LNG冷能空分装置低温工艺管道施工技术

石 油工 程 建 设 2 0 1 2 年4 月 章东云，侯立更，何俊杰，罗国东 ( 海洋石油工程股份有限公司，广东惠州5 1 6 0 8 2 ) 摘 要 ：L N G冷能空分装置低温工艺管道具有温度 变化 大、工艺复杂、安装标准高等特点 在施 工 过程 中要严格遵循规 范和技 术要 求 文章 以国内第一个冷能空分项 目即福建 L N G冷能空分装置为 例 。详 细介 绍 了 L N G冷 能空分 低 温工 艺管道 的施 工技 术 ，包括 各种 低 温材料 的使 用条件 ，焊接 工 艺 评定 ，焊接 工艺参数的 筛选 ，管道 的清洗、焊接 、试压 、保冷等 ，按 照该技 术要 求施工后 。福建 L N G冷能空分装置一次投产成功 ，其工作温度和压力均达到设计要求且运行情况良好 关 键词 ：液化 天 然 气；冷 能空分装 置 ：低 温 管道 ；施工 d o i ： l 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 - 2 2 0 6 2 0 1 2 0 2 0 0 8 1项 目概 述 福建 L NG冷 能空 分 项 目以 中 国海 洋石 油 总 公 司控股 的福建 L N G接收站项 目为依托 利用美 国 A P公 司的冷能空分技术 在莆 田建设一套生产能 力为液氧 3 0 0t d 、液氮 3 0 0t d 、液氩 1 0 的空分 装 置 比常规 电力 驱 动 的空 分耗 电降低 3 0 5 0 ，耗水降低 7 0 。项 目符合循环经济 、环境友 好 、节能的原则 ，具有社会 、经济和环境三重效 益 是国内第一个利用 L N G冷 能进行空气分离 的 项 目，具 有深 远 的意义 福建 L N G冷能空分项 目工艺装置包括外管廊、 装置管廊 、吸附系统、乙二醇冷却系统、低温系统 ( 两个冷箱外部配管 ) 、中压液氮罐和储罐系统。低 温管道包括 L N G管道 、液氧管道 、液氮管道、液 氩管道 ，工作温度 一 1 9 63 4 3 低温管路系统使 用 了大量 的特殊 材料 ，如 1 6 Mn 、A 3 3 3 一 G r a d e 6 、 0 C r l 8 N i 9 f 3 0 4 1 、3 0 4 L等 ，管道共长 4 3 1 5 m，工 艺复杂 ，施工标准高。针对这些难点 ，如何控制和 管理低温管道系统的施工 对于确保投产一次成功 非常重要 本文对该低温管道系统施工的质量控制 和管理方式进行 阐述 供同行参考 2施工 前准 备工作 2 1 掌握各种低温材料 的使用条件 根据 施 工 图纸 ，查 阅 G B F F 2 0 8 0 1 2 2 0 0 6 压 力管道规范工业管道 第 2部分 ：材料和 A S M E 锅 炉 及压 力 容器 规 范 第 卷 D篇 材料 性 能 ( 2 0 0 7 ) 。对各种低温材料 的最低使用温度及使用 部位进行 详细分类 如表 1所示 这对于材料 的 采办 、到货质量核查和领料 的各个过程都能起到 很好 的指导作用。为了进一步保证材料的质量 对 0 C r l 8 N i 9和 3 0 4 L材料进 行外观 检验 合 格后 进行铁素体检验 ，各项检验均合格后方可使用。 表 1 低温材料最低使 用温度 0 黧 毓 箍 最 低 使 甫 臻 曩 m 鲻 甓 ； 薄震 部位 G B 3 1 5 9 1 - 2 0 0 8 一 2 O 管件 1 6 Mn J B 4 7 2 2 0 o O 一 2 O 管件 J B 4 7 2 8 2 0 0 0 - 2 5 3 管件 G B 1 2 2 0 2 O 0 7 2 5 3 管件 0 C r l 8 N i 9( 3 0 4 ) G B T 4 2 3 7 - 2 O 0 7 2 5 3 管件 G B I “ 1 4 9 7 6 - 2 0 o 2 - 2 5 3 管子 管件 G B f r 1 2 7 7 l 一 2 0 o 8 - 2 5 3 管子 3 O 4 L A S T M 2 5 3 管子 管件 A3 3 3 一 G r a d e 6 A S T M 3 O 管子 P L 6 A s T M A 4 2 0 一 3 0 管件 2 2 确定 焊接 工艺程 序 2 2 1焊材 选用 按照与母材相容的原理 参考福建 L N G接 收 站施工相关经验和 A P相关焊接要求规范 选用了 E R 3 0 8 L 、E 3 1 6 L 一 1 6和 E R 3 0 8 L F C焊接材料 其化 学成分和机械性能见表 2 第 3 8卷第 2期 章东云等 ：L N G冷能空分装置低温工艺管道施工技术 2 7 表 2 焊材的化学成 分和机械性能 ； l 跨 譬 l l 。 * 。 税城饿 静 ； j低瀑 性 娲 f 智 强 t 鬟 x x f 。 i 黧 娥 魏 攘： 密 延 健率 ( l ) 鞲 E R 3 0 8 L ( T G S 一 3 0 8 L ) 0 0 1 6 1 9 5 O 5 6 O 0 2 2 0 0 9 9 6 9 6 1 9 8 0 0 5 4 5 7 8 4 2 8 4 E 3 1 6 L一 1 6 ( T S 一 3 1 6 L T ) 0 0 2 6 1 1 O 7 2 0 0 2 9 0 o ( ) 9 O O 2 l 1 7 1 8 8 2 0 4 5 6 5 4 7 3 4 E R3 0 8 L F C ( T GF - 3 0 8 L ) 0 0 1 6 1 1 O - 3 9 O O 2 9 O o o 3 9 9 4 1 9 6 4 2 2 2焊接 工艺评 定 由于 本 项 目最 大 的特 点 就 是 涉 及 到 L N G、液 氧 、液氮 、液氩管道 ，管道安装标准高 ，必须要 有一套成熟的安装工艺来指导现场施工 以保证 管道在低温状态下能够安全运行 而安装工艺最 重要 的一点就是保持低 温材料 的焊缝金属和热影 响区的低温冲击韧性与母材基本一致 本项 目的 焊接 工艺评定 按 照 A S ME I X一 2 0 0 7 焊接与钎 焊 评定标准进行 在焊接试板合格后 。按规 范要 求进行 了力学性能试验 ，包括拉 伸 、弯曲 、低 温 冲击 、硬度试验 和宏 观腐蚀检查 ，其 中对 A 3 3 3 一 G r a d e 6进行 的夏 比低温 冲击试验 温度为 一4 6 c 【 = 对 0 C r 1 8 N i 9和 3 0 4 L进行 的夏 比低温冲击试验 温 度 为一 1 9 6 试验结果均满足设计要求 筛选 出 了合格 的焊接工艺参数 ，见表 3 。 考虑到现场施工的黄金焊口和背部难充氩的问 表 3焊接工艺参数 零 l 纂 焊 自 蠹 匪 呶 疆 范 围 V 辫赫 l啜 0 嘏 1 2 G 2 4 TGS 一5 O DCS P 1 40 1 5 8 1 2 1 4 A 3 3 3 -Gr a d e 6 32 8 S MAW 32 CHE 5 8 -1 DCRP 1 l 5 1 7 0 2 22 6 1 ， 2 2 4 r GS 一3 O8 L DCEN 9 5一l 1 O 1 2 1 3 O Cr 1 8 Ni 9 39 SMAW 3 2 T S一 31 6 L T DC EP 9 01 0 5 2 02l 12 2 4 T GS 一3 08 L DCEN 1 0 o一 1 5 0 1 2一 l 3 3 O 4 ， L 3 7 S MAW 3 2 T S一 31 6 【 T DC EP 1 0 o l 1 3 1 5 1 8 一 瓣 辩 茏瘸 时 l ， 瑚 零 餐 黼i 菱 懑 澈 鞠 ” 徭 簿 粼 硌幽) 击 韧 lJ 试压 温 度) 2 5 22 6 8 4 851 2 6 227 3 8192 Ar l 6 1 8 A 3 3 3 一 G r a d e 6 1 7 7 ( 一 4 6) 6 7 7 l 1 7 3 l O 9 1 8 8 0 9 9 24 4 9 5 1 9 5 7 4 1 2 8 5 6 7 1 l 6 0 7 4 1 0 2 2 O一46 Ar 2 0 O C r 1 8 N i 9 ：1 0 8( 一 1 9 6 ) 7 6 3 1 O 2 2 8 4 1 1 2 1 o 7 1 4 8 8 9 1 5 0 3 4 2 8 3 2 64 1 5 5 O 7 6 -1 1 3 3 2 5 6 Ar 2 0 3 O 4 L 8 l ( 一 1 9 6 ) 6 7 8 8 1 7 6 5 7 8 1 3 3一 1 6 6 6 2 1 0 o 题 ，借鉴福建 L N G接收站相关经验 ，项 目部还准 备 了药皮焊丝氩弧焊工艺 选用了 日本 T A S E T O公 司生产 的 T G F 一 3 0 8 L药皮焊丝作为填充金属 药皮 在 电弧的高温作用下熔化后成为熔渣 有调整焊缝 金属化学成分和改善焊接工艺性能的作用 焊缝成 型美观 ，有较高的射线检验合格率 ，减少了背部充 氩气 的麻烦和浪费 ，提高 了焊接效率 ，缩短 了工 期 ，降低了施工成本。详细的焊接工艺参数及机械 性 能见 表 4 。 3 低温管道施工技术 表 4免充氩焊接 工艺参数及机械性能 ， 嚣翌 黧 _ l 露 瓣 魄藏 黧 赣 麓 l 渤 J t l GTAW 24 TGF一3 0 8 L 3 2 DCEN 9 9 l 2 3 649 1 3 2 3 2 TGS 一3 O 8 L 3 。 2 DCE N ll 8 1 2 41一印 l 3 3 0 3 GTAW 24 T GS 一 3 0 8 L 3 2 DCE N l1 l 1 2 3 0 49 1 3 3 8 3 1 管道清洗 根据设计要求 福建 L N G冷能空分项 目厂 内 工艺管道在焊接安装完成后 全部采用气体进行试 压 ，不再进行任何清洁和吹扫工作 ，因此管道的预 2 8 石 油工 程 建 设 2 0 1 2 年4 月 制和安装前管道内部清洁处理 以及安装过程中清洁 度保证的要求都非常高 必须要有一套严格的施工 工艺和验收标准 才能保证管道的清洁度保障管 道 运行 的安 全 3 1 1清洗 方 法 本项 目管道的清洁度分为三个等级 ：S C级 、B 级 和 A A级 。针对 项 目情 况 ，按 照 管道 材 质 分类 ， 制订了一套严格的清洗方法 工艺流程见 图 1 施工准备 +1 3 ： 序交接验收 一清洁件分类准备 大 1：3 径管段擦洗 设备附件 、阀件 、仪表件 、管件等浸泡清洁 小口径管道循环清洁 清洁件吹扫 _ 1 清洁件检查验收 清洁件管塞封堵待装 系统试压和气密 _ 一拆卸件复位安装 图 1管 逼 滑洗 T艺 流 程 3 1 1 1 碳钢管道清洗方法 ( 1 )B级和 A A级 的大 1： 3 径 碳钢管道 、管件 ( 8 0 m m，以下 同)清洗方法相同，均采用管 道 内部喷砂处理 喷砂处理等级为 S a 2 5级 验收 合格后采用管塞封堵管1 ：3 ( 2 )B级的小 1：3 径碳钢管道 、管件内部采用钢 丝球来 回拖拉 除去 内部锈蚀 ，再采用压缩空气将 内部吹除干净 验收合格后采用管塞封堵管 口 ( 3 )A A级 的小 1：3 径 碳 钢 管 道 内部 采 用 除 油 、 除锈 、钝化三合一清洁剂在常温下以浸泡的方式交 替进行清洁 3 1 1 2 不锈钢管道清洁方法 不锈钢管道 B级和 A A级清洗方法相 同全部 采用无纤维棉布拖拉擦拭法和槽浸法脱脂 脱脂液 选 用 三氯 乙烯 ( 1 )大1： 3 径不锈钢管道、管件用无纤维棉布拖 拉擦 洗 。 ( 2 )小1：3 径不锈钢管道、管件，在现场采用不锈 钢板制作脱脂槽 ( 长 宽 高 =1 0 m X 1 m 0 5 1T I ) ， 将管道、管件放人脱脂槽进行浸泡 除去管道内部 的油脂、杂物。使用后的脱脂液进行 回收。 3 1 1 3 清洁度要求为 S C级的管道清洗方法 S C级清洁度要求的管道 、管件等 由于其清 洁度要求低于 B级 ，根据现场实际情况采用与 B 级清洁度要求相同的清洗方法进行处理 3 1 1 4 阀 门清 洗 进 口阀门出厂时均 已进行脱脂 现场将不再进 行清洁处理。普通阀门，采用现场擦洗的方法进行 清洗 3 1 2检查 方法 和验收 标 准 清洗完成后先进行 自检 然后 由项 目质量小组 进行专检 通过后再上报业主和监理 合格后方能 使 用 。具体方 法见 表 5 。 表 5 检查方法和验收标准 缀 鐾 j 酸 ； 从 缀 ； 强白光 、 、 錾 紫 外线 ( u v ) 、 瞧 拭试验 、 、 ； 璧 释剂 冲洗 ( 仅适用于不可接近 的表面 ) 、 、 潮湿 、 、 、 、 无清洗剂， 焊药残留物 无松散 的 铁锈、 结构、 外部物质、 焊 、 、 l 渣、 碴奄 无 粘 结 的铁 锈、 结 构 、 外部 物 质 等 、 、 # 、 ( 内 部要 无油 脂 、碳氢化合物、油漆 、 求油漆除外) 紫外线 ( u v) 下无荧光 、 密封 加帽保护 、 、 【 吹掇 硅胶或类似材质子燥剂 ( 仅适用 挚 、 、 詈 于黑色金属材料 3 2管道焊接 在施工 前应 根据 管道 的编号绘 制 每根管 道 的轴 测 图 并 将 所有 焊 口按 序 号标 注 在 管道 轴 测 图上 然后将焊 口编号 、 焊工工号 、探伤报告号( 包括 返修报告号 )相应标注在管道轴测 图上 在管道 施工基 础 管理工 作完成 的前 提下 根据 这些 报告 内 容填写有关施工记 录 从而做到经标注 的管道轴 测图与原始施工记录一一对应 ，正确无误。 管道 的焊接 必须 严格按 程序试 验 和评定 验证 的 焊接工艺及相应参数要求 由获得同材质焊工技能 培训和考核合格 且技能熟练和经验丰富的持证上 岗焊工实施 建立焊接材料的使用管理制度 ，选派责任心 强的专人负责焊条的烘焙和发放 回收 使焊条干 燥温度严格控制在 3 5 04 0 0干燥时间控制在 6 0 m i n 焊条重 复干燥 不 能超过 二次 。 焊工领用焊条后应放入随身携带的焊条保温筒 内不准混放其他钢种管道焊接所需焊条 杜绝 因 用错焊接材料而引起严重质量事故。 第 3 8卷第 2期 章东云等 ：L N G冷 能空分装置低温工艺管道施工技术 2 9 实行限额领料制度 施工班组根据其承担的某 系统低温管道施工任务单而提出工程用料 ，并由工 艺工程师核定后方可发放 ，以加强特殊材料的使用 管理 。 3 3管道试 压 本项 目设计要求厂内管道均采用气压试验 ，而 与福建 L N G接收站相连接的厂外 的三条管道( 分 别是 L N G、N G和放空管道)采用液压试验 ，因此 本项 目制订 了两个试 压方 案 根据中国海洋石油总公司对压力管道气体试压 的要求 要求设计压力大于 0 6 MP a的管道 、容器 原则上禁止使用气体介质进行压力试验 若因其结 构或水质无法进行水压试验时必须进行详细的风 险分析 并采 取 防护措施 试 压方 案必须 得 到上级 主 管 部 门 的 批 准 本 项 目气 体 最 大 试 验 压 力 为 9 5 2 2 MP a ，气体试压方案必须细致严 谨 、可行性 高且具有充分的安全措施 待上报公司级专家组审 查 批准 后 方能 实施 由于本项 目的特殊性 设计单位提供了所有的 试压流程和试验压力 项 目组只需要整理相关资料 并汇总到每一个试压包 试压包资料包括管道系统 耐压试验条件确认与试验记录( S H T 3 5 0 3 ) 、管道 清单、阀门清单 、尾项清单 、盲板表 、螺栓紧固记 录、焊接记录、探伤记录、压力试验检查表和系统 轴测图。在每次试压之前 ，上述资料必须由业主和 监理确认后 才能进行试压工作 3 3 1 气压试验 气体试压采用氮气瓶和集气管相连接的装置 试压装置中所有管道壁厚等级为 S C H1 6 0 ：试压装 置与氮气瓶采用铜管连接 与试压系统采用高压橡 胶管 连接 ：装置 中所 有焊 口试压 之前 必须进 行探 伤 检验 。 气 体试 压 时 开始 将 系统逐 渐加 压至 0 2 MP a 稳 压 ，进 行 预检 查 。然 后 缓 慢 加 压 至 试 压 压 力 的 5 0 ，保 持 3 mi n 。如 无异 常或 泄 漏 出现 。继 续 按 试压 压 力 的 1 0 逐级 升 压 ( 每 级 稳压 3 rai n )到 所 需要的试压压力( 1 1 5 设计压力 ) 在该压力下 保持 1 0 mi n 然后降至 1 0 0 的设计压力 整个过 程须有足够 的时间进行 目视检查 用肥皂水检测 ( 皂泡试验) 以无泄漏为合格。不能进行严密性试 验的部位和试车一起进行 所有在试压结束后 的恢 复点在试车时进行严密性试验 3 3 2 液 压试验 液压试验采用蓄水筒和试压泵相连的装置 ，同 时要制作收发球筒 待试压合格后将清管器放入管 内用氮气顶着清管器将水排出。 液压试压时 升压前应打开进水 口阀门及试压 末端排气 口阀门用水管注水 ，当排气 口空气排净 时关闭排气 阀门。升压时 ，速度不宜过快 ，试验 压力应均匀缓慢上升 ，分阶段升压 。并仔细检查 ； 当压力升至试压强度 的 3 0 时 稳压 1 0 m i n 。检 查管道有无渗漏情况 如果情况正常 方可继续缓 慢 升 压 ：将 压 力 升 至试 验 压 力 强 度 的 6 0 时 ，稳 压 l 0 m i n ，对管道进行检查 、观察 ，若未发现异常 情况方可继续缓慢升压 ：管道继续升压到试验压力 强度时立即停止升压 稳压 1 0 m i n 。试压稳压期 间。管道无泄漏 、无变形等异常情况 ，表明强度试 验为 合格 所有 L N G和 N G管道在试压完成后 还需 进 行氦 检漏 采用 吸枪法 进行 检测 系统充 压压力 为 O 1 2 MP a 氦气比例 1 0 允许泄漏率 0 0 0 1 m L s ( 标准 大气 压下 ) 。 3 4管道保 冷 低温管道施工最后一个非常重要的环节就是保 冷 ，直接关系到低温管道的运行安全 。一旦保冷施 工未处理好只能全厂停产后才能完全修复 这将 严重 影 响工厂 的安全 平稳 运行 造成 损失 所 以必 须严格保证保冷材料和施工各个环节 的质量。 3 4 1 保 冷材 料 的选 用 保冷材料选用以下两种 ： ( 1 )泡沫玻璃( 代号 C) ，密度 1 2 0 k g m ， 热导率 0 O 4 W ( m K) ，安全使用温度为 一 1 9 6 4 0 0 。 ( 2)聚 异 氰 脲 酸 酯 泡 沫( P I R，代 号 P )， 也 叫 改 性 聚 氨 酯 密 度 3 2 k g m 。 ， 热 导 率 0 0 2 7 W ( m K) ，安全使用温度为 一 1 9 63 8 o C。 3 4 2保冷 材料 组合形 式 保冷材料主要有三种组合形式 ： ( 1 ) C ：泡沫玻璃 +填缝剂 +玛蹄酯 +玻璃纤 维带 +玛蹄酯 +铝皮 +钢带 ，用于液氧管道。 ( 2 )P- P I R+填缝剂 +玛蹄酯 +玻璃纤维带 + 玛蹄酯 +铝皮 +钢带 ，用于液氮和 L N G管道 。 ( 3 )Q：P I R+胶带+3号胶 ( F O S E T R 3 0 4 5 ) +玻璃钢 +钢带 用于液氩和液氮管道( 此部分管 3 0 石 工 程 建 设 2 0 1 2 年4 月 道为从冷箱出来进液氮储罐 ，其余液氮管道均采用 P组合形式) 3 4 3 施 工注意 事项 ( 1 )本项 目位 于福建 ，雨 季时 间较长 管 道均 分布在室外 ，注意不要在雨天进行施工 同时要采 取防雨措施 ( 2 )施工 队伍素质与施工质量有很大关系需 要选择一个成熟 的、专业能力强的施工队伍 以确 保施工质量 ( 3 )重视管道支架、吊架等附件和保冷层伸缩 缝处 的保冷施工 ，这些部位施工难度大 、分布点 多 ，是最容易结冰的地方 ，应给予足够的重视 4结束 语 L N G冷 能空分管道涉及各种低温介质 温度 变化大 安装标准要求高，在施工过程中。每个环 节都必须严格遵循规定的程序和技术要求 重视和 解决施工过程 中的重点和难点问题 只有这样才能 保证施工质量 本 项 目自 2 0 1 0年 7月 3 0日通 L N G后 一 次 投产成功，其装置的工作温度 、压力、产能均达到 设计要求 ，运行情况良好 。 参 考文 献 ： 1 】汪国林 ， 张守军 低温管道系统施工 的质量控制和管理【 J 】 石油工 程建设 ， 2 0 0 1 ， ( 3 ) ： 4 0 4 2 2 张勤 新型 3 5镍钢低温管道 的施 工 建筑施工 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 6 ) ： 4 5 8 - 4 61 【 3 孙 丰海 保冷选材 和施 工浅析 J 化工 设备与管道 ， 2 0 0 8 ， 4 5 ( 1 ) ： 6】 - 6 2 作者 简介 ：章 东云 ( 1 9 8 5 一 ) ，男，江西南昌人 ，助理 工程 师，2 0 0 7年毕 业于中国石油大学 ( 北 京) ，现从事石油工程 建设技术管理工作。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 1 0 4 ( 上接第 2 5页) 集气站 不经过加热和节流在集气站 内进行分离 ( 3 )初期多井轮换加热、节流 单井管道来气 进站压力 5 8 MP a时可不节 流直 接进分离器 分 离 当来 气压力 5 8 MP a时可去 加热炉轮换 加 热 、节流至 5 8 MP a 左右 ，再经分离器分离外输。 ( 4 )常温分离。单井管道来气在集气站总机关