液化天然氣(LNG)管道設計與施工問題淺析

潘遠波

(江蘇省化工設計院有限公司，江蘇 南京 210024)

液化天然氣(LNG)管道設計與施工問題淺析

潘遠波

(江蘇省化工設計院有限公司，江蘇 南京 210024)

針對液化天然氣(LNG)項目中的管道設計與施工過程中遇到的一些典型問題進行了討論：介紹了LNG管道材料和保冷材料的選擇、LNG工藝管線試壓、吹掃和干燥及預冷方案。

LNG；管道；設計

天然氣是一種從地下開采的可燃性氣體，無色無味，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，燃燒時產生的二氧化碳少于其他化石燃料，造成的溫室效應較低，被認為是優(yōu)質潔凈燃料。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，利于儲存和運輸。近年來，我國對LNG產業(yè)的發(fā)展越來越重視，我國正在規(guī)劃和實施的沿海LNG項目有：廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧，這些項目將最終構成一個沿海LNG接收站與輸送管網。

LNG 項目中接收站是核心組成部分，接收站的功能是接卸由LNG 遠洋輸送船運來的LNG，在LNG 儲罐內儲存并進行氣化，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計是重要的組成部分，是裝置設計、施工、生產全過程綜合技術經濟效益的重要體現(xiàn)，起著承上啟下的作用。本文就LNG接收站裝置中管道設計與施工過程中發(fā)生的問題進行討論。

1 LNG工藝管道設計要求

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

2 LNG工藝管道材質及保溫材料

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]，管材內壁與低至約-160℃的LNG接觸，具有良好的低溫韌性，同時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(簡稱PIR)，PIR是一種新型的有機高分子絕熱材料，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，經專門配方和嚴格工藝條件下充分混合、反應、發(fā)泡生成的泡沫聚合體。由于這種泡沫聚合體具有獨立的密閉細胞結構和高閉孔率，發(fā)泡體細胞細微均勻、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。這種高科技有機高分子材料，防火性能優(yōu)，導熱系數(shù)小，防水性好，化學性質穩(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，熱處理和無損檢驗合格后，應進行壓力試驗。壓力試驗應以液體為試驗介質。當管道的設計壓力<=0.6MPa時也可采用氣體為試驗介質，但應采取有效的安全措施。脆性材料嚴禁使用氣體進行壓力試驗。"

(1)水壓試驗：操作簡便，成本低、安全性高，但是為了防止低溫系統(tǒng)由于濕氣凍結而對管線造成機械損壞和避免可燃混合物的形成，水壓試驗之后應將所有低溫管道徹底干燥，尤其是閥門的干燥，如果干燥不徹底，在投料后將造成閥門凍裂或閥桿結冰無法正常開啟。

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

3.2 吹掃和干燥

由于管道焊接過程中有焊渣存在以及施工中管道中存在其它異物，在開車(生產)中這些雜物會影響生產，使生產達不到預期目的或不能生產，所以在開車前要進行管道吹掃。管道吹掃原則：

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

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

(3)不能向儲罐內吹掃，由罐內向外吹掃。

(4)不能吹掃任何儀表設備。

(5)由于需要吹掃，在安裝時應當使用臨時墊片，在氣密性試驗前更換正式墊片。

(6)在吹掃時要敲擊管道表面和焊接部位。

吹掃合格標準：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，毛巾上無灰塵和雜質為合格。

最后采用純度高于99.9%，露點低于-60℃的干燥氮氣對低溫管道進行干燥，并要求管道干燥后露點溫度低于 - 40℃，氧含量低于4%(mol)。在實際管道干燥過程中，露點溫度只能達到19℃左右，即認為管道干燥合格。干燥、置換合格后用氮氣維持微正壓狀態(tài)。

3.3 預冷

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。雖然在設計時考慮了冷收縮的補償，但是在溫度變化速率較大時，還存在溫度變化過快、熱應力過大而使材料或連接部位產生損壞的問題。LNG接收站內低溫管道和低溫儲罐在正式進入低溫液體前，要首先進行充分的冷卻，即預冷過程。

剛投用的LNG管道為常溫，只能用蒸發(fā)氣(BOG)對其進行預冷。蒸發(fā)氣(BOG)與管道中的常溫氮氣接觸，傳遞冷量，混合冷氣下沉，與管道底部接觸，使底部開始降溫，管材出現(xiàn)不明顯收縮。而此時頂部仍然為常溫，當頂?shù)撞繙夭钸_到一定值時，管道底部收縮開始明顯，橫向開始出現(xiàn)位移；溫差越大，收縮越大；收縮越大，位移越明顯。預冷時的檢查內容：

(1)檢查低溫材料有沒有低溫開裂現(xiàn)象。

(2)檢查低溫管道焊接部位有無裂紋，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緊力減小。

4 結語

本文就液化天然氣(LNG)管道設計與施工過程中遇到的一些典型問題進行了總結與討論，并加以合理化闡述。通過對這些問題的討論，積累成寶貴的經驗，在以后的設計過程中避免類似問題的發(fā)生，將問題解決于設計階段，以便現(xiàn)場更好的施工。

[1] 中華人民共和國原化學工業(yè)部. GB 50316-2000(2008年版)工業(yè)金屬管道設計規(guī)范[S].北京，中國計劃出版社，2008.

[2] 宋岢岢. 壓力管道設計及工程實例[M].北京:化學工業(yè)出版社，2007.

[3] 中國化工勘察設計協(xié)會. 化工設計手冊[M]. 北京:出版社不祥，1987.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50235-2010工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范[S]. 北京，中國計劃出版社，2010.

(本文文獻格式：潘遠波.液化天然氣(LNG)管道設計與施工問題淺析[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

潘遠波(1984—)，碩士研究生，主要從事化工工藝設計工作。

TQ055.8+1

A

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