探讨液化天然气(LNG)气化站预冷技术

1 LNG的基本特性
LNG是天然气的液态形式。在液化天然气工厂将油气田产出的含有甲烷的天然气经过“三脱”(即脱水、脱烃、脱酸性气等)净化处理后，采用膨胀制冷工艺或外部冷源，使甲烷变为-162℃的低温液体Ⅲ。LNG的主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丙烷、N2等物质。
LNG的密度取决于其组分，通常为430kg／m3～470kg／m3，常压下、温度为-162℃，天然气液化后体积缩小约600倍，为天然气的高效输送 提供了新的途径，也扩大了天然气的利用领域。天然气在液化过程中脱除了H2O、重烃类、H2S等杂质，比一般天然气更加纯净，燃烧更完全，是最清洁的能源 之一。
LNG温度低，使金属产生低温收缩，容易造成管道损坏和泄漏。

2 LNG气化站工艺简介
LNG气化站是下游天然气应用时采用的主要模式，主要作用是储存、气化和输送LNG。主要包括卸车台、低温储罐、增压系统、气化系统及调压、计量和加臭系统。　　
      LNG通过低温槽 车运到气化站，槽车储罐通过增压器进行增压，在压差作用下，通过卸车台的管道进入站内的低温储罐。低温储罐通过增压器使储罐压力达到一定值，罐内LNG通 过出液管道进入气化系统，使LNG气化升温达到设定值，再通过出站调压器将压力降到要求值，然后通过计量和加臭系统进入燃气管网系统。
 
3 预冷的必要性
LNG气化站内低温管道和低温储罐在正式进入低温液体前，要首先进行充分的冷却，即预冷过程。LNG储罐及管路通常采用奥氏体不锈钢材 料。奥氏体不锈钢具有LNG管路的收缩和补偿是一个需要细心考虑的重要问题。两个固定点之间，由于冷收缩产生的应力，可能远远超过材料的屈服点。特别是对 于LNG储罐内的管道要求更加严格，一旦出现问题，将会产生严重后果。因此在管路设计时，必须考虑有效的措施来补偿。在LNG设备和管路上，为了补偿冷收 缩，一般采用弯管和膨胀节。
虽然在设计时考虑了冷收缩的补偿，但是在温度变化速率较大时，还存在温度变化过快、热应力过大而使材料或连接部位产生损坏的问题。这就要求在低温管道和设备进入低温液体前，首先进行预冷操作，确保投运安全。

4 预冷目的
检验和测试低温设备和管道的低温性能，包括：
(1)检验低温材料质量是否合格
(2)检验焊接质量
(3)检验管道冷缩量和管托支撑变化
(4)检验低温阀门的密封性
(5)使储罐达到工作状态，测试储罐真空性能

5 预冷前的管道吹扫
5．1 预冷前管道吹扫的重要性
预冷前的管道吹扫一定要干净。如果吹扫不干净，将会导致阀门冻结。由于低温管道的阀门大多为焊接，法兰很少，不利于管道吹扫。因此吹扫一定要采取措施，严格控制。
5．2 管道吹扫原则
(1)施工中实行分段吹扫，分段以焊接阀门为界，注意管道施工后要及时密封，防止杂物和雨水进入。
(2)为防止碳钢管道内的铁锈、焊渣进入低温管道，碳钢管道不能向低温管道吹扫。
(3)不能向储罐内吹扫，由罐内向外吹扫。
(4)不能吹扫任何仪表设备。
(5)由于要吹扫，在安装时应当使用临时垫片，在气密前更换正式垫片。
(6)在吹扫时要敲击管道表面和焊接部位。
(7)根据各站工艺流程制定具体吹扫方案。
5．3 吹扫合格标准
气流以20m／s速度吹向管道口附近放置的附有半湿白色毛巾的垫板，毛巾上无灰尘和杂质为合格。

6 预冷所需物资
(1)液氮
(2)便携式测温仪和便携式可燃气体报警仪
(3)铜制紧固工具及与液氮槽车卸车口连接的快装接头
(4)预冷人员所需工作服、工作鞋、防冻手套
(5)预冷需要的手表和记录表格，15分钟记录一次

7 预冷前准备工作
(1)检查阀门，确认所有阀门处于关闭状态。
(2)确认放空系统所有盲板拆除，放空系统畅通。
(3)打开所有安全阀根部阀，打开两个降压调节阀的前后阀。打开储罐气相放空根部阀。
(4)自动保护系统测试完好，全部投用。氮气系统投用，紧急切断阀全部打开。
(5)压力表根部阀全部打开。储罐液位计根部阀、气液平衡阀打开。
(6)用干燥氮气置换管道内的空气，防止预冷时阀门处有凝结水而冻住阀门。

8 预冷原则
预冷时储罐和管道温度要逐步降低，避免急冷，防止温度骤降对设备和管件造成损伤。根据有关的操作经验，冷却速率在50℃／h比较安全。

9 预冷主要步骤

9．1 先用低温氮气预冷
(1)检查卸车软管完好状况，管内无雨水、垃圾等杂物。软管连接到槽车上，并检查连接是否牢固。
(2)将槽车压力升高，打开槽车气相阀门，检查软管连接处有无泄漏。
(3)向储罐内缓慢冲入低温氮气，待储罐压力上升至0．2MPa，关闭卸车台卸液阀门，储罐保冷15min后，打开储罐气相手动放空阀，排空氮气。升降压反复进行。
(4)判断储罐内部温度，通过测满阀放出气体，用温度计测定，至预期值时，气体预冷工作完成。

9．2 液氮预冷
(1)将储罐压力放空至微正压，关(2)缓慢打开槽车液相阀至较小开度，缓慢关小槽车气相阀，使液氮从储罐上部进液少量。控制卸车台阀门开度，轻微开启较小开度，使压力保持在0．3MPa。储罐压力升高至0．2 MPa～0．3MPa，要及时关闭卸车台阀门，打开储罐气相手动放空泄压。反复进行此操作。
(3)通过测满阀放出气体，测量温度达到一定温度，或液位计有液位指示，可慢慢打开储罐下部进液紧急切断阀前后阀，上下同时进液。进液过程中要密切观察记录储罐压力，防止压力升高。压力升高要及时关闭下部进液阀。用手感觉储罐外体温度，确认储罐无问题。
(4)储罐的液位计达到一定值时，进液结束。
(5)储液任务完成后，关闭槽车液相阀门，打开槽车气相阀门，向储罐吹扫卸液管线。
(6)关闭槽车阀门及卸车台卸液阀门，卸下软管，注意轻拿轻放，人员要躲开。关闭卸车台阀门后应将此阀与止回阀问液体放空。
(7)关闭储罐气相手动放空阀、储罐下部进液紧急切断阀前手阀。储罐上部进液阀，待卸车LNG管道恢复常温后再关闭。
(8)利用储罐内的液氮对增压器、空浴式气化器及其低温管道进行预冷。

9．3 放空低温氮气的利用
液氮预冷时需要通过气相管放空低温氮气，这些低温氮气可以通过与其他罐相连的气相管道，对其他储罐进行预冷，可以节约液氮。

10 预冷时安全注意事项
(1)在密闭空间内液氮吸收外部热量将会导致压力急剧上升，因此在操作中要注意阀门关闭顺序，严禁出现低温液体被封闭的状况。
(2)注意检查软管连接处是否出现泄漏，人员应远离此处。
(3)注意观察管道及储罐压力上升情况。
(4)注意检查安全阀后有无结霜情况。

11 预冷时的检查内容
(1)检查低温材料有没有低温开裂现象。
(2)检查低温管道焊接部位有无裂纹，特别是法兰焊接部位。
(3)检查管道冷缩量和管托支撑变化。
(4)检查低温阀门的密封性和灵活性，检查是否冻住。
(5)检查法兰连接部位是否泄漏，螺栓是否因冷缩而使预紧力减小。
(6)液氮在储罐内放置2天～3天。观察液位变化及压力上升情况。并检测储罐预冷前后储罐真空度的变化，对储罐性能作出评价[3]。

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