低溫管道設計在液化天然氣氣站中的應用

孟慶淘

（哈爾濱市燃氣工程設計研究院，黑龍江 哈爾濱150000）

液化天然氣的穩定傳輸是保證氣站安全的關鍵，因此，在開展相關工作過程，要提高對于管道的設計能力，通過科學的設計傳輸管道，利于不斷提高工作效率。本文以低溫管道設計為研究，總結了如何通過高效的設計以進一步提高設計應用能力，從而實現液化天然氣的科學應用。

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，阻礙管道內水體的排放，因此需要提前對排污管道進行必要的保溫處理。冬天，由于供暖需求，管道內部會有持續的天然氣流動，此過程所產生的熱量可以確保管道不會因為溫度過低而發生脆性斷裂。但在特殊的情況，比如出現事故或必要的檢修任務，需要停止管道內天然氣的供應，此時溫度會迅速下降，進而產生因溫度過低而使管道出現問題的情況，所以設計人員需要對管道材料進行篩選，同時與廠家協商，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，減少不必要的經濟損失和維修費用。盡管如此，某些區域仍然存在溫度迅速下降的情況，當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行監測，以此確保管道使用性能的正常化。當采取的保溫措施仍然無法避免管道材料出現脆性斷裂的情況時，則需要考慮管道應力比的概念。根據管道低溫沖擊試驗，當管道內部的溫度應力比出現明顯的變化時，可以通過對溫度幅度的調解，使管道免除低溫沖擊的傷害，避免脆性斷裂情況的產生。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，對于特殊區域需要進行停輸放空的管道，操作的同時需要滿足以下條件：①對需要檢修的管道區域提前完成天然氣的停輸工作，確保管道內部和設備之間產生的組合應力降到最低，此時在溫度急劇下降的條件下，產生脆性斷裂的可能將會明顯降低。②檢修完畢以后進行輸氣前，需要提前進行管道溫度調節，促使管道溫度滿足必要的溫差變化要求后進行輸氣。保溫措施延遲了管道產生脆性斷裂的時間，為檢修預留了更多的時間，如果這樣仍然無法在規定時間內完成檢修，還需要完成上一步的操作。

2 管道材料選取

為了實現設計的應用價值，需要提高材料應用效率，通過科學的選取材料，能夠不斷提高設計水平，因此，作為設計人員要有效的保證設計材料應用的有效性。從實際分析，當溫度達到超低溫（-162℃）的相關溫度時，選擇管道時應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，了解碳鋼、低合金鋼等材料在低溫環境下產生的韌性變化，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。經過大量的數據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別。生產工藝的成熟和快速發展，使奧氏體不銹鋼獲得更強的耐腐蝕性，被廣泛應用于多種低溫環境。9%的鎳鋼雖然整體性能要優于其他材料，但我國內部的制作工藝受阻，從而導致整體的造價過高。綜合以上的材料數據不難分析，當管道介質溫度在-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。當管道內部溫度高于-20℃時，則需要根據公稱直徑進行鋼管的選擇，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，導熱系數低；較高的防火能力；對水的吸附能力以及滲透系數更低；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；較低的熱膨脹系數也保證了材料在超低溫和常溫環境中具有穩定的性質；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；絕熱材料的化學性質要穩定，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，這與其本身的穩定性性質有關。在特定的媒介催化劑作用下，兩種物質發生的反應，最終獲得了閉孔結構的硬質絕緣材料，為我國內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 生產技術，并且各項生產指標和最終獲得的材料也滿足了CINI2.7 要求。

3.2 絕熱結構設計

根據不同位置的保溫要求和使用特點，進行LNG 保冷時會優先選擇造價成本較低的材料，通過堆積絕熱法達到防潮、保護以及絕熱的目的。分析PIR 保溫結構得知，該結構是在PIR 包裹上玻璃纖維帶以及必要的防護層，之后用不銹鋼析進行保護。

4 管道布置設計

維持必要的氣體流通，LNG 管線不可以采取袋形設計模式。為了完成污水的排放，需要將主管保持一定的傾斜角度，角度大小根據環境以及使用要求而定。之所以將LNG 管線鋪設在整體管線下層位置，是為了避免該管線出現泄露而產生不必要的損失。各管縣之間的位置和距離應提前設定，這樣在鋪設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。通過柔性化布局設置，可以避免管道出現頓挫感，減少管道設備在使用過程中出現的核載與力矩問題。柔性設計的條件是：擁有足夠強度的承重支架和導向支架作為支撐，各結構之間相互配合，最終根據方案完成設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，減少管道因多個轉彎而出現的柔性系數降低問題。

5 管道保冷設計

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熱系數，可以在超低溫環境下使用，按照要求也可以進行特定的韌性變化，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，維護和安裝更加便捷，相對應的缺點則是造價較高，材料獲取難度較大。根據目前的經濟支出要求，管道鋪設應盡量選擇PIR材料，才有可能投入最低的成本。

結束語

結合以上實踐探索，在分析低溫管道設計過程，應該結合天然氣站工作實際，有針對性的采取更加高效的設計方案，從而才能實現設計的高效應用。希望通過本文進一步研究，能夠為相關設計人員提供有效參考，從而不斷提高低溫管道設計的水平。