LNG項目工藝區預冷技術服務總結

孫 航

(中海油石化工程有限公司 設計管理部，山東 濟南 250101)

1 項目總體情況

LNG擴建項目的建設規模：300萬t/a，其擴建部分的構成為：

1) LNG儲罐區：新建兩座儲罐，每個罐的有效容量為20萬m3；

2) 工藝區：在一期工程預留區域，新增BOG壓縮機1臺，新增中間介質氣化器(IFV)4臺，新增高壓輸送泵4臺；新增一臺氣化器(SCV，浸沒燃燒式)，兩臺燃料氣加熱器；

3) 計量輸出區：新增計量撬1臺及附屬設備；

4) 槽車裝車站：新建槽車裝車位4座，共設4臺裝卸臂。

2 預冷一般要求

2.1 預冷目的

接收站能否順利投產試運行，預冷是一個重要環節。通過預冷，儲罐和管道會由常溫慢慢轉變為低溫工作狀態，從而避免因LNG的瞬間進入儲罐和管道而損壞儲罐和管道；此外還可以通過預冷，檢測儲罐在低溫時的性能、閥門在低溫時的密封性、低溫管托的變化以及設備和管道在預冷過程中的伸縮量等等[2]；同時，也能消除管道焊接殘余應力和施工偏差等，檢驗低溫管道施工質量，確保LNG管道安全投用。

2.2 預冷操作需具備條件

接收站已完成設備、管道施工以及管道的吹掃、試壓、氣密等工作；

需要預冷的管道以及與其相連的系統已完成干燥置換，且露點低于零下40℃；

需要預冷系統的有關儀表控制系統以及閥門等已具備操作條件；

試驗用臨時設施及工具準備就緒；

完善的預冷操作方案及應急預案；

編制完善溫度檢查記錄表、管托位移檢查表；

2.3 預冷操作技術要求

預冷介質壓力不應超過系統正常操作壓力；

一般針對10寸以上管道進行預冷，管道同一位置上下表面溫差控制在50℃，溫降速率控制在8～10℃/h，最大不應超過20℃/h；

根據實際需要進行閥門開關測試；

預冷時需要對壓力和溫度實時監控，并做好相關記錄，以避免過快降溫；

應設專人對預冷系統中所有法蘭進行檢查，并根據溫度分階段進行冷緊；

應對管路系統進行全面檢查，并記錄臨時裝置和盲板使用及拆除。

2.4 預冷合格標準

管道末端溫度達到-100℃；

管道閥門不出現凍堵情況，法蘭不出現泄漏問題；

系統內的儀表等能夠在低溫狀態下正常運行；

管道最大位移滿足設計要求。

2.5 預冷介質

預冷介質為 BOG蒸發氣。

3 預冷實施方案

3.1 預冷管系劃分原則

相同等級壓力、靠近且連通的管道應該劃分到同一區域；并在工藝PID上標識出介質注入點及排放點；將管道按照PID順序進行分區域預冷。

3.2 預冷管系劃分

見表 1。

表1 預冷管系劃分

3.3 預冷主管道走向

高壓泵進口低壓LNG、高壓回流LNG、火炬放空及低壓LNG排凈主管接口均在一期高壓泵附近管廊中間部分，管道對接后向南延伸至管廊末端，管道長度約55 m。所有管廊均為利舊。具體走向見圖1。

高壓泵出口LNG、低壓NG及高壓排凈LNG主管接口均在一期工藝區管廊末端，管道一直向西延伸，至東側道路后向北延伸至新增SCV區域。管道長度約350 m，利舊管廊約60 m。具體走向見圖2。

圖1 工藝區高壓泵區域管廊主管走向示意

圖2 工藝區氣化區域管廊主管走向示意

3.4 預冷工藝路線

低壓LNG總管：管道預冷范圍為一期工藝區管廊末端預留口至新增主管末端，新增主管至各高壓泵進口切斷閥處。利用一期現有低壓LNG主管2寸排凈接口引出低壓LNG，通過設置臨時列管式空冷器的方式將LNG進行氣化。利用擴建項目主管上排凈/放空接口預冷管道，并通過主管末端及各高壓泵入口安全閥旁路進行放空至低壓火炬放空管。實現兩根管道同步預冷。預冷結束后，通過一期現有低壓LNG主管2寸排凈接口對新建主管進行注液增壓工作。期間利用管道表面溫度計進行溫度監測。

高壓LNG總管：管道預冷范圍為一期工藝區管廊末端預留口至新增主管末端，新增主管至各高壓泵出口切斷閥處。利用一期現有低壓LNG主管末端接口引出低壓LNG，通過新增列管換熱器方式將LNG進行氣化。利用擴建項目主管上排凈/放空接口預冷管道，并通過主管末端新增與低壓NG放空管跨線及各高壓泵出口安全閥旁路進行放空至低壓火炬放空管，實現管道同步預冷。預冷結束后，通過一期現有高壓LNG主管2寸排凈接口對新建主管進行注液增壓工作。

3.5 低壓LNG主管預冷實施步驟

實施前檢查：安裝列管式汽化器及相關附屬管道完畢并進行探傷，吹掃露點；預冷前根據扭力值對所有法蘭進行緊固。

打開一期低壓LNG主管末端2寸排凈球閥，經新增列管式換熱器換熱后接入新增主管頂部放空及底部排凈口共2個注入口，從主管上下分別進行注NG預冷。通過換熱器進出口閥門控制出口管道壓力為2～3 bar，溫度約-100℃。

預冷結束后拆除相關接管，并利用氮氣將殘余NG吹掃至管廊高處放空。

增加一期主管末端2寸排凈球閥與新增主管排凈口跨線，打開閥門對主管進行注液。注液完畢后小開度逐步打開主管末端蝶閥進行管道升壓作業。

在-50℃、-100℃及注液完三個階段對相關管道法蘭螺栓進行緊固，并每隔一個小時記錄管道上下表面溫差(管道起始段各一對表面溫度計)以及管托位移。整個過程持續約40 h。

3.6 高壓LNG主管預冷實施步驟

實施前檢查：安裝列管式汽化器及相關附屬管道完畢并進行探傷，吹掃露點；預冷前根據扭力值對所有法蘭進行緊固。

該管線路由較長，在工藝區管廊下方、IFV區域以及SCV區域各設置一臺臨時列管式空冷器，用于提高換熱量并加快預冷速度。

工藝區管廊區域：打開一期低壓LNG主管末端2寸排凈球閥，經新增列管式換熱器換熱后接入新增主管管廊上放空、排凈口及管廊低處排凈口共3個注入口，從主管上下分別進行注NG預冷。

氣化器區域：打開一期卸船主管末端1寸排凈球閥，經設置的臨時列管式空冷器換熱后，接入IFV進口LNG放空口由管道沿程中間部位實現管道預冷。

SCV區域：打開一期卸船主管末端1寸排凈球閥，經設置的臨時列管式空冷器換熱后，接入SCV進口LNG放空口由管道末端實現管道預冷。

增加一期主管末端1寸排凈球閥與新增主管排凈口跨線，打開閥門對主管進行注液。注液完畢后小開度逐步打開主管末端球閥進行管道升壓作業。

在-50℃、-100℃及注液完三個階段對相關管道法蘭螺栓進行緊固，并每隔一個小時記錄管道上下表面溫差(管道沿程共計5對表面溫度計)以及管托位移。整個過程持續約50 h。

4 現場預冷實施效果

4.1 管托位移表

現場根據設計提供的低溫管托位移表進行逐一檢查，位移值均在設計范圍內，管托無滑落，管道無碰撞，達到預冷預期目的。

4.2 低壓LNG總管表面溫度監測數據

操作人員進NG較為謹慎，監測數據顯示管道溫降比較平均約2～3℃/h，進液階段最大降溫速度為12℃/h，上下表面溫差控制較好，最大為48℃。管道進液增壓階段未發生熱拱及管道損壞情況。

4.3 高壓LNG總管表面溫度監測數據

該管道路由較長，預冷期間前20 h只采用高壓泵區域進冷NG且沿途經過一個π彎及跨路上翻，管道溫降較慢僅有2℃，下游難以降溫，因此打開IFV區域汽化器由管道中間進一步注入NG實現溫度均勻下降。預冷后期12 h打開SCV區域汽化器通過放空管道給SCV區域LNG管道及高壓管道末端死角進行預冷。監測數據顯示管道溫降比較平均約2～3℃/h，進液階段最大降溫速度為12℃/h，上下表面溫差控制較好，最大為48℃。但是受制于現場空間布置原因，第四天晚上8～10點，出現管道冷卻速度過快(達到20℃/h)，管道上下表面溫差達到近60℃/h。管道進液增壓階段未發生熱拱及管道損壞情況。

4.4 法蘭螺栓力矩

結合同類LNG項目經驗以及專業自身成果，設計提交法蘭螺栓力矩供現場預冷期間參考使用。具體數據見表2。

表 2 螺栓預緊力參考值

使用該表指導現場對相關管道15套法蘭進行緊固達到良好效果，并在現場各溫度節點及時協助現場進行法蘭檢查。

4.5 預冷后現場檢查情況

管網預冷增壓完畢后，對管廊上所有管托進行了檢查，并檢查管道是否有結霜露冷現象。

經核查，SCV區域管廊末端存在3處管托碟簧未緊固，造成管托與管道位移不一致，引起管托與保冷層間出現錯縫。要求現場對相關管托進行緊固并對管托接縫重新處理。具體見圖3。

現場存在兩處閥門局部保冷施工接縫未處理好，造成管道下方局部結冰問題，要求現場拆開保冷層進行處理。具體見圖4。

圖3 保冷錯縫問題

圖4 管道局部結冰問題

5 預冷設計技術服務要點

1)預冷前積極配合現場完善預冷工藝方案，并配合統計相關材料；

2)預冷前向現場進行設計交底，解釋管托位移方向大小，及各有關管道走向、法蘭位置等,提交管托位移監控值，并配合現場檢查管托安裝情況；

3)提交法蘭螺栓緊固力矩，并配合梳理法蘭位置數量；預冷期間-50℃、-100℃及注液完三個階段現場提醒現場及時進行緊固；

4)時刻在現場提供技術服務，協助判斷管托位移情況，管道表面溫差是否滿足技術要求，并協助現場確定注液方案，保證預冷工作一次完成無停頓；

5)預冷完畢后配合現場進一步核查管托位移及彈簧情況。

6 總結

工藝區氣化設施順利完成預冷作業，并取得良好的效果，大部分管托位移均在設計范圍內，管托無滑落脫空，管道無碰撞；整個預冷過程中速度可控，管道上下表面僅有較小的溫差；所有法蘭無泄漏，同時，進一步驗證了設計細節完善可靠。整個預冷作業全面檢驗了設計安全及施工質量，達到了預期的效果。