低溫管道設(shè)計(jì)在液化天然氣氣站中的應(yīng)用

高晶　亓雪

摘 要：LNG已成為目前無法使用管輸天然氣供氣城市的主要?dú)庠椿蜻^渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補(bǔ)充氣源或調(diào)峰氣源。LNG氣化站是一個(gè)接收、儲(chǔ)存和分配LNG衛(wèi)星站，也是城鎮(zhèn)或燃?xì)馄髽I(yè)把LNG從生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)往用戶的中間調(diào)節(jié)場所。液化天然氣氣化站（LNG氣化站）是LNG產(chǎn)業(yè)鏈的終端，隨著我國環(huán)保要求的提高，LNG作為繼CNG（壓縮天然氣）后又一清潔能源正在快速發(fā)展，LNG氣化站也在近年來也得到了井噴式的發(fā)展和建設(shè)，氣化站內(nèi)的天然氣管道是連接各裝置的重要組件，具有低溫、易燃爆等特性，站內(nèi)管道的設(shè)計(jì)，直接關(guān)系到各裝置的能效、管道的安裝、維護(hù)、檢修及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文從站內(nèi)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)選取、材料選擇，管徑壁厚計(jì)算、保溫保冷設(shè)計(jì)等方面分析了站內(nèi)低溫管道設(shè)計(jì)特點(diǎn)，為LNG氣化站站內(nèi)管道設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：液化天然氣氣化站;低溫管道設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)參數(shù);材料選擇

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效的清潔能源。加快天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高天然氣在一次能源消費(fèi)中的比重，是貫徹落實(shí)創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的五大發(fā)展理念的必由之路。

LNG氣化站是將液化天然氣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)天然氣的場所，其工藝流程為在卸車臺(tái)通過卸車增壓器對(duì)槽車儲(chǔ)罐增壓，利用壓差將LNG卸至低溫儲(chǔ)罐，氣化時(shí)通過儲(chǔ)罐增壓器將LNG升壓，自流進(jìn)入氣化器，LNG發(fā)生相變，成為氣態(tài)天然氣經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓、加臭后輸送至用氣點(diǎn)。站內(nèi)天然氣管道是連接各裝置的重要組件，直接關(guān)系到各裝置的能效、管道的安裝、維護(hù)、檢修及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 管道設(shè)計(jì)參數(shù)選取

在LNG氣化站設(shè)計(jì)時(shí)，常采用的設(shè)計(jì)規(guī)范為：GB 50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、美國NFPA-59A《液化天然氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸標(biāo)準(zhǔn)》。其中GB 50183-2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》是由中石油參照和套用美國NFPA-59A標(biāo)準(zhǔn)起草的，許多內(nèi)容和數(shù)據(jù)來自NFPA-59A標(biāo)準(zhǔn)。由于NF-PA-59A標(biāo)準(zhǔn)消防要求高，導(dǎo)致工程造價(jià)高，目前難以在國內(nèi)實(shí)施。目前國內(nèi)LNG氣化站設(shè)計(jì)基本參照GB 50028-93《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（2002年版）設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明安全可行。

1.1 設(shè)計(jì)溫度的選取。LNG在常壓下的沸點(diǎn)約為-162℃，系統(tǒng)試運(yùn)行時(shí)要先灌注液氮冷管排除空氣，因此氣化站工藝系統(tǒng)內(nèi)管道的設(shè)計(jì)溫度一般定為液氮在常壓下的沸點(diǎn)-196℃。

1.2 設(shè)計(jì)壓力的選取。站內(nèi)調(diào)壓橇前天然氣管道設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa， 調(diào)壓橇后管道設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa。

2 管道材料選取

超低溫（-162℃）條件要求管道材料應(yīng)具有杰出的低溫韌性、抗腐蝕性及焊接性，且材料的膨脹系數(shù)應(yīng)盡量小。碳鋼、低合金鋼等鋼種在超低溫條件下會(huì)迅速失去韌性，不能用于LNG氣化站低溫系統(tǒng)。奧氏體不銹鋼、鋁合金和9%鎳鋼在超低溫條件下具有很好的低溫韌性，但鋁合金的線性膨脹系數(shù)較高，應(yīng)用局限性大;奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能較好，且其生產(chǎn)工藝較為成熟，應(yīng)用最普遍;9%鎳鋼的綜合性能較為優(yōu)良，但其生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)不夠成熟，價(jià)格也比較高。綜上，當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)溫度不大于-20℃時(shí)，采用不銹鋼無縫鋼管，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《輸送流體用不銹鋼無縫鋼管》 （GB/T14976-2012），材質(zhì)選擇06Cr19Ni10。管件均采用材質(zhì)為06Cr19Ni10無縫管件，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼制對(duì)焊管件類型與參數(shù)》 （GB/T12459-2017）。

當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)溫度大于-20℃時(shí)，對(duì)于公稱直徑不大于200mm 的，采用無縫鋼管，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T8163-2008），材質(zhì)為20鋼，對(duì)于公稱直徑大于200mm的，

采用焊接鋼管，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《低壓流體輸送用焊接鋼管》 （GB/T3091-2015），材質(zhì)為Q2

3 管徑及壁厚計(jì)算

3.1 管徑及壁厚計(jì)算公式

①管徑計(jì)算公式為：

D=18.81×（Q/S）0.5

式中：D—管道的直徑，單位mm;

Q—工況流量，單位m 3 /h;

S—天然氣流速，單位m/s。

②壁厚計(jì)算公式：

t=PD/[2Sφ+PY]

式中：t—鋼管計(jì)算壁厚（mm）;

P—設(shè)計(jì)壓力（MPa）;

D—鋼管外徑（mm）;

S—許用應(yīng)力（MPa），不銹鋼為137MPa;

Y—計(jì)算系數(shù)：取0.4;

φ—焊縫系數(shù)：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

管道外壁噴砂除銹達(dá)到Sa2.5級(jí)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面處理規(guī)范》 （SY/T 0407-2012），外防腐層涂敷環(huán)氧富鋅底漆二道，氟碳面漆二道，總厚度不小于200μm。

②埋地管道外防腐

管道外壁噴砂除銹達(dá)到Sa2.5級(jí)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《涂裝前鋼材表面處理規(guī)范》SY/T 0407-2012，

外防腐層涂敷無溶劑液體環(huán)氧涂料，干膜厚度不小于400μm;外包聚丙烯網(wǎng)狀增強(qiáng)編織纖維防腐膠帶一道。

4.2 管道保冷

LNG低溫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保冷管殼密度輕、耐低溫、導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫效果好、有一定的柔軟性，但吸水性差、防火等級(jí)只能達(dá)到B1級(jí);泡沫玻璃耐高溫、不吸水、不老化、收縮小、不燃，但價(jià)格相對(duì)高，導(dǎo)熱系數(shù)比PIR高;真空管道需根據(jù)管線圖分段制作，各段管道采用真空多層纏繞絕熱，保冷效果好，安裝、維護(hù)方便，但由于需要提前預(yù)制耗時(shí)長，價(jià)格偏高。綜合比較，PIR相對(duì)于泡沫玻璃和真空管保冷效果較好，投資成本相對(duì)較低。故選用 PIR 進(jìn)行保冷是相對(duì)經(jīng)濟(jì)合理的方式。

5 結(jié)語

為保證安全供氣，LNG氣化站設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)站內(nèi)工藝、設(shè)備、管道、安防系統(tǒng)等因素進(jìn)行比選優(yōu)化，其中站內(nèi)管道設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮材料選擇，管道應(yīng)力消除，保冷等問題，本文通過分析站內(nèi)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)選取、材料選擇，管徑壁厚計(jì)算、保溫保冷設(shè)計(jì)等，以期為LNG氣化站站內(nèi)管道設(shè)計(jì)提供些許參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 液化天然氣氣化站儲(chǔ)罐增壓方法探討[J]. 楊雙成，張?bào)闫? ?化工之友. 2006（10）

[2] 內(nèi)陸天然氣電廠LNG氣化站建設(shè)規(guī)模研究[J]. 成其華. ?廣東化工. 2016（06）

[3] 淺談LNG氣化站安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理措施[J]. 宋小杰. ?化工管理. 2015（29）

[4] LNG氣化站的工藝設(shè)計(jì)分析[J]. 居萬美. ?中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量. 2013（22）