低溫管道設(shè)計在液化天然氣氣站中的應(yīng)用

孟慶淘

（哈爾濱市燃?xì)夤こ淘O(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱150000）

液化天然氣的穩(wěn)定傳輸是保證氣站安全的關(guān)鍵，因此，在開展相關(guān)工作過程，要提高對于管道的設(shè)計能力，通過科學(xué)的設(shè)計傳輸管道，利于不斷提高工作效率。本文以低溫管道設(shè)計為研究，總結(jié)了如何通過高效的設(shè)計以進(jìn)一步提高設(shè)計應(yīng)用能力，從而實現(xiàn)液化天然氣的科學(xué)應(yīng)用。

1 鋼管的低溫脆性

管道中的污水如果未及時清理，在溫度降到0℃以下后會使管道漲裂，阻礙管道內(nèi)水體的排放，因此需要提前對排污管道進(jìn)行必要的保溫處理。冬天，由于供暖需求，管道內(nèi)部會有持續(xù)的天然氣流動，此過程所產(chǎn)生的熱量可以確保管道不會因為溫度過低而發(fā)生脆性斷裂。但在特殊的情況，比如出現(xiàn)事故或必要的檢修任務(wù)，需要停止管道內(nèi)天然氣的供應(yīng)，此時溫度會迅速下降，進(jìn)而產(chǎn)生因溫度過低而使管道出現(xiàn)問題的情況，所以設(shè)計人員需要對管道材料進(jìn)行篩選，同時與廠家協(xié)商，確保材料滿足必要的韌性要求，避免低溫造成的管道脆裂問題，減少不必要的經(jīng)濟損失和維修費用。盡管如此，某些區(qū)域仍然存在溫度迅速下降的情況，當(dāng)管道材料無法滿足溫度驟變要求的前提下，仍然需要采取必要的保溫措施，并及時對管道溫度進(jìn)行監(jiān)測，以此確保管道使用性能的正常化。當(dāng)采取的保溫措施仍然無法避免管道材料出現(xiàn)脆性斷裂的情況時，則需要考慮管道應(yīng)力比的概念。根據(jù)管道低溫沖擊試驗，當(dāng)管道內(nèi)部的溫度應(yīng)力比出現(xiàn)明顯的變化時，可以通過對溫度幅度的調(diào)解，使管道免除低溫沖擊的傷害，避免脆性斷裂情況的產(chǎn)生。ASME 鍋爐和壓力容器能夠正常使用也都參考了以上的壓力容器變化概念。

綜上所述，對于特殊區(qū)域需要進(jìn)行停輸放空的管道，操作的同時需要滿足以下條件：①對需要檢修的管道區(qū)域提前完成天然氣的停輸工作，確保管道內(nèi)部和設(shè)備之間產(chǎn)生的組合應(yīng)力降到最低，此時在溫度急劇下降的條件下，產(chǎn)生脆性斷裂的可能將會明顯降低。②檢修完畢以后進(jìn)行輸氣前，需要提前進(jìn)行管道溫度調(diào)節(jié)，促使管道溫度滿足必要的溫差變化要求后進(jìn)行輸氣。保溫措施延遲了管道產(chǎn)生脆性斷裂的時間，為檢修預(yù)留了更多的時間，如果這樣仍然無法在規(guī)定時間內(nèi)完成檢修，還需要完成上一步的操作。

2 管道材料選取

為了實現(xiàn)設(shè)計的應(yīng)用價值，需要提高材料應(yīng)用效率，通過科學(xué)的選取材料，能夠不斷提高設(shè)計水平，因此，作為設(shè)計人員要有效的保證設(shè)計材料應(yīng)用的有效性。從實際分析，當(dāng)溫度達(dá)到超低溫（-162℃）的相關(guān)溫度時，選擇管道時應(yīng)充分考慮材料具有的低溫韌性以及抗腐蝕性能力，同時參考材料的膨脹系數(shù)，了解碳鋼、低合金鋼等材料在低溫環(huán)境下產(chǎn)生的韌性變化，如果超低溫使其失去韌性，則不可以將其用于氣化站的輸送體系。經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)對比和材料篩選后得知，9%的鎳鋼、鋁合金和奧氏體不銹鋼都可以在低溫下保持良好的韌性性能，但各自性能明顯的區(qū)別。生產(chǎn)工藝的成熟和快速發(fā)展，使奧氏體不銹鋼獲得更強的耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于多種低溫環(huán)境。9%的鎳鋼雖然整體性能要優(yōu)于其他材料，但我國內(nèi)部的制作工藝受阻，從而導(dǎo)致整體的造價過高。綜合以上的材料數(shù)據(jù)不難分析，當(dāng)管道介質(zhì)溫度在-20 攝氏度以下時，可以按需求考慮使用不銹鋼無縫鋼管，材料為06Cr19Ni10。當(dāng)管道內(nèi)部溫度高于-20℃時，則需要根據(jù)公稱直徑進(jìn)行鋼管的選擇，可選擇的鋼管有無縫鋼管和焊接鋼管。

3 管道絕熱設(shè)計

3.1 絕熱材料的選擇

不同的工程對于絕熱材料都有特定的需求，要按照場景的不同進(jìn)行絕熱材料的篩選，絕熱材料的挑選過程滿足以下條件：本身具有較強的絕熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)低；較高的防火能力；對水的吸附能力以及滲透系數(shù)更低；在特定的場合使用時，可能需要承受外部較強的壓力，所以材料本身要具有足夠的抗壓性能，并且不易被損壞；較低的熱膨脹系數(shù)也保證了材料在超低溫和常溫環(huán)境中具有穩(wěn)定的性質(zhì)；運輸液化天然氣的管路為保證安全，選擇奧氏體不銹鋼，此時絕熱材料本身的氯化物含量要足夠低；絕熱材料的化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，才能在更多場合中使用；絕熱材料容易加工、裁剪，本身的再利用能力也值得考慮。

我國內(nèi)部的接收站大多選用異氰脲酸酯泡沫塑料做保溫材料，這與其本身的穩(wěn)定性性質(zhì)有關(guān)。在特定的媒介催化劑作用下，兩種物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)，最終獲得了閉孔結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)絕緣材料，為我國內(nèi)部的工程建筑提供了巨大的幫助。07 年左右，我國已基本了解了PAI 生產(chǎn)技術(shù)，并且各項生產(chǎn)指標(biāo)和最終獲得的材料也滿足了CINI2.7 要求。

3.2 絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)不同位置的保溫要求和使用特點，進(jìn)行LNG 保冷時會優(yōu)先選擇造價成本較低的材料，通過堆積絕熱法達(dá)到防潮、保護(hù)以及絕熱的目的。分析PIR 保溫結(jié)構(gòu)得知，該結(jié)構(gòu)是在PIR 包裹上玻璃纖維帶以及必要的防護(hù)層，之后用不銹鋼析進(jìn)行保護(hù)。

4 管道布置設(shè)計

維持必要的氣體流通，LNG 管線不可以采取袋形設(shè)計模式。為了完成污水的排放，需要將主管保持一定的傾斜角度，角度大小根據(jù)環(huán)境以及使用要求而定。之所以將LNG 管線鋪設(shè)在整體管線下層位置，是為了避免該管線出現(xiàn)泄露而產(chǎn)生不必要的損失。各管縣之間的位置和距離應(yīng)提前設(shè)定，這樣在鋪設(shè)的同時既可以避免相互之間的干擾，也可以保證管件的完整性。通過柔性化布局設(shè)置，可以避免管道出現(xiàn)頓挫感，減少管道設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的核載與力矩問題。柔性設(shè)計的條件是：擁有足夠強度的承重支架和導(dǎo)向支架作為支撐，各結(jié)構(gòu)之間相互配合，最終根據(jù)方案完成設(shè)備出入口的管道柔性安裝。為了提高管道的使用長度，并且避免連接位置出現(xiàn)脆性斷裂情況，需要充分使用柔性的布置技巧，比如T 形和Z 形，使管道在特定的位置得到補償，減少管道因多個轉(zhuǎn)彎而出現(xiàn)的柔性系數(shù)降低問題。

5 管道保冷設(shè)計

分析LNG 低溫管道保冷方式后，可大致分為以下三種：真空管道、三聚酯泡沫（PIR）和泡沫玻璃（CG）。PIR 本身具有較低的密度和導(dǎo)熱系數(shù)，可以在超低溫環(huán)境下使用，按照要求也可以進(jìn)行特定的韌性變化，可是其本身的防火性能較低，同時吸水性能有限；泡沫玻璃材料具備防水、耐高溫、不易燃、收縮性低等優(yōu)點，但受制造工藝限制，該種材料的整體造價會更高。按照不同管道的使用要求，進(jìn)行真空管道布置時要提前做好線路的分配，同時利用多次纏繞的方式使管道擁有更好的保冷效果，維護(hù)和安裝更加便捷，相對應(yīng)的缺點則是造價較高，材料獲取難度較大。根據(jù)目前的經(jīng)濟支出要求，管道鋪設(shè)應(yīng)盡量選擇PIR材料，才有可能投入最低的成本。

結(jié)束語

結(jié)合以上實踐探索，在分析低溫管道設(shè)計過程，應(yīng)該結(jié)合天然氣站工作實際，有針對性的采取更加高效的設(shè)計方案，從而才能實現(xiàn)設(shè)計的高效應(yīng)用。希望通過本文進(jìn)一步研究，能夠為相關(guān)設(shè)計人員提供有效參考，從而不斷提高低溫管道設(shè)計的水平。