LNG氣化站的工藝流程與管道應力分析特點(diǎn)

(1)關(guān)鍵設備

基于LNG氣化站的工藝流程可知，LNG氣化站中的主要設備有：

1)LNG儲罐：儲存-162℃低溫LNG，一般采用地上式金屬單罐，采用真空粉末絕熱，結構形式為立式(臥式)圓筒形雙層壁結構。儲罐內槽一般采用耐低溫的奧氏體不銹鋼06Cr19Ni10，外槽采用壓力容器用鋼板16Mn，在內外槽間安裝有內外槽的固定裝置，其要滿(mǎn)足在生產(chǎn)、運輸及使用過(guò)程中的強度、穩定性和絕熱保冷的要求。

2)LNG泵：設置在儲罐底部，一般設置為浸沒(méi)式離心泵，使LNG能夠順利的輸出。一般情況下，每個(gè)儲罐配備至少2個(gè)罐內泵，同時(shí)預留備用泵井，安裝在儲罐底部。

3)BOG壓縮機：為往復式壓縮機，其優(yōu)點(diǎn)是排出壓力穩定，能夠滿(mǎn)足較寬的壓力和流量調節，適用于壓比高、流量小的場(chǎng)合，壓縮機設兩臺，將BOG加壓升溫后輸至水浴式氣化器網(wǎng)。

4)LNG氣化器：包括空溫式氣化器、水浴式氣化器和EAG氣化器?？諟厥綒饣鲗蕹鰜?lái)的LNG升溫氣化；水浴式氣化器將空溫式氣化器出口的氣進(jìn)行再次換熱，使氣的溫度大于5℃；EAG氣化器主要升高EAG氣體，使EAG能夠達到放空溫度。

5)閥門(mén)：為低溫不銹鋼閥門(mén)，材質(zhì)為06Cr19Ni10，用于切斷或接通，防止流體倒流，控制流體壓力和流量。

6)法蘭：選用凸面帶頸對焊鋼制法蘭，材質(zhì)為06Cr19Ni10，用于將管道與閥門(mén)、設備連接起來(lái)，壓力等級高出相應管道一個(gè)等級，法蘭密封墊片采用金屬纏繞式墊片。

其中，為關(guān)鍵的設備為L(cháng)NG儲罐、LNG泵、空溫式氣化器及BOG壓縮機，因此本文的主要包含與這幾種設備相連的管道。

(2)關(guān)鍵管道

LNG氣化站的管道包括LNG低溫液體管道以及升溫氣化后的氣管道，有LNG輸送管道、BOG輸送管道、EAG放空管道與氣外輸管道等。

LNG輸送管道、BOG輸送管道、EAG放空管道等低溫管道采用不銹鋼無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為06Cr19Ni10，氣外輸管道采用無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號鋼。

其中，為關(guān)鍵的管道為L(cháng)NG儲罐出口管道及BOG管道，因此本文主要對這兩段管道進(jìn)行分析。

LNG氣化站站內管道主要為地上敷設管道，地上管道除了受輸送介質(zhì)內壓作用外，并由支架支承，在自重作用下易受彎曲應力，還有由溫度變化引起的溫度應力。LNG氣化站站場(chǎng)中地上管道大多采用限制性支吊架約束管道變形，閥門(mén)處采用承重支吊架支撐閥門(mén)重量，BOG壓縮機管道系統中為防止管系振動(dòng)常采用防振支架。

普通輸油、輸氣站場(chǎng)中的支架均采用鋼筋混凝土澆筑而成，但在LNG氣化站中，由于管道運行溫度低，因此支撐形式大多采用型鋼支架，低溫管道與支架間需加低溫管托以及隔熱墊，隔熱墊材料一般采用聚四氟乙烯。

LNG氣化站關(guān)鍵設備與管道應力分析特點(diǎn)

(1)LNG氣化站站內設備與管道要求高

LNG氣化站站內設備與管道的要求主要是因為L(cháng)NG的低溫特性和液體特性。LNG的低溫危險性主要體現在一旦發(fā)生泄漏，會(huì )使接觸的人體發(fā)生，泄漏的LNG的低溫會(huì )引起材料收縮，造成管道與設備的進(jìn)一步破壞失效，引起嚴重的泄漏。而液化氣發(fā)生泄漏后就會(huì )立即蒸發(fā)，跟空氣混合后成為混合氣，混合氣的爆炸限為5%~15%(V)，遇到火源就很容易起火爆炸。所以對LNG氣化站站內設備與管道性能的要求比其他氣或輸油站場(chǎng)要高一些。

(2)考慮低溫設備與管道的收縮和補償

LNG氣化站中的LNG儲罐及低溫管道均采用06Cr19Ni10，06Cr19Ni10具有優(yōu)異的低溫性能，但線(xiàn)膨脹系數較大，在LNG溫度條件下，100m管路大約收縮300mm。兩個(gè)固定點(diǎn)之間，由于冷收縮產(chǎn)生的應力，可能遠遠超過(guò)材料的屈服點(diǎn)。因此在管路設計時(shí)，考慮的措施來(lái)補償管道收縮量，防止出現冷收縮引起破壞。

(3)LNG氣化站站內設備與管道構成復雜

LNG氣化站站內管道系統包括低溫管道和常溫管道，管內介質(zhì)有低溫液化氣、低溫蒸發(fā)氣、常溫氣等。同時(shí)設備與管件多樣，管道與設備、閥門(mén)間的連接較多，使得管道的支管、彎管和三通較多，管道串、并聯(lián)形式復雜。

加上在LNG氣化站中，由于在預冷或管線(xiàn)運行時(shí)，管道內部溫度驟然降低，管道遇冷收縮，法蘭受力增大，有失效泄漏風(fēng)險，因此在進(jìn)行管系的應力分析之前需要先對法蘭泄漏問(wèn)題進(jìn)行校核分析。

(4)LNG氣化站站內設備與管道工況復雜

LNG氣化站站內管道在投產(chǎn)運行前需要經(jīng)過(guò)管道的安裝、試壓、預冷等工況后才能正式運行。因此LNG氣化站的常規工況包括安裝工況、試壓工況、預冷工況和運行工況，各工況下管道的受到的溫度、壓力、重力載荷狀態(tài)均不同。且由于直接壓縮工藝中還包括BOG壓縮機，壓縮機活塞的往復運動(dòng)將使管內流體產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，影響管道應力，也有使管道發(fā)生機械振動(dòng)的風(fēng)險。

針對LNG氣化站設備與管道的應力分析特點(diǎn)，考慮到LNG的低溫和液體危險性和BOG壓縮機運行對管道應力影響較大，因此本文主要對LNG氣化站內的儲罐出口LNG管道和BOG壓縮機管道系統進(jìn)行應力分析。

(1)對LNG儲罐出口的LNG管道進(jìn)行應力分析主要法蘭的泄漏情況，分析安裝、試壓、預冷、運行等不同常規工況下的管道的應力分布及位移情況，確定在設計中應校核的工況和應力集中截面，并分析LNG管道的應力影響因素。

(2)對BOG壓縮機管道系統進(jìn)行應力分析，主要考慮運行工況下，管道在有否受到壓力脈動(dòng)作用下管道應力的變化情況。首行靜力分析，確定影響管道的主要應力，再進(jìn)行諧波分析和模態(tài)分析，壓力脈動(dòng)對管道應力的影響，并分析影響B(tài)OG壓縮機管道系統應力及壓力脈動(dòng)的因素。

(3)提出LNG氣化站關(guān)鍵設備與管道的應力降低措施。

通過(guò)對以上所述的關(guān)鍵設備和管道的應力分析，預防LNG氣化站內管道失效、LNG泄漏事故的發(fā)生，也對LNG氣化站的配管設計提供啟示和參照，為L(cháng)NG氣化站的建設和運行提供。