LNG气化站预冷工艺浅析

【摘要】为保障LNG气化站的正常运行，在运行前期必须对低温设备、管道进行预冷，以检测设备的本体与安装质量。LNG气化站预冷流程与关键节点管控将直接影响LNG气化站的整体运行。本文将着重分析LNG气化站预冷的相关工艺。

【关键词】LNG、液氮、不锈钢

1概述

随着LNG（Liquefied Natural Gas 即液化天然气）的生产装置商业化运行，LNG气化站也得到了快速发展。以2001年建成投产的山东淄博LNG气化站为标志，在全国已建成数百座LNG气化站。

对于一个新建的LNG气化站，由于LNG的特殊性质（低温、易燃、易爆），在运行前必须对低温设备、管道进行预冷置换，以检测设备的可靠程度，施工安装的质量，为安全投产做好准备。预冷试验一般采用液氮作为试验流体。虽然液氮的温度比LNG低，但实际上不锈钢材料在-162℃和-196℃区间内的特性变化不大，因此可采用液氮作为试验流体。

2 LNG气化站低温设备、管道预冷的意义及目的

LNG低温储罐及LNG管道为奥氏体不锈钢材料（0Gr18Ni9），具有优异的低温性能，但线膨胀系数较大。在LNG温度条件下（-162℃），不锈钢收缩率约为千分之三。虽然在设计时考虑了冷收缩的补偿，但是在温度变化速度较大时，还存在变化过快、热应力过大而使材料或连接部位产生损坏的隐患。这就要求在低温设备和管道进入低温液体前，首先进行预冷操作，确保投运安全。

预冷目的主要是为了检验和测试低温设备和管道的低温性能。对低温设备、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做最后的质量检验。在冷态工况下对焊接的质量、低温阀门的严密性进行检验，同时观察管道冷缩量和管托支撑的变化。模拟场站运行生产的状态，使储罐达到工作工况，测试储罐真空性能，贯通工艺流程，考评设计质量，为LNG进液做准备。

3预冷所需液氮量及预冷时间的理论计算

预冷所需要的低温介质的数量与材料的质量、比热容及冷却速度有关。对于一特定的管道，则主要取决于冷却速度。

预冷所需要的时间，可以通过热力分析进行大致的估计。如果把管道作为一个热力系统来考虑，可对系统进行热动力学分析。系统在预冷期间，如果忽略内外温差引起的传热，低温液体介质由液体转变为气体并排出管路过程中，所吸收的热量是来自固体材料，可以通过热力学系统能量平衡原理，计算出管线冷却所需的低温流体需求量，从而可估算出预冷所需要点最小时间。

4预冷流程简析

由于各地情况不同，LNG气化站的预冷置换方案也有所不同，但流程基本一致。下面以一基本预冷流程及步骤为例，对预冷工艺流程做简单介绍分析。

1） 预冷的条件

气化站现场除保冷工程以外站区内所有工程必须全部完成，这其中包括土建工程、站区安装工程、消防工程、自控系统及配电系统等。同时，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的管道吹扫均须合格，为确保预冷时的安全，储罐和管道的安全阀、压力表均应安装完成，保证安全阀等产品校验合格且在有效期内。管道支架等管道附属设施应按设计完成安装并检查其可靠稳定性。

在完成上述工作后，须对气化站内所有设备进行单机调试，合格后对站内整个系统进行调试及进行防静电测试。最后，各低温设备及站控供应厂家必须到位，对每台低温设备进行最后的检查，如储罐真空度的检测。

2） 预冷的准备工作

预冷试验前，应确认所有阀门处于关闭状态，确认放空系统的所有盲板拆除，放空系统畅通，同时打开所有安全阀（压力表）根部阀，打开储罐气相放空根部阀，自动保护系统测试完好，全部投用。此时氮气系统应投入使用，紧急切断阀、储罐液位计根部阀、气液平衡阀全部打开。

现场工作完成后，结合现场实际情况对设计施工图进行最后一次的严格审查，查看是否有设计中的漏项，是否有需要补充的设计，是否有需要改进的设计。无问题后查施工质量，首先要查看工艺管线在施工过程中是否与设计施工图有出入。然后进行全方位的外观施工质量的检查，需要整改的应以书面形式提出并且要求立即整改。对于施工质量的内部检查，要求查看安装材料的质量证明书、焊接材料的质量证明书、无损检测报告、吹扫试压报告。同时，现场应检查还有哪些项目属于计划完工的而没有完工，且已影响预冷工作须利进的项目。

3） 预冷的步骤

液氮预冷之前，应用低温氮气对低温贮罐、管线进行吹扫，进一步去除水份并置换空气，检验标准是采用露点仪在排放口及罐体溢流口检测，置换空气达到-30～-40℃露点为合格，如果空气湿度过大应先将槽车出来的低温氮气经卸车增压器加热后送入管道，以免由于管道内湿度过大出现结冰现象。

管道经氮气吹扫、干燥后，应用槽车的BOG对LNG管道及储罐进行初步预冷（即气相预冷）。如直接应用LNG输入常温管道内，管道会迅速地收缩。管路的底部与沸腾的LNG直接接触，而顶部相对较热，因此管路顶部温度相对较高，这种结果便是所谓的香蕉效应。由于收缩不一致，可能引起管路、支撑和膨胀节的损坏。因此冷却必须慢慢地进行，首先用冷冻蒸气在管路中循环，使管路先达到一定温度，一般是在-95℃至-118℃范围内方可输送LNG，此时气相预冷方可完成。此步骤可通过测量贮罐溢流口处的气体温度确定（无法测量温度时，以阀门管段凝霜为依据）。此过程中储罐会不断的排放低温气体，可将排放的气体对EAG和BOG管道进进行初步预冷。

储罐内温度在-95℃至-118℃范围内（或储罐根部阀出现凝霜现象）时，可开始对储罐充装液氮，进行液态预冷。低温贮罐预冷的降温曲线目前尚无依据确定，暫按预冷初期冷却速度缓慢进行，逐渐降温，同时观察各设备及管线技术参数的变化，积累数据，总结完整的预冷降温进液经验数据；根据以往经验，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。初期进液时，进液管道和设备任何一点温降速度不应超过1℃/min。控制管线及设备的温降速度可通过槽车充装阀门的开启度及开启速度，并用漏点检测仪在管线端口或阀门处进行间歇性测定。

充装液氮开始时，液氮的气化率很高，产生的气体使贮罐内压上升，应密切注意压力上升速度，控制液氮充装速度，当压力上升至0.45MPa时，打开BOG手动阀、BOG自力式降压阀、手动放散阀或底部出液阀，从而降低贮罐压力。当贮罐内压力不再上升或降低时，可下进液，并增大充液速度，也可采用上下同时进液的方式。 预冷过程中和预冷后，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。 预冷结束后应由设备制造厂家技术人员和建设单位代表、及施工单位技术人员再次检测储罐夹层真空度，并在48小时内密切注意储罐压力变化情况，每隔一小时进行一次储罐压力和液位纪录，当储罐压力达到或接近0.45MPa时，可手动开启BOG排放阀进行排放。如果储罐压力变化正常且罐内压力上升速度趋于缓慢或压力趋于稳定，则标志气化站预冷工作获得成功。

5结束语

LNG气化站预冷的目的是为了LNG气化站运行做准备，预冷整个过程一定要严格把关，确保工程最后一道检验工序，以保证站点安全运行。

参考文献：

[1]顾安忠，鲁雪生，汪荣顺等.液化天然气技术【M】.北京：机械工业出版社.2004：275-208

作者简介：

桂海峰（1979.12.20），男，民族：汉，籍贯：江苏海安，学历：本科，职称：工程师，工作单位：南京江宁华润燃气有限公司，研究方向：城市燃气