1 LNG低溫管路材料的選取
1.1 輸送管道材質的選取
LNG 管道的穩定運行需要依靠LNG 加壓泵站,來對沿線出現的地勢起伏阻礙進行克服。加壓泵站可以給LNG 液流提供足夠的壓力,進而讓液流在管道內的流動更為有動力。但是此運輸過程中,由于管道摩擦力的存在,會讓液流的流動速度逐漸下降,壓力也會隨著距離的增加逐漸變小,此時由于摩擦力的存在,管壁的溫度會慢慢升高,壓力降小、濕度升高等條件的作用下,LNG 液流將會出現汽化的情況。但是驅動液流流動的壓力雖然減小了,管道內因為汽化問題的出現,導致內部的壓強增加。加上很多管道由于一些自然影響因素的存在,不得不敷設在地面之上,暴露在自然環境中,此時就會受到陽光的直射,而陽光直射也會讓管道內部的溫度上升,增加液體汽化量。因此為了讓熱輻射問題得到有效控制,減少汽化,需要對管道的材質進行選擇,或是安裝合適的供熱泄放裝置。
還有一些管道在開展運輸工作時,因為深埋地下,因此溫度過低,過低的溫度會導致LNG 液流出現低溫收縮的問題,進而影響到液流在管道內的流動速度,因此這個問題的解決方法可以是選擇奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼是一種膨脹系數較低的材料,低溫到常溫范圍之內的膨脹系數不到不銹鋼的十分之一,同時收縮率也較小。
1.2 LNG 輸送管道絕熱材料的選取
低溫液體剛性輸送管道一共可以分為三種,非絕熱管、普通絕熱管和真空絕熱管。非絕熱管造價方面較有優勢,但是缺點是使用時會出現“跑冷”問題,因此一般會被用于間斷短距離環境中。真空絕熱管由內管、外管、支件組合而成的,管道外圍會因為這些組件的存在形成一個絕熱的空間,進而營造出低壓與真空的環境,這樣的處理可以為絕熱效果提供更好的保障。但是需要關注到的點是此種類型的絕熱管制作工藝復雜,且造管支出占用較大,同時為了讓系統可以穩定運作,需要大量的人力與物力組織維護工作。
因而在LNG 項目的管道設計中,管道走向復雜,管道上管件、儀表件等較多等情況下可以選擇綜合使用的方式,組合使用管道材料,使用真空絕熱管道來保冷。但是從管路制作復雜性和管路投資成本進行考慮時,3km 以上的管道可以采用普通絕熱方式,而不采用真空絕熱方式。
2 LNG低溫管道施工要點
2.1 LNG 低溫管道的焊接施工要求
低溫管道焊接是指施工地區氣溫很低(約-25~-20℃),且其管線正常運行工況設計為-198~-196℃的特定超低溫環境的管道的焊接。對低溫管道的焊縫有以下幾點要求。
(1)焊接縫必須得到質量保障,焊接縫上的抗拉強度、沖擊韌性等指標不能比母材更低。如果異種鐵素體鋼材的焊縫要求較高,要求其抗拉強度與沖擊韌性與較高側母材指標一致,如果無法達到,可以使用熱處理方式增強處理。
(2)焊接前應按規定進行焊接工藝評定試驗,對焊接試板的焊縫和熱影響區進行低溫沖出試驗,其低溫沖出功的及格與否,應與母材要求相同。焊接試板熱處理狀態也應與母材一致。如異種鐵素體鋼材焊接時,低溫沖出功與沖出功高的一側的母材也相匹配。
(3)取樣方法、試樣數量和規格等應符合有關規定。焊條、焊絲批號不一致時,應重新作焊接試板低溫沖擊試驗。
(4)奧氏體不銹鋼在低溫環境下使用時,要求用氬弧焊焊接的焊縫金屬含碳量≤ 0.10%,如果設計溫度<-30℃時,還應進行焊縫金屬(焊接試板)的低溫沖擊試驗,其沖出功應符合規定的要求值。奧氏體不銹鋼焊條可按GB983—2012《不銹鋼焊條》選取,焊絲可按GB4233—1984《惰性氣體保護焊接用不銹鋼棒及鋼絲》選取。
2.2 LNG 低溫管道的安裝施工要求
開展管道安裝操作時,首先要對管道的位移問題進行考慮,尤其是管道與相鄰管道、設備與梁之間應進行縫隙預留,防止管道因為外力作用出現位移時,發生摩擦或是碰撞,給LNG 液流的穩定輸送造成影響;法蘭與閥門的位置因為保冷的厚度較大,因此組織配管工作時,空隙的預留尺寸應得到技術人員的合理安排;放空、放凈的最小安裝尺寸應得到專業人士的策劃,根據保冷的厚度進行精確規劃。保冷的管道貫穿樓板時,要在管道與梁之間進行間隙預留,同時對預留孔的尺寸進行精確確定,配管應與梁之間保有一定的距離;設備為立式類型時,上升管道的設備上應進行支架間距調整,給出一個最為合理的安裝間距,同時預留出合適的保冷管道間距。
(1)低溫管道敷設過程中,執行水平敷設步驟時,技術人員應根據實際情況對管道的底部進行硬質墊層設置,一般為硬質聚氨脂保冷材料塊,這種材料的使用可以讓管道中的冷量損失降到最低。
(2)開展垂直方式的低溫管道敷設步驟時,支架的位置如果設置在了低溫設備上,那么設備與管道上都需要進行墊塊安裝。
(3)對管架進行安裝時,保證其質量的同時,也要對管道的保冷結構質量水平進行保證;低溫管道的材料強度較低,所以其支架間距的設置應得到專業人士的調整,應比一般鋼制管道支架的間跨距更小。
(4)當保冷管道無管托支承時,保冷管道管底標高的確定取決于管架或枕梁上的保冷厚度,在管徑變小的位置,保冷厚度也會變小。為了保持管道管底標高,保冷墊木塊的厚度不應該改變。
(5)保冷墊木塊的厚度比保冷層的約大5mm,這樣做可以防止由于管子偏移與梁接觸而引起保冷層的損壞。
(6)低溫管道極易生銹,在管架的滑動表面應采用滑動板。
(7)低溫管道彎頭處應力最大,彎頭處最容易發生脆裂,所以不宜在彎頭處焊接管道支吊架。
3 結語
LNG 管道由于內部運輸的液體具備較強的特殊性,因此與普通的管道相比,設計水平、管道材質、施工工藝等方面的要求更高,所以工程技術人員必須對材料選擇與施工技術落實兩個方面的工作進行重視,保證從方案規劃到施工步驟操作整個流程的質量水準都可達到要求,維護LNG 管道運輸的穩定與安全。