黃惠龍 李峰

【摘? 要】新建高壓泵出口匯管高壓法蘭泄漏處理，管道本身沒有排空閥，若排空匯管，需要對(duì)擴(kuò)建的兩臺(tái)高壓泵整個(gè)系統(tǒng)排空、惰化和重新冷卻管道和設(shè)備，不僅經(jīng)濟(jì)損失較大，而且重新冷卻管道和高壓泵，需要2天左右時(shí)間并面臨試車風(fēng)險(xiǎn)。筆者通過多次觀察法蘭的泄漏量，計(jì)算法蘭的緊固力矩，通過HYSYS模擬液化的方法確認(rèn)高壓LNG法蘭泄漏的決策技術(shù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高壓LNG;HYSYS模擬;力矩;應(yīng)力分析;法蘭泄露

【Abstract】The high-pressure flange at the outlet of the new high-pressure pump leaks. There is no vent valve in the pipeline itself. If the manifold is emptied， the whole system of the expanded two high-pressure pumps needs to be emptied， inerted and the pipes and equipment need to be re cooled. Not only the economic loss is large， but also the pipeline and high-pressure pump need to be re cooled for about 2 days and face the risk of test run. Through observing the leakage of flange for many times， the author calculates the tightening torque of flange， confirms the decision-making technical basis of high pressure LNG flange leakage by HYSYS simulation liquefaction method.

【Keywords】high pressure LNG; HYSYS simulation; moment; stress analysis; flange leakage

1引言

廣東大鵬液化天然氣有限公司的接收站是國(guó)內(nèi)首個(gè)LNG接收站，自2006年6月投用以來(lái)，至今已擴(kuò)建多次，其中2009年開始進(jìn)行了解瓶頸項(xiàng)目的擴(kuò)建，增加了兩臺(tái)高壓輸出泵（下稱高壓泵），兩臺(tái)海水氣化器、兩臺(tái)海水泵、一臺(tái)浸沒式氣化器及配套設(shè)施。本文主要闡述的是調(diào)試期間碰到的高壓法蘭泄露處理的過程及經(jīng)驗(yàn)。

2011年6月上旬，擴(kuò)建高壓外輸總管匯管管道末端法蘭泄漏在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，操作人員隨即將運(yùn)行壓力從85barg降至8barg左右，管內(nèi)溫度為-110OC左右。

在接到通知處理此事故后，項(xiàng)目管理人員和生產(chǎn)人員緊密配合，即刻調(diào)配有經(jīng)驗(yàn)的管工準(zhǔn)備好力矩扳手。

經(jīng)查詢施工圖和設(shè)計(jì)規(guī)范，泄漏的法蘭規(guī)格為DN450對(duì)焊高頸900#磅凸面法蘭，材料為A182-F304L，按 ASME B16.5 制造，凸面加工線粗糙度為RA 125-250，對(duì)焊處材料厚度為S-100;墊片規(guī)格為DN450，900磅級(jí)帶內(nèi)外加強(qiáng)環(huán)石墨纏繞墊，加強(qiáng)環(huán)材料為316不銹鋼，按照ASME B16.20 制造;螺栓規(guī)格為17/8inch直徑的全通絲粗牙螺桿，材料為A320-B8M CL2，長(zhǎng)度為470MM，制造標(biāo)準(zhǔn)為ASME B18.2.1，螺母為外六角重型螺母，材料為A194-8MA，制造標(biāo)準(zhǔn)為ASME B18.2.2。根據(jù)管道法蘭緊固程序，17/8INCH螺栓緊固力矩為2850N.M;經(jīng)檢查法蘭、螺栓螺母表面無(wú)變形、順壞等明顯缺陷，仍可使用;墊片外加強(qiáng)圈無(wú)明顯缺陷，是否可以使用未知。

法蘭正面和側(cè)面照片如圖1。

2 高壓LNG法蘭泄漏的研究目標(biāo)

本研究目的是幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行安全有效的技術(shù)決策，避免排放全部高壓泵出口管線內(nèi)的LNG、引起管道和設(shè)備升至常溫及重新試車，保證擴(kuò)建兩臺(tái)高壓泵一直備用，保證接收站外輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 高壓LNG法蘭泄漏處理的主要研究?jī)?nèi)容

法蘭緊固力矩值的驗(yàn)算、HYSYS模擬液化。

4 研究成果介紹

4.1 力矩值的驗(yàn)算

4.1.1 法蘭泄漏校核

為確認(rèn)法蘭緊固力矩是否滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)管系的法蘭泄漏進(jìn)行校核，校核有兩種方法：

第一，Kellogg當(dāng)量壓力法。此法相當(dāng)保守，一般滿足以下公式，法蘭不會(huì)泄漏。

Peq= 當(dāng)量壓力 （用于校核法蘭泄漏）

M =作用在法蘭上的彎矩

G =法蘭墊片上的有效直徑

F = 作用在法蘭上的軸向力 （取絕對(duì)值）

PD=設(shè)計(jì)壓力

第二，ASME NC-3658法。通常工程計(jì)算都采用這個(gè)方法，精確而且可以通過Caesar II 的flange計(jì)算模塊進(jìn)行。

Mfs=由于持續(xù)機(jī)械荷載而產(chǎn)生的彎矩或扭矩 （法蘭中彎矩較大一側(cè)，不包含任何偶然工況）

Mfd=由于持續(xù)機(jī)械荷載及動(dòng)態(tài)荷載而產(chǎn)生的較大的彎矩或扭矩 （法蘭中彎矩較大一側(cè)，包含偶然工況）

Sy=法蘭材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服強(qiáng)度 （一般不超過36，000psi）

C= 螺栓環(huán)直徑

Ab= 所有螺栓橫截面積之和

經(jīng)校核，在ASME NC-3658方法下，該法蘭密封不會(huì)失效。

校核結(jié)果如下圖2：

螺栓（A320-B8M CL2）的許用強(qiáng)度取值為130MPA，根據(jù)上圖可知，目前的力矩可以提高20%，最終決定力矩增加10%，即按照3100N.M進(jìn)行緊固。

4.1.2 法蘭緊固后的情況描述及討論

緊固后，在法蘭密封的兩個(gè)位置（大致3點(diǎn)和9點(diǎn)位置）近距離觀看到1～2mm氣泡，如圖3。

當(dāng)時(shí)部分工程師認(rèn)為緊固后，隨著管道壓力從目前的8barg升壓到操作壓力，法蘭必然泄漏，因此他們認(rèn)為只有更換墊片才能保證密封，這就意味這把高壓泵進(jìn)出口管道排空，升溫，在法蘭的墊片更換后再用2～3天時(shí)間對(duì)管道和高壓泵進(jìn)行冷卻降溫，這對(duì)公司的運(yùn)營(yíng)安全和經(jīng)濟(jì)都將產(chǎn)生不利影響。

4.2 HYSYS模擬液化

由于管內(nèi)存在低溫的天然氣，在管道升壓后，將發(fā)生相變，NG被液化。該相變過程可以利用HYSYS軟件進(jìn)行模擬（表 1為模擬基礎(chǔ)組分表）。

HYSYS分析（圖4）如下：

①管線降壓至8barg并升溫至-110℃后，管內(nèi)LNG發(fā)生相變，出現(xiàn)氣液兩相，符合實(shí)際操作中的情況。

②針對(duì)上述情況，如果管線開始升壓，從模擬可以看出，當(dāng)管線壓力升至18barg左右（溫度不變），管內(nèi)氣相消失，全部轉(zhuǎn)為液相。

③同樣地，如果管線保持壓力不變，單純降溫，從模擬可以看出，當(dāng)管線溫度降至-128oC左右（壓力不變），管內(nèi)同樣氣相消失，全部轉(zhuǎn)為液相。

基于上述模擬，現(xiàn)場(chǎng)人員決定采用升壓方式，解決現(xiàn)場(chǎng)問題，之后工藝操作正常，法蘭密封面氣泡消失。

4.3 總結(jié)

因此高壓低溫法蘭的泄漏可以按照以下步驟進(jìn)行：確認(rèn)法蘭和螺栓是否損壞，墊片可見部分是否破裂等;校核法蘭密封的設(shè)計(jì)力矩值是否滿足法蘭的密封要求;在適當(dāng)情況下，可以升高一定壓力進(jìn)行在線觀察，觀察務(wù)必注意安全，使用檢查鏡等。

5 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

處理高壓法蘭泄漏可以根據(jù)工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)，高壓低溫將低溫天然氣吸收液化，這次泄漏的處理方式可以給日后接收站的應(yīng)急措施提供一定的借鑒，節(jié)約因LNG排放產(chǎn)生的費(fèi)用和重新試車需要的寶貴時(shí)間，從而最大程度保證接收站外輸?shù)目煽啃?，?duì)公司的社會(huì)責(zé)任實(shí)現(xiàn)具有重大意義。