大型LNG接收站项目中不锈钢管道的控制要点
大型LNG接收站项目中不锈钢管道的控制要点
CONTROL POINTS FOR STAINLESSSTEEL PIPES APPLIED IN LARGE LNG TERMINAL PROJECTS
贾琦月 吴汉宇
摘要：本文分析了大型液化天然气（LNG）接收站项目的特点，结合项目特点重点提出项目应用中不锈钢管道的一些控制要点，供类似项目借鉴。
Abstract:Thispaper analyzed properties of large liquefied nature gas (LNG) terminal project,and provided essential control points for the stainless steel pipes, supplyingreferences for the same kind of projects.
关键词：LNG接收站 不锈钢管道 控制要点
key words:LNG terminal, stainless steelpipes, control points
1、引言
大型液化天然气（以下简称LNG）接收站项目中易燃介质附加超低温的苛刻工况较多，对管道的质量安全要求较高，因此在项目的执行过程中需要特别注意管道材料的设计和应用。针对项目的工艺特点，管道材料设计有一些关键的控制点需要引起关注。
2、大型LNG接收站项目简介
大型LNG接收站项目，规模往往在 650万吨/年以上，项目地点常位于海边。接收站的主要功能为LNG接卸、LNG储存、LNG低压输送、LNG装车、BOG回收处理、LNG加压气化及外输，接收站主要包括以下系统：
1）卸船系统
2）LNG储存系统
3）蒸发气处理系统
4）LNG/NG外输系统
5）火炬系统
6）燃料气系统
7）氮气系统
8）仪表空气、工厂空气系统
3、大型LNG接收站项目典型流程
大型LNG接收站项目典型流程如下（参照图1大型LNG接收站项目典型流程示意图）：
LNG船抵达接收站专用码头后，LNG经船上卸料泵增压，之后通过液相LNG卸船臂（其中1台为液相/气相两用臂）、卸船总管，进入接收站的LNG储罐内。
在LNG卸船期间，由于热量的传入和储罐气相空间的变化，储罐内将会产生大量蒸发气。产生的蒸发气一部分经回流鼓风机增压后，通过气相返回管线、气相返回臂返回至LNG运输船船舱，以平衡船舱内的压力；另一部分通过BOG压缩机增压进入再冷凝器冷凝后，与外输的LNG一起经高压输出泵、气化器（分为开架式气化器和浸没燃烧式气化器两种形式）外输。
罐内LNG经低压输送泵增压后分两股外输：一部分与再冷凝器冷凝后的LNG一起经高压输出泵增压后，利用开架式气化器或浸没燃烧式气化器使LNG气化成天然气后输至输气干线；另一部分LNG输至槽车装车站，经槽车装车臂装入LNG槽车。
图1大型LNG接收站项目典型流程示意图
4、设计中不锈钢管道的应用要点
4.1 工艺对不锈钢管道的要求
对于LNG接收站项目，主要工艺管线介质是天然气，特性为易燃易爆介质；而且液化天然气特性为低温深冷介质，设计温度-162℃。考虑到天然气泄漏风险，贯彻尽量减少漏点的安全设计理念——在欧洲标准中有较为明确的规定——LNG管线适宜多采用对焊连接，减少法兰连接的泄漏隐患[1]。采用对焊连接越多，就意味着焊接量越大，所以要求材质的可焊性要好，进而管子材料中的碳含量要求低碳为佳。低碳不锈钢具有良好的可焊接性，有效地降低了焊接施工的难度，降低了焊接控制管理的难度，容易保证焊接后的质量，从而提高了整个系统的安全性；同时兼顾考虑材料的机械强度不能降低--否则将影响设计壁厚，因此，在此类项目中适宜采用低温用双证奥氏体不锈钢。
具体选材情况和对应的工艺条件如表1(典型工艺管线工艺条件表)所列：
表1典型工艺管线工艺条件表
4.2不锈钢管道的化学成分要求
对于LNG接收站项目，8英寸及以上的管子使用焊接管，生产标准采用ASTM A358[1]，6寸及以下的管子使用无缝管，生产标准采用ASTM A312[2]，化学成分要求示例如表2（材质304/304L双证奥氏体不锈钢化学成分要求）中所列
表2材质304/304L双证奥氏体不锈钢化学成分要求
在采购过程中，要求对材料化学成分进行检验，结果示例如图2-图9所示：
图2 304/304L双证奥氏体不锈钢 C含量 图3 304/304L双证奥氏体不锈钢 Mn含量
图4 304/304L双证奥氏体不锈钢 Ni含量 图5 304/304L双证奥氏体不锈钢 Cr含量
图6 304/304L双证奥氏体不锈钢 S含量 图7 304/304L双证奥氏体不锈钢 P 含量
图8 304/304L双证奥氏体不锈钢 N含量 图9 304/304L双证奥氏体不锈钢 Si 含量
4.3不锈钢管道的机械性能要求
设计中采用低温用双证奥氏体不锈钢管道304/304L，其机械性能要求符合表3（304/304L双证奥氏体不锈钢力学性能和冲击检测的要求）的规定：
表3 304/304L双证奥氏体不锈钢力学性能和冲击检测的要求
在采购过程中，须要对材料机械性能进行检验，结果示例如图10-图13所示：
图10 304/304L双证奥氏体不锈钢抗拉强度MPa 图11 304/304L双证奥氏体不锈钢屈服强度MPa
图12 304/304L双证奥氏体不锈钢延伸率 % 图13 304/304L双证奥氏体不锈钢母材、 热影响区、焊缝低温冲击功J
4.4不锈钢管道的热处理要求
低温用不锈钢管道要进行热处理，不仅仅是为了得到所需要的机械性能，而且还为了得到其固有的、良好的耐腐蚀性能。这样一来，热处理就成为了不锈钢管道生产中的一个极为重要的工序和生产环节。304/304L双证奥氏体不锈钢固溶热处理温度要求大于1040℃，用水淬或以足够快的速度冷却。对于LNG接收站项目中使用的管道，要求控制焊缝中的铁素体含量，以保证材料的低温韧性。可以通过金相法对产品进行分析（如图14-15）。
图14焊缝 图15母材
4.5生产制造的难点
由于LNG接收站项目接船管线外径较大，通常有1016mm或1067mm，但壁厚相对较薄，属于薄壁（壁厚/外径≤3%）中的超薄壁管，且要求单纵缝长度12m,在热处理的过程中会存在变形，在冷却后加之长度较长，整形难度大，这也成为各制造企业在交货过程中需要攻克的难点。
4.6材料的防腐蚀设计
材料一旦被腐蚀，安全便无从谈起。所以在大型LNG项目中管道材料的防腐蚀设计是一个重要的控制点。不锈钢在大多项目中都定义为不用涂漆，但就LNG接收站项目未必安全，需要具体问题具体分析。防腐蚀设计跟项目的具体位置，当地气候条件关系很大。而且从标准规范上，也不是规定都不用涂漆防腐，比如欧洲标准EN 1473[3]中有明确的要求，在奥氏体不锈钢表面涂漆分为底漆、中间漆、面漆三层；而且要求涂漆防腐中考虑含盐的腐蚀性气体的影响。
5、结语
对于大型LNG接收站项目，不锈钢管道的安全使用对项目的成功起着关键作用。本文主要列举了双证不锈钢管道设计应用方面的一些主要控制点，文中不足之处，还请大家批评指正！
参考文献：
[1] 《ASTM A358 SPECIFICATION FOR EFWAUSTENITIC CHROMIUM-NICKEL ALLOY STEEL PIPE FOR HIGH-TEMPERATURE SERVICE》
[2] 《ASTM A312 SPECIFICATION FORSEAMLESS AND WELDED AUSTENITIC STAINLESS STEEL PIPES》
[3] 《BS EN 1473 INSTALLATION ANDEQUIPMENT FOR LIQUEFIED NATURAL GAS-DESIGN OF ONSHORE INSTALLATIONS》
作者简介：贾琦月，男，汉族，高级工程师，2003年毕业于天津大学，硕士，现工作于中国寰球工程有限公司，主要从事管道材料方面的工作。
