闵行LNG汽车加气与灌装示范站低温预冷技术探讨

上海煤气第二管线工程有限公司　张　峰　朱　涛

闵行LNG汽车加气与灌装示范站低温预冷技术探讨

上海煤气第二管线工程有限公司张峰朱涛

LNG(液化天然气)站的低温设备及工艺管道预冷是场站投产前的关键环节，以上海市闵行LNG汽车加气与灌装示范站工程站内低温设备及工艺管道预冷施工为例，分析阐述了LNG场站预冷的目的和原则，预冷的关键技术以及预冷后的注意事项等，并对工程进行总结归纳，对后续类似工程施工有一定指导作用。

LNG场站工艺管道预冷LNG储罐

0　前言

LNG场站施工完成后，由于受超低温及LNG特殊性质影响，在正式投产前，必须采用中间介质(通常采用液氮)对LNG低温设备及工艺管道进行预冷，预冷检验调试合格后方可接收LNG，其过程主要是检验和测试设备及工艺管道的低温性能，包括检验低温材料质量、管道焊接质量、管道冷缩量和管托支撑变化、低温阀门密封性等是否合格以及使储罐在预冷过程中提前达到运行工况，同时测试储罐的真空性能。

LNG场站预冷包括调试预冷和正常生产时的卸车预冷，预冷应遵循储罐和管道温度逐步降低，避免急冷的原则，防止温度骤降对设备和管件造成损伤。本文结合上海市闵行LNG汽车加气与灌装示范站工程实例对场站低温设备及工艺管道调试预冷关键技术进行介绍。

1　场站简介

汽油罐，2台30 m3柴油罐，设2台双枪LNG加气机和4台双泵四枪加油机。LNG灌装示范站内建2台100 m3LNG储罐，2台30 m3BOG(闪蒸汽)储罐等(如图1所示)，用于LNG槽车装卸、分输和为非管输用钢瓶提供灌装等业务支持。两个站区的放散气(EAG)分别经EAG复热器加热后，由设置在LNG灌装示范站的放散总管统一放散。

图1　两台100 m3立式储罐

闵行LNG汽车加气与灌装示范站工程即上海LNG非管输应用示范工程位于上海市闵行区上海液化石油气经营有限公司储配分公司场地内，占地面积14846 m2，预计年周转LNG规模1.33万吨。场站分LNG汽车加气示范站及LNG灌装示范站，两个站区分别设储罐区、卸车区及工艺装置区，均可独立生产运行。LNG汽车加气示范站是加油加气合建站，站内建1台60 m3LNG储罐、2台30 m3

整个场站工艺管道最高设计压力2.5 MPa，最低设计温度-196℃，低温材料(阀门、法兰、紧固件、管道管材)材质主要为不锈钢管06Cr19Ni10。LNG储罐均采用双层金属罐式真空罐，内罐为耐低温不锈钢06Cr19Ni10压力容器，外罐为Q345R碳钢材料，夹层填充绝热材料，并抽真空，所有接管开口均在外罐底部，如图2所示。

图2　LNG立式储罐结构及工艺管线连接

2　场站工艺流程

整个场站工艺包括：储存工艺、卸车工艺、增压工艺、BOG工艺、气化加温工艺、钢瓶充装工艺及调压计量工艺。

本工程LNG汽车加气示范站与LNG灌装示范站各选用2台LNG低温潜液泵，潜液泵包括泵体和泵池两部分，泵体为浸没式两级离心泵，整体浸入泵池中，无密封件，所有运动部件由低温液体冷却和润滑。LNG汽车加气示范站工艺流程见图3。

图3　LNG汽车加气与灌装示范站工艺流程示意

LNG通过运输槽车运至LNG汽车加气示范站内，使用卸车泵或卸车增压器进行卸车，将槽车内LNG通过工艺管道卸至站内储罐，后通过LNG潜液泵、加气机对车辆进行加气。

LNG储罐、低温槽车及其它在LNG储存、生产期间产生的蒸发气(BOG)，经空温式气化器加热后，经调压(调压至0.4～0.7 MPa)计量后输送至相邻LNG灌装示范站的BOG储气罐。

如图3，LNG灌装示范站工艺流程图，LNG由汽车槽车运至LNG灌装示范站区，利用卸车增压器将槽车内的LNG卸入LNG储罐。储罐内LNG一路经LNG低温潜液泵输送到灌装区；另一路通过空温式气化器加热后，经调压计量，输送至相邻LPG站区的锅炉房。

LNG储罐、低温槽车、LNG钢瓶及其它在LNG生产期间产生的蒸发气(BOG)，经加热器加热后进入BOG储气罐，经调压计量输送至相邻LPG站区的锅炉房。

3　预冷前基本要求

通常LNG进液管道的保冷施工是在预冷前完成，以测试设备及管道在低温状态下的性能是否达到设计要求，但本工程考虑到预冷时室外环境温度较低，为方便预冷后及时发现低温管道表面可能出现的延迟裂纹等问题，采取先预冷后保冷的施工顺序，即场站所有工艺管道预冷是在未经保冷的工况下进行。

除此，LNG低温设备及工艺管道系统预冷前：储罐和全部工艺管道已经过严密性试验和吹扫，处于氮气保压状态，其中储罐压力≥0.15 MPa，进液管道压力为0.15 MPa，外管道压力为0.15 MPa，检测温度为常温。储罐、饱和管线、潜液泵池、撬体上的外管线等在设备出厂前都已进行吹扫、露点检测、气密、预冷等工序，现场预冷过程无需再进行以上检测。

4　预冷关键技术

LNG低温设备及工艺管道预冷分气体放散吹扫、低温氮气预冷和液态预冷三个阶段。LNG场站预冷流程见图4。

图4　LNG场站预冷流程示意

4.1预冷第一阶段：气体的放散吹扫

放散吹扫的主要工艺线路包括：储罐卸车管道线路、卸车增压气相管线、卸车增压器管线和加注机部分真空管道(如图5)。

图5　气体放散吹扫流程

放散吹扫作业中的检测点位置应设置在吹扫管段的末端手动排放阀、卡套、法兰盲板处，并利用露点仪和便携式氧含量检测仪检测储罐、泵池及各(真空)管道气体的露点和氧含量。

氮气放散吹扫是对加注系统和(真空)管道内水分和氧气进行吹扫，并以各吹扫放散口检测到的气体露点为-30～-40 ℃，气体含氧量≤2%作为系统气体放散吹扫合格的判断依据。整个系统所有工艺管道都必须进行吹扫，有盲板封头的封闭管道应拆除盲板进行吹扫，吹扫放散后的储罐及管道都应保持0.02～0.05 MPa微正压。

4.2预冷第二阶段：低温氮气预冷

低温氮气预冷主要工艺流程如图6所示。

图6　低温氮气预冷流程

采用液氮通过槽车自增压系统产生低温氮气，对卸车系统进液管道和低温储罐预冷，预冷的低温气体压力≤0.4 MPa(温度约-140℃)。预冷范围包括卸车增压系统、进液管、储罐、泵池等管线。

在低温氮气预冷工艺作业中应实时监测各测温点的温度变化，温度处于-40～-60 ℃为合格。本工程采用红外线测温仪对储罐温度进行多点检测确认。对于低温氮气预冷过程，主要检测内容包括：逐一检查阀门是否有外漏和内漏现象，确保阀门开闭灵活，无冻结现象；逐一检查焊缝(包括法兰焊缝)是否有裂纹和其他非正常现象；逐一检查法兰密封面是否泄漏；测试储罐真空度(由储罐生产单位进行)；逐一检查管道冷缩量和管托支架的变化情况。预冷前除安全阀、压力表的根部阀门应处于开启状态外，管道上其余阀门均应处于关闭状态。

预冷进气量控制要求：预冷液氮压力≤0.4 MPa(温度约-140℃)并且温度下降速度≤-50 ℃/h。

4.3预冷第三阶段：液氮预冷

液氮预冷分两个阶段，第一阶段卸车撬液氮预冷；第二阶段储罐、加注系统液氮预冷。储罐在进液前，将罐内的氮气压力放散至0.1～0.2 MPa。液氮预冷工艺流程如图7所示。

图7　液氮预冷流程

单个储罐液氮预冷工艺：槽车进行自增压，开启储罐顶部充装进液阀，开启卸车进液阀→开启槽车液相阀开始从储罐顶部进液，对储罐进液→液位计读数达到350 mmH2O时关闭气动阀,储罐卸液结束→检测储罐真空度→观察压力变化0.5～0.6 MPa。

在液氮预冷进液时，槽车液相阀门必须逐步增加开启度，开始充装液氮时，因液氮产生的气体使储罐内压力上升，应密切关注压力上升速度，控制液氮充装速度，当压力上升到0.6 MPa时，打开EAG手动放散阀减压，从而降低储罐内压力上升，当压力趋于稳定时，可进行储罐顶部进液阀进液，并增加充液速度。

储罐压力在稳定的状态下保持15分钟，储罐液氮预冷结束。预冷结束后用储罐内残留的液氮气化后吹扫、置换常温设备及管道。最后，试车合格后，用LNG将储罐中的液氮置换出来，就可以正式充装LNG。现场储罐低温管道液氮预冷，如图8所示。

图8　储罐低温管道液氮预冷

5　液氮预冷后LNG置换前注意事项

由于低温储罐特性，液氮的日蒸发量约为3‰，储罐压力会由于液态转换气态逐步升高，日常中需观察储罐压力，高于0.7 MPa时对储罐进行降压处理。可通过打开储罐安全阀旁通阀由EAG放散管进行放空。

由于储罐内定期会有一部分气体排放掉，储罐内液态氮气会由于日蒸发原因而逐渐减少，日常中需每天观察储罐液位，当现场液位计读数接近于0 mmH2O，说明储罐内基本上不再有液氮存在，需重新对储罐进行液氮填充。

6　结语

LNG低温设备及工艺管道预冷是场站投产前的关键环节，虽然不同场站工程对应的LNG置换预冷方案不同，但方法基本一致，即首先用液氮进行预冷置换，然后用LNG置换液氮。结合具体工程正确采用预冷工艺可以提高效率，降低预冷成本，保证操作安全。在此，结合闵行LNG场站工程施工经验，浅谈几点体会：

(1)预冷过程中，LNG低温设备及工艺管道处于深冷工况，因此，为更好控制吹扫、试压、预冷过程中的各个环节，操作人员要熟悉场站工艺流程，同时掌握相关气体物理性质，防止液氮冻伤。在预冷过程中依据系统外表有无结霜与水汽现象应能准确判断真空管道及加注系统是否有露冷、漏气现象。

(2)LNG工艺管道连接阀门、法兰数量多，在预冷第一阶段气体放散吹扫环节中，管道应尽量采取分段吹扫。在有阀门的管路先将阀门拆下，进行彻底吹扫，打靶检验合格后，再将单体试压合格的阀门安装到系统中，待系统再次试压合格后对管道系统进行二次吹扫，这样既能保护阀门又能达到吹扫效果。

(3)根据工程特点、施工环境和预冷要求正确选择管道保冷、预冷施工顺序。在环境温度较高时，可选择先保冷后预冷，这样可在预冷时检查保冷效果，同时避免由于液体气化较快而致使进液失败，节省液氮；在环境温度较低时，为方便发现预冷后管道表面有可能出现的延迟裂纹等问题，可采取先预冷后保冷。

(4)预冷时对储罐和管道及设备、阀门、法兰、仪表等应逐步降温，待温度降到规定值并达到稳定后，通过观察，检验，测定准确无异常情况后方可进一步降低温度，避免因急冷导致温度骤降形成的温差应力对系统造成损伤。

Discussion on Pre-cooling Technology for Cryogenic Application in Minhang LNG Station

Shanghai Municipal Gas No.2 Pipelines Engineering Co.,Ltd.Zhang FengZhu Tao

Low temperature pipeline and equipment are important facilities of LNG(Liquefied Natural Gas) vehicle refueling station. As a key to ensure operation successfully, it is a very important process to pre-cool these facilities. Taking Minhang LNG project in Shanghai Petrochemical Company as an example, this article introduces the purpose and principles of pre-cooling technology, analyses the key processes and attentions of pre-cooling and provides some guidelines for similar projects.

LNG station, process piping, pre-cooling, LNG storage