摘　要：本文以武漢市安LNG儲(chǔ)存基地工程項(xiàng)目為例，闡述了LNG低溫管道安裝時(shí)焊接、吹掃試壓、保冷、預(yù)冷技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：低溫管道　焊接　吹掃試壓　保冷　預(yù)冷

液化天然氣(LNG)近幾年在我國得到了廣泛的推廣應(yīng)用，LNG工程建設(shè)項(xiàng)日越來越多。LNG液體溫度在一162％以下，因而在LNG儲(chǔ)存過程中，承擔(dān)輸送工作的是耐低溫的工藝管道，這些低溫管道在輸送LNG流體時(shí)，管內(nèi)介質(zhì)壓力可達(dá)4.0MPa以上。由此可見，LNG工藝管道是在超低溫、高壓的工況下運(yùn)行的。

2011年，我們承接了武漢市安山LNG儲(chǔ)存基地工程項(xiàng)目。由于國內(nèi)關(guān)于LNG建設(shè)的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)還不全面和完善，不能完全滿足LNC特性要求，給LNG項(xiàng)目施工帶來了很多技術(shù)難題。因此，在施工過程中，我們充分考慮LNG特性，從理淪上分析研究，實(shí)踐中摸索，抓住重要工序的關(guān)鍵點(diǎn)，在技術(shù)和安裝工藝方面進(jìn)行改進(jìn)，使工程的安全、質(zhì)量得以保證，并為今后的LNG工程積累了一些經(jīng)驗(yàn)。下面從4個(gè)方面來闡述LNG工程低溫管道安裝技術(shù)要點(diǎn)。

1　低溫管道焊接技術(shù)

在武漢市安山LNC儲(chǔ)存基地項(xiàng)目中，LNG工藝管道采用的是0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，保證管道焊接后的低溫性能是本工程的重要課題。

1．1　防止晶間腐蝕、低溫脆化的措施

奧氏體不銹鋼材料的固有特性決定了其焊接特點(diǎn)。奧氏體不銹鋼在焊接達(dá)到500℃～800℃敏化溫度區(qū)時(shí)，過飽和同溶的碳向晶粒間界的擴(kuò)散比鉻快，在晶界附近和鉻形成碳化鉻，使晶粒邊界處奧氏體貧鉻，這種貧鉻現(xiàn)象使焊縫金屬發(fā)生晶間腐蝕，可能會(huì)造成焊縫接頭強(qiáng)度完全喪失；奧氏體不銹鋼在焊接過程中，在焊縫組織中存在鐵素體，鐵素體的存在使焊縫金屬在低溫下的韌性惡化。奧氏體不銹鋼的這些特性對(duì)低溫下運(yùn)行的管道危害性是極大的，因此，不銹鋼管道的焊接成為我們研究的重點(diǎn)。

首先，我們改善了焊接材料。通常0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼焊接材料選用為A107。但為了防止奧氏體不銹鋼焊縫的晶間腐蝕和低溫脆化現(xiàn)象，我們選用了比Al07等級(jí)高的A307不銹鋼焊條。A307焊條熔敷金屬化學(xué)成分與Al07焊條相比，Cr、Ni含量較高，在焊接過程中，可以對(duì)金屬焊縫流失的Cr、Ni元素進(jìn)行不斷的補(bǔ)充，使焊縫金屬保持穩(wěn)定的奧氏體組織。合理選用Cr、Ni含量高的焊接材料是保證不銹鋼強(qiáng)度和低溫下的韌性有效措施之一。

其次，我們改進(jìn)了焊接工藝。奧氏體不銹鋼在敏化溫度區(qū)，如在700℃～750℃時(shí)，只需停留十幾秒鐘，就會(huì)貧鉻。所以，在焊接過程中，盡量減小焊縫在敏化溫度危險(xiǎn)區(qū)的停留時(shí)間，采用澆水急冷的方法強(qiáng)制冷卻，加快焊縫的冷卻速度，控制品間裂紋的產(chǎn)生。焊接時(shí)，嚴(yán)格控制層間溫度，焊完一層水冷至60℃以下后，再焊下一層，以加快焊后冷卻速度。加快焊后冷卻速度是不銹鋼焊接的重要措施之一，這是與通常使用的普通燃?xì)怃摴芎附庸に囃耆煌帯?span lang="EN-US">

1．2　保證長(zhǎng)管線、死口焊接質(zhì)量的措施

從焊縫質(zhì)量、焊縫成形美觀方面來說，奧氏體不銹鋼管采用氬電聯(lián)焊方式焊接是比較好的。但當(dāng)管徑大、管線長(zhǎng)時(shí)，采用氬電聯(lián)焊方式，氬氣的消耗量很大，保護(hù)效果并不理想。在管道裝配時(shí)，彎頭、三通較多，出現(xiàn)了大量死口焊接情況，采用氬電聯(lián)焊時(shí)，管道內(nèi)的堵塞物無法取出，因此，氬電聯(lián)焊只適用于管道預(yù)制。

為了保證長(zhǎng)管道和連接死口時(shí)的焊接質(zhì)量，我們選用了TGF～308L免充氬藥皮不銹鋼焊絲代替H0Cr21Ni10，對(duì)焊縫進(jìn)行根焊。焊接時(shí)，保護(hù)藥皮會(huì)滲透到熔池背面，形成一層致密的保護(hù)層，使背面不受氧化。冷卻后這層渣殼會(huì)自動(dòng)脫落，在清管時(shí)極易清除。使用這種填充材料形成的焊縫成型美觀，焊接質(zhì)量較好。TGF-308L免充氬藥皮不銹鋼焊絲解決了奧氏體不銹鋼大管徑、長(zhǎng)管線及死口焊接質(zhì)量問題。

在安山液化天然氣存儲(chǔ)基地項(xiàng)目中，我們成功地解決了低溫不銹鋼管道的焊接技術(shù)問題。

2　低溫管道吹掃、試壓

LNG工藝管道上閥門較多，為了使管道上連接部位盡可能參加強(qiáng)度和氣密性試壓，管道應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)試壓和吹掃。

《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》GB50235中規(guī)定，管道系統(tǒng)吹掃是在管道系統(tǒng)試壓合格后進(jìn)行。但我們認(rèn)為，在管道的安裝過程中，管道內(nèi)積有大量的焊渣及其它雜物，如果只做系統(tǒng)吹掃，不僅不能將雜質(zhì)吹掃干凈，而且，這些雜物堆積在閥門，可將閥門卡堵?lián)p壞，隱患極大。所以，我們對(duì)吹掃工藝進(jìn)行了優(yōu)化。在管道系統(tǒng)上先不安裝閥門，僅安裝直通管，對(duì)管道進(jìn)行徹底吹掃，打靶合格后，再用等離子切割法斷管，將單體試壓合格的閥門安裝到系統(tǒng)中，待系統(tǒng)試壓合格后對(duì)管道系統(tǒng)再進(jìn)行二次吹掃。這樣，既保護(hù)了閥門，又達(dá)到了吹掃效果。我們對(duì)管道的吹掃工藝所做優(yōu)化，看似很簡(jiǎn)單，但施工中的細(xì)節(jié)對(duì)LNG管道尤為重要，不可忽視。

低溫管道試壓介質(zhì)的選擇是本工程焦點(diǎn)，也是LNG站試壓的難點(diǎn)、重點(diǎn)之一。

如果LNG低溫管道采用液體試壓，試壓時(shí)比較安全可靠。但在試壓之后，管道內(nèi)存有大量水分，特別是閥門密封面積聚的水分，施工現(xiàn)場(chǎng)條件根本無法將管道及閥門干燥到露點(diǎn)-20℃以下。當(dāng)管道在-162℃運(yùn)行時(shí)，管道系統(tǒng)內(nèi)的水分會(huì)凍結(jié)成冰，堅(jiān)硬的冰渣會(huì)使閥門卡死、泄漏、損壞，造成運(yùn)行癱瘓，液壓試驗(yàn)對(duì)LNG管道運(yùn)行后患無窮。

如果LNG管道采用氮?dú)庠噳海獨(dú)鈱?duì)管道有很好的干燥作用。但LNG管道試驗(yàn)壓力高達(dá)8.0MPa，試壓時(shí)，當(dāng)管道系統(tǒng)內(nèi)壓力不斷升高，如果某一處承受不了壓力破損時(shí)，壓縮氣體將迅速膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，造成嚴(yán)重事故。另外，氣體試壓，管道振動(dòng)大，會(huì)使管道某些連接部位松動(dòng)，或?qū)摻Y(jié)構(gòu)連接薄弱部位損壞，造成管道破裂而發(fā)生氣體爆炸。因此，LNG管道采用氣體試壓，安全風(fēng)險(xiǎn)很大。

在周密全面的分析后，我們選擇了氮?dú)庠噳?。我們制定出?yán)格的安全保障專項(xiàng)方案，通過力學(xué)計(jì)算，合理地選擇型鋼，對(duì)管道、管廊鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，鋼管與加固點(diǎn)之間采用軟接觸，降低管道振動(dòng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響；全方位組織技術(shù)人員、施工人員，在試壓前對(duì)管線、閥門及施工資料、各項(xiàng)記錄全而檢查，確認(rèn)無誤后，在項(xiàng)目總工程師的統(tǒng)一指揮下，作業(yè)人員嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，按專項(xiàng)方案規(guī)定的步驟實(shí)施。本工程中，我們?cè)诠艿赖那骞茉噳悍矫嬗辛溯^大的突破。

3　低溫管道保冷

在LNG工程項(xiàng)目中，低溫管道的保冷是保證管道系統(tǒng)冷能量高效率的重要手段。

LNG管道常用保冷材料有泡沫玻璃和聚異氰脲酸酯(PIR)兩種。

泡沫玻璃因其同有的一系列特性，使其在防火要求極高的深冷絕熱場(chǎng)合成為首選的保冷材料。PIR遇火災(zāi)，在持續(xù)的火焰中能夠燃燒，產(chǎn)生濃炯和有毒氣體，而泡沫玻璃則完全不會(huì)燃燒；但PIR氧指數(shù)可達(dá)到30以上，最大火焰蔓延率小于25，阻燃性滿足LNG場(chǎng)站要求，因而做為保冷材料廣泛使用，既經(jīng)濟(jì)又方便。

PIR的閉孔率≥90％，吸水<1％，屬于憎水性材料，防水性能較好。為了保證更好的防潮效果，施工時(shí)還可在保冷層外涂上兩層總厚度不低于6mm阻燃型石油瀝青瑪蹄脂。

保冷材料和管道材料的材料線膨脹系數(shù)不同，在LNG工況條件下因溫差而產(chǎn)生的變形差，其結(jié)果是PIR的保冷絕熱結(jié)構(gòu)在接頭處(尤其是管托處)容易因收縮被拉開，致使吸入潮氣，結(jié)霜結(jié)冰，影響絕熱效果。因此，管道不超過6m的地方，在每層保冷層上應(yīng)設(shè)置寬度不小于50mm的伸縮縫。

保冷塊搭接形式的不同對(duì)保冷效果有很大的影響。在本工程中，我們先做了試驗(yàn)，在約30m的同一管道上，保冷塊采用z字和一字型兩種搭接方式，對(duì)管道保冷各15m，然后對(duì)該段管道進(jìn)行預(yù)冷，前者管道無結(jié)霜現(xiàn)象，后者管道沿縫隙有明顯的結(jié)霜。因此，我們均采用了Z字型搭接保冷塊連接。

4　低溫管道預(yù)冷

LNG管道保冷工程完成之后，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行預(yù)冷，檢測(cè)和測(cè)試設(shè)備及管道在低溫狀態(tài)下的性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)LNG特性，不銹鋼材料線膨脹系數(shù)較大，對(duì)于0Crl8Ni9材質(zhì)管路，在工作溫度為-162℃時(shí)，100m管路收縮達(dá)到300mm，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要采取措施防止出現(xiàn)冷收縮引起破壞。

預(yù)冷介質(zhì)可采用氮。在預(yù)冷時(shí)，LNG管道不能降溫太快，應(yīng)遵循預(yù)冷時(shí)管道溫度要逐步降低，避免急冷的原則，防止溫度驟降對(duì)設(shè)備和管件造成損傷，推薦冷卻的速率為20℃／h，不得超50℃／h安全速率。

LNG進(jìn)入管道時(shí)，部分LNG會(huì)迅速氣化沸騰，管內(nèi)出現(xiàn)氣液兩相天然氣，管道底部溫度低，頂部溫度高，導(dǎo)致管道上下收縮不一致，出現(xiàn)凸起現(xiàn)象，即香蕉效應(yīng)。因此在進(jìn)液時(shí)，注意實(shí)時(shí)檢查測(cè)試管道頂部和底部的溫度值，控制其溫差范闈在30℃～50℃以內(nèi)。

預(yù)冷可分為氣體預(yù)冷和液體預(yù)冷兩部分。首先，利用增壓器，使槽車壓力升高至0.3MPa，將槽車液相出口管與裝卸撬液相管進(jìn)口管連接，打開槽車液相閥門，通過裝卸撬液相管道先向已置換完成的液相管路和設(shè)施內(nèi)注入低溫氮?dú)?，進(jìn)行氣態(tài)預(yù)冷；然后測(cè)試氣體溫度，達(dá)到預(yù)期值-50℃～-60℃，則氣體預(yù)冷完成。氣體預(yù)冷完成后，恢復(fù)正常的卸車操作程序管道連接方式，向液相管道注入液態(tài)氮，進(jìn)行液態(tài)預(yù)冷，測(cè)試氣體溫度，達(dá)到預(yù)期值-130℃，則液體預(yù)冷完成。

綜上所述，LNG管道比普通的工業(yè)管道的安裝具有更高、更嚴(yán)的要求，因此，在LNG管道施工中從方案編制和論證、施工過程的組織監(jiān)控、施工工序的檢測(cè)等環(huán)節(jié)都需要更加謹(jǐn)慎、細(xì)致，工程技術(shù)人員還應(yīng)有探索、創(chuàng)新的精神，才能保障LNG工程的安全建設(shè)。

本文作者：童清福

作者單位：武漢市燃?xì)鉄崃こ逃邢薰?span lang="EN-US">