王孝然
新疆吉木乃广汇液化天然气发展有限责任公司
新疆省阿勒泰地区吉木乃县 836800
摘要：当前，生态环境污染不断加重，面对日益严峻的环境保护压力，为了实现经济的可持续发展，世界各国都在寻求新型替代能源，不断调整能源消费结构。天然气作为一种清洁能源，需求量正在不断加大，液化天然气站场的建设需要用到大量的低温管道，准确的选择材料，合理的进行管道设计，对于液化天然气管道的安全运行，节约建设成本具有重要的意义。
关键词：液化天然气；低温管道；设计问题；措施
1LNG低温管道设计
1.1LNG低温管道材料选择
在天然气液化、液化天然气输送、液化天然气接收站、储罐站、小型气化站中，将采用液化天然气管道。液化天然气液化温度为-162℃时，应特别注意管道材料的选择，既要满足使用要求，又要考虑材料经济性和易购性。液化天然气管道在-162℃下应具有良好的耐腐蚀性、韧性和焊接性，线膨胀系数应尽可能小。目前液化天然气领域常用的是9%镍钢和双证书奥氏体不锈钢。9%镍钢属于低温镍钢，其最低使用温度为-196℃，可满足LNG储存、处理和运输的要求。这种钢板在我国主要用于制造LNG全封闭储罐的罐内壁。双证书奥氏体不锈钢（304/304L）常用于LNG管道。其化学成分符合304L不锈钢的要求，力学性能符合304不锈钢的要求。其耐蚀性和强度均能满足该类管道的要求。
1.2LNG低温管道布置要点
由于管道介质的特殊性，除了满足管道布置的一般要求外，还增加了一些特殊要求。
（1）管道宜布置在管廊或管墩上。由于现场条件，管道布置在沟槽内时，应采取措施防止可燃气体积聚和可燃液体外溢。管廊架空时，应置于管廊下层，远离热管或伴热管道。
（2）在满足柔性分析的前提下，管道布置应尽量缩短，减少弯头和袋形。在管道布置中，优先考虑管道的自然补偿，以满足管道的柔性要求。通常用于改变管道走向，调整支吊架的形式和位置，以增加管道的自然补偿能力。填料函补偿器不应用于防止填料因冷收缩和松弛而泄漏；当布置空间有限时，可以考虑采用金属波纹补偿器。
（3）LNG在气化为天然气的过程中会释放出大量的冷能，具有广阔的应用前景。因此，在管道设计过程中应采取措施防止冷能的损失。如管道上应涂可靠的保冷材料，管道支架应采用保冷管支架，严禁将支架焊接在大直径管道上，以支撑相邻的小直径管道，静电接地耳板等伸出保冷层的部位应进行保冷处理，防止冷能造成冷能浪费。
（4）管道的法兰连接应尽量减少。法兰连接冷收缩后，管道泄漏的风险增加。为此，阀门大多采用焊接连接，水压试验中预留的放空和凝结水出口在水压试验结束后，应采用焊接管帽密封并进行保冷处理。
（5）在运行过程中，可能造成管段封闭。如果两个阀门同时关闭，由于管道与外界的热交换，液化天然气将被吸热气化，管道内的压力升高可能导致管道超压。在这种情况下，有必要增加泄压措施，以确保管道的安全运行，如增加安全阀。
（6）低温阀门，法兰的保冷大多采用聚氨酯发泡技术，管道采用泡沫管或聚氨酯预制壳体结构。这就要求在管道设计过程中，要特别注意为管道、阀门、设备等需要覆盖保冷层的地方留出足够的空间，防止施工现场因保冷层安装空间不足而难以调整的情况。
2LNG低温管道所用阀门
2.1阀门的选择
LNG管道所用阀门应耐低温。为满足要求，阀门的主要材料应为奥氏体不锈钢，阀门内件应满足低温韧性要求。阀体和阀盘堆焊后，需要进行深冷处理。阀门应采用整体式阀体。为了减少管道的泄漏点，阀门与管道应采用对焊连接。为了减少焊接工艺对阀门密封结构的影响，阀门两端常采用直管段。此类管道选用的闸阀和截止阀应具有上部密封结构，位于阀盖下部和填料函附近的延伸颈。应在阀盖的延伸颈部增加一个集油盘。应保证集油盘与阀盖延伸颈之间的密封，并采用焊接或螺栓夹紧的方式固定。增加滴盘结构的主要考虑如下：首先，管道中的低温LNG通过阀体输送后，容易造成阀门外露部分结冰。
增加滴盘可以增加阀门与外界的热交换面积，使填料温度保持在0℃以上，解决结冰问题，有效保护阀门填料，防止填料因低温收缩而泄漏。其次，阀门的保温层一般会在集油盘下方，因为集油盘的存在会阻止雨水进入保冷层，导致保冷层因冰的膨胀而失效。
2.2安装要求
安装在LNG管道上的阀门受内部低温介质的影响。结合低温阀的内部结构特点，对低温阀的安装提出了一些特殊要求。
（1）低温阀门的保冷需要在阀门安装后现场发泡，这就需要很大的保冷空间。特别是当阀门布置在平台或结构上方时，应留有足够的空间安装保冷材料。
（2）为了使阀门的延伸颈部有一定的气相空间，减少低温对填料层的影响，低温阀门应安装在水平管道上，阀杆应尽量垂直。当安装空间有限时，阀杆可以偏移，但阀杆与垂直方向的夹角不应大于45度。
（3）对于双座结构设计的闸阀和球阀，当阀门关闭时，会形成一个封闭的空间。液化天然气气化后，可能造成阀门内超压，损坏阀门。有必要在闸门、阀球或阀座上设置泄压孔。阀门安装时，阀门的泄压方向应符合工艺流程的要求，并标明滴盘泄压侧。
3保冷材料分析
液化天然气（LNG）在转化为天然气的过程中可以提供大量的冷能。目前，这部分冷能的回收利用技术已经成熟，依托部分LNG接收站，已经建成冷能利用装置。冷能利用在空分生产液氮和液氧、发电、废物低温破碎处理、海水淡化等方面得到了广泛应用，取得了良好的经济效益。为了防止冷能损失造成的浪费，保证LNG管道的安全运行，有必要对LNG管道选用可靠的保冷材料。宜选用导热系数低、吸湿性低、耐低温性好、材料易得、施工方便的保冷材料。经过多年的发展和工程实践，预制聚氨酯和泡沫玻璃常用作管道的保冷材料。泡沫玻璃的推荐温度为-196～400℃，满足温度要求。其封闭多孔结构具有良好的保温性能，且不吸水、不燃烧、机械强度高、加工方便。聚氨酯的导热系数比空气小，吸水率小，强度高，自熄性好，价格比泡沫玻璃低。目前常用两种材料组合的保冷结构，可以满足保冷要求，降低投资成本。
4支吊架设置
液化天然气管道支吊架应有防止“冷桥”的措施。如果采用常规的支吊架，管道内部的冷能会传递到管道的支撑结构上，导致钢结构韧性降低而产生低温脆性，存在安全隐患。基于此考虑，LNG管道应选择具有可靠保冷层的支吊架。常用的保冷层材料为高密度聚异氰脲酸酯或聚氨酯，根据管径预制。管外加一层聚氨酯保温层或保温层，管内加一层聚氨酯保温层或保温层。保冷管支架的选择及安装要求如下。
（1）大部分液化天然气管道需要进行应力分析，各类保冷管支架的安装应严格按照应力分析报告进行。
（2）为防止管道收缩位移时管架偏离支撑结构甚至滑动，管架底板应在位移较大的位置（如靠近π弯）适当加长。
（3）保冷管支架的保冷层厚度应与管道的保冷层厚度相同，以保证管道的保冷与管支架及外保护层紧密相连。
（4）保冷管支架选用的粘结剂、密封剂和耐磨剂应满足管道设计温度的要求，且附着力强，密封性能好，不会对保冷材料和金属壁产生不利影响。
结论
结合以上实践探索，在分析低温管道设计过程，应该结合天然气站工作实际，有针对性的采取更加高效的设计方案，从而才能实现设计的高效应用。希望通过本文进一步研究，能够为相关设计人员提供有效参考，从而不断提高低温管道设计的水平。
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