1、浅析液化天然气低温管道支架的设计【摘要】当前，液化天然气作为一项清洁能源，已经在国民经济建设中占据重要地位。而低温管道支架作为其生产的重要组成部分，其技术越来越受到人们的重视。所以在设计低温管道的过程中，要充分考虑其材料、保冷性、柔性收缩、阀门、液体偏流等因素，保证低温管道设计的合理性安全性，促进液化天然气产业的正常有序发展。 【关键字】液化天然气；低温管道支架；设计 Abstract: At present, the liquefied natural gas as a clean energy has played an important role in national economi
2、c construction. Low temperature piping support as an important part of its production, its technology has been paid more and more attention. So in the process design of cryogenic pipeline, should give full consideration to the material, the cold, flexible contraction, valves, liquid flow and other f
3、actors, to ensure the rationality of safety of cryogenic pipeline design, promotion of liquefied natural gas industry in the normal and orderly development. Key words: liquefied natural gas; cryogenic pipe support design; 中图分类号：U473.2 文献标识码：A 文章编号： 近年来，中国经济不断发展，工业产值不断上升，对能源的需求也越来越大。液化天然气作为重要的能源，其技术和
4、安全自然受到越来越多的重视。而低温管道支架设计就是其中的一项重要技术。 1、低温管道支架 低温管道支架是液化天然气中的一个重要环节，其主要作用就是使热量经过绝缘和支撑物流进低温管道中，在温差的作用下，将管道内的流体物质进行汽化，从而节省热量，促进其循环使用。通常合理的低温管道设计能够提高汽化效率，同时也能够保证管道的正常运行。 2、低温管道支架的设计的要求 在低温管道中，管件、功能件、连接件、根部是整个低温管道支护的重要组成部分。而管道支架自身起着承载管道、限制管道位移、防止管道振动等作用，故而它对各种技术的要求较高。具体如下： 1）机械强度要求。通常在管道运行过程中，管件上的所有负荷会直接传
5、送到支架上，这是支架的承载力较大，故而需要采用质量好、耐性强、强度高的保冷材料和支架，保证支架满足承载要求。 2）低温管道在运行时，管道与保冷层接触后，可能会发生滑脱现象。长此以往，可能会影响管道的平衡和稳定，故而需要增加两者之间的摩擦力，维护管道的稳定安全。 3）在低温管道系统中，有部分需要滑动的支架。这时，就需要工程设计师合理设计支架的滑动机构，保证活动的灵活性和方便性，提高生产效率。 4）支架的滑动机构经常处在运动之中，随着时间的延长，滑动机构可能会出现腐蚀现象，缩短了其使用的寿命，故而要选择耐腐蚀且质量、性能较好的滑动部件。 5）精度要求高。低温管道需要保冷，就要保证管道内部各项结构的
6、严密性，故而设计师要精确计算、认真勘查，保证管道节点的完整无缝，防止水和水蒸气等进入。 6）设置保护层。低温管道的特殊性，决定了它的腐蚀严重。故而要设置保护层，保证保冷层和防潮层的温度及使用寿命。另外，保护层通常使用质地较好、密度较大的金属外壳。 3、低温管道支架设计中注意事项 在设计低温管道支架时，要根据其要求，进行合理设计，具体来说要注意以下几个事项：一是选择合适的材料；二是保证管道系统的绝热保冷；三是防止柔性收缩；四是阀门的设计；五是注意低温液体的偏流。3.1 选择合适的材料 由于低温管道支架需要承受巨大的承载力，故而要选用合适的材料才能够保证整个支架不会损坏或者发生变形。通常低温管道支
7、架材料的选择要重点考虑材料的机械强度、工艺流体适应性、加工难易程度、购买成本，同时还要符合相关的标准。 众所周知，在低温状态下，很多常温下刚度较强的材料会发生一定的脆化现象，这可能导致材料失效，比如碳钢。通常，低温管道支架会将铁合金作为其材料，并且按照铁素体以及奥氏体对材料进行划分。如表 1： 从表中可以看出在低温管道支架中，AISI300 系列的铬-镍不锈钢使用较为广泛。当然还有其它不同类型的不锈钢，比如双相不锈钢、脱溶硬化不锈钢。但是 AISI300 系列的铬-镍不锈钢在液化天然气低温管道中的应用是最广的，也是较为合适的。 3.2 管道系统的绝热保冷 管道的保冷层是整个低温管道支架设计的关
8、键和重要部分。它能够有效遏制外部环境温度对于管道内部的入侵，同时能够保证保护层的温度适宜，不会结露。 3.2.1 保冷结构的选择 通常情况下，地位管道保冷结构有外到内分别为：保护层、防潮层、保冷层、防锈层。 1）保护层。在保冷结构中，保护层处在最外围，他的主要作用就是防止外界环境中的热量和压力对保冷结构内部的保冷层、防潮层产生影响，延长它们的使用寿命。通常保护层的材料可以选用镀锌钢板。 2）防潮层。低温管道系统运行的过程中，为了防止雨水或者外界环境中的水汽侵入保冷层，破坏其导热系数，经常要在保冷层外围设置防潮层，由于保冷材料质地较软，故而防潮层一般不会选用钢丝、铁丝等材料。 3）保冷层。保冷层
9、是整个保冷系统的核心，有很多设计结构，比如胶泥涂抹、包扎、里外材料复合、浇灌式、预制管壳式等。另外因为管道自身和保冷材料的线胀系数有一定能够差距，故而要每 4m 设置一条伸缩缝，将各层错开布置，保证保冷效果。 4）防锈层。由于低温管道采用的都是铁或钢材质，故而在运行的过程中，表面会产生一定的油脂、铁锈、污垢等，这样可能是整个低温管道产生杂质，不利于正常生产。 3.2.2 保冷材料的选择 设计人员在选择保冷材料时，要充分考虑相关的标准和技术指标，正确计算保冷材料的厚度。 同时要注意一下几点： 1）保冷材料的最小厚度要有一定的机械强度。比如泡沫玻璃的最小厚度就应该保持在 60mm，否则就会降低其机
10、械强度。 2）在使用双层隔热时，内侧的温度要高于外层的温度，其安全温度应该为外层的 0.9 倍。 3）在管道系统中，保冷材料能量不损失是不可能的，但是要保证冷损量小于规范允许的最大值。 3.2.3 保冷厚度的计算 在保冷结构中，保冷层的厚度会对管道的保冷效果产生直接影响，故而设计人员要精确计算保冷厚度。保冷厚度的计算方法主要有三种：表面温度法；最大允许冷损法；经济厚度计算法等 1）表面温度。这种计算方法能够在一定能够程度上限定保冷层的表面温度，使其高于当地的露点温度，这样能够减少因凝露而引起的保冷层放热系数增大现象。 2）最大允许冷损法。这种方法顾名思义就是为了减少保冷层表面能量的损失，其计算
11、的主要依据是管线的长度、最大允许冷损量等。 3）经济厚度计算法。因为不同地区、液化天然气工程所在地的燃料价格、电价、工程费用都有差异，故而要求设计人员要具体问题具体分析，尽量控制好成本。 3.3 防止柔性收缩 低温管道周围环境的温度通常要远远高于管道内部的温度，这样的温差会造成管道的热收缩。故而工程设计师应该选择在设计低温管道支架时，要充分考虑管道的柔性收缩问题。 要分析和研究低温管道的柔性收缩，首先要考察周围环境的温度变化范围，以及某些特殊操作过程中，如冷却、解冻、故障时的温差条件。之后采用常规管道系统的计算方法，精确计算低温管道的收缩状况，然后依据 ASME31.3“工艺管道规程” ，对低
12、温管道支架进行合理设计。 3.4 阀门的设计 由于低温管道系统的特殊性，故而其阀门与普通的阀门较为不同，具体表现为： 1）长阀盖的使用。在低温管道系统中，为了是填料盖的温度保持正常，经常会在低温阀中加上长阀盖，以此防止其填料盖冻结，影响正常的填料。 2）闸阀表面有泄放孔。在低温管道支架运行过程中，完全关闭阀门是，密封腔内的液体会因为受热而蒸发，阀门就要承受更大的压力，严重时会直接破坏阀门，故而要使用泄放孔来释放一定的压力，保证阀门的完整。 3.5 低温液体的偏流 低温管道在运行的过程中，经常会发生低温液体偏流的现象，其出现的主要原因管道设计不合理。 在管道设计的过程中，工程师对于管道的角度、柔
13、性收缩、支架等设计不合理，都会产生低温液体偏流的现象。管道角度设计不合理，主要指管道的设计角度出现偏差，出现回流或者在某一点堵塞的现象；管道柔性收缩计算不精确，会是原本正常的液体流动方向发生一定的变化；而管道支架设计不合理，主要是指支架承载力较低，故而使管道出现位移，造成液体偏流。 要解决液体偏流的问题，就需要对低温管道的角度、柔性收缩以及其支架进行合理的设计和精确的计算，当然如果条件允许，也可以采用补偿技术措施，保证低温液体的正常流动。 低温管道支架的设计关系着管道是稳定和安全运行，故而在设计的过程中要充分考虑各种因素，保证设计的合理性、良好性、安全性，只有这样才能够抱着个低温管道系统的正常运行，保证液化天然气的供应，促进我国经济的发展。 【参考文献】： 1 李珏低温管道的保冷设计J石油化工设计2009，26(1)：52-55 2 刘延庆，张岁怀，王延勇低温管道保冷复合结构优化设计J油气田地面工程，2000，19（6） 3 方锦坤LNG 低温管道支架设计J广东化工2012，39（13）：107-108
