[发明专利]一种自循环式的LNG管道预冷工艺

说明书

本发明涉及一种自循环式的LNG管道预冷工艺，采用包括NG冷气发生装置、NG泵、铠装软管一、铠装软管二、铠装软管三、三通和单向止回阀的预冷系统实现；预冷系统与LNG管道A、LNG管道B之间形成预冷气体循环回路；在NG冷气发生装置中，引射的－160℃～‑170℃的LNG与常温天然气进行充分混合，输出的干燥NG冷气通过NG泵进行加压，首先经冷气引入点进入LNG管道A对其进行预冷，然后通过铠装软管一进入LNG管道B对其进行预冷，完成预冷工作后的低温天然气通过铠装软管三汇入到常温天然气管道中。本发明具有设备简单、成本低、占地空间小、便于操作和安全可靠的特点，尤其适合于大中型LNG厂站应用。

技术领域

本发明涉及一种LNG管道预冷技术领域，尤其涉及一种自循环式的LNG管道预冷工艺。

背景技术

将LNG管道系统从环境温度冷却到工作温度的过程称为预冷。在预冷过程中，为使管道、绝热层和周围土壤降温，需要蒸发掉一定量的低温工作介质，而且要经过相当长的时间才能达到热稳定状态。对预冷过程的设计计算就是要确定低温介质耗量与预冷时间，LNG管道系统的预冷过程是一个复杂的热传递过程。管道系统在预冷过程中既可以利用低温工作介质的汽化潜热，又可以利用已蒸发的气体温度升高时所吸收的显热，预冷过程中需要的低温工作介质的消耗量是随显热的利用程度而变化的。

LNG输送管道以及LNG汽化站内低温管道和低温储罐在正式输入低温液体之前，首先要进行充分的冷却即预冷。为了避免管道结构急冷损坏，预冷过程非常重要。如果LNG突然注入常温的管道，管道会迅速地收缩。管道的底部与沸腾的LNG将直接接触，相对温度较低，由于LNG吸收了管道材料的热量在管道内发生有核沸腾或者膜沸腾，产生的NG充满管道顶部，造成管道顶部的温度相对较高，在管道截面上温度梯度会导致“香蕉效应”。即：由于管道的顶部和底部收缩不一致，导致管道系统发生不可预知的形变，进而引起管道、支撑、膨胀节和连接法兰的损坏，因此在LNG管道系统投产以及检修后开工前，对管道系统的预冷是必须进行的，而且这一预冷过程必须逐步地缓慢地进行，根据有关操作经验，管道系统的冷却速率控制在50℃/h左右时比较安全。当LNG管道系统的温度达到-95℃～-118℃之间时，才可以正式投产运行。

目前，对LNG管道系统进行预冷采用的低温工作介质通常是液氮，由多辆大型槽罐车运输液氮到LNG装置附近，在汽化器中吸收空气的潜热实现气化，工作后的氮气通过排放装置在一定高度上进行放散处理。这一过程的系统压力高于常压，相关设备为压力容器。由于液氮的温度低于LNG。在进行预冷操作时，稍有不慎，管道系统发生“香蕉效应”的概率更大，整个管道系统完成预冷所耗费的时间更长。而且由于需要额外采购大量的液氮，这一预冷工艺成本偏高，准备时间长。

通过对LNG管道系统的预冷操作进行模型分析，可以确定理想的低温工作介质是低温气体，尽量避免低温工作介质在管道系统中呈现出气液两相状态，因为这种气液两相状态是导致管道发生“香蕉效应”的根本原因。在工程实践中，LNG管道系统进行预冷操作的温度下限就是纯净NG的露点(-120℃左右)。当低温气体进入管道系统实施预冷过程时，在管道内部不存在温度差，在管道圆周上的温度也是均一的，随着低温气体在管道内的扩散，管道系统在延伸方向上逐步冷却。这样的预冷过程是随着低温气体的扩散而缓慢实施的，降低了管道系统发生变形的概率。当管道系统的温度逐渐下降，达到低温气体的露点时，低温工作介质将再次出现气液两相状态。因此，理想的低温工作介质应该具有这样的物理特性：其露点与LNG的露点接近，至少不能高出太多，否则会在预冷操作中，未达到目标温度而过早出现气液两相状态。空分后的氮气露点在-69℃左右，基于上述论述，可以认定液氮在LNG预冷操作的后半段并不适合做为工作介质，只是由于液氮相对容易获取，其沸点相对较低，所以才会广泛用于LNG管道系统的预冷操作。

发明内容