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產業的發展越來越重視，我國正在規劃和實施的沿海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，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，并符合現行的標準、規范和規程的規定。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、防火劑及環保型發泡劑，經專門配方和嚴格工藝條件下充分混合、反應、發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，發泡體細胞細微均勻、隔熱性能良好、耐火焰阻燃性能極優，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出優良的品質。這種高科技有機高分子材料，防火性能優，導熱系數小，防水性好，化學性質穩定，抗老化性好，是用于深冷及普冷溫度環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《工業金屬管道工程施工規范》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。

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異的低溫性能，但線膨脹系數較大。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，只能用蒸發氣(BOG)對其進行預冷。蒸發氣(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，管材出現不明顯收縮。而此時頂部仍然為常溫，當頂底部溫差達到一定值時，管道底部收縮開始明顯，橫向開始出現位移；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生，將問題解決于設計階段，以便現場更好的施工。

[1] 中華人民共和國原化學工業部. GB 50316-2000(2008年版)工業金屬管道設計規范[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:化學工業出版社，2007.

[3] 中國化工勘察設計協會. 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建設部,國家質量監督檢驗檢疫總局. GB 50235-2010工業金屬管道工程施工規范[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