低溫管道設計在液化天然氣氣站中的應用

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氣源或過渡氣源，也是許多使用管輸天然氣供氣城市的補充氣源或調峰氣源。LNG氣化站是一個接收、儲存和分配LNG衛星站，也是城鎮或燃氣企業把LNG從生產廠家轉往用戶的中間調節場所。液化天然氣氣化站（LNG氣化站）是LNG產業鏈的終端，隨著我國環保要求的提高，LNG作為繼CNG（壓縮天然氣）后又一清潔能源正在快速發展，LNG氣化站也在近年來也得到了井噴式的發展和建設，氣化站內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，站內管道的設計，直接關系到各裝置的能效、管道的安裝、維護、檢修及人們的生命財產安全。本文從站內管道的設計參數選取、材料選擇，管徑壁厚計算、保溫保冷設計等方面分析了站內低溫管道設計特點，為LNG氣化站站內管道設計提供參考。

關鍵詞：液化天然氣氣化站;低溫管道設計;設計參數;材料選擇

天然氣是一種優質、高效的清潔能源。加快天然氣產業發展，提高天然氣在一次能源消費中的比重，是貫徹落實創新、協調、綠色、開放、共享的五大發展理念的必由之路。

LNG氣化站是將液化天然氣轉化為氣態天然氣的場所，其工藝流程為在卸車臺通過卸車增壓器對槽車儲罐增壓，利用壓差將LNG卸至低溫儲罐，氣化時通過儲罐增壓器將LNG升壓，自流進入氣化器，LNG發生相變，成為氣態天然氣經計量、調壓、加臭后輸送至用氣點。站內天然氣管道是連接各裝置的重要組件，直接關系到各裝置的能效、管道的安裝、維護、檢修及人們的生命財產安全。

1 管道設計參數選取

在LNG氣化站設計時，常采用的設計規范為：GB 50028-2006《城鎮燃氣設計規范》、GB50016-2006《建筑設計防火規范》、GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》、美國NFPA-59A《液化天然氣生產、儲存和裝卸標準》。其中GB 50183-2004《石油天然氣工程設計防火規范》是由中石油參照和套用美國NFPA-59A標準起草的，許多內容和數據來自NFPA-59A標準。由于NF-PA-59A標準消防要求高，導致工程造價高，目前難以在國內實施。目前國內LNG氣化站設計基本參照GB 50028-93《城鎮燃氣設計規范》（2002年版）設計，實踐證明安全可行。

1.1 設計溫度的選取。LNG在常壓下的沸點約為-162℃，系統試運行時要先灌注液氮冷管排除空氣，因此氣化站工藝系統內管道的設計溫度一般定為液氮在常壓下的沸點-196℃。

1.2 設計壓力的選取。站內調壓橇前天然氣管道設計壓力為1.2MPa， 調壓橇后管道設計壓力為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，且材料的膨脹系數應盡量小。碳鋼、低合金鋼等鋼種在超低溫條件下會迅速失去韌性，不能用于LNG氣化站低溫系統。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較高，應用局限性大;奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能較好，且其生產工藝較為成熟，應用最普遍;9%鎳鋼的綜合性能較為優良，但其生產技術在國內不夠成熟，價格也比較高。綜上，當管道內介質溫度不大于-20℃時，采用不銹鋼無縫鋼管，執行標準《輸送流體用不銹鋼無縫鋼管》 （GB/T14976-2012），材質選擇06Cr19Ni10。管件均采用材質為06Cr19Ni10無縫管件，執行標準《鋼制對焊管件類型與參數》 （GB/T12459-2017）。

當管道內介質溫度大于-20℃時，對于公稱直徑不大于200mm 的，采用無縫鋼管，執行標準《輸送流體用無縫鋼管》（GB/T8163-2008），材質為20鋼，對于公稱直徑大于200mm的，

采用焊接鋼管，執行標準《低壓流體輸送用焊接鋼管》 （GB/T3091-2015），材質為Q2

3 管徑及壁厚計算

3.1 管徑及壁厚計算公式

①管徑計算公式為：

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壁厚計算公式：

t=PD/[2Sφ+PY]

式中：t—鋼管計算壁厚（mm）;

P—設計壓力（MPa）;

D—鋼管外徑（mm）;

S—許用應力（MPa），不銹鋼為137MPa;

Y—計算系數：取0.4;

φ—焊縫系數：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到Sa2.5級，執行標準《涂裝前鋼材表面處理規范》 （SY/T 0407-2012），外防腐層涂敷環氧富鋅底漆二道，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到Sa2.5級，執行標準《涂裝前鋼材表面處理規范》SY/T 0407-2012，

外防腐層涂敷無溶劑液體環氧涂料，干膜厚度不小于400μm;外包聚丙烯網狀增強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、導熱系數低、保溫效果好、有一定的柔軟性，但吸水性差、防火等級只能達到B1級;泡沫玻璃耐高溫、不吸水、不老化、收縮小、不燃，但價格相對高，導熱系數比PIR高;真空管道需根據管線圖分段制作，各段管道采用真空多層纏繞絕熱，保冷效果好，安裝、維護方便，但由于需要提前預制耗時長，價格偏高。綜合比較，PIR相對于泡沫玻璃和真空管保冷效果較好，投資成本相對較低。故選用 PIR 進行保冷是相對經濟合理的方式。

5 結語

為保證安全供氣，LNG氣化站設計應對站內工藝、設備、管道、安防系統等因素進行比選優化，其中站內管道設計，應充分考慮材料選擇，管道應力消除，保冷等問題，本文通過分析站內管道的設計參數選取、材料選擇，管徑壁厚計算、保溫保冷設計等，以期為LNG氣化站站內管道設計提供些許參考。

參考文獻：

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

[2] 內陸天然氣電廠LNG氣化站建設規模研究[J]. 成其華. ?廣東化工. 2016（06）

[3] 淺談LNG氣化站安全生產風險管理措施[J]. 宋小杰. ?化工管理. 2015（29）

[4] LNG氣化站的工藝設計分析[J]. 居萬美. ?中國石油和化工標準與質量. 2013（22）