天然氣作為清潔能源越來越受到青睞，液化天然氣（LNG）正以每年約12%的比例高速增長，成為全球增長最迅猛的能源之一。近年來，中國LNG接收站項(xiàng)目得到了飛速的發(fā)展，隨著眾多LNG接收站的投運(yùn)，接收站內(nèi)LNG管道保冷系統(tǒng)的腐蝕問題日益嚴(yán)重。

LNG深冷（-165 ℃）保溫的最終目的是防止管線內(nèi)超低溫的LNG冷量向外擴(kuò)散，并且防止周圍環(huán)境的熱量進(jìn)入到管線內(nèi)部，保證LNG始終以純液態(tài)的形式運(yùn)輸；同時(shí)防止LNG溫度升高到露點(diǎn)以上而導(dǎo)致重新氣化，使管道內(nèi)LNG體積突然增大而造成危險(xiǎn)。

由于LNG接收站特殊的功能（接卸LNG運(yùn)輸船），致使LNG接收站站址分布在中國沿海地區(qū)。在海洋大氣環(huán)境的長期侵蝕下，LNG接收站低溫管道保冷系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，保冷結(jié)構(gòu)老化、破損現(xiàn)象日益突出，管道保冷效果降低，管道漏冷問題日益嚴(yán)重。

基于上述LNG接收站在生產(chǎn)運(yùn)行中面臨的LNG管道保冷系統(tǒng)不同程度的漏冷失效問題，對低溫管道保冷系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，特別是在不停產(chǎn)情況下實(shí)現(xiàn)在線修復(fù)顯得尤為重要與迫切。

LNG 管道保冷系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)狀

投入運(yùn)營多年的LNG接收站低溫管道保冷系統(tǒng)均有不同程度的損壞，如圖1和圖2所示，主要體現(xiàn)在：

1 部分保冷層內(nèi)部長期積聚水或冰，保冷材料長期處于潮濕條件下，加速了保冷材料的老化、腐蝕，導(dǎo)致保冷材料的導(dǎo)熱系數(shù)劇增，保溫性能下降；

2 保冷材料內(nèi)部含有的氯離子在潮濕條件下腐蝕管線，嚴(yán)重威脅管線的整體生產(chǎn)運(yùn)行；

3 管道保冷層失效，最外層金屬保護(hù)層外壁長期凝水，凝結(jié)水不斷地滴落到鋼構(gòu)架和基面，局部鋼構(gòu)架已經(jīng)出現(xiàn)了層狀腐蝕，廠區(qū)管廊架的腐蝕對支撐管廊的安全性產(chǎn)生較大的影響；

4 LNG管線保冷層失效，管道保冷金屬保護(hù)層外壁長期凝水，導(dǎo)致金屬保護(hù)層的外部出現(xiàn)綠色苔蘚，不僅影響外觀質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)進(jìn)一步加速腐蝕金屬保護(hù)層。

圖1 LNG接收站現(xiàn)場LNG低溫管道保冷系統(tǒng)局部破損導(dǎo)致漏冷、結(jié)冰現(xiàn)象

圖2 LNG接收站現(xiàn)場LNG低溫管道保冷系統(tǒng)受環(huán)境腐蝕導(dǎo)致的保冷失效

低溫管道保冷系統(tǒng)結(jié)冰、滴水、長苔蘚的現(xiàn)象，既增加了能耗，又加重管線本體及管線支撐鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，這是低溫管道保冷系統(tǒng)失效導(dǎo)致的，需要對低溫管道保冷系統(tǒng)進(jìn)行更換修復(fù)，一次性解決安全隱患。

目前，解決LNG管道結(jié)冰等現(xiàn)象常用的方法有采用抹布簡單地擦拭，或者采用有機(jī)溶劑（如無水乙醇等）對管道表面進(jìn)行澆注或擦拭，但是存在諸多缺點(diǎn)，如抹布擦拭效果差，管道表面固結(jié)的冰粒無法擦除；有機(jī)溶劑揮發(fā)，對人體有傷害；易燃、存在安全隱患；有機(jī)溶劑價(jià)格昂貴，不適用于大段管道的保冷結(jié)構(gòu)。

LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀

國內(nèi)外關(guān)于LNG管線保冷系統(tǒng)在線修復(fù)技術(shù)的相關(guān)介紹較少。阿拉伯聯(lián)合酋長國的阿布達(dá)比天然氣液化有限公司在2000年國際石油博覽會(huì)上提出了運(yùn)行條件下的LNG裝置保冷結(jié)構(gòu)的替換更新，并具體介紹了該技術(shù)的操作可行性、安全性、環(huán)保性等內(nèi)容，被認(rèn)為是LNG裝置保冷材料在線修復(fù)和替換的專利技術(shù)在中東地區(qū)的大規(guī)模應(yīng)用。

挪威的MGI Thermo公司在“停車”條件下進(jìn)行了液化儲(chǔ)罐和管路絕熱系統(tǒng)修復(fù)，更新了工程應(yīng)用嘗試，但具體修復(fù)后的效果未見相關(guān)報(bào)道。

國內(nèi)部分保冷施工單位針對LNG管路小范圍的保冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更新修復(fù)技術(shù)嘗試，但沒有系統(tǒng)的技術(shù)類介紹，也未形成成套的具備工程借鑒意義的技術(shù)。

針對國內(nèi)很多已投入運(yùn)營的LNG接收站低溫管道保冷系統(tǒng)均有不同程度損壞的現(xiàn)狀，對低溫管道保冷系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的診斷評估，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對保冷結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，特別是實(shí)現(xiàn)在LNG管道運(yùn)行不停產(chǎn)情況下的在線修復(fù)技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。

通過LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)技術(shù)的實(shí)施，首先能夠提高整個(gè)管路的輸送效率、降低能耗、減少冷量損失和LNG揮發(fā)氣（BOG）損耗，符合節(jié)能環(huán)保要求，又避免了管線停車造成的經(jīng)濟(jì)損失。

其次，LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)技術(shù)屬于技術(shù)創(chuàng)新，國內(nèi)外相關(guān)報(bào)道較少，亦是首次在國內(nèi)的LNG相關(guān)行業(yè)提出，具有很好的研究價(jià)值和意義。

再次，低溫管道保冷層老化、失效是LNG行業(yè)普遍存在的問題，如果LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)技術(shù)能順利實(shí)施并有較好的保溫效果，具有較大的市場推廣應(yīng)用前景，并能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)風(fēng)險(xiǎn)

實(shí)現(xiàn)LNG管道保冷系統(tǒng)的在線修復(fù)，即在LNG低溫管道不停輸情況下，對LNG低溫管道保冷系統(tǒng)進(jìn)行快速替換，整個(gè)過程中，尤其是在對LNG管道保冷系統(tǒng)進(jìn)行拆除的過程中，LNG低溫管道與外界大氣存在強(qiáng)烈的對流熱交換，低溫管道內(nèi)的LNG吸熱迅速汽化，管內(nèi)壓力急劇升高，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在拆除保冷系統(tǒng)的同時(shí)，由于LNG低溫管道外表面溫度達(dá)-150~-160 ℃甚至更低，深冷條件下周圍水蒸氣會(huì)迅速冷凝，并附著在LNG低溫管道外表面結(jié)霜、結(jié)冰，如果處理不及時(shí)，更換后的保冷材料無法與LNG低溫管道外表面緊密貼合，會(huì)大大降低LNG低溫管道的保冷效果，甚至?xí)?dǎo)致更換后的保冷系統(tǒng)的保冷效果較更換前不增反降。

同時(shí)，LNG低溫管道保冷系統(tǒng)的拆除與安裝過程對施工操作人員也提出高要求，不僅要求更換過程中的每道工序銜接有序，而且要避免人員凍傷，挑戰(zhàn)較大。

LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具研發(fā)

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)LNG管道在保冷系統(tǒng)更換過程中不結(jié)霜、盡可能的降低低溫管道與外界環(huán)境的換熱量是成功實(shí)施LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)、規(guī)避修復(fù)過程中潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。

針對LNG低溫管道外形及運(yùn)行維護(hù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)專用工具。該工具通過與低溫氮?dú)庠催B通，使用氣化后的液氮通過工具設(shè)置的吹掃孔對LNG低溫管道進(jìn)行低溫保冷，形成一個(gè)特定區(qū)域的低溫環(huán)境，將LNG低溫管道漏冷量降至最低。LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具為270°的圓弧結(jié)構(gòu)，并根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需求進(jìn)行了針對性吹掃管道圓周所需吹掃頭數(shù)量設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行3D建模，如圖3所示。

圖3 LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具3D模型

LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具設(shè)計(jì)過程中，考慮到LNG低溫管道規(guī)格（DN50～1200 mm管徑系列）跨度較大，如果為每個(gè)管徑單獨(dú)設(shè)計(jì)一套修復(fù)工具，不僅是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而且也不便于工程采購、存儲(chǔ)。

經(jīng)過現(xiàn)場需求調(diào)研，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)工具的系列化，參考GB/T 4437.1-2015《鋁及鋁合金熱擠壓管 第1部分：無縫圓管》，修復(fù)工具配件全采用輕質(zhì)鋁管設(shè)計(jì)，使得除霜更易操作。經(jīng)過多次參數(shù)優(yōu)化，修復(fù)工具系列化參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具系列化參數(shù)匯總

2 工程應(yīng)用

通過對LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，并委托具備加工資質(zhì)的廠家對修復(fù)工具進(jìn)行加工（以某LNG接收站現(xiàn)場88.5 mm槽車返回管線的部分管段作為試驗(yàn)管段，故修復(fù)工具設(shè)計(jì)尺寸選取≤DN150 mm），為了方便修復(fù)工具更好地覆蓋低溫管道，將該修復(fù)工具設(shè)計(jì)成270°圓弧結(jié)構(gòu)，根據(jù)吹掃參數(shù)計(jì)算吹掃管道圓周所需的吹掃頭數(shù)量。該工具共有4個(gè)圓弧形吹掃截面，每兩個(gè)截面間隔200 mm，每個(gè)圓弧截面上設(shè)置5個(gè)吹掃頭，4個(gè)圓弧吹掃截面根據(jù)需要自由組合成3個(gè)截面、2個(gè)截面、1個(gè)截面單獨(dú)使用。

為了更好地測試該首創(chuàng)LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具的性能，在LNG低溫管道保冷系統(tǒng)修復(fù)前，對待修復(fù)LNG低溫管段現(xiàn)有保冷系統(tǒng)的保冷效果進(jìn)行測試評價(jià)，評價(jià)方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8174-2008《設(shè)備及管道絕熱效果的測試與評價(jià)》中表面溫度法相關(guān)規(guī)定。采用觸點(diǎn)測溫儀測試待修復(fù)管段及附件保冷系統(tǒng)外表面溫度；采用溫濕度儀測試環(huán)境溫度及濕度；采用風(fēng)速儀測試環(huán)境風(fēng)速；依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17357-2008《設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場測定 熱流計(jì)法國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范電子版》中熱流密度法相關(guān)規(guī)定，采用熱流密度儀測試保冷管道表面熱流密度；采用紅外熱像儀測試表面溫度分布狀況，并搜集管段內(nèi)部介質(zhì)運(yùn)行參數(shù)（介質(zhì)溫度、流量、壓力等），計(jì)算分析保冷結(jié)構(gòu)的保冷效果，并通過現(xiàn)場的運(yùn)行管道保冷狀況進(jìn)行檢測評估。

在某LNG接收站現(xiàn)場88.5 mm槽車返回管線（共計(jì)約30 m）進(jìn)行保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工程應(yīng)用，該段管道包括管托、三通、豎直管道、彎頭等特殊管件（見圖4），施工過程中借助LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具有效地去除了LNG低溫管道表面的冰霜（見圖5），并在施工前后對該管段保冷效果進(jìn)行檢測評估。

圖4 某LNG接收站現(xiàn)場88.5 mm槽車返回管線保冷系統(tǒng)

圖5 現(xiàn)場修復(fù)過程中LNG低溫管道保冷系統(tǒng)表面冰霜情況

效果 ● 評價(jià)

為了驗(yàn)證開發(fā)的LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具對LNG接收站現(xiàn)場LNG低溫管道的修復(fù)效果，通過修復(fù)管段保冷材料在修復(fù)前后保冷效果的測試參數(shù)對比分析，驗(yàn)證了低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)的工程應(yīng)用效果。

LNG低溫管道保冷系統(tǒng)經(jīng)修復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行一周后，分別對修復(fù)管段的保冷效果進(jìn)行測試評價(jià)，分析計(jì)算修復(fù)后保冷系統(tǒng)的保冷效果，與修復(fù)前的保冷系統(tǒng)保冷效果進(jìn)行對比，修復(fù)后保冷系統(tǒng)既能滿足防結(jié)霜要求，又能滿足最大允許冷損失要求，與修復(fù)前的保冷效果相比（見表2）有明顯的改善。

表2 一周后修復(fù)管段的保冷效果測試結(jié)果

1 修復(fù)前保冷系統(tǒng)外表面腐蝕、長苔蘚、滴水情況嚴(yán)重，部分管段金屬外保護(hù)層開裂，修復(fù)后系統(tǒng)運(yùn)行一周，保冷系統(tǒng)外表面無凝霜、滴水現(xiàn)象。

2 修復(fù)前對保冷系統(tǒng)進(jìn)行測試，管道外表面溫度較低，換算成設(shè)計(jì)條件的表面溫度后，不滿足防結(jié)霜要求，冷損失嚴(yán)重，遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)允許最大冷損失要求，修復(fù)后滿足防結(jié)霜要求，不存在漏冷現(xiàn)象。

3 對比抹布擦拭清除LNG低溫管道外壁冰霜與專用工具吹掃冰霜的效果可知，LNG低溫管道表面的冰霜無法用抹布完全擦掉，不能達(dá)到除冰霜效果，在線修復(fù)工具可實(shí)現(xiàn)持續(xù)吹掃，可以吹化管道表面冰霜，效果較好。

4 在線修復(fù)工具清除冰霜過程中，吹掃初始LNG低溫管道表面迅速凝結(jié)白霜，借助修復(fù)工具持續(xù)吹掃管道表面4~5 min后冰霜完全去除，光滑的LNG管道表面保持1 min內(nèi)不結(jié)霜，為更換新的保冷系統(tǒng)提供了充足的時(shí)間。

通過對現(xiàn)場在役LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)進(jìn)行工程化應(yīng)用測試，測試中在線修復(fù)工具有效地除去了LNG低溫管道表面的冰霜，無結(jié)霜或結(jié)露現(xiàn)象，新的保冷結(jié)構(gòu)安裝后，保冷效果較修復(fù)前（見圖6）明顯提高，表明LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)設(shè)備研制取得成功。

圖6 LNG低溫管道保冷系統(tǒng)表面情況

通過“LNG管道保冷結(jié)構(gòu)在線修復(fù)專用吹掃系統(tǒng)”專用設(shè)備的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了LNG管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)過程中LNG管道外壁“零結(jié)霜”，且更換后的保冷系統(tǒng)與LNG管道密切貼合、保冷材料與LNG管道外壁間無水汽殘留的既定目標(biāo)。

結(jié)束語

基于國內(nèi)已建液化天然氣接收站遇到的LNG管道保冷系統(tǒng)腐蝕問題，分析了保冷系統(tǒng)發(fā)生腐蝕的原因，并提出LNG管道保冷系統(tǒng)不停輸在線修復(fù)措施，通過LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)工具的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了LNG低溫管道保冷系統(tǒng)在線修復(fù)過程中“零危害、零結(jié)霜”的指標(biāo)，且經(jīng)現(xiàn)場長時(shí)間監(jiān)測，更換后的保冷系統(tǒng)管道運(yùn)行狀態(tài)良好，保冷系統(tǒng)外表面不再有凝結(jié)水覆蓋，證明保冷系統(tǒng)保冷性能良好，實(shí)現(xiàn)了LNG管道保冷系統(tǒng)的高效運(yùn)行，為LNG接收站低溫運(yùn)行設(shè)備設(shè)施的腐蝕防護(hù)提供借鑒。