LNG管线简易化液氮预冷方案研究

田炜，毛丽娟，刘力炜，李沙

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

LNG管线材质通常采用304/304L，该不锈钢具有优异的低温性能，但线膨胀系数较大，要采取措施防止出现冷收缩引起损坏。投产前进行预冷，既可防止管道温度变化过快造成管材损坏，同时检查低温设备、材料如低温容器、管道、管件、法兰、阀门、管托和仪表等的产品质量，也可检验和测试低温设备的性能及检查施工安装质量，还能模拟生产状态，贯通工艺流程，演练、熟悉生产工艺流程并锻炼生产管理和操作人员，为LNG进液做准备，是确保LNG接收站顺利投产试运行的重点步骤。液氮预冷相比BOG/LNG预冷可以大幅降低成本，减少LNG的排放，具有明显的经济和生态效益，同时，对于改造后的设备管线进行液氮预冷，安全性较高，若发生支架位移、法兰泄漏等意外，就地放空后即可处理。基于此，本文对LNG管道预冷的准备、吹扫、置换、气化器预冷、LNG冷却填充等主要步骤、合格标准及其注意事项进行了分析。

1 准备工作

预冷开始前所有人员全部提前到位，熟悉现场的所有阀门编号和规格，熟悉预冷工艺路线，并演练操作过程，提前考虑可能发生的问题，为后续工作打下基础。

1.1 现场条件

现场包括土建工程、安装工程、消防工程、自控系统及配电系统等全部完成；预冷范围内所有设备的单机调试以及整个系统的调试已经完成，防静电测试合格；整个工艺系统的强度试验、气密性试验和用洁净无油的压缩空气吹扫须合格；为确保安全，设备和管道的安全阀、压力表均须安装完成，并且校验合格，管道支架应按要求布置及固定；设备真空度检测合格并提供记录备案。

1.2 现场三查四定

预冷前要进行的“三查四定”：查设计漏项、查施工质量、查未完工项目；定预冷流程、定方案措施、定操作人员、定预冷时间。由建设单位牵头，会同设计单位、施工单位、监理单位根据现场生产实际操作、安全运行、工艺控制的需要做好三查四定工作，为预冷工作的顺利进行做好相应的基础工作。

1.3 工具设备

露 点 仪1 台； 真 空 计1 台； 温 度 计（-160～60℃）4套；充装接头（注意液氮槽车充装头与气化器的连接接头）；工具清单：铜锤、防爆活动扳手、防爆管钳梅花扳手、电工工具；便携式可燃气体报警器2台；参加预冷操作人员的低温防护用品应到位。

1.4 液氮供应

提前根据设备和管容量计算得出预冷所需的液氮量，现场需常备两台液氮槽车，如果预冷后现场LNG需要很长时间才能到场，还需要增加液氮用量。

2 应急预案安全保证

预冷过程中，一旦发生管道泄漏，应先停止充液，关闭进出阀门，排放管道的残液，关闭相应管段的阀门后，人员应迅速撤离距泄漏点3m之外，以防冻伤，等待相关单位处理。

现场人员如出现冻伤、碰伤等人身伤害事故，应立即就地简单医治后再视情况决定是否送往附近医院救治。

气化器如局部出现严重凝霜现象，应关闭进液阀并确认设备蛇管是否有渗漏现象并检查处理。

所有现场预冷人员必须佩戴安全帽、防低温手套、纯棉工作服，必要时操作人员需配备防寒服。

现场安全由现场总指挥负责。

所用工器具在发出到现场前须确认，人员进场前须提前做好安全教育培训，遵守现场的安全规定和安全操作规程。

现场预冷隔离区域，各岗位人员在预冷过程中应坚守岗位，不得随意串岗。

现场需备足消防器材、备用药品等各项应急用品。

3 预冷工艺流程

3.1 准备

打开所有气动与电动阀门含紧急切断阀。用卸车软管连接槽车与气化器卸车口，进入准备状态。充装管道和气化管道上所有阀门均处于待工状态，配备好开关标识，阀门check list准备完成。

3.2 吹扫惰化

考虑到水压试验后管线干燥惰化时间长，影响工期，且有阀门内部结冰的风险，可以将LNG管线投产前的干燥惰化和气压试验结合进行。采用在前期组对焊接确保管内清洁的情况下，通过现有管线流程将各个试压包相互串联，通过液氮泵撬（氮气理论排量4889Nm3/h，理论排出压力10000psi）对液氮进行升温加压，高压试压包结束后将氮气从高压试验包按流程导入低压试验包，减少系统升压时间，并利用泄压氮气直接进行管线吹扫，大幅缩短管线干燥惰化时间，试压吹扫干燥惰化一气呵成，并代替了投产前系统严密性试验。最终，系统露点检测一次性合格。

3.2 预冷

为实现液氮气化出口温度范围在-1 3 0 ℃至-60℃间不同工况下自动控制，我们将空温式气化器、电加热水浴气化器和气液混合罐成撬布置，相比传统装置，该撬块结构紧凑、方便运输、智能可控。如图1所示，本装置能通过调节阀、液氮流程及三档电加热管组，实现液氮气化温度、流量的本地、远程控制，并有效将所有装置集成化，为其后续运输和处理提供便利。

图1 装置流程图

装置运行工况一般分为两类：

气压、吹扫工况：使用时，将旁路管线关断，液氮通过全流程空温式气化器、电加热水浴气化器气化为常温氮气，并可依据出口要求通过调节阀调节流量，通过电加热三档加热管组调节出口温度。

预冷工况：设备管线吹扫惰化置换完成后，通过以下步骤逐渐降低出口温度：(1)逐次关闭电加热水浴气化器加热管路；(2)切换电加热水浴气化器旁路；(3)关闭空温式气化器3/3出口，打开空温式气化器2/3出口；(4)关闭空温式气化器2/3出口，打开空温式气化器1/3出口；(5)关闭空温式气化器，液氮整体通过旁路。降温过程中通过PLC智能化控制管路调节阀，确保降温过程平稳运行，利用预留注氮点注氮对管线进行低温氮气预冷，管线至槽车段可通过末端导淋处就地放空，冷却速度控制在10℃/h，控制温度点温度监控上下温差不超过30℃，如管线较长，可以选取首尾两处或中段作为注入点，提高预冷效果。控制温度点温度达到-120℃即完成液氮预冷施工。液氮预冷完成后，中控启动一台低压泵，通过低压泵出口XV阀门的旁路向下游管线填液，注意观察低压泵流量，当XV阀上下游压力接近时，打开XV阀。当低压管线温度在-150℃至-160℃标志管线LNG填充完毕。

4 工作要点

进液之前，必须用氮气对管线进行吹扫，进一步去除水分并置换空气，检验标准是采用露点仪在排放口检测达到-30℃至-40℃露点为合格。

充装液氮时管道和设备温度每降20℃，即需减缓充装速度，检查系统严密性及管道的位移和设备的变化。控制管线及设备的温降速度可通过气化器的开启度及开启速度，从温度计处或用露点检测仪在管线端口间歇性测定。

充氮预冷过程中如发现有泄漏、设备材料发生问题时应及时关闭相应阀门，停止该段的预冷并标注位置，及时报告，进行处理。处理合格后方可再行预冷。

预冷过程中及预冷后，必须注意观察设备材料性能、技术参数的变化，并进行书面记录。

现场所有仪表管线接头及一次仪表接头在气相置换时，需全部拧开并进行长时间排放，以确保接头末段在深度预冷时不发生冰堵现象。

预冷时，要注意观察、测量各管道（主要为液相管道伸缩位移，可以在预冷前做记号，预冷达到一定温度时再测量该记号的位置变化）

预冷前、中、后应对管廊高程进行测试，并做好书面记录。

预冷的降温曲线目前尚无依据，暂按预冷初期缓慢降温进行，冷却速度控制在10℃/h，逐渐降温，同时观察各设备及管道技术参数的变化，积累数据以形成完整的预冷工艺流程。

预冷过程中阀门遇冷收缩，可能导致螺栓松动造成泄漏。若外界空气及水蒸气进入管道中，水蒸气遇冷凝结将产生冻住阀门的现象。因此应密切注意阀门情况，对松动、泄漏情况及时处理，及时采取措施以免冻住阀门。

注意检查软管连接是否出现泄漏，人员应远离此处。

检测标准：低温阀门螺栓无松动，填料、阀体、法兰无泄漏；低温管道无泄漏，法兰螺栓无松动，管道伸缩均匀，支架无位移；保冷层无冷凝无开裂。如发生泄漏、松动、较大位移和保冷层冷凝开裂等情况，需尽快停止预冷，在高点释放氮气，恢复温度后查明原因进行整改。

5 结束语

作为LNG接收站的改造或新增设备管线，如果条件容许，采用简易化预冷工作，前期使用液氮预冷至-120℃后再进行LNG预冷，可以降低成本减少污染排放，便于故障处理，安全性也有保障。