摘要：介绍了国内LNG的应用状况、液化天然气的特性、液化天然气气化站的工艺，论述了气化站投产预冷的必要性和目的，介绍了预冷前管道吹扫、预冷过程及预冷检查内容。
关键词：LNG气化站；预冷
1 引言
液化天然气LNG(Liquefied Natural Gas)，是天然气的液态形式，LNG更有利于远距离运输、储存，使天然气的应用范围更广。目前国内LNG的利用刚刚开始，已建成投产了中原油田的天然气液化工厂、上海浦东的天然气液化工厂及新疆广汇集团在吐哈油田的天然气液化工厂。
同时，国家根据地域分布和能源资源供需情况，在经济发达的东南沿海(广东、福建、浙江、山东和上海)地区积极开展进口LNG的接收与利用工作。第一个试点深圳大鹏湾码头工程于2004年动工建设，每年接收300万t的LNG，码头在2006年投入商业运营。随着这些项目的实施，未来数年LNG将广泛应用于工业和民用的各个领域[1]。
LNG的应用发展在国内方兴未艾，还处于发展初期，目前国内还没有形成LNG气化站的运行安全技术标准，对生产运行进行规范和指导。LNG气化站的预冷过程作为LNG气化站建设投运的关键环节，正确的预冷技术是安全运行的重要保障，尤其应当引起重视。LNG是低温介质，在进入低温管道和设备前站内低温设施需要作好提前冷却和各种检验工作，提前发现问题，解决存在隐患，确保投产安全。上海通达能源集团有限公司目前已经建设投运了多个LNG气化站，现将公司在LNG气化站预冷方面取得的经验作一总结。
2 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。
3 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。其工艺流程见图1。
图1 液化天然气气化站工艺流程简图
4 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。奥氏体不锈钢具有优异的低温性能，但线膨胀系数较大。在LNG温度条件下，不锈钢收缩率约为千分之三，对于304L材质管路，在工作温度为-162℃时，100m管路大约收缩300mm。因此在设计时要采取措施防止出现冷收缩引起破坏[2]。
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。
5 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
6 预冷前的管道吹扫
6．1 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。
6．2 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。
6．3 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。
7 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
8 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。
9 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。
10 预冷主要步骤
10．1 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。
10．2 液氮预冷
(1)将储罐压力放空至微正压，关闭下部进液阀。关闭液位计平衡阀，投用液位计。
(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。
10．3 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。
11 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。
12 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]。
13 结束语
通过采用以上措施，公司已经成功投产运行了9个LNG气化站，保证了安全生产。在此希望尽快形成我国LNG气化站的运行安全技术规范。
