LNG气化站的工艺流程与管道应力分析特点

(1)关键设备

基于LNG气化站的工艺流程可知，LNG气化站中的主要设备有：

1)LNG储罐：储存-162℃低温LNG，一般采用地上式金属单罐，采用真空粉末绝热，结构形式为立式(卧式)圆筒形双层壁结构。储罐内槽一般采用耐低温的奥氏体不锈钢06Cr19Ni10，外槽采用压力容器用钢板16Mn，在内外槽间安装有内外槽的固定装置，其要满足在生产、运输及使用过程中的强度、稳定性和绝热保冷的要求。

2)LNG泵：设置在储罐底部，一般设置为浸没式离心泵，使LNG能够顺利的输出。一般情况下，每个储罐配备至少2个罐内泵，同时预留备用泵井，安装在储罐底部。

3)BOG压缩机：为往复式压缩机，其优点是排出压力稳定，能够满足较宽的压力和流量调节，适用于压比高、流量小的场合，压缩机设两台，将BOG加压升温后输至水浴式气化器网。

4)LNG气化器：包括空温式气化器、水浴式气化器和EAG气化器。空温式气化器将储罐出来的LNG升温气化；水浴式气化器将空温式气化器出口的气进行再次换热，使气的温度大于5℃；EAG气化器主要升高EAG气体，使EAG能够达到放空温度。

5)阀门：为低温不锈钢阀门，材质为06Cr19Ni10，用于切断或接通，防止流体倒流，控制流体压力和流量。

6)法兰：选用凸面带颈对焊钢制法兰，材质为06Cr19Ni10，用于将管道与阀门、设备连接起来，压力等级高出相应管道一个等级，法兰密封垫片采用金属缠绕式垫片。

其中，为关键的设备为LNG储罐、LNG泵、空温式气化器及BOG压缩机，因此本文的主要包含与这几种设备相连的管道。

(2)关键管道

LNG气化站的管道包括LNG低温液体管道以及升温气化后的气管道，有LNG输送管道、BOG输送管道、EAG放空管道与气外输管道等。

LNG输送管道、BOG输送管道、EAG放空管道等低温管道采用不锈钢无缝钢管，材质为06Cr19Ni10，气外输管道采用无缝钢管，材质为20号钢。

其中，为关键的管道为LNG储罐出口管道及BOG管道，因此本文主要对这两段管道进行分析。

LNG气化站站内管道主要为地上敷设管道，地上管道除了受输送介质内压作用外，并由支架支承，在自重作用下易受弯曲应力，还有由温度变化引起的温度应力。LNG气化站站场中地上管道大多采用限制性支吊架约束管道变形，阀门处采用承重支吊架支撑阀门重量，BOG压缩机管道系统中为防止管系振动常采用防振支架。

普通输油、输气站场中的支架均采用钢筋混凝土浇筑而成，但在LNG气化站中，由于管道运行温度低，因此支撑形式大多采用型钢支架，低温管道与支架间需加低温管托以及隔热垫，隔热垫材料一般采用聚四氟乙烯。

LNG气化站关键设备与管道应力分析特点

(1)LNG气化站站内设备与管道要求高

LNG气化站站内设备与管道的要求主要是因为LNG的低温特性和液体特性。LNG的低温危险性主要体现在一旦发生泄漏，会使接触的人体发生，泄漏的LNG的低温会引起材料收缩，造成管道与设备的进一步破坏失效，引起严重的泄漏。而液化气发生泄漏后就会立即蒸发，跟空气混合后成为混合气，混合气的爆炸限为5%~15%(V)，遇到火源就很容易起火爆炸。所以对LNG气化站站内设备与管道性能的要求比其他气或输油站场要高一些。

(2)考虑低温设备与管道的收缩和补偿

LNG气化站中的LNG储罐及低温管道均采用06Cr19Ni10，06Cr19Ni10具有优异的低温性能，但线膨胀系数较大，在LNG温度条件下，100m管路大约收缩300mm。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。因此在管路设计时，考虑的措施来补偿管道收缩量，防止出现冷收缩引起破坏。

(3)LNG气化站站内设备与管道构成复杂

LNG气化站站内管道系统包括低温管道和常温管道，管内介质有低温液化气、低温蒸发气、常温气等。同时设备与管件多样，管道与设备、阀门间的连接较多，使得管道的支管、弯管和三通较多，管道串、并联形式复杂。

加上在LNG气化站中，由于在预冷或管线运行时，管道内部温度骤然降低，管道遇冷收缩，法兰受力增大，有失效泄漏风险，因此在进行管系的应力分析之前需要先对法兰泄漏问题进行校核分析。

(4)LNG气化站站内设备与管道工况复杂

LNG气化站站内管道在投产运行前需要经过管道的安装、试压、预冷等工况后才能正式运行。因此LNG气化站的常规工况包括安装工况、试压工况、预冷工况和运行工况，各工况下管道的受到的温度、压力、重力载荷状态均不同。且由于直接压缩工艺中还包括BOG压缩机，压缩机活塞的往复运动将使管内流体产生压力脉动，影响管道应力，也有使管道发生机械振动的风险。

针对LNG气化站设备与管道的应力分析特点，考虑到LNG的低温和液体危险性和BOG压缩机运行对管道应力影响较大，因此本文主要对LNG气化站内的储罐出口LNG管道和BOG压缩机管道系统进行应力分析。

(1)对LNG储罐出口的LNG管道进行应力分析主要法兰的泄漏情况，分析安装、试压、预冷、运行等不同常规工况下的管道的应力分布及位移情况，确定在设计中应校核的工况和应力集中截面，并分析LNG管道的应力影响因素。

(2)对BOG压缩机管道系统进行应力分析，主要考虑运行工况下，管道在有否受到压力脉动作用下管道应力的变化情况。首行静力分析，确定影响管道的主要应力，再进行谐波分析和模态分析，压力脉动对管道应力的影响，并分析影响BOG压缩机管道系统应力及压力脉动的因素。

(3)提出LNG气化站关键设备与管道的应力降低措施。

通过对以上所述的关键设备和管道的应力分析，预防LNG气化站内管道失效、LNG泄漏事故的发生，也对LNG气化站的配管设计提供启示和参照，为LNG气化站的建设和运行提供。