LNG加氣站管溝的安全運行

楊 君

(杭州市燃氣集團有限公司， 浙江 杭州 310007)

1 概述

近年來，全國各地LNG加氣站建設推進速度較快，LNG加氣網絡已初步形成。但由于早期建設和設計經驗不足，出現了較多技術細節問題。LNG加氣站陸續建成投運后，出現的問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、蓋板出現位移、溝內通風差、溝內積水，嚴重影響到LNG加氣站的日常加氣效率和安全運營。這些問題應該提前在設計和施工環節中高度重視，采取科學有效的方法，加以克服和避免，已經投運的LNG加氣站也應該積極改造，從而提升運行效率和安全水平。

2 分析及對策

2.1 管道流量不均衡

加氣高峰時，在同一條車道上的2輛車同時加液，加液量相差不大，加液時間卻相差較大。后面的車輛早已加完液，但前面的車輛還占著道路，遲遲加不滿液；或者是前面車輛早加完液離站，后面車輛加液慢，導致排隊進站加液的車輛等待時間過長，這兩種情況都會使加氣站的加氣效率大大降低。

引起該問題的主要原因是偏流，LNG從主管道流向兩臺加氣機的路徑長短不一，阻力不同造成流量分配不均勻。一泵(低溫泵)二機(加氣機)的配置下，應采用并聯模式，禁止采用串聯模式，管路盡可能設置成對稱形式。當兩臺加氣機同時加氣時，應向兩條支管道上的加氣機平均分配流量，避免出現流量偏差。

2.2 管道保冷失效和漏氣

在LNG加氣站建設中，常選用LNG真空管道。施工前，根據現場管溝的實地情況及尺寸，在工廠提前定制真空管道，加工后運到施工現場連接。LNG真空管道雖然保冷性能較好，可以有效降低BOG蒸發量，但也存在以下明顯缺點。

① LNG真空管道用至2 a，一般將出現真空度下降，導致保冷失效，真空管道外壁出現大量凝結水，BOG蒸發量明顯上升。需定期對真空管道的管段現場抽真空，維護難度和費用較高。

② 每根LNG真空管道內均設有波紋管補償段，當LNG加氣站非連續加氣時，將反復出現升溫和預冷交替的復雜工況，極易造成波紋管補償段疲勞開裂，致使LNG從抽空閥處噴出，存在較大的安全隱患。如果更換問題真空管道，需要重新定制，更換時必須從始端拆到問題管段，然后再按反向順序進行安裝，費時費力。出現此類故障后，LNG加氣站必須停運，造成較大的經濟損失。

③ 建設期長。LNG真空管道需要定制，且在生產車間內抽真空，制造時間較長，因而供貨時間較長，一般在30 d以上，會影響到整個LNG加氣站的建設期。

④ 施工難。由于定制尺寸，對現場測量的精度和配管要求較高，稍有偏差，現場就無法安裝。

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，時間長了容易漏氣；另一種是焊接連接方式，當真空管道需更換時，必須對所有管道置換后再進行動火更換，維修工作量較大。

經過比較，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，此工藝規避了LNG真空管道所有的缺點。目前新型保冷材料層出不窮，已很少采用傳統的發泡劑保冷，新型保冷材料具有體積小、保冷性能優秀等優點。304不銹鋼管道外纏繞保冷材料后，直徑比LNG真空管道略大，但具有施工簡單快速、成本低、維護簡單、使用安全等顯著特點。

2.3 蓋板出現位移

在LNG加氣站的日常運行管理過程中，管溝蓋板在加氣車輛剎車和行駛過程中，一定會發生位移并碰撞，因而管溝支口和蓋板的接觸面磨損嚴重，長此以往，勢必造成管溝塌陷，嚴重影響行車安全和LNG管道運行安全，同時摩擦會產生火花，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、膠片等手段來緩解，但效果不佳，反而影響維修時蓋板的開啟。

以上問題，應在設計過程中加以考慮，在平面布局階段合理進行管溝布局。在設計管溝路徑走向時，盡量不要把主要管溝設置在行車道下，宜設置在兩臺加氣機之間的非行車道下；盡量不要與行車道同向設置管溝，宜垂直行車道方向設置管溝，避免出現蓋板位移的疊加效應。綜上所述，管溝最佳的設置方式是“T”形，即主管溝在兩臺加氣機中點位置穿越行車道，支管溝在兩臺加氣機之間的非行車道位置上對稱分別伸向加氣機，見圖1。

圖1 T形管溝

當管溝因客觀條件限制，只能設置在行車道下，并且與車輛行駛方向同向時，可以采取以下措施有效避免蓋板出現位移。

① 采用定位附件防止位移。在管溝兩側支口上各焊植鋼制柱體1個，高度約為蓋板高度的1/4～1/3。在蓋板預制時，在其左右兩側相應位置各預留1個柱套(相當于從下向上在蓋板內部掏空1個柱體位置)，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。當管溝較長時，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。結合現場實際情況，考慮固定蓋板的間隔距離，確保維修時管道能從管溝內移進移出。

為滿足蓋板搬運需要，混凝土蓋板在預制時，一般預留兩個小孔，然后穿孔安裝鋼筋拉手。在管溝維修過程中，鋼筋拉手往往由于銹死，無法靈活拉動，給維修作業帶來了困難。可以定制鋼制拉手加工件，在預制蓋板時，通過預焊把內嵌式拉手預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，每塊蓋板兩個，方便維修時吊裝和搬運，見圖2。

圖2 內嵌式拉手

為了減少蓋板位移帶來的蓋板和管溝支口磨損，可以采用角鋼包邊保護。管溝路面陽角和管溝支口陽角(見圖3)在扎筋時提前焊上角鋼，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 溝內通風差

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加氣站運行安全，可以采用自然通風和定時強制通風的方式來解決溝內通風的問題。

① 自然通風。在非行車道的管溝上方，設置網格型鋼制蓋板或復合塑料透氣蓋板，有條件可以多處設置，如加氣機和圍堰旁邊，形成自然對流通風。當LNG泄漏時，能在日常巡檢過程中第一時間用檢測儀發現LNG泄漏。

② 定時強制通風。在LNG儲罐圍堰與管溝的交界處，當LNG管道從圍堰入溝時，同時設置通風管道，與LNG管道一并進入管溝，在圍堰壩體上安裝防爆引風機，與通風管道相連。防爆風機的啟停由站控PLC系統控制，每隔一定時間自動啟動風機一段時間，進行強制通風。還可以在防爆風機的出口處安裝燃氣泄漏檢測探頭，來檢測排風中是否含有天然氣，以提高自動化檢測程度，確保管溝的安全運行。

2.5 溝內積水

溝內積水一直是運行管理中的難點，當前建設或投運的LNG加氣站基本都采用了自然重力排水。排水問題在南方尤為突出，站區內的大部分雨水和泥沙都流向管溝，管溝內淤積非常嚴重，導致排水困難，因而溝內長期高水位積水成為常態，管道一年四季泡在水中，對管道的保冷、防腐造成較大影響，因此溝內快速排水不可或缺。

在管溝內的最低點設置集水井，在集水井內安裝防爆水泵，通過防爆浮球液位計控制水泵啟停，水泵出水接入水封井。同時應考慮管溝內LNG泄漏事故工況的安全措施。當出現LNG泄漏時，從管道泄漏的LNG會流向集水井，如果LNG被誤抽，將流向市政雨水管網，LNG氣化后，天然氣極易積聚在市政雨水管網內，這會帶來嚴重的安全隱患。因此必須在集水井上方安裝溫度變送器，實時探測集水井上方的溫度。當出現LNG泄漏時，集水井內的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量值與溝外環境溫度變送器測量值進行比對，當溫差超過設定限值時，實現自動連鎖，防止誤抽LNG，此時水泵不會因液位升高而自動啟動，泄漏的LNG將在集水井內自然氣化。強制排水是應對溝內淤積和長期積水最行之有效的措施。

3 應用情況

通過一系列研究，我們在一座新建LNG加氣站的設計階段，按照上述改進措施，與設計人員充分溝通，并嚴格按要求設計和施工，建設投資無明顯變化。該加氣站建成投運兩年后，加氣無偏流，管溝路面無破損、無碰撞發出噪聲，管溝內無積水、無泄漏，BOG蒸發量沒有明顯上升，徹底改善了管溝的安全運營狀況，同時也提升了加氣效率。