LNG氣化站的工藝流程與管道應力分析特點

(1)關鍵設備

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，其要滿足在生產、運輸及使用過程中的強度、穩定性和絕熱保冷的要求。

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

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

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蕹鰜淼腖NG升溫氣化；水浴式氣化器將空溫式氣化器出口的氣進行再次換熱，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：為低溫不銹鋼閥門，材質為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，材質為06Cr19Ni10，用于將管道與閥門、設備連接起來，壓力等級高出相應管道一個等級，法蘭密封墊片采用金屬纏繞式墊片。

其中，為關鍵的設備為LNG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縫鋼管，材質為06Cr19Ni10，氣外輸管道采用無縫鋼管，材質為20號鋼。

其中，為關鍵的管道為LNG儲罐出口管道及BOG管道，因此本文主要對這兩段管道進行分析。

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氣化站站場中地上管道大多采用限制性支吊架約束管道變形，閥門處采用承重支吊架支撐閥門重量，BOG壓縮機管道系統中為防止管系振動常采用防振支架。

普通輸油、輸氣站場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氣化站關鍵設備與管道應力分析特點

(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LNG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生泄漏，會使接觸的人體發生，泄漏的LNG的低溫會引起材料收縮，造成管道與設備的進一步破壞失效，引起嚴重的泄漏。而液化氣發生泄漏后就會立即蒸發，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具有優異的低溫性能，但線膨脹系數較大，在LNG溫度條件下，100m管路大約收縮300mm。兩個固定點之間，由于冷收縮產生的應力，可能遠遠超過材料的屈服點。因此在管路設計時，考慮的措施來補償管道收縮量，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，管內介質有低溫液化氣、低溫蒸發氣、常溫氣等。同時設備與管件多樣，管道與設備、閥門間的連接較多，使得管道的支管、彎管和三通較多，管道串、并聯形式復雜。

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

(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運行前需要經過管道的安裝、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將使管內流體產生壓力脈動，影響管道應力，也有使管道發生機械振動的風險。

針對LNG氣化站設備與管道的應力分析特點，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壓縮機管道系統進行應力分析。

(1)對LNG儲罐出口的LNG管道進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，再進行諧波分析和模態分析，壓力脈動對管道應力的影響，并分析影響BOG壓縮機管道系統應力及壓力脈動的因素。

(3)提出LNG氣化站關鍵設備與管道的應力降低措施。

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