浅谈LNG储罐的预冷

徐 敬，张朝阳，刘发安，刘清华，白光野，刘 欣，郭 育，顾昊轩

(中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北 任丘 062550)

LNG储罐作为接收站和天然气液化厂LNG储存的核心设备，投资大，建设难度高，其顺利投产有着重要的意义[1]。LNG储罐在操作工况下储存的是低温LNG，其工作温度为-163℃，此种介质为深冷液体，受热时体积迅速膨胀，在常压0℃下，1 m3液体可气化625 m3气体，而建成后储罐内为常温的空气，若直接进液，液体在罐内常温下急剧汽化造成罐内压力迅速升高容易发生储罐超压，需对储罐进行气体外排以免造成储罐损坏，但是天然气属于易燃易爆介质，直接排放到空气中有发生爆炸的危险，且直接进液会造成罐体金属短时间内温度骤降而产生较大的变形，在较大的温度应力作用下造成储罐焊缝撕裂或其他结构损伤。因此在储罐正式进液、储存LNG之前需要进行一系列的调试工作，储罐的预投产工艺流程具体为：水压试验→气密性试验→储罐及附属管线干燥、氮气置换→储罐及附属管线的预冷[2]。预冷这一环节最重要且风险最高，在预冷这一环节中对储罐缓慢降温，逐步冷却，在预冷过程中密切检测储罐及附属设施的状态及性能，这样更加安全可靠，也可把预冷收缩产生的泄漏点紧固好。通过预冷，可提前发现设备及管道系统存在的问题和隐患，及时地进行排除，以确保储罐正式投产时能够安全正常运行。

1 预冷的原则及目的

1.1 预冷的原则

金属材料温度骤降容易造成温差应力产生较大变形，在温差应力、焊接残余应力和其他强度应力的综合作用下容易造成储罐焊缝和其他薄弱连接部分的损伤，因此预冷过程中最关键点是控制温度降速率。根据EN14620-5附录A的规定，储罐预冷过程中温度降速率宜为3℃/h，最大不超过5℃/h，罐壁或罐底任意两个不相邻温度传感器之间的温度差不宜大于30℃。预冷时要逐步降低储罐和相关工艺管道温度，防止温度骤降影响金属材料性能产生较大应力而损伤储罐和管件。

1.2 预冷的目的

在预冷过程中，随着储罐温度的降低，罐体及管线的温度逐步接近其工作温度，钢板、阀门、法兰密封、管件及各种内部构件和相接管线设备的低温性能也逐步体现，因此储罐预冷是检验和测试低温设备和管道低温性能的最直接最有效的方法，其能够实现检验低温材料质量是否合格、检验焊接质量、检验管道冷缩量和管托支撑变化、检验低温阀门的密封性(包括内罐呼吸阀的动作试验)的目的。

2 预冷的实施

2.1 预冷前的准备工作

2.1.1 管道、阀门的检查

在预冷之前，需对照储罐工艺流程图检查所有相关的管道、阀门、仪表等本体及附属设施是否安装完毕，然后检查储罐的电气仪表控制部分是否满足使用要求，若检查过程中发现任何与设计不符或功能不满足要求的状况，应及时解决后再进行后续的预冷环节。主要内容包括测试两个呼阀是否均可以正常开启；检查所有气动阀门的仪表气压力是否维持在0.5 MPa以上，仪表气阀门常开；检查管道上的安全阀根部阀是否常开，手动放散阀是否常闭，具体情况应根据储罐具体的配置确定。

2.1.2 储罐电气仪表控制部分的检查

储罐的主要控制部分包括温度监测、压力监测、液位监测、夹层压力监测、进夹层氮气压力监测、阀门控制、液位报警、干粉灭火系统、罐顶起重设备、储罐照明等功能控制。

2.1.3 管道吹扫

储罐预冷后就正式进液投产，用于储存LNG，为保证介质的洁净和阀门仪表等不出现堵塞，预冷之前需管道吹扫清除管道和罐内焊渣等杂物。预冷前的管道吹扫一定要干净，如果吹扫不干净，杂物将在阀门处滞留并结冰从而将会导致阀门冻住。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。施工中建议实行分段吹扫，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。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。管道吹扫应由罐内向罐外吹扫，在吹扫时要敲击管道表面和焊接部位，以便于清除焊渣等杂物，且不能吹扫任何仪表设备。吹扫过程中要检查储罐操作平台仪表管是否有堵塞，卡套连接处是否漏气(微漏会影响压力及液位测量准确度，可用肥皂水检漏)，仪表管露点需维持在≤-40℃。

2.1.4 外围管道部分的检查

预冷前应检查并确认罐池内所有焊接、切割、抛光打磨等动火作业均已完成，确认临时试压及吹扫管道已切除、与储罐本体管道连接符合工艺要求。检查并确认与储罐连接的所有工艺管道，均已吹扫且保压合格。对于进液、出液、泵后回流、泵后回气、储罐BOG回收管线等关系到液体的储存、增压、储罐汽化BOG的回收的工艺管线建议露点吹至≤-40℃。

2.2 预冷过程中的注意事项

预冷作为储罐投产前调试的重要环节之一，为保证预冷工作的安全顺利进行，在预冷过程中应注意以下几点：

(1)预冷区域、排放口处应设置有明显的警示标记。

(2)在预冷进液过程中操作人员严禁离开现场，应至少保证一人在现场槽车处根据工况随时处理现场情况，一人在中控室密切监测温度和压力变化，确保温度和压力在规范允许的范围内变化，若出现变化与规范允许范围发生偏离的情况，应及时与现场调试人员协商确定解决方案。

(3)进液过程中如出现较大泄漏或者外罐底板温度严重异常时应立即停止卸车作业。

(4)所有操作应在调试人员统一指挥下进行，任何人未经同意不得擅自乱动阀门。

2.3 预冷速度的控制

2.3.1 预冷范围

LNG储罐预冷范围包括储罐本体和储罐工艺流程图中的低温液相与气相管道系统(包括管材、管件、法兰、阀门和仪表等)。

2.3.2 冷却介质的选择

根据冷却介质，储罐的预冷方法可分为两种[3]：

(1)液氮加LNG 预冷方法。利用液氮对卸料管道和储罐进行冷却，待冷却温度达到-120～-110℃，换成LNG 继续对管道及储罐进行冷却。这种方式的预冷介质由昂贵的LNG 换成相对便宜的液氮，节约了预冷成本。同时，由于使用不燃的液氮代替易燃的LNG来进行预冷，提高了储罐预冷的安全性[4]。

(2)LNG(含BOG)预冷方法。利用LNG 蒸发气(BOG)对管道及储罐进行预冷，待管道和储罐温度达到-120℃时，通过注入LNG(由储罐顶部喷淋雾化装置雾化后)对储罐进行冷却。这种方式直接利用接收站场内LNG 资源，但会消耗大量的LNG 产品[4]。

2.3.3 温度控制

在预冷过程中顶部进液始终打开，底部进液始终关闭，两个相邻壁板温差不能超过10℃，任何不相邻壁板的温差不能超过30℃，如果温差超过上述值，冷却介质流速需减小(可直接调节槽车出液口阀门开度)。当储罐罐壁检测温度达到-150℃至-160℃时，接近内罐底板处检测温度达到-125℃至-135℃可以停止预冷，此时基本满足进液条件。

3 总结

LNG储罐投产之前的调试工作是检验储罐施工质量、材料质量和为LNG储罐正式运行做准备的关键环节，在储罐预冷之前，应制定完善的LNG储罐预冷方案，根据具体工程情况选择合适的预冷介质，现场调试人员应安排经验丰富、有一定储罐设计和施工基础的专业人员，储罐预冷团队应具有较强的团队协作能力，在听从统一指挥的前提下要有灵活应对并解决各种突发事故的能力，只有同时保证储罐结构设计合理、施工质量合格和投产调试顺利进行才能确保储罐的正式投产。