)液增壓階段未發(fā)生熱拱及管道損壞情況。

4.3 高壓LNG總管表面溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)

該管道路由較長，預(yù)冷期間前20 h只采用高壓泵區(qū)域進(jìn)冷NG且沿途經(jīng)過一個π彎及跨路上翻，管道溫降較慢僅有2℃，下游難以降溫，因此打開IFV區(qū)域汽化器由管道中間進(jìn)一步注入NG實(shí)現(xiàn)溫度均勻下降。預(yù)冷后期12 h打開SCV區(qū)域汽化器通過放空管道給SCV區(qū)域LNG管道及高壓管道末端死角進(jìn)行預(yù)冷。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示管道溫降比較平均約2～3℃/h，進(jìn)液階段最大降溫速度為12℃/h，上下表面溫差控制較好，最大為48℃。但是受制于現(xiàn)場空間布置原因，第四天晚上8～10點(diǎn)，出現(xiàn)管道冷卻速度過快(達(dá)到20℃/h)，管道上下表面溫差達(dá)到近60℃/h。管道進(jìn)液增壓階段未發(fā)生熱拱及管道損壞情況。

4.4 法蘭螺栓力矩

結(jié)合同類LNG項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)自身成果，設(shè)計(jì)提交法蘭螺栓力矩供現(xiàn)場預(yù)冷期間參考使用。具體數(shù)據(jù)見表2。

表 2 螺栓預(yù)緊力參考值

使用該表指導(dǎo)現(xiàn)場對相關(guān)管道15套法蘭進(jìn)行緊固達(dá)到良好效果，并在現(xiàn)場各溫度節(jié)點(diǎn)及時協(xié)助現(xiàn)場進(jìn)行法蘭檢查。

4.5 預(yù)冷后現(xiàn)場檢查情況

管網(wǎng)預(yù)冷增壓完畢后，對管廊上所有管托進(jìn)行了檢查，并檢查管道是否有結(jié)霜露冷現(xiàn)象。

經(jīng)核查，SCV區(qū)域管廊末端存在3處管托碟簧未緊固，造成管托與管道位移不一致，引起管托與保冷層間出現(xiàn)錯縫。要求現(xiàn)場對相關(guān)管托進(jìn)行緊固并對管托接縫重新處理。具體見圖3。

現(xiàn)場存在兩處閥門局部保冷施工接縫未處理好，造成管道下方局部結(jié)冰問題，要求現(xiàn)場拆開保冷層進(jìn)行處理。具體見圖4。

圖3 保冷錯縫問題

圖4 管道局部結(jié)冰問題

5 預(yù)冷設(shè)計(jì)技術(shù)服務(wù)要點(diǎn)

1)預(yù)冷前積極配合現(xiàn)場完善預(yù)冷工藝方案，并配合統(tǒng)計(jì)相關(guān)材料；

2)預(yù)冷前向現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計(jì)交底，解釋管托位移方向大小，及各有關(guān)管道走向、法蘭位置等,提交管托位移監(jiān)控值，并配合現(xiàn)場檢查管托安裝情況；

3)提交法蘭螺栓緊固力矩，并配合梳理法蘭位置數(shù)量；預(yù)冷期間-50℃、-100℃及注液完三個階段現(xiàn)場提醒現(xiàn)場及時進(jìn)行緊固；

4)時刻在現(xiàn)場提供技術(shù)服務(wù)，協(xié)助判斷管托位移情況，管道表面溫差是否滿足技術(shù)要求，并協(xié)助現(xiàn)場確定注液方案，保證預(yù)冷工作一次完成無停頓；

5)預(yù)冷完畢后配合現(xiàn)場進(jìn)一步核查管托位移及彈簧情況。

6 總結(jié)

工藝區(qū)氣化設(shè)施順利完成預(yù)冷作業(yè)，并取得良好的效果，大部分管托位移均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，管托無滑落脫空，管道無碰撞；整個預(yù)冷過程中速度可控，管道上下表面僅有較小的溫差；所有法蘭無泄漏，同時，進(jìn)一步驗(yàn)證了設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)完善可靠。整個預(yù)冷作業(yè)全面檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)安全及施工質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期的效果。