沿海LNG接收站场储运设施检验策略初探

张 华马晓斌吕黎军崔 闯何仁洋

（1.中国特种设备检测研究院 北京 100029）

（2.北京工业大学 北京 100124）

（3.青海油田管道输油处 格尔木 816000）

沿海LNG接收站场储运设施检验策略初探

张 华1，2马晓斌3吕黎军3崔 闯1何仁洋1

（1.中国特种设备检测研究院 北京 100029）

（2.北京工业大学 北京 100124）

（3.青海油田管道输油处 格尔木 816000）

液化天然气（LNG）洁净高效的特点使得其在当代能源体系中受到的关注越来越多。由于其低温、易燃和易爆等特点，一旦发生事故将造成不可估量的人员伤亡和财产损失。本文在对沿海LNG接收站主要工艺流程和系统组成分析的基础上，对LNG接收站场设施在线检验的可行性和所需技术进行了讨论。首次提出了针对LNG接收站场设施的检测范围、检测方法和检测流程，重点介绍了脉冲涡流检测和红外热成像检测技术，为未来进一步系统实施LNG接收站场完整性管理进行了探索。

LNG接收站场 检验策略 脉冲涡流检测 红外热成像检测

自2003年以来，能源市场的焦点逐渐转移到液化天然气（LNG）。随着我国经济的不断发展，对能源的需求也在不断增加，选用LNG不仅能够优化国内能源结构，还能有效解决能源安全供给和生态环境保护的双重难题。据统计，自2009年开始，中国LNG进口总量每年以超过20%的速度增长，截止到2014年底，中国LNG年进口量已经达到1989.07万t［1］。

与天然气泄漏相比，沿海大型LNG接收站场的LNG泄漏事件的危害性更加严重。LNG一旦外漏，少量LNG将当即急剧汽化成蒸汽，与周围的空气合成冷蒸汽雾，冷蒸汽雾冷凝后成为白烟，再稀释受热后与空气形成爆炸性混合物，若该混合物接触点火源，将可能引发火灾和爆炸［2］；目前国内已经建立了系统的管道完整性技术体系，并成功应用于天然气管道的建设、运营和管理；但行业内仍缺乏对LNG接收站场储运设施检验检测、完整性管理方法的系统研究［3］。因此，在对国内外LNG接收站场设施调研分析的基础上，提出LNG接收站场设施的检测范围、检测方法和检测流程，并对沿海大型LNG接收站场设施的在线检验的可行性和所需要的相关技术进行探索，为沿海大型LNG接收站场设施的管理、检测、维修和更换等提供周全、可行的依据和措施，对保障现役沿海大型LNG接收站场设施运行的安全性和经济性，具有非常重要的意义。

1 LNG接收站场工艺流程及系统构成

1.1 工艺流程

LNG专用船到达接收站专用码头后，经液相卸船臂和卸船管线，通过船上卸料泵将LNG输送进接收站储罐内。在卸船时，由于不可避免出现热量传入，蒸发气将在储罐内形成。一些蒸发气将经过气相返回臂与返回管线回到LNG船的料舱，来平衡料船内部的压力；另外一些蒸发气经过储罐蒸发气（BOG）压缩机加压后输送至再冷凝器冷凝，再和外输的LNG一同经高压输出泵输送至汽化器。利用汽化器使LNG汽化形成气态天然气，通过调压、计量后输送至输气管网［4］。其工艺流程简图如图1所示。

图1 沿海大型LNG接收站工艺流程简图

1.2 系统主要组成

●1.2.1 卸料系统

LNG卸料工艺系统的主要构成有液相卸料臂、气相返回臂、LNG取样器、LNG卸船管道、LNG循环保冷管道和蒸发气流管道等。

●1.2.2 储存系统

LNG储存工艺系统包含控制仪表设备、进出口管线阀门及低温储罐。为了保持储罐内部的隔热、保温及防泄漏等安全性能，LNG储罐内部的潜液泵安装在专有的泵井内，所有的连接处的阀门、管道、泵均采用密封连接防止BOG气体的泄漏。LNG储存工艺系统中的关键设备即为LNG储罐。

目前LNG储罐多采用全容式拱顶罐，包含一个顶部开放式的、9Ni钢内罐和一个混凝土外墙。外墙与内罐间距1～2m，装有可以减少热量传入的绝热材料。内罐有绝热吊顶，可让LNG在低温下存储。混凝土拱顶用来密闭蒸发气体。储罐内有泵井，用来安装低压输送泵［5］。

●1.2.3 BOG蒸发汽处理系统

根据处理工艺的不同，将BOG蒸发汽处理系统分为直接输出法和再冷凝法两种。将压缩到外输压力后的蒸发气直接输送到输气管网的方法为直接法；将压缩至低压力（通常为0.7MPa）的压缩气和从储罐中通过LNG低压输送泵输出的LNG在再冷凝器中混合的方法为再冷凝法，其工艺流程详如图2所示。

图2 BOG再冷凝式工艺流程

●1.2.4 输送系统

从罐内泵出的LNG和BOG冷凝形成的LNG混合后，通过高压泵加压后输入汽化系统，再经计量站计量后进入外输管网分配给用户［6］。LNG输送系统通常拥有二级泵输送系统，LNG低压输送泵将LNG从LNG储罐输入至再冷凝器后，再通过高压输送泵把LNG输送至汽化器，在经计量站计量后进入外输管网分配给用户。LNG输送泵为潜液泵，LNG低压输送泵一般在LNG储罐的泵井中安装。

●1.2.5 汽化系统

接收站要将接收的LNG汽化之后输送至天然气管网。LNG接收站场经常使用的汽化器有：管壳式汽化器、浸没燃烧式汽化器、海水开架式汽化器（ORV）等。接收站通常建在海边，水源充足，再加上海水开架式汽化器运行费用低、可靠性高，因此在正常运行时接收站通常使用了海水开架式汽化器（ORV），其结构简图见图3。

图3 ORV结构图

2 LNG接收站场储运设施检测方法适用性分析

针对在用阶段储运设施的检测，常温或低温型压力容器及管道一般采用厚度检测、目视检测、超声检测与表面检测为主［7］，而像LNG接收站场中深冷型设备，常规的射线检测、超声检测、渗透检测及厚度检测都要求拆除保温层，但保温层的拆除往往会使设备吸收外界热量而导致内部LNG汽化，继而在设备内产生高压，严重时导致设备因高压而产生破裂或变形，因而拆除保温后采用常规无损检测并不可取。由于与LNG直接接触的金属材料一般采用奥氏体不锈钢，而磁粉检测及漏磁检测对奥氏体不锈钢不起作用，因而磁粉检测及漏磁检测也不可取。

2.1 停车阶段检测技术研究

对于LNG接收站场来说，LNG管道、BOG缓冲罐、液氨罐等压力容器及压力管道停车期间的检验可参照TGS R004—2012 《压力容器安全技术监察规程》、TSG D0001—2009 《压力管道安全技术监察规程-工业管道》、TSG R7001—2013 《压力容器定期检验规则》、《在用工业管道定期检验规程》国质检锅［2003］108号（试行）和TSG D7004—2010 《压力管道定期检验规则—公用管道》（地埋管道部分）等标准规定进行，

这里不做重点讨论。

2.2 非停车阶段检测技术研究

由于所处工作温度极低，LNG接收站场容器及管道结构多为单层壳体外加保温层，一般在线检测采用目视检测为主，需要时可采用壁厚检测、真空度检测和腐蚀介质含量测定等，但因为常规手段进行检测时会破坏保温层结构，因而很难实施，尤其对于LNG容器及管道而言，保温层的拆除会存在很大的隐患。对低温型设施内部和外部全面检验的核心包含以下几方面：1）运行阶段时法兰、管体、壳体和管件接受温度、环境、介质及载荷等因素的影响而产生的腐蚀；2）应力腐蚀开裂和疲劳开裂缺陷；3）变形缺陷。对于低温设备进行在线检测，目前常用以下几种方法：

●2.2.1 目视检测

目视检测通常进行结构检查、外观检查、尺寸检查、保温层等是否达到容器及管道安全运行的要求。一般包含以下几部分内容：1）容器和管道本体、接管角焊缝、对接焊缝等部位的裂纹、变形、过热、泄漏等，焊缝表面（包括近焊缝区），肉眼或者5～10倍放大镜检查裂纹；2）内外表面的腐蚀和机械损伤；3）排放（疏水、排污）装置；4） 快开门式压力容器的安全联锁装置等。

●2.2.2 脉冲涡流检测

目前国际上的脉冲涡流测厚技术已能够实现150mm以下保温层钢板的腐蚀检测。它能够在不接触被测物体的情况下，对外带沥青涂层、绝缘层、防火层、混凝土石棉层、或其它防腐层的低合金钢管道或钢板的腐蚀状况进行检测，但仅适用于较大腐蚀面积的检测，对单个且小的腐蚀坑却无能为力［8］。因而此种技术可在不停车的情况下进行检验，也适用于接收站低温静设备的检测。

●2.2.3 真空度测量

低温液体压力容器及管道的夹层上若安装真空测试装置，可对其真空度进行检测，对于夹层上没有安装真空测试装置的低温液体压力容器及管道，应检查日蒸发率的改变，并进行日蒸发率测量。

●2.2.4 红外热成像检测

红外热成像检测时在接收物体表面发出的红外线基础上，并测量其表面温度的改变及分布，获得该温差的梯度改变及温差位置。通过红外热像仪对管线或压力容器进行初步扫描，重点扫描阀门、法兰、焊缝、接管等易泄漏的地方，目的是找出温差存在异常的地方。若某处存在温差异常，则大致估计温差部位的位置和面积，并对温差形成的原因进行初步分析，然后通过红外热成像图分析其温度数据。采用红外热成像技术检测可探测设备的保温性能和气体泄漏情况。

3 LNG接收站场储运设施检验策略的确定

LNG接收站场各类设备较多，主要分为静设备和动设备两大类，静设备主要包括LNG储罐、汽化器、蒸发气再冷凝器、液氨罐、压缩机分液罐、火炬分离罐、阀门、法兰与输送管道等；动设备主要包含卸料臂、回气臂、高压泵、低压泵和BOG压缩机等。静设备中LNG储罐、汽化器、蒸发气再冷凝器、液氨罐、压缩机分液罐属于低温容器，火炬分离罐属于常压容器；输送管道中主要有输送LNG低温管道和输送LNG常温压力管道两种；在动设备中，低压泵、高压泵和BOG压缩机为高速转动设备，其中低压泵为潜入式，只有在检修时才会从LNG储罐中取出；高压泵和BOG压缩机与普通泵与压缩机在类型上差别较小；卸料臂和回气臂为间歇式低速旋转设备。

根据不同LNG接收站场各类设备的不同特点，分别制定了相关的检测策略，详见图4。

图4 LNG接收站场各类设备检验策略图

4 结论与建议

1）根据国内相关标准技术规范的要求，结合各类检测技术的特点，对LNG接收站储运设施停车阶段和在线阶段检测技术进行了研究，得出LNG接收站场中深冷型设备在进行在线检测时，比较适合进行目视检测、脉冲涡流检测、红外热成像检测和真空度测试。红外热成像检测对比目前的其他检测方法而言，具有不可比拟的优点，检测时可首先通过红外热成像检测找出是否存在温差较大的泄漏地方，若发现则可采用进一步的检测技术；

2）通过对国内外LNG接收站场相关在用设备检验检测等方面法规与标准调研，发现国内外尚无相关在用LNG接收站场设备检验检测的要求，建议国家相关部门在完成调研的基础上，尽快出台标准规范以确定检验检测的要求。

3）沿海大型LNG接收站完整性管理虽与管道完整性理念一致，但方法却不尽相同［9］。因为接收站管理涉及设施多且繁杂，应该尽快对接收站开展包括HAZOP（危险与可靠性分析）、RBI（基于风险评价）、RAM（基于评价的维护）、SIL（安全完整性等级分析）和RCM（可靠性维护）等在内的完整性管理技术研究工作，并在此基础上，尽快出台沿海大型LNG接收站完整性管理的相关标准。

［1］ 2015-2020年中国LNG行业市场前瞻与投资战略规划分析报告［R］.前瞻网，2014.

［2］ 张帆.LNG消防安全系统设计［J］.技术与市场，2011，18（5）：68-70.

［3］ Gupta J P.Application of DOW’s fire and explosion index hazard classification guide to process plants in the developing countries ［J］.Journal of Loss Prevention in the Process Industries，1997，10（l）：7-15.

［4］ 张奕，吴斌，艾绍平，等.液化天然气接收站的工艺流程［J］.重庆科技学院学报（自然科学版），2012，14（1）：104-105+114.

［5］ 李海润，徐嘉爽，李兆慈.全容式LNG储罐罐体温度场计算及分析［J］.天然气与石油，2012，30（4）：15-19+97-98.

［6］ 仇德朋，孟铁柱，管西龙，等.LNG接收站低压系统的水击模拟及分析［J］.煤气与热力，2014，34（7）：48-51.

［7］ 沈功田，张万岭，王勇，等.压力容器无损检测——低温压力容器的无损检测技术［J］.无损检测，2005，27（11）：592-595.

［8］ 沈功田，张万岭.特种设备无损检测技术综述［J］.无损检测，2006，28（1）：34-39.

［9］ 陈功焱，宋玉伏，缪灿亮，等.低温储罐完整性管理与评估技术探析［J］.重庆科技学院学报（自然科学版），2012，14（6）：105-108.

［国家质检总局科技计划项目资助：2013QK020］

Study on Inspection Plan of Storage and Transportation Facilities of Coastal LNG Terminal

Zhang Hua1，2Ma Xiaobin3Lv Lijun3Cui Chuang1He Renyang1
（1.China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029）
（2.Beijing University of Technology Beijing 100124）
（3.Pipeline Oil-transmitting Department of Qinghai Oilfield Geermu 816000）

As a kind of clean and efficient energy， liquefied natural gas （LNG） has

an increasing attention in the world energy system.However， due to its characteristics of low temperature， flammable and explosive，once an accident occurs， the casualty and property losses will be incalculable.Basing on analysis of the coastal LNG terminal facilities technological process and system composition， the feasibility of online inspection and technology needed were discussed.In order to further implement the LNG terminal facilities integrity management in the future，the range， method and process of inspection for LNG terminal facilities， especially the technologies of pulsed eddy current testing， infrared thermographic testing were put forward in the paper.

LNG terminal Inspection plan Pulsed eddy current testing Infrared thermographic testing

X933.4

B

1673-257X（2016）09-0029-04

10.3969/j.issn.1673-257X.2016.09.007

张华（1981～），男，硕士，工程师，从事油气管道检验和完整性评价方面的工作。

（2016-03-06）