LNG加氣站管溝的安全運(yùn)行

楊 君

(杭州市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司， 浙江 杭州 310007)

1 概述

近年來(lái)，全國(guó)各地LNG加氣站建設(shè)推進(jìn)速度較快，LNG加氣網(wǎng)絡(luò)已初步形成。但由于早期建設(shè)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，出現(xiàn)了較多技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題。LNG加氣站陸續(xù)建成投運(yùn)后，出現(xiàn)的問(wèn)題大部分集中在管溝，例如管道流量不均衡、管道保冷失效和漏氣、蓋板出現(xiàn)位移、溝內(nèi)通風(fēng)差、溝內(nèi)積水，嚴(yán)重影響到LNG加氣站的日常加氣效率和安全運(yùn)營(yíng)。這些問(wèn)題應(yīng)該提前在設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)中高度重視，采取科學(xué)有效的方法，加以克服和避免，已經(jīng)投運(yùn)的LNG加氣站也應(yīng)該積極改造，從而提升運(yùn)行效率和安全水平。

2 分析及對(duì)策

2.1 管道流量不均衡

加氣高峰時(shí)，在同一條車(chē)道上的2輛車(chē)同時(shí)加液，加液量相差不大，加液時(shí)間卻相差較大。后面的車(chē)輛早已加完液，但前面的車(chē)輛還占著道路，遲遲加不滿液；或者是前面車(chē)輛早加完液離站，后面車(chē)輛加液慢，導(dǎo)致排隊(duì)進(jìn)站加液的車(chē)輛等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這兩種情況都會(huì)使加氣站的加氣效率大大降低。

引起該問(wèn)題的主要原因是偏流，LNG從主管道流向兩臺(tái)加氣機(jī)的路徑長(zhǎng)短不一，阻力不同造成流量分配不均勻。一泵(低溫泵)二機(jī)(加氣機(jī))的配置下，應(yīng)采用并聯(lián)模式，禁止采用串聯(lián)模式，管路盡可能設(shè)置成對(duì)稱形式。當(dāng)兩臺(tái)加氣機(jī)同時(shí)加氣時(shí)，應(yīng)向兩條支管道上的加氣機(jī)平均分配流量，避免出現(xiàn)流量偏差。

2.2 管道保冷失效和漏氣

在LNG加氣站建設(shè)中，常選用LNG真空管道。施工前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管溝的實(shí)地情況及尺寸，在工廠提前定制真空管道，加工后運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)連接。LNG真空管道雖然保冷性能較好，可以有效降低BOG蒸發(fā)量，但也存在以下明顯缺點(diǎn)。

① LNG真空管道用至2 a，一般將出現(xiàn)真空度下降，導(dǎo)致保冷失效，真空管道外壁出現(xiàn)大量凝結(jié)水，BOG蒸發(fā)量明顯上升。需定期對(duì)真空管道的管段現(xiàn)場(chǎng)抽真空，維護(hù)難度和費(fèi)用較高。

② 每根LNG真空管道內(nèi)均設(shè)有波紋管補(bǔ)償段，當(dāng)LNG加氣站非連續(xù)加氣時(shí)，將反復(fù)出現(xiàn)升溫和預(yù)冷交替的復(fù)雜工況，極易造成波紋管補(bǔ)償段疲勞開(kāi)裂，致使LNG從抽空閥處噴出，存在較大的安全隱患。如果更換問(wèn)題真空管道，需要重新定制，更換時(shí)必須從始端拆到問(wèn)題管段，然后再按反向順序進(jìn)行安裝，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。出現(xiàn)此類(lèi)故障后，LNG加氣站必須停運(yùn)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

③ 建設(shè)期長(zhǎng)。LNG真空管道需要定制，且在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)抽真空，制造時(shí)間較長(zhǎng)，因而供貨時(shí)間較長(zhǎng)，一般在30 d以上，會(huì)影響到整個(gè)LNG加氣站的建設(shè)期。

④ 施工難。由于定制尺寸，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的精度和配管要求較高，稍有偏差，現(xiàn)場(chǎng)就無(wú)法安裝。

⑤ 維修工作量大。目前真空管道有兩種連接方式，一種是法蘭連接方式，時(shí)間長(zhǎng)了容易漏氣；另一種是焊接連接方式，當(dāng)真空管道需更換時(shí)，必須對(duì)所有管道置換后再進(jìn)行動(dòng)火更換，維修工作量較大。

經(jīng)過(guò)比較，LNG加氣站宜采用304不銹鋼管道焊接、外包高性能保冷材料的方式，此工藝規(guī)避了LNG真空管道所有的缺點(diǎn)。目前新型保冷材料層出不窮，已很少采用傳統(tǒng)的發(fā)泡劑保冷，新型保冷材料具有體積小、保冷性能優(yōu)秀等優(yōu)點(diǎn)。304不銹鋼管道外纏繞保冷材料后，直徑比LNG真空管道略大，但具有施工簡(jiǎn)單快速、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用安全等顯著特點(diǎn)。

2.3 蓋板出現(xiàn)位移

在LNG加氣站的日常運(yùn)行管理過(guò)程中，管溝蓋板在加氣車(chē)輛剎車(chē)和行駛過(guò)程中，一定會(huì)發(fā)生位移并碰撞，因而管溝支口和蓋板的接觸面磨損嚴(yán)重，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必造成管溝塌陷，嚴(yán)重影響行車(chē)安全和LNG管道運(yùn)行安全，同時(shí)摩擦?xí)a(chǎn)生火花，存在安全隱患。很多加氣站采用加大蓋板自重或在蓋板的縫隙填充入水泥砂漿、膠片等手段來(lái)緩解，但效果不佳，反而影響維修時(shí)蓋板的開(kāi)啟。

以上問(wèn)題，應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中加以考慮，在平面布局階段合理進(jìn)行管溝布局。在設(shè)計(jì)管溝路徑走向時(shí)，盡量不要把主要管溝設(shè)置在行車(chē)道下，宜設(shè)置在兩臺(tái)加氣機(jī)之間的非行車(chē)道下；盡量不要與行車(chē)道同向設(shè)置管溝，宜垂直行車(chē)道方向設(shè)置管溝，避免出現(xiàn)蓋板位移的疊加效應(yīng)。綜上所述，管溝最佳的設(shè)置方式是“T”形，即主管溝在兩臺(tái)加氣機(jī)中點(diǎn)位置穿越行車(chē)道，支管溝在兩臺(tái)加氣機(jī)之間的非行車(chē)道位置上對(duì)稱分別伸向加氣機(jī)，見(jiàn)圖1。

圖1 T形管溝

當(dāng)管溝因客觀條件限制，只能設(shè)置在行車(chē)道下，并且與車(chē)輛行駛方向同向時(shí)，可以采取以下措施有效避免蓋板出現(xiàn)位移。

① 采用定位附件防止位移。在管溝兩側(cè)支口上各焊植鋼制柱體1個(gè)，高度約為蓋板高度的1/4～1/3。在蓋板預(yù)制時(shí)，在其左右兩側(cè)相應(yīng)位置各預(yù)留1個(gè)柱套(相當(dāng)于從下向上在蓋板內(nèi)部掏空1個(gè)柱體位置)，蓋板安裝后，柱套剛好套在柱體上，起到固定作用。安裝蓋板前，柱體上抹上黃油以防銹、防火花。這種防滑措施對(duì)施工尺寸精確要求較高，但效果很好。

② 采用分段固定蓋板防止位移。當(dāng)管溝較長(zhǎng)時(shí)，可以分段在管溝上方澆筑固定蓋板，與管溝成為一體，即部分蓋板為固定蓋板，可有效減少蓋板位移疊加效應(yīng)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮固定蓋板的間隔距離，確保維修時(shí)管道能從管溝內(nèi)移進(jìn)移出。

為滿足蓋板搬運(yùn)需要，混凝土蓋板在預(yù)制時(shí)，一般預(yù)留兩個(gè)小孔，然后穿孔安裝鋼筋拉手。在管溝維修過(guò)程中，鋼筋拉手往往由于銹死，無(wú)法靈活拉動(dòng)，給維修作業(yè)帶來(lái)了困難?？梢远ㄖ其撝评旨庸ぜ?，在預(yù)制蓋板時(shí)，通過(guò)預(yù)焊把內(nèi)嵌式拉手預(yù)制件焊接在蓋板最上面的配筋上，蓋板成形后，拉手嵌入在蓋板上表面內(nèi)，每塊蓋板兩個(gè)，方便維修時(shí)吊裝和搬運(yùn)，見(jiàn)圖2。

圖2 內(nèi)嵌式拉手

為了減少蓋板位移帶來(lái)的蓋板和管溝支口磨損，可以采用角鋼包邊保護(hù)。管溝路面陽(yáng)角和管溝支口陽(yáng)角(見(jiàn)圖3)在扎筋時(shí)提前焊上角鋼，混凝土一次成形后，可以有效防止管溝邊沿混凝土破損和蓋板對(duì)支口的磨損，混凝土蓋板四周同樣也采用角鋼包邊。

圖3 管溝支口

2.4 溝內(nèi)通風(fēng)差

管溝屬于典型的密閉空間，一旦LNG泄漏，有較大的安全隱患。為確保LNG加氣站運(yùn)行安全，可以采用自然通風(fēng)和定時(shí)強(qiáng)制通風(fēng)的方式來(lái)解決溝內(nèi)通風(fēng)的問(wèn)題。

① 自然通風(fēng)。在非行車(chē)道的管溝上方，設(shè)置網(wǎng)格型鋼制蓋板或復(fù)合塑料透氣蓋板，有條件可以多處設(shè)置，如加氣機(jī)和圍堰旁邊，形成自然對(duì)流通風(fēng)。當(dāng)LNG泄漏時(shí)，能在日常巡檢過(guò)程中第一時(shí)間用檢測(cè)儀發(fā)現(xiàn)LNG泄漏。

② 定時(shí)強(qiáng)制通風(fēng)。在LNG儲(chǔ)罐圍堰與管溝的交界處，當(dāng)LNG管道從圍堰入溝時(shí)，同時(shí)設(shè)置通風(fēng)管道，與LNG管道一并進(jìn)入管溝，在圍堰壩體上安裝防爆引風(fēng)機(jī)，與通風(fēng)管道相連。防爆風(fēng)機(jī)的啟停由站控PLC系統(tǒng)控制，每隔一定時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)一段時(shí)間，進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。還可以在防爆風(fēng)機(jī)的出口處安裝燃?xì)庑孤z測(cè)探頭，來(lái)檢測(cè)排風(fēng)中是否含有天然氣，以提高自動(dòng)化檢測(cè)程度，確保管溝的安全運(yùn)行。

2.5 溝內(nèi)積水

溝內(nèi)積水一直是運(yùn)行管理中的難點(diǎn)，當(dāng)前建設(shè)或投運(yùn)的LNG加氣站基本都采用了自然重力排水。排水問(wèn)題在南方尤為突出，站區(qū)內(nèi)的大部分雨水和泥沙都流向管溝，管溝內(nèi)淤積非常嚴(yán)重，導(dǎo)致排水困難，因而溝內(nèi)長(zhǎng)期高水位積水成為常態(tài)，管道一年四季泡在水中，對(duì)管道的保冷、防腐造成較大影響，因此溝內(nèi)快速排水不可或缺。

在管溝內(nèi)的最低點(diǎn)設(shè)置集水井，在集水井內(nèi)安裝防爆水泵，通過(guò)防爆浮球液位計(jì)控制水泵啟停，水泵出水接入水封井。同時(shí)應(yīng)考慮管溝內(nèi)LNG泄漏事故工況的安全措施。當(dāng)出現(xiàn)LNG泄漏時(shí)，從管道泄漏的LNG會(huì)流向集水井，如果LNG被誤抽，將流向市政雨水管網(wǎng)，LNG氣化后，天然氣極易積聚在市政雨水管網(wǎng)內(nèi)，這會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。因此必須在集水井上方安裝溫度變送器，實(shí)時(shí)探測(cè)集水井上方的溫度。當(dāng)出現(xiàn)LNG泄漏時(shí)，集水井內(nèi)的LNG將使集水井上方溫度急驟下降，站控PLC把集水井上方溫度變送器測(cè)量值與溝外環(huán)境溫度變送器測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)溫差超過(guò)設(shè)定限值時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連鎖，防止誤抽L(zhǎng)NG，此時(shí)水泵不會(huì)因液位升高而自動(dòng)啟動(dòng)，泄漏的LNG將在集水井內(nèi)自然氣化。強(qiáng)制排水是應(yīng)對(duì)溝內(nèi)淤積和長(zhǎng)期積水最行之有效的措施。

3 應(yīng)用情況

通過(guò)一系列研究，我們?cè)谝蛔陆↙NG加氣站的設(shè)計(jì)階段，按照上述改進(jìn)措施，與設(shè)計(jì)人員充分溝通，并嚴(yán)格按要求設(shè)計(jì)和施工，建設(shè)投資無(wú)明顯變化。該加氣站建成投運(yùn)兩年后，加氣無(wú)偏流，管溝路面無(wú)破損、無(wú)碰撞發(fā)出噪聲，管溝內(nèi)無(wú)積水、無(wú)泄漏，BOG蒸發(fā)量沒(méi)有明顯上升，徹底改善了管溝的安全運(yùn)營(yíng)狀況，同時(shí)也提升了加氣效率。