略论液化天然气低温设备RBI技术

李战杰(中石化广州工程有限公司，广东 广州 510620)

0 引言

LNG储罐是油气管网的核心组成部分，若设计、安装、运维等方面的工作未落实到位，将严重影响到绝热保温效果，在气温增高的同时罐内压力同步提高，严重时引发LNG储罐爆裂事故[1-2]。鉴于此，可将RBI技术应用于日常检测工作中，以便及时发现问题，采取针对性的处理措施。

1 LNG接收站的核心工艺流程

根据风险特征提出几项控制措施：一是中等风险及其以下等级的各类风险，通过科学的控制措施后，避免其在下一次检验前发生等级提升的现象；二是中高风险等级，主要指的是失效可能性等级达到3级或更高的情况，此时在装置不停车的条件下采取控制措施，以达到降低失效可能性等级的效果；三是以行业经验为主要指导，对于控制失效可能性等级在3级以内的情况，考虑此时万台设备年事故率的情况，要求在此方面的表现达到国外发达国家水平；四是检验周期的分析，应兼顾现行业规范等方面的相关规定。

某LNG接收站内部组成包含LNG卸船系统、LNG储存工艺、蒸发器处理系统、火炬气放空系统及气化输配系统；管道类型包含柴油型、气态丙烷型、天然气型、LNG型等八类；容器装置的类别包含冷凝器、压缩机、储罐等。LNG接收站的工艺较为成熟，具有运行稳定的特点，历史生产阶段内未发生安全事故。

本次风险评估的对象包含站内的526条压力管道和32台压力容器。从LNG接收站的工艺流程来看，LNG通过专用船有序转运至码头，提前配置好卸料臂和回气臂，以构成完整的输送渠道，在卸料泵的辅助下将LNG转入储罐。LNG的工艺流程可分为两个方向，一是在管道作用下进入LNG船，以便维持气相平衡的状态；二是通过压缩机加压处理，使其能够转入冷凝器内以便发生冷凝反应，再与外输的LNG混合，通过高压输送泵的作用使其转入汽化器，在发生汽化后对其采取调压处理措施，按特定的流程输入至管网内，最终到达用户端。关于LNG接收站的工艺流程，具体情况如图1所示。

2 损伤机理分析

装置损伤的发生机理较为复杂，各机理所对应的损伤类型具有差异性，总体来看可分为三类损伤：

2.1 温层下腐蚀(CUI)

CUI的出现主要与保温层和金属表面空隙有关，该处存在水分聚集现象后将引发不同程度的损伤。CUI主要以局部损伤的方式为主，在持续性作用下易导致碳钢受到腐蚀而变薄，而对于奥氏体不锈钢而言则表现出应力腐蚀开裂现象。

2.2 大气腐蚀

部分金属缺乏有效的防护措施，受外部因素影响而出现腐蚀。LNG接收站建设于沿海环境，空气和海水中都存在丰富的氯离子，其具有较强的腐蚀性作用，易引发大气腐蚀现象，且在湿度较大的环境下体现得更为明显。以碳钢为例展开分析，若空气湿度达到60%或更高，此时碳钢腐蚀速率将表现出大幅提升的趋势，甚至具有指数增长的特点；对于空气相对湿度在50%以内的情况，虽然存在腐蚀现象但速率相对较低。对此，可以选择金属镀层、不锈钢等材料，并对其采取湿度控制措施，此举有助于缓解大气腐蚀作用，实现对管道和设备的有效防护。

2.3 碱应力腐蚀开裂

图1 LNG接收站工艺流程

此现象的出现与碱溶液作用有关，管道或设备易出现应力腐蚀开裂现象，主要集中在应力热处理不到位的部位。碱应力的腐蚀作用较强，易导致设备或管线在数天内被完全穿透。此外，剪应力腐蚀开裂的分布具有规律性，呈现出与焊缝相平行的关系，或是集中在焊缝和热影响区；形成的裂纹相对较小，形状方面以蜘蛛网状居多，最初见于局部应力集中处，后续逐步向外界扩宽。在碱液质量分数>5%的条件下，将明显加大开裂的概率，若碱液质量分数逐步增加，开裂现象则更为明显。

3 风险评估及检验策略制定

本次风险评估选择的是中特石化装置工程风险分析系统，即GM_RBI，其功能较为丰富，可实时录入风险值并对其执行计算操作，在其支持下可以创建基于管道、容器的风险矩阵，具体情况如图2所示。装置内的压力管道数量丰富，以风险等级为依据划分，可得到中高风险管道42条、中风险管道175条以及低风险管道309条。装置内的各类容器都处于稳定使用状态，无任何高风险容器，但有中风险容器24台、低风险容器8台。

图2 管道及容器风险矩阵图

LNG管道及容器均使用到适量具有低温绝热特性的材料，由此构成保冷层，可有效减小外界温度对内部运行状态所造成的不良影响。管道的介质温度为-162℃，此条件下若拆除低温管道保冷层，则会发生管道内外部温差异常增加的情况，导致LNG快速汽化，管道内压力大幅提升，存在大量的安全隐患，严重威胁到管道的安全使用。并且，拆除保冷层后管道的外壁也会受到温度的影响，出现快速凝水甚至结冰的现象，而通过修复措施难以从根本上解决该问题，因此在检验时不推荐使用拆除保冷层的方法。

根据LNG接收站建设于沿海地区的特点，提出相适应的处理方法：

宏观检验。以目视方法为主，例如通过内窥镜、放大镜等相关装置检测，以便掌握管道在结构、尺寸、表面等方面的情况[3]。宏观检验应具有全面性，主要内容包含三部分：一是结构检验，常见有管道布置情况、开孔位置、支吊架、排放装置等；二是几何尺寸检验，主要包含咬边、焊缝余高等；三是外观检验，涉及到的工作内容较为丰富，如焊缝的腐蚀情况；各类管道在泄漏、变形、鼓包、电弧灼伤、开裂等方面的情况；排放装置在腐蚀、沉积等方面的情况；保冷层的脱落等方面的情况等。

若为夹套容器或管道，较为可行的是抽真空的方式，此举的作用在于降低其与环境的传热量。通常，夹层上会配置特定的真空测试装置，以便通过该装置的作用检测夹层的真空度；而对于检测条件较为特殊的情况，例如无真空测试装置，此时则要做好口蒸发率的测量工作。

绝大部分物体都无法达到绝对零度的状态，此类物体将发出波长具有差异化特性的电磁辐射，而在物体温度逐步提高的条件下，内部分子运动趋于剧烈，产生的红外辐射作用则越强。物体的温度会在较大程度上决定辐射的频谱分布情况。对此，引入红外热成像的检测方式，在光电技术的支持下采集红外波段信号，经过信号处理后使其成为可直观识别的图像，相关技术人员根据图中信息作出客观的评价。

脉冲涡流检测技术是行业持续发展之下而衍生出的新型无损检测技术，其在设备及管道腐蚀方面的检测效果较好。以激励线圈为主要装置，其能够形成脉冲磁场，随着时间的变化，管道设备激励起的感应涡流随之改变，逐步形成感应电磁场。脉冲涡流检测技术的应用具有局限性，例如只具备检测独立凹坑的能力，同时其精度也相对较低。

RBI技术充分考虑到各类设备的工作特性，匹配出相适应的检验方法，具有识别精度高、成本低等多重特点。对于结构减薄情况的识别，可行方式是宏观检查以及壁厚检测；碱应力腐蚀开裂现象可通过宏观检测和无损检测的方式而实现。若为低温LNG设备，在检验时应避免拆除行为，可行的是脉冲涡流检验技术，根据所得的金属损失量作出判断。LNG为典型的低温介质，在出现泄漏后会与外界温度发生明显作用，伴有大幅度温差现象，因此需要重点监测弯头、三通、减压阀等较为薄弱的区域。根据检测需求，共配置9台压力容器和59条压力管道，从实际检验结果来看，未出现应力开裂和腐蚀现象，设备的工作状态较为良好。

4 结语

RBI技术是建立在风险等级和失效机理基础上而衍生出的新型技术，其参考到同类设备的失效可能性以及设备的特殊性，因此RBI技术的科学性更强。通过GM RBI软件的应用，可以实现对LNG接收站内各类设备的评估，尤为关键的是能够准确掌握低温管道、低温容器等核心构件的特点，从而阐述其腐蚀机理，帮助工程技术人员全方位掌握天然气低温设备的使用状况，为相关工作的开展提供可靠的依据。