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LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统

2021-02-05 12:54:39

LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统

  技术领域

  本实用新型涉及一种LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统,属于低温深冷技术领域

  背景技术

  我国的LNG行业发展迅速,国内很多已投入运营的LNG接收站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、结冰、变形、开裂的现象,既增加了能耗,又加大设备管线的腐蚀,亟需进行修复更换。对LNG管道保冷层的保冷性能进行科学的诊断评估,在现有基础上对保冷结构进行修复,特别是不停产情况下的在线修复技术尤为关键。

  LNG管道在线修复过程中,旧的保冷材料拆除后,在自然状态下,如果不进行任何操作,1分钟内裸露的管道表面就会出现一层霜,裸露管道与新的保冷材料之间形成一层冷桥,造成冷量损失。更有甚者,结霜太厚不利于新的保冷材料安装,产生缝隙,保冷效果反而不如修复前。因此,如何控制在整个修复过程中,尤其是在旧保冷材料拆除后与管道内层新保冷材料安装前的间隔期间控制LNG管道表面零结霜,是保冷结构在线修复的一个技术关键点。

  目前接收站常用的方法主要采用简单的抹布擦拭或者采用有机溶剂如无水乙醇等浇注或擦拭在管道表面,但是存在诸多缺点,如抹布擦拭效果差,管道表面固结的冰粒无法擦除,达不到除冰霜的效果;有机溶剂易挥发,对人体有伤害,易燃、存在安全隐患,价格昂贵,不适宜大段管道保冷结构的修复替换。这些方法可勉强用于管道的局部修复,从安全性、可靠性和经济性来讲,都无法实现在接收站现场的大规模工程应用。

  因此,开发专用的修复装置来实现在线控制,形成一种安全、可靠、经济且适用于接收站现场大规模在线修复的控制方法,尤其重要。

  实用新型内容

  本实用新型的目的是提供一种LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统,在不停车状态下,采用氮气做气源,对待修复管道进行持续吹扫,使得整个修复过程中低温管道表面均不结霜,实现了整个在线拆换修复过程中“零结冰”“零结霜”的目的。

  本实用新型所提供的LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统,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。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,所述管线为一软管。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,所述手柄上设有阀门,用于调整吹扫气量。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,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。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,所述出风管为均匀布置。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,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。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,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。

  上述的在线修复专用吹扫系统中,所述圆弧形管件所对应的圆心角为270度。

  本实用新型在线修复专用吹扫系统中,所述环形分气件结构、所述出风管、所述手柄等均可采用不锈钢管加工而成,不锈钢管规格参考GB/T4437,结构轻便,耐压强度高。本实用新型优选采用表1中所示规格的无缝不锈钢管:

  表1无缝不锈钢管规格

  本实用新型在线修复专用吹扫系统中,所述环形分气件结构的数量与吹扫距离(吹扫喷嘴与待修复管道之间的距离)、吹扫喷嘴本身的纵向吹扫范围有关,按照每次修复1m长的管道计算,不同吹扫距离下所述环形分气件结构的数量如表2中所示:

  表2环形分气件结构的数量

  

  本实用新型在线修复专用吹扫系统中,所述环形分气件结构(圆弧形管件)的管径大小随待修复管道的直径变化而变化,为了适应DN50~DN1000范围内所有待修复管道,本实用新型实现了吹扫工具的系列化,以吹扫距离200mm为例,得到了圆弧形管件的直径及所用无缝不锈钢管的规格参数,如表3中所示:

  表3圆弧形管件的直径及规格

  本实用新型在线修复专用吹扫系统中,布置于所述圆弧形管件上的所述出风管的数量需要精确确定,以保证待修复管道沿轴向都能够被均匀的吹到,且吹出的气压满足要求,本实用新型经计算得到不同尺寸的待修复管道在不同的吹扫距离下需设置的出风管的数量,如表4中所示:

  表4出风管的数量

  

  本实用新型具有如下有益效果:

  1、本发提供的LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统,吹扫效果好,实现了在线拆换修复过程中“零结冰”“零结霜”的目标,使得保冷结构在线修复技术成为可行;

  2、本实用新型针对不同尺寸(DN50~DN1000)的低温管道,对吹扫工具的规格参数进行了系列化设计,使得改吹扫工具的适用范围最大化,同时提高工具的操作便利性。

  3、本实用新型不仅适用于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是本实用新型吹扫系统的整体示意图。

  图2是本实用新型吹扫系统中吹扫工具的主视图。

  图3是本实用新型吹扫系统中吹扫工具的俯视图。

  图4是本实用新型吹扫系统中吹扫工具的左视图。

  图5是本实用新型吹扫系统中分气件结构示意图。

  图6是本实用新型吹扫系统中金属软管结构示意图。

  图7是本实用新型吹扫系统中吹扫喷嘴结构示意图。

  图8是利用本实用新型专用吹扫系统对LNG管道的保冷结构进行修复的流程图。

  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

  下面结合附图对本实用新型做进一步说明,但本实用新型并不局限于以下实施例。

  下面结合附图,以待修复管道管径≤DN350系列的吹扫系统为例,对本实用新型作进一步的说明。

  如图1所示,本实用新型所提供的LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统,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个环形分气件结构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(如图5所示),出风管9通过金属软管(如图6所示)与吹扫喷嘴11连接,如图2和图3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2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,用于调整吹扫气量。

  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,可采用表1和表3中所示的不锈钢管规格。

  本实施例中,吹扫工具1中,2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数量,可参考表2。

  如图7所示,为吹扫喷嘴11的结构示意图,其大小不同,吹扫截面不同,所能吹扫到的面积也不同,在进行出风口数量设计、环形分气件数量设计时,均需要参考。

  吹扫喷嘴风力参数可参考表5,表中数据为5bar空气压力下的值:

  表5吹扫喷嘴风力参数

  表5中,A-F表示吹扫距离,L表示风幕的长,W表示风幕的宽,S表示对应的风速。

  采用本实用新型专用吹扫系统,按照图8所示的流程图对LNG管道的保冷结构进行修复,以管径为DN100的低温管道保冷结构为例进行说明:

  1、在实施对待修复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℃低约3℃,说明待修复管道的保冷结构的保冷性能已不满足管道的保冷设计要求,需要对保冷结构进行修复。

  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)做保冷材料,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);ts—保冷层外表面温度,℃;ta—环境温度,℃;t—介质温度,℃;δ—保冷层厚度,m;as—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。

  将旧的保冷结构拆除的瞬间,应同步启动本实用新型提供的在线修复专用吹扫系统,对裸露管道的表面进行吹扫,避免管道表面结霜;

  在对低温管道进行吹扫的间隙,应迅速准备新的保冷结构,保证最短的时间安装上内层PIR保冷结构;

  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》。

  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、在实施对该部位的保冷效果进行验证时,根据步骤1的评估方法,重新检测修复后保冷结构的保冷效果,换算后保冷结构外表面的温度为30℃,比设计工况下的露点温度28.3℃高,保冷效果显著改善。

  本实用新型提供的LNG管道保冷结构在线修复专用吹扫系统,可应用在LNG场站等低温设备、低温管道的保冷结构在线修复过程中,实现整个在线拆换修复过程中低温管道表面零结冰、零结霜。

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

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