LNG接收站保冷管托施工過程管理研究

邢懷新

(中海油石化工程有限公司,山東 濟南 250101)

LNG接收站是將海上船運的LNG進行卸料、儲存,然后通過槽車系統及氣化外輸系統等送至客戶的場站。LNG接收站工藝區域主要包括:卸料碼頭、LNG儲罐、BOG區、再冷凝區、氣化區、槽車區、計量區及空壓制氮區等。各個工藝區通過大大小小的管道進行連接,而保冷管托是這些管道系統必不可少的一部分。

1 保冷管托

1.1 保冷管托的類型及構成

保冷管托根據保冷類型分為保冷型(CC)和人身防護型(CP);保冷管托按其在管道系統中起到的作用主要分為以下幾種類型:滑動管托、導向管托、限位管托、固定管托[1]、垂直承重管托、垂直導向管托等。滑動管托主要起到支撐管道傳遞載荷的作用,同時可以允許管道在橫向和軸向均可移動;導向管托只允許管道在軸向移動,而不可以橫向移動;限位管托是限制管道軸向移動,允許橫向移動;固定管托是限制管道橫向和軸向均不可以移動。垂直承重管托主要是均布在立管上,用于支撐立向管道的重量。垂直導向管道穿插在垂直承重管托之間均勻分布,主要作用是允許管道只能上下垂直移動,而不可以前后左右移動。其中,導向管托和固定管托又分別有普通型(圖1)和加強型(圖2)兩種型式,主要是根據管道橫向荷載和軸向荷載所受到應力不同而設計,其區別是管托兩側的導向塊型式不同。

圖1 普通型

圖2 加強型

保冷管托的構成主要包括以下幾部分(圖3):保冷管殼、防潮層、金屬防護層、橡膠層、金屬管夾、緊固件、底座及聚四氟乙烯滑動板等[2]。保冷管殼是保冷管托主要的保冷結構,目前國內LNG行業保冷管殼主要選用阻燃型高密度聚異氰脲酸酯(HD-PIR)或阻燃型高密度聚氨酯(HD-PUF)和泡沫玻璃(CG)材質;高密度聚異氰脲酸酯和高密度聚氨酯兩者在密度、導熱系數、機械強度及承載能力等方面相差不是太大;兩者均可在-160 ℃低溫運行環境下有足夠的機械強度可以將管道上的荷載傳遞到管架上[3],同時該兩種化合物具有封閉、多孔,高效隔冷的特點;保冷層分層厚度的設計也是至關重要的環節,太薄起不到保冷效果影響生產效益,太厚則增加制造成本產生浪費,多層的保冷管殼一般設置為2層、3層或者4層,每層的厚度不超過8 cm。防潮層是在保冷管殼最外面設一層PAP聚酯鋁箔或者是阻燃性瀝青瑪蹄脂+玻璃纖維網格布,主要是用于防外部水(或水蒸氣)、防潮,維持保冷層保冷效果。金屬保護層一般采用0.6 mm或0.8 mm厚度304不銹鋼板,金屬保護層應嚴密和牢固,起到阻擋環境變化和外力難以損傷到保冷管殼的作用,延長保冷層的使用壽命。橡膠板使用3 mm厚度的三元乙丙橡膠,起到減震、緩沖作用。金屬管夾采用ASTM A516 Gr60或Q345低合金鋼或者Q235B材質,噴砂除銹后熱浸鍍鋅處理,鍍鋅覆層應滿足ASTM A123要求;金屬管夾應能夠防止外部沖擊對保冷管殼和防潮層所帶來的損傷,同時能夠延長保冷結構的使用壽命。緊固件主要包括螺桿、螺母及彈簧碟片,螺栓螺母材質選用A2-70/A2-50,根據廠家提供的安裝說明進行彈簧碟片的組合及扭矩值進行螺栓的緊固。聚四氟乙烯滑動板有摩擦系數低、承載力高、壽命長等優點。一般針對管道公稱直徑大于或等于DN450 mm的滑動管托和導向管托需要設置聚四氟乙烯滑動板,滑動板的作用是減少管托移動過程中的摩擦阻力。聚四氟乙烯滑動板由保冷管托廠家成套供貨,聚四氟乙烯滑動板采用機械鑲嵌到碳鋼底板上,然后將底板短邊或短邊與長邊,均與鋼梁或者混凝土預埋板相焊,同時在管托底座的底部加設一層不銹鋼薄板,要求不銹鋼薄板與聚四氟乙烯板接觸面光滑平整,接觸良好,無油跡、渣滓及灰塵等雜物。

圖3 保冷管托結構示意圖

1.2 保冷管托的供貨要求

管托生產廠家應是長期從事保冷管托生產制造的專業制造商,且至少有一個已投用的國內LNG接收站的工程業績,投標時應要求其提供在有效期內且可查的相關體系認證證書復印件。低溫管托生產廠家應嚴格按照設計單位提供的低溫管架標準圖和技術規格書進行生產;保冷管托均有其單獨的位號編碼,該編碼可以區分其使用位置及管線號,排產時應緊密結合施工現場提供的施工進度計劃要求進行生產,這樣既可以滿足施工需求也可以解決成品管托的堆放問題。保冷管托在發貨裝車時,應做好防潮、防曬、防撞壞的措施,采用將同一工藝區域(如BOG區域,區號0300)的管托放置在同一托盤上,并且每一托盤的管托整體用黑色塑料薄膜進行嚴密包覆;并在包裝好的外表面貼上該托盤所包含的管托位號,既方便物資部門發料,也方便施工單位領料,減少翻找時間,節省人力物力。管托所用的輔助材料,如軟質彈性密封條、金屬管夾螺栓所用的彈簧碟片、導向塊、限位塊及擋環等也應隨管托一并放在同一托盤上,避免后期發料領料混亂。管托運至現場后,檢查保冷管殼是否有損壞,保護涂層是否破裂,任何微小的損壞都應及時通知保冷管托廠家修復或更換;可要求管托廠家提供少量保護涂料以備現場使用。驗收合格的管托應放置在倉庫內或者下墊上蓋,禁止保冷管托暴曬或雨淋。

1.3 保冷管托的安裝

保冷管托安裝前應由生產廠家對施工單位安裝人員進行技術交底,并將交底文件及安裝手冊等文件發至各施工單位。在前期安裝過程中,采購單位應聯系管托廠家技術人員到場指導安裝。保冷管托的安裝應在干燥環境下施工,在安裝過程中應采取適當的措施,清理管道及保冷管殼表面的泥土、灰塵及油漆等污物,以確保管道和低溫管托的表面都是干燥、清潔干凈的。如果低溫管托的安裝在當天不能完成或者中途停工,應采用塑料薄膜或者防雨布進行覆蓋,切記不可進水或者受潮,否則保冷效果將大打折扣。因不同保冷管托廠家的安裝工藝不盡相同,現將保冷管托的基本安裝操作作簡要介紹。

首先,在管托安裝位置的兩側設置足夠高的臨時支撐,保證有足夠的空間滿足管托下半部分可以自由水平放置在橫梁上;拆下保冷管托緊固螺栓及碟片,取下上部保冷管殼、橡膠板、金屬保護層及管夾;取下部保冷管殼最內層保冷塊先在管道上進行試裝,調整位置使弧形塊與管道有更好的接觸。如果出現由于管道橢圓度過大或管道縱焊縫使得下部保冷弧形塊空隙過大,可以修正下保冷弧形塊的內表面以緊密貼合管道,修整示意圖如下(圖4)。隨著制造技術的提高,有保冷管托生產廠家已將下部多層保冷管殼直接做成一個整體,上部保冷管殼分層設置,以方便現場人員安裝,減少施工工序,節省時間。

圖4 修整保冷塊

下部保冷管殼修整安裝完成后,開始安裝上部保冷塊。安裝前,在上下保冷塊縱向縫隙處填充好軟質彈性密封條。之后依次把上部保冷塊最內層、中間層、外層合攏在管道上,調整好兩側縱縫間隙,使之兩側對稱。部分廠家因施工工藝不同,有的廠家需要在管托層與層,層與管道之間涂抹保冷密封膠或者聚氨酯結構膠等。如在現場管道與內層保冷管殼之間兩側邊緣沿管道環向涂抹5 cm寬度的聚氨酯結構膠,在內層保冷管殼與中間層保冷管殼涂抹帶狀聚氨酯結構膠且長度不超過中間層保冷管殼長度;中間層與外層保冷管殼中間也涂抹帶狀聚氨酯結構膠,長度不超過最外層保冷管殼長度。具體的施工工藝按照采購的管托生產廠家的說明書為準。

上下防潮層接合部分的安裝工作。保冷管托的保冷管殼安裝完成后,一直用手壓著上部的弧形塊。上下防潮層在保冷管托工廠已預制好,同時下半部分防潮層預留搭接部分。在上半部分防潮層與下半部分防潮層搭接處涂抹Elastan C8004膠,然后下半部分壓住上半部分,用手使勁按壓保證黏結性。安裝金屬保護層,要求上半部分金屬保護板壓住下半部分。最后依次再安裝管夾、螺栓、碟簧組及螺母。

由于管托安裝單位和管道保冷單位經常不是同一家施工單位,而且管托的安裝和管道保冷安裝是屬于兩道不同的工序。雖然安裝完成后的保冷管托兩端用涂抹瑪蹄脂或者纏覆聚乙烯薄膜進行密封,但是防潮及防水效果并不是很好。這就要求安裝單位在完成管托安裝尤其是焊接在管道上的擋環經無損檢測合格后,由總包單位或者監理單位組織兩家施工單位進行工序交接,讓保冷單位盡快將管托兩端的阻汽層施工完成。

1.4 導向塊、限位塊及擋環的安裝要求

導向管托導向件的安裝。一般為保冷管托安裝完成后,將相對應配套的導向塊與現場基礎梁焊接,若設計無特殊間隙要求,則控制導向塊與管托底板之間間隙為3 mm。如設計有特殊要求,則按設計文件要求執行。

限位管托及固定管托(比限位管托多一對導向塊)的限位塊、擋環的焊接要求。限位管托是沿管道軸向在管托底座兩側下方各焊接一塊止推塊,止推塊與梁之間的間隙控制在3 mm。擋環是在保冷管托的兩端沿管道環向焊接在管道上的止推環,由環和加強筋板組成,根據廠家提供的擋環和加強筋板在軸向、垂直方向和橫向荷載的應力計算報告及多個國內LNG項目的實踐經驗,一般只將加強筋板與管道雙面焊接,止推環不焊接。連接止推環的加強筋板與管道相焊形成的角焊縫,需要做PT檢測,并將檢測報告附到試壓包交工資料內。

2 保冷管托安裝常見問題及解決措施

2.1 導向管托普通型與加強型混裝

施工單位在安裝導向管托過程中,認為同一規格的導向管托其普通型和加強型的作用是一樣的,故沒有嚴格按照設計圖紙進行安裝,將應該是加強型的管托位置安裝成了普通型的。導致在后期預冷及試生產運行過程中,由于普通型導向管托的導向塊其抗冷縮能力及限制管托定向滑移能力差而導向塊焊縫被撕裂起不到導向作用,從而影響生產安全。解決措施:保冷管托安裝前技術交底時,重點強調兩種管托型式及使用位置;嚴格按照圖紙施工,將安裝錯誤的普通型管托更換為加強型。

2.2 上下保冷管殼縱縫間隙過大及錯縫問題

大口徑管道的保冷管托在安裝過程中,由于管子橢圓度過大或者管子縱焊縫余高過高,最內側保冷管殼雖然經處理后可以與管道緊密貼合,但是上下保冷管殼依然存在縱縫間隙過大的情況,放置一層軟質彈性密封條不能起到密封作用。解決措施:可再增加一層彈性密封條;若還有空隙可以在縱縫間隙打發泡的聚氨酯泡沫填充密實;間隙過大無法進行修整時,采取更換新的保冷管托。

根據不同保冷管托生產廠家的安裝要求,保冷塊內層、中間層及最外層的縱縫在安裝時一般至少要錯開5 cm的距離。現場安裝過程中經常出現錯縫距離不足5 cm,而導致管托縱縫與管道本體保冷接觸位置漏冷現象;還出現將中間層保冷塊縱縫直接調整至與管道垂直位置的情況。解決措施:嚴格按照廠家指導文件進行錯縫安裝,建議縱縫錯縫型式錯成臺階式。

2.3 聚四氟乙烯滑動板的安裝不正確

聚四氟乙烯滑動面是由鑲嵌聚四氟乙烯的碳鋼底板與管托底座下方不銹鋼板組成。施工時發現如下兩類問題:1)鑲嵌聚四氟乙烯板的碳鋼底板直接放在橫梁上,未與鋼梁或混凝土預埋板焊接;2)碳鋼底板焊接位置不正確,只焊接與管道軸向垂直的長邊。解決措施:碳鋼底板的長邊放置應與橫梁平行,至少將碳鋼底板的短邊與橫梁或混凝土預埋板焊接,或者底板的長邊與短邊均與梁進行間斷焊接。

2.4 管托未按圖紙要求偏移安裝

設計文件要求部分保冷管托需偏置安裝,保冷管托位置應從橫梁中心向位移反方向偏移,偏移量應為位移值的1/2,偏移管托位號、偏置方向和偏移量會在軸側圖及管支架一覽表中注明。施工時經常出現保冷管托未按設計文件要求進行偏移安裝。解決措施:安裝前仔細核對需要偏移安裝的管托位號,并按對應的圖紙進行對號安裝。

2.5 金屬管夾上的彈簧碟片安裝及螺栓緊固問題

金屬管夾上螺栓配備的彈簧碟片雖然小,但其作用相當大。當管道受到壓力波動或者溫度變化時,壓緊狀態下的彈簧碟片會自動調緊墊片,保證管托整體穩固,不松散。施工人員在安裝碟片時,經常出現碟片少裝或者安放方式不對等問題,導致碟片起不到自緊作用。解決措施:碟片安裝嚴格按照廠家說明書要求進行安裝,如上1下1,上3下1,及上5下1等,靠近管夾位置的碟片應是凹面朝向管夾,后續的安裝碟片凹面與凹面相扣然后成對安裝(如圖5)。

圖5 彈簧碟片安裝圖(6片)

管夾螺栓的緊固應按照廠家提供的扭矩值及一定的順序對稱緊固。第一次緊固力30%～40%,第二次緊固力60%～70%,第三次緊固力100%,最后再按順時針或者逆時針順序逐個緊固一圈[4]。在后期管道預冷及試運行過程中,應再逐個檢查管夾螺栓是否有松動,發現有松動的應重新再緊固一遍。

3 結束語

保冷管托因其具有機械強度高、耐腐蝕性好、導熱系數低、保冷效果好、承載力強及安裝維護簡單等優點,在LNG天然氣、醫藥和造船等行業輸送冷態物質的管道和設備上應用十分廣泛。提高保冷管托生產過程的制造精度,嚴格按照設計圖紙施工,提高施工作業人員的安裝水平是實現保冷管托功能最大化,保證LNG管道安全、穩定運行的關鍵。