LNG接收站保冷管托施工过程管理研究

邢怀新

(中海油石化工程有限公司,山东 济南 250101)

LNG接收站是将海上船运的LNG进行卸料、储存,然后通过槽车系统及气化外输系统等送至客户的场站。LNG接收站工艺区域主要包括:卸料码头、LNG储罐、BOG区、再冷凝区、气化区、槽车区、计量区及空压制氮区等。各个工艺区通过大大小小的管道进行连接,而保冷管托是这些管道系统必不可少的一部分。

1 保冷管托

1.1 保冷管托的类型及构成

保冷管托根据保冷类型分为保冷型(CC)和人身防护型(CP);保冷管托按其在管道系统中起到的作用主要分为以下几种类型:滑动管托、导向管托、限位管托、固定管托[1]、垂直承重管托、垂直导向管托等。滑动管托主要起到支撑管道传递载荷的作用,同时可以允许管道在横向和轴向均可移动;导向管托只允许管道在轴向移动,而不可以横向移动;限位管托是限制管道轴向移动,允许横向移动;固定管托是限制管道横向和轴向均不可以移动。垂直承重管托主要是均布在立管上,用于支撑立向管道的重量。垂直导向管道穿插在垂直承重管托之间均匀分布,主要作用是允许管道只能上下垂直移动,而不可以前后左右移动。其中,导向管托和固定管托又分别有普通型(图1)和加强型(图2)两种型式,主要是根据管道横向荷载和轴向荷载所受到应力不同而设计,其区别是管托两侧的导向块型式不同。

图1 普通型

图2 加强型

保冷管托的构成主要包括以下几部分(图3):保冷管壳、防潮层、金属防护层、橡胶层、金属管夹、紧固件、底座及聚四氟乙烯滑动板等[2]。保冷管壳是保冷管托主要的保冷结构,目前国内LNG行业保冷管壳主要选用阻燃型高密度聚异氰脲酸酯(HD-PIR)或阻燃型高密度聚氨酯(HD-PUF)和泡沫玻璃(CG)材质;高密度聚异氰脲酸酯和高密度聚氨酯两者在密度、导热系数、机械强度及承载能力等方面相差不是太大;两者均可在-160 ℃低温运行环境下有足够的机械强度可以将管道上的荷载传递到管架上[3],同时该两种化合物具有封闭、多孔,高效隔冷的特点;保冷层分层厚度的设计也是至关重要的环节,太薄起不到保冷效果影响生产效益,太厚则增加制造成本产生浪费,多层的保冷管壳一般设置为2层、3层或者4层,每层的厚度不超过8 cm。防潮层是在保冷管壳最外面设一层PAP聚酯铝箔或者是阻燃性沥青玛蹄脂+玻璃纤维网格布,主要是用于防外部水(或水蒸气)、防潮,维持保冷层保冷效果。金属保护层一般采用0.6 mm或0.8 mm厚度304不锈钢板,金属保护层应严密和牢固,起到阻挡环境变化和外力难以损伤到保冷管壳的作用,延长保冷层的使用寿命。橡胶板使用3 mm厚度的三元乙丙橡胶,起到减震、缓冲作用。金属管夹采用ASTM A516 Gr60或Q345低合金钢或者Q235B材质,喷砂除锈后热浸镀锌处理,镀锌覆层应满足ASTM A123要求;金属管夹应能够防止外部冲击对保冷管壳和防潮层所带来的损伤,同时能够延长保冷结构的使用寿命。紧固件主要包括螺杆、螺母及弹簧碟片,螺栓螺母材质选用A2-70/A2-50,根据厂家提供的安装说明进行弹簧碟片的组合及扭矩值进行螺栓的紧固。聚四氟乙烯滑动板有摩擦系数低、承载力高、寿命长等优点。一般针对管道公称直径大于或等于DN450 mm的滑动管托和导向管托需要设置聚四氟乙烯滑动板,滑动板的作用是减少管托移动过程中的摩擦阻力。聚四氟乙烯滑动板由保冷管托厂家成套供货,聚四氟乙烯滑动板采用机械镶嵌到碳钢底板上,然后将底板短边或短边与长边,均与钢梁或者混凝土预埋板相焊,同时在管托底座的底部加设一层不锈钢薄板,要求不锈钢薄板与聚四氟乙烯板接触面光滑平整,接触良好,无油迹、渣滓及灰尘等杂物。

图3 保冷管托结构示意图

1.2 保冷管托的供货要求

管托生产厂家应是长期从事保冷管托生产制造的专业制造商,且至少有一个已投用的国内LNG接收站的工程业绩,投标时应要求其提供在有效期内且可查的相关体系认证证书复印件。低温管托生产厂家应严格按照设计单位提供的低温管架标准图和技术规格书进行生产;保冷管托均有其单独的位号编码,该编码可以区分其使用位置及管线号,排产时应紧密结合施工现场提供的施工进度计划要求进行生产,这样既可以满足施工需求也可以解决成品管托的堆放问题。保冷管托在发货装车时,应做好防潮、防晒、防撞坏的措施,采用将同一工艺区域(如BOG区域,区号0300)的管托放置在同一托盘上,并且每一托盘的管托整体用黑色塑料薄膜进行严密包覆;并在包装好的外表面贴上该托盘所包含的管托位号,既方便物资部门发料,也方便施工单位领料,减少翻找时间,节省人力物力。管托所用的辅助材料,如软质弹性密封条、金属管夹螺栓所用的弹簧碟片、导向块、限位块及挡环等也应随管托一并放在同一托盘上,避免后期发料领料混乱。管托运至现场后,检查保冷管壳是否有损坏,保护涂层是否破裂,任何微小的损坏都应及时通知保冷管托厂家修复或更换;可要求管托厂家提供少量保护涂料以备现场使用。验收合格的管托应放置在仓库内或者下垫上盖,禁止保冷管托暴晒或雨淋。

1.3 保冷管托的安装

保冷管托安装前应由生产厂家对施工单位安装人员进行技术交底,并将交底文件及安装手册等文件发至各施工单位。在前期安装过程中,采购单位应联系管托厂家技术人员到场指导安装。保冷管托的安装应在干燥环境下施工,在安装过程中应采取适当的措施,清理管道及保冷管壳表面的泥土、灰尘及油漆等污物,以确保管道和低温管托的表面都是干燥、清洁干净的。如果低温管托的安装在当天不能完成或者中途停工,应采用塑料薄膜或者防雨布进行覆盖,切记不可进水或者受潮,否则保冷效果将大打折扣。因不同保冷管托厂家的安装工艺不尽相同,现将保冷管托的基本安装操作作简要介绍。

首先,在管托安装位置的两侧设置足够高的临时支撑,保证有足够的空间满足管托下半部分可以自由水平放置在横梁上;拆下保冷管托紧固螺栓及碟片,取下上部保冷管壳、橡胶板、金属保护层及管夹;取下部保冷管壳最内层保冷块先在管道上进行试装,调整位置使弧形块与管道有更好的接触。如果出现由于管道椭圆度过大或管道纵焊缝使得下部保冷弧形块空隙过大,可以修正下保冷弧形块的内表面以紧密贴合管道,修整示意图如下(图4)。随着制造技术的提高,有保冷管托生产厂家已将下部多层保冷管壳直接做成一个整体,上部保冷管壳分层设置,以方便现场人员安装,减少施工工序,节省时间。

图4 修整保冷块

下部保冷管壳修整安装完成后,开始安装上部保冷块。安装前,在上下保冷块纵向缝隙处填充好软质弹性密封条。之后依次把上部保冷块最内层、中间层、外层合拢在管道上,调整好两侧纵缝间隙,使之两侧对称。部分厂家因施工工艺不同,有的厂家需要在管托层与层,层与管道之间涂抹保冷密封胶或者聚氨酯结构胶等。如在现场管道与内层保冷管壳之间两侧边缘沿管道环向涂抹5 cm宽度的聚氨酯结构胶,在内层保冷管壳与中间层保冷管壳涂抹带状聚氨酯结构胶且长度不超过中间层保冷管壳长度;中间层与外层保冷管壳中间也涂抹带状聚氨酯结构胶,长度不超过最外层保冷管壳长度。具体的施工工艺按照采购的管托生产厂家的说明书为准。

上下防潮层接合部分的安装工作。保冷管托的保冷管壳安装完成后,一直用手压着上部的弧形块。上下防潮层在保冷管托工厂已预制好,同时下半部分防潮层预留搭接部分。在上半部分防潮层与下半部分防潮层搭接处涂抹Elastan C8004胶,然后下半部分压住上半部分,用手使劲按压保证黏结性。安装金属保护层,要求上半部分金属保护板压住下半部分。最后依次再安装管夹、螺栓、碟簧组及螺母。

由于管托安装单位和管道保冷单位经常不是同一家施工单位,而且管托的安装和管道保冷安装是属于两道不同的工序。虽然安装完成后的保冷管托两端用涂抹玛蹄脂或者缠覆聚乙烯薄膜进行密封,但是防潮及防水效果并不是很好。这就要求安装单位在完成管托安装尤其是焊接在管道上的挡环经无损检测合格后,由总包单位或者监理单位组织两家施工单位进行工序交接,让保冷单位尽快将管托两端的阻汽层施工完成。

1.4 导向块、限位块及挡环的安装要求

导向管托导向件的安装。一般为保冷管托安装完成后,将相对应配套的导向块与现场基础梁焊接,若设计无特殊间隙要求,则控制导向块与管托底板之间间隙为3 mm。如设计有特殊要求,则按设计文件要求执行。

限位管托及固定管托(比限位管托多一对导向块)的限位块、挡环的焊接要求。限位管托是沿管道轴向在管托底座两侧下方各焊接一块止推块,止推块与梁之间的间隙控制在3 mm。挡环是在保冷管托的两端沿管道环向焊接在管道上的止推环,由环和加强筋板组成,根据厂家提供的挡环和加强筋板在轴向、垂直方向和横向荷载的应力计算报告及多个国内LNG项目的实践经验,一般只将加强筋板与管道双面焊接,止推环不焊接。连接止推环的加强筋板与管道相焊形成的角焊缝,需要做PT检测,并将检测报告附到试压包交工资料内。

2 保冷管托安装常见问题及解决措施

2.1 导向管托普通型与加强型混装

施工单位在安装导向管托过程中,认为同一规格的导向管托其普通型和加强型的作用是一样的,故没有严格按照设计图纸进行安装,将应该是加强型的管托位置安装成了普通型的。导致在后期预冷及试生产运行过程中,由于普通型导向管托的导向块其抗冷缩能力及限制管托定向滑移能力差而导向块焊缝被撕裂起不到导向作用,从而影响生产安全。解决措施:保冷管托安装前技术交底时,重点强调两种管托型式及使用位置;严格按照图纸施工,将安装错误的普通型管托更换为加强型。

2.2 上下保冷管壳纵缝间隙过大及错缝问题

大口径管道的保冷管托在安装过程中,由于管子椭圆度过大或者管子纵焊缝余高过高,最内侧保冷管壳虽然经处理后可以与管道紧密贴合,但是上下保冷管壳依然存在纵缝间隙过大的情况,放置一层软质弹性密封条不能起到密封作用。解决措施:可再增加一层弹性密封条;若还有空隙可以在纵缝间隙打发泡的聚氨酯泡沫填充密实;间隙过大无法进行修整时,采取更换新的保冷管托。

根据不同保冷管托生产厂家的安装要求,保冷块内层、中间层及最外层的纵缝在安装时一般至少要错开5 cm的距离。现场安装过程中经常出现错缝距离不足5 cm,而导致管托纵缝与管道本体保冷接触位置漏冷现象;还出现将中间层保冷块纵缝直接调整至与管道垂直位置的情况。解决措施:严格按照厂家指导文件进行错缝安装,建议纵缝错缝型式错成台阶式。

2.3 聚四氟乙烯滑动板的安装不正确

聚四氟乙烯滑动面是由镶嵌聚四氟乙烯的碳钢底板与管托底座下方不锈钢板组成。施工时发现如下两类问题:1)镶嵌聚四氟乙烯板的碳钢底板直接放在横梁上,未与钢梁或混凝土预埋板焊接;2)碳钢底板焊接位置不正确,只焊接与管道轴向垂直的长边。解决措施:碳钢底板的长边放置应与横梁平行,至少将碳钢底板的短边与横梁或混凝土预埋板焊接,或者底板的长边与短边均与梁进行间断焊接。

2.4 管托未按图纸要求偏移安装

设计文件要求部分保冷管托需偏置安装,保冷管托位置应从横梁中心向位移反方向偏移,偏移量应为位移值的1/2,偏移管托位号、偏置方向和偏移量会在轴侧图及管支架一览表中注明。施工时经常出现保冷管托未按设计文件要求进行偏移安装。解决措施:安装前仔细核对需要偏移安装的管托位号,并按对应的图纸进行对号安装。

2.5 金属管夹上的弹簧碟片安装及螺栓紧固问题

金属管夹上螺栓配备的弹簧碟片虽然小,但其作用相当大。当管道受到压力波动或者温度变化时,压紧状态下的弹簧碟片会自动调紧垫片,保证管托整体稳固,不松散。施工人员在安装碟片时,经常出现碟片少装或者安放方式不对等问题,导致碟片起不到自紧作用。解决措施:碟片安装严格按照厂家说明书要求进行安装,如上1下1,上3下1,及上5下1等,靠近管夹位置的碟片应是凹面朝向管夹,后续的安装碟片凹面与凹面相扣然后成对安装(如图5)。

图5 弹簧碟片安装图(6片)

管夹螺栓的紧固应按照厂家提供的扭矩值及一定的顺序对称紧固。第一次紧固力30%～40%,第二次紧固力60%～70%,第三次紧固力100%,最后再按顺时针或者逆时针顺序逐个紧固一圈[4]。在后期管道预冷及试运行过程中,应再逐个检查管夹螺栓是否有松动,发现有松动的应重新再紧固一遍。

3 结束语

保冷管托因其具有机械强度高、耐腐蚀性好、导热系数低、保冷效果好、承载力强及安装维护简单等优点,在LNG天然气、医药和造船等行业输送冷态物质的管道和设备上应用十分广泛。提高保冷管托生产过程的制造精度,严格按照设计图纸施工,提高施工作业人员的安装水平是实现保冷管托功能最大化,保证LNG管道安全、稳定运行的关键。