摘　要：本文以武漢市安LNG儲存基地工程項目為例，闡述了LNG低溫管道安裝時焊接、吹掃試壓、保冷、預冷技術要點。

關鍵詞：低溫管道　焊接　吹掃試壓　保冷　預冷

液化天然氣(LNG)近幾年在我國得到了廣泛的推廣應用，LNG工程建設項日越來越多。LNG液體溫度在一162％以下，因而在LNG儲存過程中，承擔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，管內介質壓力可達4.0MPa以上。由此可見，LNG工藝管道是在超低溫、高壓的工況下運行的。

2011年，我們承接了武漢市安山LNG儲存基地工程項目。由于國內關于LNG建設的相關規(guī)范、標準還不全面和完善，不能完全滿足LNC特性要求，給LNG項目施工帶來了很多技術難題。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，實踐中摸索，抓住重要工序的關鍵點，在技術和安裝工藝方面進行改進，使工程的安全、質量得以保證，并為今后的LNG工程積累了一些經驗。下面從4個方面來闡述LNG工程低溫管道安裝技術要點。

1　低溫管道焊接技術

在武漢市安山LNC儲存基地項目中，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。奧氏體不銹鋼在焊接達到500℃～800℃敏化溫度區(qū)時，過飽和同溶的碳向晶粒間界的擴散比鉻快，在晶界附近和鉻形成碳化鉻，使晶粒邊界處奧氏體貧鉻，這種貧鉻現象使焊縫金屬發(fā)生晶間腐蝕，可能會造成焊縫接頭強度完全喪失；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低溫下運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。

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象，我們選用了比Al07等級高的A307不銹鋼焊條。A307焊條熔敷金屬化學成分與Al07焊條相比，Cr、Ni含量較高，在焊接過程中，可以對金屬焊縫流失的Cr、Ni元素進行不斷的補充，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度和低溫下的韌性有效措施之一。

其次，我們改進了焊接工藝。奧氏體不銹鋼在敏化溫度區(qū)，如在700℃～750℃時，只需停留十幾秒鐘，就會貧鉻。所以，在焊接過程中，盡量減小焊縫在敏化溫度危險區(qū)的停留時間，采用澆水急冷的方法強制冷卻，加快焊縫的冷卻速度，控制品間裂紋的產生。焊接時，嚴格控制層間溫度，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氣鋼管焊接工藝完全不同之處。

1．2　保證長管線、死口焊接質量的措施

從焊縫質量、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。但當管徑大、管線長時，采用氬電聯(lián)焊方式，氬氣的消耗量很大，保護效果并不理想。在管道裝配時，彎頭、三通較多，出現了大量死口焊接情況，采用氬電聯(lián)焊時，管道內的堵塞物無法取出，因此，氬電聯(lián)焊只適用于管道預制。

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

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

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度和氣密性試壓，管道應進行系統(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)試壓合格后進行。但我們認為，在管道的安裝過程中，管道內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，我們對吹掃工藝進行了優(yōu)化。在管道系統(tǒng)上先不安裝閥門，僅安裝直通管，對管道進行徹底吹掃，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)試壓合格后對管道系統(tǒng)再進行二次吹掃。這樣，既保護了閥門，又達到了吹掃效果。我們對管道的吹掃工藝所做優(yōu)化，看似很簡單，但施工中的細節(jié)對LNG管道尤為重要，不可忽視。

低溫管道試壓介質的選擇是本工程焦點，也是LNG站試壓的難點、重點之一。

如果LNG低溫管道采用液體試壓，試壓時比較安全可靠。但在試壓之后，管道內存有大量水分，特別是閥門密封面積聚的水分，施工現場條件根本無法將管道及閥門干燥到露點-20℃以下。當管道在-162℃運行時，管道系統(tǒng)內的水分會凍結成冰，堅硬的冰渣會使閥門卡死、泄漏、損壞，造成運行癱瘓，液壓試驗對LNG管道運行后患無窮。

如果LNG管道采用氮氣試壓，氮氣對管道有很好的干燥作用。但LNG管道試驗壓力高達8.0MPa，試壓時，當管道系統(tǒng)內壓力不斷升高，如果某一處承受不了壓力破損時，壓縮氣體將迅速膨脹，產生強大的沖擊波，造成嚴重事故。另外，氣體試壓，管道振動大，會使管道某些連接部位松動，或將鋼結構連接薄弱部位損壞，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，安全風險很大。

在周密全面的分析后，我們選擇了氮氣試壓。我們制定出嚴格的安全保障專項方案，通過力學計算，合理地選擇型鋼，對管道、管廊鋼結構進行加固，鋼管與加固點之間采用軟接觸，降低管道振動對鋼結構的影響；全方位組織技術人員、施工人員，在試壓前對管線、閥門及施工資料、各項記錄全而檢查，確認無誤后，在項目總工程師的統(tǒng)一指揮下，作業(yè)人員嚴格遵守操作規(guī)程，按專項方案規(guī)定的步驟實施。本工程中，我們在管道的清管試壓方面有了較大的突破。

3　低溫管道保冷

在LNG工程項目中，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合成為首選的保冷材料。PIR遇火災，在持續(xù)的火焰中能夠燃燒，產生濃炯和有毒氣體，而泡沫玻璃則完全不會燃燒；但PIR氧指數可達到30以上，最大火焰蔓延率小于25，阻燃性滿足LNG場站要求，因而做為保冷材料廣泛使用，既經濟又方便。

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不同，在LNG工況條件下因溫差而產生的變形差，其結果是PIR的保冷絕熱結構在接頭處(尤其是管托處)容易因收縮被拉開，致使吸入潮氣，結霜結冰，影響絕熱效果。因此，管道不超過6m的地方，在每層保冷層上應設置寬度不小于50mm的伸縮縫。

保冷塊搭接形式的不同對保冷效果有很大的影響。在本工程中，我們先做了試驗，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，對管道保冷各15m，然后對該段管道進行預冷，前者管道無結霜現象，后者管道沿縫隙有明顯的結霜。因此，我們均采用了Z字型搭接保冷塊連接。

4　低溫管道預冷

LNG管道保冷工程完成之后，應對管道進行預冷，檢測和測試設備及管道在低溫狀態(tài)下的性能是否達到設計要求。

根據LNG特性，不銹鋼材料線膨脹系數較大，對于0Crl8Ni9材質管路，在工作溫度為-162℃時，100m管路收縮達到300mm，因此，在設計時要采取措施防止出現冷收縮引起破壞。

預冷介質可采用氮。在預冷時，LNG管道不能降溫太快，應遵循預冷時管道溫度要逐步降低，避免急冷的原則，防止溫度驟降對設備和管件造成損傷，推薦冷卻的速率為20℃／h，不得超50℃／h安全速率。

LNG進入管道時，部分LNG會迅速氣化沸騰，管內出現氣液兩相天然氣，管道底部溫度低，頂部溫度高，導致管道上下收縮不一致，出現凸起現象，即香蕉效應。因此在進液時，注意實時檢查測試管道頂部和底部的溫度值，控制其溫差范闈在30℃～50℃以內。

預冷可分為氣體預冷和液體預冷兩部分。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施內注入低溫氮氣，進行氣態(tài)預冷；然后測試氣體溫度，達到預期值-50℃～-60℃，則氣體預冷完成。氣體預冷完成后，恢復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，進行液態(tài)預冷，測試氣體溫度，達到預期值-130℃，則液體預冷完成。

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、施工工序的檢測等環(huán)節(jié)都需要更加謹慎、細致，工程技術人員還應有探索、創(chuàng)新的精神，才能保障LNG工程的安全建設。

本文作者：童清福

作者單位：武漢市燃氣熱力工程有限公司