阅读说明：本技术 一种lng管道保冷结构在线修复方法 (Online repair method for cold insulation structure of LNG pipeline ) 是由 杨玉霞 付子航 刘艳平 张由素 刘方 冯亮 殷德庚 吴然 杨宏伟 黄洁馨 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种LNG管道保冷结构在线修复方法。所述在线修复方法包括如下步骤：1)对LNG管道的保冷结构进行保冷性能评估：2)对不符合保冷设计要求的保冷结构,重新进行保冷设计；3)对待修复部位的保冷结构进行拆除并借助修复工具更换新的保冷结构；4)修复作业完成后对修复部位保冷结构的保冷性能进行检测评价。利用本发明修复方法对LNG管道保冷结构进行修复时,可实现整个修复过程不停车。本发明修复方法利用一种专用修复工具,保证修复过程管道表面不结霜,不会造成人员冻伤,修复后保冷效果显著。本发明不仅适用于LNG管道,其他低温管道、装置同样适用,可在其他低温深冷领域推广使用。(The invention discloses an on-line repair method for a cold insulation structure of an LNG pipeline. The online repair method comprises the following steps: 1) and (3) carrying out cold insulation performance evaluation on the cold insulation structure of the LNG pipeline: 2) carrying out cold insulation design again on the cold insulation structure which does not meet the cold insulation design requirement; 3) dismantling the cold insulation structure of the part to be repaired and replacing the new cold insulation structure by a repairing tool; 4) and after the repairing operation is finished, detecting and evaluating the cold insulation performance of the cold insulation structure of the repaired part. When the LNG pipeline cold insulation structure is repaired by the repairing method, the whole repairing process can be realized without stopping. The repairing method of the invention utilizes a special repairing tool to ensure that the surface of the pipeline does not frost in the repairing process, does not cause personnel frostbite, and has obvious cold insulation effect after repairing. The invention is not only suitable for LNG pipelines, but also suitable for other low-temperature pipelines and devices, and can be popularized and used in other low-temperature cryogenic fields.)

一种LNG管道保冷结构在线修复方法

技术领域

本发明涉及一种LNG管道保冷结构在线修复方法，属于低温深冷技术领域。

背景技术

我国的LNG保冷工程发展迅速，该工程大都采用硬质聚氨酯泡沫作保冷结构，长期使用后保冷结构会出现开裂、收缩变形等现象，主要表现在：起初保冷层与金属管道接触表面是干燥的，当低温介质与外部的保冷结构之间存在温差时，就会使得钢管与保冷结构之间存在水分，并以霜粒的形式附着在金属管道系统表面。检修时，低温系统停止工作，管道系统温度开始升高，其表面的霜粒会凝结成水气，汇集在管到底部，并从保冷结构接缝处流出。这种情况夏季更为明显。检修结束，制冷系统重新启动，积存在管道底部的凝结水开始结冰，使得保温层结构受涨变形，并出现裂纹。

特别是低温LNG行业，国内很多已投入运营的LNG接收站的LNG管道保冷层均有不同程度的损坏，部分设备及管线有挂霜、凝水、结冰、保冷层变形、开裂的现象，既增加了能耗又加大设备管线的腐蚀，亟需对其进行保冷结构修复。同时考虑到传统的停车修复会对接收站的产能及经济效益产生很大的影响。因此，开发一种安全可靠且经济的在线修复技术尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种LNG管道保冷结构在线修复方法，解决LNG接收站中LNG低温管道保冷结构破损、老化、失效问题，在保证现场运行安全平稳的前提下，实现低温管道保冷结构在线修复改造。

本发明所提供的LNG管道保冷结构在线修复方法，包括如下步骤：

1)对LNG管道的保冷结构进行保冷性能评估；2)对不符合保冷设计要求的保冷结构，重新进行保冷设计；3)对待修复部位的保冷结构进行拆除并借助修复工具更换新的保冷结构；4)修复作业完成后对修复部位保冷结构的保冷性能进行检测评价。

上述的在线修复方法中，步骤1)中，收集和检测下述参数，然后根据GB/T8174-2008《设备及管道绝热效果的测试与评价》确定是否对保冷结构进行修复；

所述参数包括如下a)-d)：

a)待修复管道的原始设计参数；

所述原始设计参数包括设计工况下的平均风速、环境温度、相对湿度、介质温度、外表面温度、露点温度、表面换热系数、允许冷损失量等；

b)待修复管道内输送介质的运行参数；

所述运行参数包括温度、流量、压力等；

c)待修复管道保冷结构的外表面的温度；

具体可采用红外热像仪和触点测温仪进行测定；

d)待修复管道周围环境的温度、露点温度、环境湿度和风速；

具体可采用温湿度检测仪和风速仪进行测定。

经过分析，若不满足以下要求时，为减少冷损失需要对保冷结构进行修复：

Ⅰ)凡采用经济厚度法设计的保冷结构，其外表面温度高于设计工况下的露点温度；

Ⅱ)凡为防止外表面凝露而设计的保冷结构，其外表面温度高于设计工况下的露点温度；

Ⅲ)凡根据允许冷损失量设计的保冷结构，其外表面温度高于设计工况下的露点温度，同时，其冷损失量小于设计工况下的允许冷损失量。

上述的在线修复方法中，步骤2)中，根据GB/T8175-2008《设备及管道绝热设计导则》进行保冷结构和保冷厚度设计；计算原则如下：

a)为减少冷损失(热量吸入)并防止外表面凝露的保冷，采用经济厚度法计算保冷厚度，以热平衡法对外表面温度进行校核，该温度应高于环境露点温度，否则加厚重新核算；

b)为防止外表面凝露的保冷，采用表面温度法计算保冷层厚度；

c)工艺上允许冷损失量的保冷，采用热平衡法计算保冷层厚度，并校核其外表面温度，该温度应该高于环境的露点温度，否则加厚重新核算；

d)公称直径大于1000mm的管道和圆筒形设备，按平面绝热计算公式计算，公称直径等于或小于1000mm时，按圆筒面绝热计算公式计算，球型设备按照球形设备绝热计算公式计算；

e)在同一设备或者管道上采用同种保冷材料保冷时，按单层绝热计算公式计算，采用两种不同保冷材料保冷时，则按双层绝热计算公式计算(复合预制品除外)，双层保冷层的层间间面温度应不低于其相邻外层保冷材料的最低安全使用温度。

上述的在线修复方法中，步骤3)中，在对待修复部位进行新旧保冷结构更换施工过程中需要借助专用修复工具，采用氮气作气源，借助特定形状的分气件，保证吹出的气流满足设定的风压，能够保证在修复过程中管道表面不结霜。

具体地，在进行旧的保冷结构拆除时，应分段、分层、按顺序拆除；同时保证内层保冷结构每次拆除长度为1～1.2米；

将旧的保冷结构拆除的瞬间，应同步启动专用修复工具，对待修复管道表面进行吹扫，达到待修复管道表面“零结冰”“零结霜”的要求。

所采用的修复工具可为如下结构的LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统：所述吹扫系统包括吹扫工具；

所述吹扫工具包括若干个环形分气件结构；

所述环形分气件结构包括由圆管形成的圆弧形管件，所述圆弧形管件上设有若干个出风管，所述出风管与吹扫喷嘴连接；

所述圆弧形管件通过手柄与一管线相连通，所述管线与气源相连通。

上述的在线修复专用吹扫系统中，若干个所述环形分气件结构之间通过短接头结构连接，然后与所述手柄连接。

具体地，所述管线为一软管。

具体地，所述手柄上设有阀门，用于调整吹扫气量。

具体地，所述气源为氮气气源，用于短时间内阻断湿空气与待修复管道接触，避免空气因湿气太重在LNG管道面变迅速凝结成霜，进一步对待修复管道表面形成保护，强化吹扫效果。

具体地，所述出风管为均匀布置。

具体地，所述出风管通过金属软管与所述吹扫喷嘴连接，所述金属软管具有一定的柔韧性，便于临时调整吹扫距离，出风方向，使之能与不同管径的工作钢管相匹配使用。

具体地，所述吹扫喷嘴的材质为有机复合材料或铝合金材料；

所述吹扫喷嘴为扁平型，其规格可为：长40～60mm，宽30～50mm，厚10～20mm，其底部设有1～3排出风口，每排所述出风口包括5～15个出风口。

具体地，所述圆弧形管件所对应的圆心角为270度。

步骤3)中，应根据待修复管道及常规管件的尺寸规格提前预制好保冷材料；

异形件保冷结构的修复应在拆除旧保冷结构完成表面吹扫后精确测量异形件尺寸，临时采用柔性保冷材料二次保冷；根据测量的异形件尺寸预制成可快速安装的保冷结构。

更换的新的保冷结构的主防潮层采用自粘复合防潮层，具体可为由防潮胶、聚酯膜、铝箔组成的复合防潮材料，可整体一次性施工，缩短修复作业时间。

在对待修复部位更换新的保冷层、防潮层、保护层的施工过程要符合GB50126-2008《工业设备及管道绝热工程施工规范》。

上述的在线修复方法中，步骤4)中，低温管道保冷结构修复替换后正常运行至少240h，根据步骤1)中的方法对修复替换后保冷结构的保冷性能进行检测评价，修复后的保冷效果应满足设计要求。

本发明具有如下有益效果：

1、利用本发明修复方法对LNG管道保冷结构进行修复时，可实现整个修复过程不停车。

2、本发明修复方法利用一种专用修复工具，保证修复过程管道表面不结霜，不会造成人员冻伤，修复后保冷效果显著。

3、本发明不仅适用于LNG管道，其他低温管道、装置同样适用，可在其他低温深冷领域推广使用。

附图说明

图1是在线修复方法的操作流程图。

图2是本发明修复方法采用的修复工具的整体示意图。

图3是本发明修复方法采用的修复工具中吹扫工具的主视图。

图4是本发明修复方法采用的修复工具中吹扫工具的俯视图。

图5是本发明修复方法采用的修复工具中吹扫工具的左视图。

图中各标记如下：

1吹扫工具；2阀门；3软管；4氮气气源；5待修复管道；6分气件结构；7短接管；8手柄；9出风管；10金属软管；11吹扫喷嘴。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明在线修复方法的流程图如图1所示，以管径为DN100的低温管道保冷结构为例，对本发明方法进行说明：

1、在实施LNG管道的保冷结构进行保冷性能评估时，因旧的保冷方案是参考GB/T8174-2008《设备及管道绝热效果的测试与评价》中防凝露的保冷层厚度法设计的，根据现场实际采集到管道的原始设计参数和待修复管道内输送介质的温度、流量、压力等运行参数，以及管道周围环境参数，将测得的表面温度换算到设计工况下的表面温度为25.2℃，比设计工况下的露点温度28.3℃约低3℃(详见表1和表2)，说明管道该部位保冷结构的保冷性能已不满足设计要求，需要对保冷结构进行修复。

表1原始设计参数

表2管道介质及环境参数

项目参数	数据	项目参数	数据
				风速m/s	3.0	环境空气温度℃	20.9
露点温度℃	14.8	环境空气湿度％	67.6
				输送介质温度℃	-196	输送介质压力KPa	450
输送介质流量m<sup>3</sup>/h	6	换算设计条件表面温度ts	25.2

2、在实施对该部位重新进行保冷设计时，参考GB/T8175-2008《设备及管道绝热设计导则》，进行保冷材料的选取和保冷厚度的设计如下：

1)保冷材料的选取：选用硬质聚氨酯(简称PIR)作保冷材料，PIR材料的导热系数为0.029W/(m*k)@25℃，使用密度50kg/m³，抗压强度≥0.22MPa，氧指数大于28。

2)保冷厚度的设计：其保冷厚度采用防凝露保冷层厚度法计算，如下：

式中：D0—管道的外径，m；D1—保冷层的外径，m；λ—保冷材料的导热系数，W/(m*k)；t_s—保冷层外表面温度，℃；t_a—环境温度，℃；t—介质温度，℃；δ—保冷层厚度，m；a_s—保冷层外表面与大气的换热系数，W/(m²*K)。

待修复管道规格为Φ108*4，介质温度为-196℃，表面散热系数取8.141W/(m²*K)，设计工况下的露点温度取值28.3℃，按照设计状态下表面温度比露点温度高1.5～3℃的原则，计算出所需PIR材料的厚度为110mm。

特别的为方便施工，将所需保冷材料PIR预制成管壳状，圆筒状管壳沿中心对称分开成两瓣，每段PIR沿轴向和径向加工出台阶状，按照标准要求厚度大于100mm的保冷材料，需要分两层加工。上述保冷方案中保冷层的设计厚度为110mm，分2层，每一层厚度55mm。

3、在实施对该部位的旧保冷结构拆除过程中,在进行旧的保冷结构拆除时，应分段、分层、按顺序拆除；同时保证内层保冷结构每次拆除长度1～1.2米，外层保冷结构可以多拆除一些，以方便内层PIR施工，每层PIR之间仍交错连接。

拆除旧保冷结构之前将预制好的新保冷结构涂好保冷胶，做好准备工作。

将旧的保冷结构拆除的瞬间，应同步启动用提前连好氮气源的专用修复工具，对待修复管道表面进行吹扫，达到待修复管道表面“零结冰”“零结霜”的要求，立马安装上内层PIR保冷结构。

具体地，本实施例采用如图2所示的修复工具，包括吹扫工具1、阀门2、软管3、氮气气源4等四个结构。

其中，吹扫工具包括2片环形分气件结构6，其为由圆管形成的圆弧形管件(如图5所示，其圆心角为270度)，每个环形分气件结构6上均匀布置5个出风管9，出风管9通过金属软管与吹扫喷嘴11连接，如图3和图4所示，由于金属软管10具有一定的柔韧性，便于临时调整吹扫距离，出风方向，使之能与不同管径的工作钢管相匹配使用。如图3所示，环形分气件结构6之间通过短接头结构7连接，然后与手柄8连接，手柄8通过软管3与氮气气源4连接，手柄8上设有阀门2，用于调整吹气量。

本实施例中，2个分气件结构、手柄、出风管均采用轻质无缝不锈钢管加工而成。

本实施例中，吹扫工具1中，两个环形分气件结构6之间的距离是200mm，可以根据待修复管段的长度适当的增加或者减少环形分气件的片数。

本实施例中，吹扫喷嘴11的大小不同，吹扫截面不同，所能吹到的面积也不同，在进行出风口数量设计、环形分气件片数设计时，均需要参考。

步骤3)中，新保冷结构的主防潮层采用自粘复合防潮层，以缩短修复作业时间。

在对待修复部位更换新的保冷层、防潮层、保护层的施工过程中需要严格执行GB50126-2008《工业设备及管道绝热工程施工规范》。

特别地，在结束上段保冷层更换后，方能按顺序拆除下一段的保冷层，同时处理好伸缩缝、防潮层、保护层，整个修复过程各工序合理、紧凑。

4、该管道修复替换后正常运行240h后，对修复后的保冷结构的保冷性能进行检测评价。在实施对该部位的保冷效果进行验证时，根据步骤1)的检测评价方法，重新评估修复后保冷结构的保冷效果，测试工况下的表面温度换算到设计工况下的表面温度为30℃，高于设计工况下的露点温度28.3℃，保冷效果显著改善。

本发明提供的LNG管道保冷结构在线修复技术，可应用在LNG场站等低温设备、管道系统保冷结构修复过程中，整个修复过程不停车，借助专用修复工具避免结霜、凝水、结冰等现象出现，保证修复后LNG管道的保冷性能。

以上所述仅为本发明其中一个实施案例，凡在本发明的精神和原则之内做出的修改、等同替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。