液化天然气(LNG)管道设计与施工问题浅析

潘远波

(江苏省化工设计院有限公司，江苏 南京 210024)

液化天然气(LNG)管道设计与施工问题浅析

潘远波

(江苏省化工设计院有限公司，江苏 南京 210024)

针对液化天然气(LNG)项目中的管道设计与施工过程中遇到的一些典型问题进行了讨论：介绍了LNG管道材料和保冷材料的选择、LNG工艺管线试压、吹扫和干燥及预冷方案。

LNG；管道；设计

天然气是一种从地下开采的可燃性气体，无色无味，主要成分中85%～95%为甲烷(CH4)，比重轻于空气。天然气热值高，属于清洁燃料，几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，燃烧时产生的二氧化碳少于其他化石燃料，造成的温室效应较低，被认为是优质洁净燃料。在-162℃常压下可液化，称液化天然气(LNG)，液化后体积缩小到1/600，利于储存和运输。近年来，我国对LNG产业的发展越来越重视，我国正在规划和实施的沿海LNG项目有：广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁，这些项目将最终构成一个沿海LNG接收站与输送管网。

LNG 项目中接收站是核心组成部分，接收站的功能是接卸由LNG 远洋输送船运来的LNG，在LNG 储罐内储存并进行气化，气化后的天然气送至天然气输气干线。在接收站装置中管道设计是重要的组成部分，是装置设计、施工、生产全过程综合技术经济效益的重要体现，起着承上启下的作用。本文就LNG接收站装置中管道设计与施工过程中发生的问题进行讨论。

1 LNG工艺管道设计要求

LNG接收站装置中管道设计[1]与其它化工项目管道设计要求一样，首先要符合管道及仪表控制流程设计的要求，并符合现行的标准、规范和规程的规定。管线布置应该整洁有序，尽量成组成排布置。同时应考虑到经济合理，支撑方便，还应注意压力损失[2]。最后在施工、操作和维修等方面的要求也制约着管道设计。

2 LNG工艺管道材质及保温材料

由于碳素钢和低合金钢在-160℃低温条件下韧性降低，容易脆化，因此LNG工艺管道一般采用耐低温耐腐蚀的奥氏体不锈钢材料[3]，管材内壁与低至约-160℃的LNG接触，具有良好的低温韧性，同时还具有良好的耐腐蚀性能及抗裂纹能力，以满足较高的安全性要求。

LNG低温管道保冷材料采用的是聚异氰脲酸酯(简称PIR)，PIR是一种新型的有机高分子绝热材料，是由异氰酸脂(Isocyanate)于聚醚(Ployol)为主原料，再加上触媒、防火剂及环保型发泡剂，经专门配方和严格工艺条件下充分混合、反应、发泡生成的泡沫聚合体。由于这种泡沫聚合体具有独立的密闭细胞结构和高闭孔率，发泡体细胞细微均匀、隔热性能良好、耐火焰阻燃性能极优，因而在隔热性能、耐水透湿性、接着性、抗压性、阻燃性和冷缩率等方面呈现出优良的品质。这种高科技有机高分子材料，防火性能优，导热系数小，防水性好，化学性质稳定，抗老化性好，是用于深冷及普冷温度环境下绝热高分子材料的最佳选择。它的适用绝热温度范围为-196～+120℃。

3 LNG工艺管线试压、吹扫和干燥及预冷

3.1 试压方案的确定

在《工业金属管道工程施工规范》GB50235[4]中有述："管道安装完毕后，热处理和无损检验合格后，应进行压力试验。压力试验应以液体为试验介质。当管道的设计压力<=0.6MPa时也可采用气体为试验介质，但应采取有效的安全措施。脆性材料严禁使用气体进行压力试验。"

(1)水压试验：操作简便，成本低、安全性高，但是为了防止低温系统由于湿气冻结而对管线造成机械损坏和避免可燃混合物的形成，水压试验之后应将所有低温管道彻底干燥，尤其是阀门的干燥，如果干燥不彻底，在投料后将造成阀门冻裂或阀杆结冰无法正常开启。

(2)气压试验：管道试压后不存在干燥问题，但是由于气体的可压缩性，能量积聚，因此气压试验安全性低，危险性高。因此，从安全角度考虑和鉴于以往LNG项目经验，LNG管道建议采用水压试验。

3.2 吹扫和干燥

由于管道焊接过程中有焊渣存在以及施工中管道中存在其它异物，在开车(生产)中这些杂物会影响生产，使生产达不到预期目的或不能生产，所以在开车前要进行管道吹扫。管道吹扫原则：

(1)施工中实行分段吹扫，分段以焊接阀门为界，注意管道施工后要及时密封，防止杂物和雨水进入。

(2)为防止碳钢管道内的铁锈、焊渣进入低温管道，碳钢管道不能向低温管道吹扫。

(3)不能向储罐内吹扫，由罐内向外吹扫。

(4)不能吹扫任何仪表设备。

(5)由于需要吹扫，在安装时应当使用临时垫片，在气密性试验前更换正式垫片。

(6)在吹扫时要敲击管道表面和焊接部位。

吹扫合格标准：气流以20m/s速度吹向管道口附近放置的附有半湿白色毛巾的垫板，毛巾上无灰尘和杂质为合格。

最后采用纯度高于99.9%，露点低于-60℃的干燥氮气对低温管道进行干燥，并要求管道干燥后露点温度低于 - 40℃，氧含量低于4%(mol)。在实际管道干燥过程中，露点温度只能达到19℃左右，即认为管道干燥合格。干燥、置换合格后用氮气维持微正压状态。

3.3 预冷

LNG管道采用奥氏体不锈钢材料，奥氏体不锈钢具有优异的低温性能，但线膨胀系数较大。在LNG -162℃温度条件下，不锈钢收缩率约为千分之三。虽然在设计时考虑了冷收缩的补偿，但是在温度变化速率较大时，还存在温度变化过快、热应力过大而使材料或连接部位产生损坏的问题。LNG接收站内低温管道和低温储罐在正式进入低温液体前，要首先进行充分的冷却，即预冷过程。

刚投用的LNG管道为常温，只能用蒸发气(BOG)对其进行预冷。蒸发气(BOG)与管道中的常温氮气接触，传递冷量，混合冷气下沉，与管道底部接触，使底部开始降温，管材出现不明显收缩。而此时顶部仍然为常温，当顶底部温差达到一定值时，管道底部收缩开始明显，横向开始出现位移；温差越大，收缩越大；收缩越大，位移越明显。预冷时的检查内容：

(1)检查低温材料有没有低温开裂现象。

(2)检查低温管道焊接部位有无裂纹，特别是法兰焊接部位。

(3)检查管道冷缩量和管托支撑变化。

(4)检查低温阀门的密封性和灵活性，检查是否冻住。

(5)检查法兰连接部位是否泄漏，螺栓是否因冷缩而使预紧力减小。

4 结语

本文就液化天然气(LNG)管道设计与施工过程中遇到的一些典型问题进行了总结与讨论，并加以合理化阐述。通过对这些问题的讨论，积累成宝贵的经验，在以后的设计过程中避免类似问题的发生，将问题解决于设计阶段，以便现场更好的施工。

[1] 中华人民共和国原化学工业部. GB 50316-2000(2008年版)工业金属管道设计规范[S].北京，中国计划出版社，2008.

[2] 宋岢岢. 压力管道设计及工程实例[M].北京:化学工业出版社，2007.

[3] 中国化工勘察设计协会. 化工设计手册[M]. 北京:出版社不祥，1987.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部,国家质量监督检验检疫总局. GB 50235-2010工业金属管道工程施工规范[S]. 北京，中国计划出版社，2010.

(本文文献格式：潘远波.液化天然气(LNG)管道设计与施工问题浅析[J].山东化工，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

潘远波(1984—)，硕士研究生，主要从事化工工艺设计工作。

TQ055.8+1

A

1008-021X(2017)14-0155-01