低温管道设计在液化天然气气站中的应用

高晶　亓雪

摘 要：LNG已成为目前无法使用管输天然气供气城市的主要气源或过渡气源，也是许多使用管输天然气供气城市的补充气源或调峰气源。LNG气化站是一个接收、储存和分配LNG卫星站，也是城镇或燃气企业把LNG从生产厂家转往用户的中间调节场所。液化天然气气化站（LNG气化站）是LNG产业链的终端，随着我国环保要求的提高，LNG作为继CNG（压缩天然气）后又一清洁能源正在快速发展，LNG气化站也在近年来也得到了井喷式的发展和建设，气化站内的天然气管道是连接各装置的重要组件，具有低温、易燃爆等特性，站内管道的设计，直接关系到各装置的能效、管道的安装、维护、检修及人们的生命财产安全。本文从站内管道的设计参数选取、材料选择，管径壁厚计算、保温保冷设计等方面分析了站内低温管道设计特点，为LNG气化站站内管道设计提供参考。

关键词：液化天然气气化站;低温管道设计;设计参数;材料选择

天然气是一种优质、高效的清洁能源。加快天然气产业发展，提高天然气在一次能源消费中的比重，是贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的五大发展理念的必由之路。

LNG气化站是将液化天然气转化为气态天然气的场所，其工艺流程为在卸车台通过卸车增压器对槽车储罐增压，利用压差将LNG卸至低温储罐，气化时通过储罐增压器将LNG升压，自流进入气化器，LNG发生相变，成为气态天然气经计量、调压、加臭后输送至用气点。站内天然气管道是连接各装置的重要组件，直接关系到各装置的能效、管道的安装、维护、检修及人们的生命财产安全。

1 管道设计参数选取

在LNG气化站设计时，常采用的设计规范为：GB 50028-2006《城镇燃气设计规范》、GB50016-2006《建筑设计防火规范》、GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》、美国NFPA-59A《液化天然气生产、储存和装卸标准》。其中GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》是由中石油参照和套用美国NFPA-59A标准起草的，许多内容和数据来自NFPA-59A标准。由于NF-PA-59A标准消防要求高，导致工程造价高，目前难以在国内实施。目前国内LNG气化站设计基本参照GB 50028-93《城镇燃气设计规范》（2002年版）设计，实践证明安全可行。

1.1 设计温度的选取。LNG在常压下的沸点约为-162℃，系统试运行时要先灌注液氮冷管排除空气，因此气化站工艺系统内管道的设计温度一般定为液氮在常压下的沸点-196℃。

1.2 设计压力的选取。站内调压橇前天然气管道设计压力为1.2MPa， 调压橇后管道设计压力为1.0MPa。

2 管道材料选取

超低温（-162℃）条件要求管道材料应具有杰出的低温韧性、抗腐蚀性及焊接性，且材料的膨胀系数应尽量小。碳钢、低合金钢等钢种在超低温条件下会迅速失去韧性，不能用于LNG气化站低温系统。奥氏体不锈钢、铝合金和9%镍钢在超低温条件下具有很好的低温韧性，但铝合金的线性膨胀系数较高，应用局限性大;奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能较好，且其生产工艺较为成熟，应用最普遍;9%镍钢的综合性能较为优良，但其生产技术在国内不够成熟，价格也比较高。综上，当管道内介质温度不大于-20℃时，采用不锈钢无缝钢管，执行标准《输送流体用不锈钢无缝钢管》 （GB/T14976-2012），材质选择06Cr19Ni10。管件均采用材质为06Cr19Ni10无缝管件，执行标准《钢制对焊管件类型与参数》 （GB/T12459-2017）。

当管道内介质温度大于-20℃时，对于公称直径不大于200mm 的，采用无缝钢管，执行标准《输送流体用无缝钢管》（GB/T8163-2008），材質为20钢，对于公称直径大于200mm的，

采用焊接钢管，执行标准《低压流体输送用焊接钢管》 （GB/T3091-2015），材质为Q2

3 管径及壁厚计算

3.1 管径及壁厚计算公式

①管径计算公式为：

D=18.81×（Q/S）0.5

式中：D—管道的直径，单位mm;

Q—工况流量，单位m 3 /h;

S—天然气流速，单位m/s。

②壁厚计算公式：

t=PD/[2Sφ+PY]

式中：t—钢管计算壁厚（mm）;

P—设计压力（MPa）;

D—钢管外径（mm）;

S—许用应力（MPa），不锈钢为137MPa;

Y—计算系数：取0.4;

φ—焊缝系数：φ=1。

4 管道的防腐及保冷

4.1 管道防腐

①地上管道外防腐

管道外壁喷砂除锈达到Sa2.5级，执行标准《涂装前钢材表面处理规范》 （SY/T 0407-2012），外防腐层涂敷环氧富锌底漆二道，氟碳面漆二道，总厚度不小于200μm。

②埋地管道外防腐

管道外壁喷砂除锈达到Sa2.5级，执行标准《涂装前钢材表面处理规范》SY/T 0407-2012，

外防腐层涂敷无溶剂液体环氧涂料，干膜厚度不小于400μm;外包聚丙烯网状增强编织纤维防腐胶带一道。

4.2 管道保冷

LNG低温管道常用的保冷方式有真空管道、三聚酯泡沫（PIR）和泡沫玻璃（CG）等 [2] ，PIR保冷管壳密度轻、耐低温、导热系数低、保温效果好、有一定的柔软性，但吸水性差、防火等级只能达到B1级;泡沫玻璃耐高温、不吸水、不老化、收缩小、不燃，但价格相对高，导热系数比PIR高;真空管道需根据管线图分段制作，各段管道采用真空多层缠绕绝热，保冷效果好，安装、维护方便，但由于需要提前预制耗时长，价格偏高。综合比较，PIR相对于泡沫玻璃和真空管保冷效果较好，投资成本相对较低。故选用 PIR 进行保冷是相对经济合理的方式。

5 结语

为保证安全供气，LNG气化站设计应对站内工艺、设备、管道、安防系统等因素进行比选优化，其中站内管道设计，应充分考虑材料选择，管道应力消除，保冷等问题，本文通过分析站内管道的设计参数选取、材料选择，管径壁厚计算、保温保冷设计等，以期为LNG气化站站内管道设计提供些许参考。

参考文献：

[1] 液化天然气气化站储罐增压方法探讨[J]. 杨双成，张筱萍.  化工之友. 2006（10）

[2] 内陆天然气电厂LNG气化站建设规模研究[J]. 成其华.  广东化工. 2016（06）

[3] 浅谈LNG气化站安全生产风险管理措施[J]. 宋小杰.  化工管理. 2015（29）

[4] LNG气化站的工艺设计分析[J]. 居万美.  中国石油和化工标准与质量. 2013（22）