碼頭低溫液化氣工藝管線設計

韋振興

摘 要：根據低溫液化氣工藝管線特性，結合華安公司碼頭裝卸工藝系統，分析了低溫液化氣工藝管道布置設計特殊要求，低溫閥門選型和低溫液化 管線保冷結構的不同要求，以及低溫管道管托結構和設置中需要注意事項，達到安全生產和節約成本目的。

關鍵詞：低溫液化氣；工藝系統；配管；

1.引言

運輸大宗液態丙烷、丁烷，一般采用常壓低溫方式儲存，特點是儲存容量大、運行壓力低、操作維護成本低和生產安全性較高等優點，本文探討了華安公司碼頭低溫液化氣（丙烷、丁烷）裝卸工藝系統管線配管的設計事項。

2.概況

華安公司液化氣場站擁有5萬噸級卸貨碼頭泊位一個、5千噸級裝貨碼頭泊位一個主要裝卸貨種有丙烷、丁烷。卸船時，為了避免低溫液化氣物料初始卸船時突然進入常溫工藝管道系統造成溫變劇烈沖擊而導致管道應力破壞，在卸船操作前必須進行管道預冷循環。

3.低溫液化氣管道特點

為了保護閥體密封結構不被破壞，低溫閥門本體應具有泄放壓力的結構。同樣在封閉液相管段內，管道中的低溫液化氣 受外部環境的熱影響而膨脹或氣化，如果封閉管段中充滿了液態介質，沒有氣相壓縮空間，管道中的靜壓力會急劇升高。因此，在有可能兩端封閉的工藝管道上設置單獨的熱膨脹安全閥，防止工藝管道系統超壓[2]。

4.低溫液化氣管道布置設計的要求

根據低溫液化氣介質的物料特性，低溫液化氣工藝管道的布置設計除了應滿足一般工藝管道的設計要求外，還應滿足如下8個方面要求[3-4]。

（1）管道首先考慮在地面上采用架空敷設，如因特殊條件所限采用地下管溝敷設方式時，管溝內應充填砂或者采取其他能夠有效防止丙烷、丁烷可燃氣體在管溝內積聚的措施；

（2）在滿足工藝管道柔性應力分析前提下，低溫管道的布置設計應盡可能的短，減少彎頭的數量，最大程度上避免管道低點積液和高點氣化。宜通過改變管道的走向布置充分利用自然補償或采用水平“π”型補償器，不得采用填料型補償器。

（3）在跨越人行通道或設備的管道上，不應設置易產生泄漏隱患的管件閥件。低溫液化氣工藝管道間距應根據保冷后法蘭、閥門、測量元件的厚度以及管道的側向位移確定。

（4）兩端切斷閥門有可能關閉的工藝管道系統應設置熱膨脹安全閥，避免受外界熱影響時管道內壓力超壓。

（5）管道采用鋼材質，在裝有安全閥管段的入口段不宜采用保冷結構，可通過人為形成氣阻段，降低管道系統冷量損失，并且避免低溫液體介質排出后立即氣化大量吸熱，導致管道結霜直至結冰，甚至使管道溫度降到超過管道材質低溫耐候范圍。

（6）為了保證管道檢修拆卸螺栓時不破壞主工藝管道上的保冷結構層，彎頭、三通和異徑管等管件不可與低溫液化氣管道上的法蘭直接焊接，而需要額外延長一段直管段，可焊接一段短管后再焊接法蘭。

（7）由于低溫液化氣 管道溫度很低，為保證管道的保冷隔熱效果，保冷層厚度很大，個別小口徑管道保冷厚度甚至大于管線的直徑。低溫液化氣主干工藝管道的高點放空、低點導淋閥門要伸出保冷層，放空和導淋管的最小安裝尺寸均應考慮不同保冷結構厚度。

（8）工藝系統停車檢修，應采用氮氣吹掃，不得采用蒸汽吹掃，避免在蒸汽吹掃過程中，造成管道熱應力超標或位移過大管托移位脫落。

5.低溫液化氣管道閥門的特殊要求

（1）低溫閥門一般指在低溫工況下的閥門，通常情況下工作溫度低于-40℃的閥門即可稱為低溫閥門[5]。通常情況下所有低溫閥門成型低溫金屬材料應進行深冷處理，以保證該材料在低溫情況下的最小失真；低溫閥門的密封填料和墊片在低溫密封情況下能夠保持密封效果，防止冷流。

（2）低溫液化氣閥門與傳統工藝閥門不同，當其關閉時，在閥體內部殘留的低溫介質膨脹或氣化形成閥門內部壓力。工藝流程圖應明確標注泄壓孔安裝方向位于工藝系統承壓的高壓側，而與物料工藝流程流動的方向無關。

（3）低溫閥門的閥體低溫部分與操作手輪間裝有加長閥桿，其內部的密封填料不能耐受低溫，為了避免低溫液體介質在重力作用下滲透到閥桿的密封填料層，造成填料蓋被凍結，破壞密封填料，導致密封失效，低溫液化氣工藝管道上的閥門宜安裝在水平管上，閥桿方向宜垂直向上，偏置時與垂直方向的夾角不應大于45°。

6.低溫液化氣管道保冷結構的要求

工藝管道“保冷”截然不同于“保溫”，其主要不同之處在于，保冷結構中濕氣是從外向里侵入，而保溫結構中的濕氣是從里向外擴散，因此，保冷結構的設計有專門的要求。對“保冷”結構來說，由于低溫管道內外溫差形成由外向內的蒸氣壓力差，如果沒有外層完善的防潮層，在內層低溫壓差的影響下，水蒸汽將向溫度更低、蒸汽分壓力更低的內層擴散，直到低溫工藝管道的的金屬表面。

隨著水蒸汽對保冷結構的不斷滲透，保冷材料的保冷性能急劇惡化。與此同時水凝結成冰體積膨脹，加速了保冷結構的破壞。為了減少冷量損失，保證保冷結構的長期整體性、穩定性和可靠性，本工程低溫液化氣 管道的保冷結構由內至外依次設置防銹層、保冷層、防潮層、保護層。

（1）防銹層。管道涂漆前必須嚴格噴砂除銹，除銹質量達到Sa2.5級標準，涂刷兩道冷底子油。

（2）保冷層。保冷材料采用阻燃型聚氨酯泡沫塑料，內外層縫隙應錯縫搭接，搭接縫處用膠均勻粘牢，不得有縫隙。捆扎保冷層選用12mm×0.5mm的不銹鋼帶。

（3）防潮層。防潮層的設置不僅要能夠防止外界雨水侵入，更重要的是要阻止空氣中的水蒸汽滲透進入保冷層，進而破壞保冷隔熱結構的完整性，增加工藝系統冷量損失。

（4）保護層。保護層是保冷結構的最外圍結構，主要保護內部保冷層及防潮層的完整性，避免外力對保冷層的破壞，延長保冷結構的使用壽命。本工程的保冷層是硬質聚氨酯泡沫塑料管殼，用0.6mm的鋁板做保護層，接縫拼接采用咬合結構。

7.低溫液化氣 管道管托設置的要求

通常高溫工藝管道設計中用的普通管托，在工藝管道、管托和管架之間會形成一個熱橋，很大一部分熱量通過這個熱橋散發掉，如果在低溫輸送管線中仍使用類似管托，將會產生“冷橋”現象造成相當部分的冷量損失。在低溫液化氣管道支吊架的選型和設計過程中，應注意如下幾點事項：

（1）受工藝管道內部低溫液化氣介質的影響，管道低溫工況下冷縮導致的變形量比常溫工藝管道大很多，因此對低溫液化氣 管道管托的設計要求也大幅提高。以專用保冷滑動管托為主，結合應力分析結果輔以專用保冷固定管托，水平π型補償器上設置專用保冷導向管托的方法，以保證低溫管道在冷態收縮時不會發生位移過大而導致管托失效的情況。

（2）由于低溫液化氣管道保冷結構較厚，不同于普通工藝管道管廊結構設置，低溫液化氣 管架結構橫向支撐梁的高度及預埋懸挑梁支撐件的懸臂長度，應能夠滿足保冷結構安裝要求。

（3）為了避免保冷結構破壞，應根據工藝管架上保冷層的計算厚度確定低溫液化氣工藝管道的管底標高，并且要考慮分支管路口徑變化。

8.結語

工藝管線的布置設計是液體化工港口設計中的重要環節，在工藝管線布置過程中，往往由于對某些工藝管道的特殊性了解不夠深入，或者在一些設計選型細節上把握不好，而造成現場施工返工，增加了工期時間成本和投資采購費用。對于低溫液化氣的工藝管線布置設計，要結合其低溫工藝特點和物料特性進行設計，才能降低設計的失誤率，提高整體工藝的設計質量。

參考文獻：

[1]張德姜，王懷義，劉紹葉.工藝管道安裝設計手冊（ 第四版） [M]. 北京： 中國石化出版社， 2009.

[2]中華人民共和國石油化工行業標準. SH/T 3010-2013.石油化工設備和管道絕熱工程設計規范[S].