一种自循环式的LNG管道预冷工艺的制作方法

本发明涉及一种lng管道预冷技术领域，尤其涉及一种自循环式的lng管道预冷工艺。

背景技术：

将lng管道系统从环境温度冷却到工作温度的过程称为预冷。在预冷过程中，为使管道、绝热层和周围土壤降温，需要蒸发掉一定量的低温工作介质，而且要经过相当长的时间才能达到热稳定状态。对预冷过程的设计计算就是要确定低温介质耗量与预冷时间，lng管道系统的预冷过程是一个复杂的热传递过程。管道系统在预冷过程中既可以利用低温工作介质的汽化潜热，又可以利用已蒸发的气体温度升高时所吸收的显热，预冷过程中需要的低温工作介质的消耗量是随显热的利用程度而变化的。

lng输送管道以及lng汽化站内低温管道和低温储罐在正式输入低温液体之前，首先要进行充分的冷却即预冷。为了避免管道结构急冷损坏，预冷过程非常重要。如果lng突然注入常温的管道，管道会迅速地收缩。管道的底部与沸腾的lng将直接接触，相对温度较低，由于lng吸收了管道材料的热量在管道内发生有核沸腾或者膜沸腾，产生的ng充满管道顶部，造成管道顶部的温度相对较高，在管道截面上温度梯度会导致“香蕉效应”。即：由于管道的顶部和底部收缩不一致，导致管道系统发生不可预知的形变，进而引起管道、支撑、膨胀节和连接法兰的损坏，因此在lng管道系统投产以及检修后开工前，对管道系统的预冷是必须进行的，而且这一预冷过程必须逐步地缓慢地进行，根据有关操作经验，管道系统的冷却速率控制在50℃/h左右时比较安全。当lng管道系统的温度达到-95℃～-118℃之间时，才可以正式投产运行。

目前，对lng管道系统进行预冷采用的低温工作介质通常是液氮，由多辆大型槽罐车运输液氮到lng装置附近，在汽化器中吸收空气的潜热实现气化，工作后的氮气通过排放装置在一定高度上进行放散处理。这一过程的系统压力高于常压，相关设备为压力容器。由于液氮的温度低于lng。在进行预冷操作时，稍有不慎，管道系统发生“香蕉效应”的概率更大，整个管道系统完成预冷所耗费的时间更长。而且由于需要额外采购大量的液氮，这一预冷工艺成本偏高，准备时间长。

通过对lng管道系统的预冷操作进行模型分析，可以确定理想的低温工作介质是低温气体，尽量避免低温工作介质在管道系统中呈现出气液两相状态，因为这种气液两相状态是导致管道发生“香蕉效应”的根本原因。在工程实践中，lng管道系统进行预冷操作的温度下限就是纯净ng的露点(-120℃左右)。当低温气体进入管道系统实施预冷过程时，在管道内部不存在温度差，在管道圆周上的温度也是均一的，随着低温气体在管道内的扩散，管道系统在延伸方向上逐步冷却。这样的预冷过程是随着低温气体的扩散而缓慢实施的，降低了管道系统发生变形的概率。当管道系统的温度逐渐下降，达到低温气体的露点时，低温工作介质将再次出现气液两相状态。因此，理想的低温工作介质应该具有这样的物理特性：其露点与lng的露点接近，至少不能高出太多，否则会在预冷操作中，未达到目标温度而过早出现气液两相状态。空分后的氮气露点在-69℃左右，基于上述论述，可以认定液氮在lng预冷操作的后半段并不适合做为工作介质，只是由于液氮相对容易获取，其沸点相对较低，所以才会广泛用于lng管道系统的预冷操作。

技术实现要素：

本发明提供了一种自循环式的lng管道预冷工艺，选用ng和lng做为工作介质，利用ng的显热来气化一定量的lng，产生的ng冷气用于lng管道系统的预冷过程，工作后的气体进行自循环；本发明具有设备简单、成本低、占地空间小、便于操作和安全可靠的特点，尤其适合于大中型lng厂站应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种自循环式的lng管道预冷工艺，采用包括ng冷气发生装置、ng泵、铠装软管一、铠装软管二、铠装软管三、三通和单向止回阀的预冷系统实现；

待预冷管道为管廊上同向设置的lng管道a和lng管道b；与lng储罐a相连的lng管道a的两端分别设阀门a1、阀门a2，其中阀门a1靠近lng储罐a设置；与lng储罐b相连的lng管道b的两端分别设阀门b1、阀门b2，其中阀门b1靠近lng储罐b设置；ng冷气发生装置上设lng入口、ng入口及ng出口，其中lng入口与lng引射管连接，ng入口与常温天然气管道连接，ng出口连接ng冷气管道，ng冷气管道上设ng泵；靠近阀门a1且位于其上游的lng管道a上设冷气连接点a，靠近阀门b1且位于其上游的lng管道b上设冷气连接点b，冷气连接点a和冷气连接点b之间通过铠装软管一连接；冷气连接点a上游的lng管道a上设冷气引入点，通过铠装软管二连接ng冷气管道；靠近阀门b2且位于其上游的lng管道b上设冷气引出点连接铠装软管三，铠装软管三通过三通与常温天然气管道连接，铠装软管三上设单向止回阀；

预冷系统与lng管道a、lng管道b之间形成预冷气体循环回路；在ng冷气发生装置中，引射的－160℃～-170℃的lng与常温天然气进行充分混合，输出的干燥ng冷气通过ng泵进行加压，首先经冷气引入点进入lng管道a对其进行预冷，然后通过铠装软管一进入lng管道b对其进行预冷，完成预冷工作后的低温天然气通过铠装软管三汇入到常温天然气管道中。

所述ng冷气发生装置上设有压力表、温度计和流量计，所述lng引射管上设压力调节阀及流量调节阀，所述ng冷气管道上设流量控制阀。

所述lng管道a、lng管道b的直径大于dn300，长度大于500m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明采用lng厂站原有的常温天然气做为工作介质，利用常温天气自身具有的显热来气化一定量的lng形成ng冷气，对管道系统进行预冷操作；ng的无水露点在-120℃左右，是理想的低温工作介质；

2)工作介质从lng厂站获取，不需要外源的液氮，也因此省去了装卸和导入液氮的一系列设备；

3)由于利用了常温天然气的显热，不需要汽化器和额外的热源；

4)设备构成简单，占地面小；

5)选用自循环的方式对工作后的低温天然气进行再利用，避免操作时发生泄漏之类的安全问题，提高工艺系统的整体安全性；

6)通过采集各种物料的温度、流量、压力数据，可以实现对预冷过程的稳定控制，极大地降低了管道系统发生“香蕉效应”的风险，有助于改善生产效率、降低操作成本和提高lng系统的安全性；

7)随着我国的环保政策日趋严格，城市供暖系统更多地使用天然气做为燃料，国内对lng的需求快速增长，本发明所述自循环式的lng管道预冷工艺的应用前景广阔，尤其适合于大中型lng厂站应用。

附图说明

图1是本发明所述一种自循环式的lng管道预冷工艺的原理示意图。

图中：1.ng冷气发生装置2.ng泵3.铠装软管一4.铠装软管二5.单向止回阀6.三通7.lng管道a8.lng储罐a9.lng管道b10.lng储罐b11.铠装软管三a1/a2/b1/b2.阀门

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种自循环式的lng管道预冷工艺，采用包括ng冷气发生装置1、ng泵2、铠装软管一3、铠装软管二4、铠装软管三11、三通6和单向止回阀5的预冷系统实现；

待预冷管道为管廊上同向设置的lng管道a7和lng管道b9；与lng储罐a8相连的lng管道a7的两端分别设阀门a1、阀门a2，其中阀门a1靠近lng储罐a8设置；与lng储罐b10相连的lng管道b9的两端分别设阀门b1、阀门b2，其中阀门b1靠近lng储罐b10设置；ng冷气发生装置1上设lng入口、ng入口及ng出口，其中lng入口与lng引射管连接，ng入口与常温天然气管道连接，ng出口连接ng冷气管道，ng冷气管道上设ng泵2；靠近阀门a1且位于其上游的lng管道a7上设冷气连接点a，靠近阀门b1且位于其上游的lng管道b9上设冷气连接点b，冷气连接点a和冷气连接点b之间通过铠装软管一3连接；冷气连接点a上游的lng管道a7上设冷气引入点，通过铠装软管二4连接ng冷气管道；靠近阀门b2且位于其上游的lng管道b9上设冷气引出点连接铠装软管三11，铠装软管三11通过三通6与常温天然气管道连接，铠装软管三11上设单向止回阀5；

预冷系统与lng管道a7、lng管道b9之间形成预冷气体循环回路；在ng冷气发生装置1中，引射的－160℃～-170℃的lng与常温天然气进行充分混合，输出的干燥ng冷气通过ng泵2进行加压，首先经冷气引入点进入lng管道a7对其进行预冷，然后通过铠装软管一3进入lng管道b9对其进行预冷，完成预冷工作后的低温天然气通过铠装软管三11汇入到常温天然气管道中。

所述ng冷气发生装置1上设有压力表、温度计和流量计，所述lng引射管上设压力调节阀及流量调节阀，所述ng冷气管道上设流量控制阀。

所述lng管道a7、lng管道b9的直径大于dn300，长度大于500m。

采用本发明所述工艺方法对lng管道进行预冷操作时，选取管廊上走向基本相同的两根lng管道a7和lng管道b9，在lng管道a7上距离lng储罐a8的远端设置冷气引入点，在lng管道a7和lng管道b9靠近对应lng储罐a8、lng储罐b10的阀门a1、阀门b1前设置冷气连接点a和冷气连接点b，在lng管道b9靠近ng冷气发生装置1的位置设置冷气引出点。冷气引入点使用铠装软管二4连接ng冷气管道，冷气连接点a和冷气连接点b之间使用铠装软管一3连接，冷气引出点使用铠装软管三11连接常温天然气管道。ng冷气在系统中按照图1所示箭头标注方向进行单向流动，完成预冷过程的低温天然气经过单向止回阀5汇入到ng冷气发生装置1前的常温天然气管道中，从而在预冷管道系统内形成自循环。

所述的ng冷气发生装置1，采用lng厂站原有的常温天然气做为工作介质，利用常温天气自身具有的显热来气化一定量的lng形成ng冷气，对管道系统进行预冷操作。ng冷气发生装置1包含一系列的阀门、压力表、温度计和流量计等控制测量设备，可以根据工艺参数实现输出的干燥天然气冷气相关参数。

所述的ng泵2，是输送ng冷气的专用泵，用于提高ng冷气的输出压力，加快管道系统在纵向上的预冷过程。在设备选型时留有一定的功率裕度，在使用前需要进行预冷。

所述的铠装软管一～三3、4、11，是金属材质的可伸缩弯曲的管道，用于连接对应的设备、阀门和管道。

所述的三通6，用于将完成预冷流程的天然气汇入ng冷气发生装置1前的常温天然气管道中，实现循环利用。

所述的单向止回阀5，位于ng冷气循环管路的末端位置，防止来自于厂站的常温天然气逆向流入lng管道b9，同时维持管道系统内具有一定压力。

通过调节ng冷气发生装置1的料流输入压力和流量参数，可以调节ng冷气发生装置1输出的干燥天然气冷气的流速、温度和压力。通过调节ng泵2的转速和即时功率，可以控制管道系统中的气体流速，从而调整管道系统的预冷速度。

本发明尤其适合大中型lng厂站应用，根据理论计算和工程实践，当系统管道直径大于dn300，预冷的管道长度大于500m时，采用本发明的工艺方法最为经济。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。