碼頭低溫液化氣工藝管線設(shè)計(jì)

韋振興

摘 要：根據(jù)低溫液化氣工藝管線特性，結(jié)合華安公司碼頭裝卸工藝系統(tǒng)，分析了低溫液化氣工藝管道布置設(shè)計(jì)特殊要求，低溫閥門(mén)選型和低溫液化 管線保冷結(jié)構(gòu)的不同要求，以及低溫管道管托結(jié)構(gòu)和設(shè)置中需要注意事項(xiàng)，達(dá)到安全生產(chǎn)和節(jié)約成本目的。

關(guān)鍵詞：低溫液化氣；工藝系統(tǒng)；配管；

1.引言

運(yùn)輸大宗液態(tài)丙烷、丁烷，一般采用常壓低溫方式儲(chǔ)存，特點(diǎn)是儲(chǔ)存容量大、運(yùn)行壓力低、操作維護(hù)成本低和生產(chǎn)安全性較高等優(yōu)點(diǎn)，本文探討了華安公司碼頭低溫液化氣（丙烷、丁烷）裝卸工藝系統(tǒng)管線配管的設(shè)計(jì)事項(xiàng)。

2.概況

華安公司液化氣場(chǎng)站擁有5萬(wàn)噸級(jí)卸貨碼頭泊位一個(gè)、5千噸級(jí)裝貨碼頭泊位一個(gè)主要裝卸貨種有丙烷、丁烷。卸船時(shí)，為了避免低溫液化氣物料初始卸船時(shí)突然進(jìn)入常溫工藝管道系統(tǒng)造成溫變劇烈沖擊而導(dǎo)致管道應(yīng)力破壞，在卸船操作前必須進(jìn)行管道預(yù)冷循環(huán)。

3.低溫液化氣管道特點(diǎn)

為了保護(hù)閥體密封結(jié)構(gòu)不被破壞，低溫閥門(mén)本體應(yīng)具有泄放壓力的結(jié)構(gòu)。同樣在封閉液相管段內(nèi)，管道中的低溫液化氣 受外部環(huán)境的熱影響而膨脹或氣化，如果封閉管段中充滿了液態(tài)介質(zhì)，沒(méi)有氣相壓縮空間，管道中的靜壓力會(huì)急劇升高。因此，在有可能兩端封閉的工藝管道上設(shè)置單獨(dú)的熱膨脹安全閥，防止工藝管道系統(tǒng)超壓[2]。

4.低溫液化氣管道布置設(shè)計(jì)的要求

根據(jù)低溫液化氣介質(zhì)的物料特性，低溫液化氣工藝管道的布置設(shè)計(jì)除了應(yīng)滿足一般工藝管道的設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)滿足如下8個(gè)方面要求[3-4]。

（1）管道首先考慮在地面上采用架空敷設(shè)，如因特殊條件所限采用地下管溝敷設(shè)方式時(shí)，管溝內(nèi)應(yīng)充填砂或者采取其他能夠有效防止丙烷、丁烷可燃?xì)怏w在管溝內(nèi)積聚的措施；

（2）在滿足工藝管道柔性應(yīng)力分析前提下，低溫管道的布置設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能的短，減少?gòu)濐^的數(shù)量，最大程度上避免管道低點(diǎn)積液和高點(diǎn)氣化。宜通過(guò)改變管道的走向布置充分利用自然補(bǔ)償或采用水平“π”型補(bǔ)償器，不得采用填料型補(bǔ)償器。

（3）在跨越人行通道或設(shè)備的管道上，不應(yīng)設(shè)置易產(chǎn)生泄漏隱患的管件閥件。低溫液化氣工藝管道間距應(yīng)根據(jù)保冷后法蘭、閥門(mén)、測(cè)量元件的厚度以及管道的側(cè)向位移確定。

（4）兩端切斷閥門(mén)有可能關(guān)閉的工藝管道系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置熱膨脹安全閥，避免受外界熱影響時(shí)管道內(nèi)壓力超壓。

（5）管道采用鋼材質(zhì)，在裝有安全閥管段的入口段不宜采用保冷結(jié)構(gòu)，可通過(guò)人為形成氣阻段，降低管道系統(tǒng)冷量損失，并且避免低溫液體介質(zhì)排出后立即氣化大量吸熱，導(dǎo)致管道結(jié)霜直至結(jié)冰，甚至使管道溫度降到超過(guò)管道材質(zhì)低溫耐候范圍。

（6）為了保證管道檢修拆卸螺栓時(shí)不破壞主工藝管道上的保冷結(jié)構(gòu)層，彎頭、三通和異徑管等管件不可與低溫液化氣管道上的法蘭直接焊接，而需要額外延長(zhǎng)一段直管段，可焊接一段短管后再焊接法蘭。

（7）由于低溫液化氣 管道溫度很低，為保證管道的保冷隔熱效果，保冷層厚度很大，個(gè)別小口徑管道保冷厚度甚至大于管線的直徑。低溫液化氣主干工藝管道的高點(diǎn)放空、低點(diǎn)導(dǎo)淋閥門(mén)要伸出保冷層，放空和導(dǎo)淋管的最小安裝尺寸均應(yīng)考慮不同保冷結(jié)構(gòu)厚度。

（8）工藝系統(tǒng)停車檢修，應(yīng)采用氮?dú)獯祾?，不得采用蒸汽吹掃，避免在蒸汽吹掃過(guò)程中，造成管道熱應(yīng)力超標(biāo)或位移過(guò)大管托移位脫落。

5.低溫液化氣管道閥門(mén)的特殊要求

（1）低溫閥門(mén)一般指在低溫工況下的閥門(mén)，通常情況下工作溫度低于-40℃的閥門(mén)即可稱為低溫閥門(mén)[5]。通常情況下所有低溫閥門(mén)成型低溫金屬材料應(yīng)進(jìn)行深冷處理，以保證該材料在低溫情況下的最小失真；低溫閥門(mén)的密封填料和墊片在低溫密封情況下能夠保持密封效果，防止冷流。

（2）低溫液化氣閥門(mén)與傳統(tǒng)工藝閥門(mén)不同，當(dāng)其關(guān)閉時(shí)，在閥體內(nèi)部殘留的低溫介質(zhì)膨脹或氣化形成閥門(mén)內(nèi)部壓力。工藝流程圖應(yīng)明確標(biāo)注泄壓孔安裝方向位于工藝系統(tǒng)承壓的高壓側(cè)，而與物料工藝流程流動(dòng)的方向無(wú)關(guān)。

（3）低溫閥門(mén)的閥體低溫部分與操作手輪間裝有加長(zhǎng)閥桿，其內(nèi)部的密封填料不能耐受低溫，為了避免低溫液體介質(zhì)在重力作用下滲透到閥桿的密封填料層，造成填料蓋被凍結(jié)，破壞密封填料，導(dǎo)致密封失效，低溫液化氣工藝管道上的閥門(mén)宜安裝在水平管上，閥桿方向宜垂直向上，偏置時(shí)與垂直方向的夾角不應(yīng)大于45°。

6.低溫液化氣管道保冷結(jié)構(gòu)的要求

工藝管道“保冷”截然不同于“保溫”，其主要不同之處在于，保冷結(jié)構(gòu)中濕氣是從外向里侵入，而保溫結(jié)構(gòu)中的濕氣是從里向外擴(kuò)散，因此，保冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有專門(mén)的要求。對(duì)“保冷”結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于低溫管道內(nèi)外溫差形成由外向內(nèi)的蒸氣壓力差，如果沒(méi)有外層完善的防潮層，在內(nèi)層低溫壓差的影響下，水蒸汽將向溫度更低、蒸汽分壓力更低的內(nèi)層擴(kuò)散，直到低溫工藝管道的的金屬表面。

隨著水蒸汽對(duì)保冷結(jié)構(gòu)的不斷滲透，保冷材料的保冷性能急劇惡化。與此同時(shí)水凝結(jié)成冰體積膨脹，加速了保冷結(jié)構(gòu)的破壞。為了減少冷量損失，保證保冷結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期整體性、穩(wěn)定性和可靠性，本工程低溫液化氣 管道的保冷結(jié)構(gòu)由內(nèi)至外依次設(shè)置防銹層、保冷層、防潮層、保護(hù)層。

（1）防銹層。管道涂漆前必須嚴(yán)格噴砂除銹，除銹質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，涂刷兩道冷底子油。

（2）保冷層。保冷材料采用阻燃型聚氨酯泡沫塑料，內(nèi)外層縫隙應(yīng)錯(cuò)縫搭接，搭接縫處用膠均勻粘牢，不得有縫隙。捆扎保冷層選用12mm×0.5mm的不銹鋼帶。

（3）防潮層。防潮層的設(shè)置不僅要能夠防止外界雨水侵入，更重要的是要阻止空氣中的水蒸汽滲透進(jìn)入保冷層，進(jìn)而破壞保冷隔熱結(jié)構(gòu)的完整性，增加工藝系統(tǒng)冷量損失。

（4）保護(hù)層。保護(hù)層是保冷結(jié)構(gòu)的最外圍結(jié)構(gòu)，主要保護(hù)內(nèi)部保冷層及防潮層的完整性，避免外力對(duì)保冷層的破壞，延長(zhǎng)保冷結(jié)構(gòu)的使用壽命。本工程的保冷層是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料管殼，用0.6mm的鋁板做保護(hù)層，接縫拼接采用咬合結(jié)構(gòu)。

7.低溫液化氣 管道管托設(shè)置的要求

通常高溫工藝管道設(shè)計(jì)中用的普通管托，在工藝管道、管托和管架之間會(huì)形成一個(gè)熱橋，很大一部分熱量通過(guò)這個(gè)熱橋散發(fā)掉，如果在低溫輸送管線中仍使用類似管托，將會(huì)產(chǎn)生“冷橋”現(xiàn)象造成相當(dāng)部分的冷量損失。在低溫液化氣管道支吊架的選型和設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)事項(xiàng)：

（1）受工藝管道內(nèi)部低溫液化氣介質(zhì)的影響，管道低溫工況下冷縮導(dǎo)致的變形量比常溫工藝管道大很多，因此對(duì)低溫液化氣 管道管托的設(shè)計(jì)要求也大幅提高。以專用保冷滑動(dòng)管托為主，結(jié)合應(yīng)力分析結(jié)果輔以專用保冷固定管托，水平π型補(bǔ)償器上設(shè)置專用保冷導(dǎo)向管托的方法，以保證低溫管道在冷態(tài)收縮時(shí)不會(huì)發(fā)生位移過(guò)大而導(dǎo)致管托失效的情況。

（2）由于低溫液化氣管道保冷結(jié)構(gòu)較厚，不同于普通工藝管道管廊結(jié)構(gòu)設(shè)置，低溫液化氣 管架結(jié)構(gòu)橫向支撐梁的高度及預(yù)埋懸挑梁支撐件的懸臂長(zhǎng)度，應(yīng)能夠滿足保冷結(jié)構(gòu)安裝要求。

（3）為了避免保冷結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)根據(jù)工藝管架上保冷層的計(jì)算厚度確定低溫液化氣工藝管道的管底標(biāo)高，并且要考慮分支管路口徑變化。

8.結(jié)語(yǔ)

工藝管線的布置設(shè)計(jì)是液體化工港口設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，在工藝管線布置過(guò)程中，往往由于對(duì)某些工藝管道的特殊性了解不夠深入，或者在一些設(shè)計(jì)選型細(xì)節(jié)上把握不好，而造成現(xiàn)場(chǎng)施工返工，增加了工期時(shí)間成本和投資采購(gòu)費(fèi)用。對(duì)于低溫液化氣的工藝管線布置設(shè)計(jì)，要結(jié)合其低溫工藝特點(diǎn)和物料特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能降低設(shè)計(jì)的失誤率，提高整體工藝的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張德姜，王懷義，劉紹葉.工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)（ 第四版） [M]. 北京： 中國(guó)石化出版社， 2009.

[2]中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). SH/T 3010-2013.石油化工設(shè)備和管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].