LNG管道系统设计

2022-09-11

引言

天然气与其他化石燃料相比具有含硫、氮极少, 热值高, 作为一种新型清洁能源被广泛的用在工业、民用之中。天然气作为汽车燃料具有操作方便、技术容易掌握、续航能力强、运输方便等优势, 同时还有价格和环境保护的优势。因此天然气正得到越来越广泛的应用。无论是从保护环境还是从改善能源消费结构。由于LNG罐区属于超低温的可燃流体区域, 因此对罐区设备的功能、安全、经济型等方面要求甚严, 作为运输液化天然气的管道显得尤为重要, 在此重点介绍LNG管道的设计和执行规范。

一、管道结构及工艺流程

LNG管道的建设除遵守一般管道建设的要求和规范外, 还具有自身独特的设备和建设流程。LNG由于超低温, 一般并不用管道进行长途运输, 本文的LNG管道系统是指气化站、加气站、接收站等区域的管道系统。国内目前以气化站的建设为主, 因此主要介绍以气化站内LNG管道系统的建设。

1. 管道结构

气化站内LNG管道系统主要设备有主要以吊臂为主的装卸设备、LNG泵、LNG气化设备、储存设备、热值调节设备、煮沸气体处理设备、除臭设备、管道[1]等。

2. 工艺流程

装卸臂将LNG船上液化天然气移至LNG储罐, 经过LNG升压后进入汽化器, 在此以海水作为热源, 吸热气化为天然气输送。天然气在热值调节设备中与液化石油气混合调节到一定热值后送往用户。

3. 设计规范

目前国际通用的天然气液化装置和接收站的的设计标准主要参照美国的NFPA 59A和欧盟的EN 1473两个标准[2]。我国设计标准主要有GB/T20368-2012《LNG生产、储存和装运》。SY/T6711-2008《LNG接收站安全技术规程》。

二、LNG管道设计

LNG是液化天然气的简称, 是对天然气进过精制、冷却、液化而成。常压沸点为-162℃, 无色无味无腐蚀性, 对LNG管道设计时主要考虑管道内LNG的气化、低温和泄露三个方面。

1. LNG气化

LNG受温度影响较大, 容易气化, 会造成压力异常升高, 是控制系统失去调控能力。因此管道的设计必须考虑因异常气化造成的气体累积和压力异常, 使气体可以及时排出、回收和循环。

2. LNG冷却措施

区域内的LNG管道系统是在低温下运行的, 因此要考虑低温对管道材质、应力、支架和保温层的影响。普通管道采用碳钢、低合金钢等铁素体钢材就以足够, 目前LNG管道钢材多选用奥氏体不锈钢, 另外加9%镍的钢材和殷钢也具有一定的耐超低温性能。

3. 防泄漏措施

LNG属于甲A类危险性可燃气体, 管道之间尽量少用法兰连接, 多采用焊接连接。对异种材料之间或者需要经常拆换的部件之间采用密封性能好的垫圈和法兰。系统设置泄露检测和压力波动检测装置, 及时发现泄露。

4. 保冷措施

对LNG管道进行保冷可以有效地减少LNG气化和泄露, 使LNG的输送保持在较低温度下。目前对管道和系统的保冷材料有聚氨酯泡沫、丁腈橡胶和泡沫玻璃。聚氨酯泡沫主要用于硬质保温, 丁腈橡胶和泡沫玻璃主要用于柔性保温系统。

三、LNG装置区安全措施

1. 法兰连接部位的泄露

LNG管道设计时要特别注意法兰连接部位的泄露。一般情况下法兰密封圈足以保障密封性能, 但是出现异常振动, 压力异常升高时会出现载荷远大于设计值, 或者长期使用应力松弛造成法兰面压紧力不足引起流体泄露。在这种情况下可以采用其他特殊类型的法兰。

2. LNG泄漏收集措施

对事故发生后的LNG液体进行排放是一项重要的关键技术, 通常采用围堰和沟渠实现这一技术要求。根据NFPA 59A和EN1473的要求, 集液池的溶剂应设置为在任意事故中排放的流体体积或者因停工排到该区域的最大体积[5]。

四、LNG管道的技术趋势

1. 自动焊接

LNG厚径比很小, 手工焊具有较大难度, 对接困难, 同时劳动强度大、成本高, 近年来随着LNG直径越来越大, 管线越来越长, 采用自动焊接成为一种趋势。自动焊接具有减轻劳动者强度、工作效率高、焊接质量好的优势。现在自动焊接已经在某些领域得到应用, 相信不久的将来会在LNG管线焊接中进行实用化应用。