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LNG管路设计中的冷收缩问题及解决方法

【摘要】:对于LNG管路,需要慎重考虑由于低温引起的收缩问题,必要条件下,应进行适当的热力和结构方面的试验。在LNG温度条件下,不锈钢的收缩率约为千分之三,对于304L材质的管路,在工作温度为-162℃时,100m长的管路大约收缩300mm。两个固定点之间,由于冷收缩产生的应力,可能远远超过材料的屈服点。常规的设计是在35m左右的间隔距离,安装一个膨胀节,以补偿不锈钢管路的收缩。

对于LNG管路,需要慎重考虑由于低温引起的收缩问题,必要条件下,应进行适当的热力和结构方面的试验。通过试验,了解所使用的材料和结构型式在设计工况条件下的收缩情况。在LNG温度条件下,不锈钢的收缩率约为千分之三,对于304L材质的管路,在工作温度为-162℃时,100m长的管路大约收缩300mm。

LNG管路和其他低温液体输送管路一样,管路的收缩及补偿是一个需要细心考虑的重要问题。两个固定点之间,由于冷收缩产生的应力,可能远远超过材料的屈服点。因此,在管路系统设计时,必须考虑采用有效的措施来补偿。通常可采用金属波纹管、管环式补偿,以及采用膨胀率小的管道材料等方法解决。

1.金属波纹管补偿

采用金属波纹管(亦称膨胀节)是补偿低温液体输送冷收缩的常用方法。常规的设计是在35m左右的间隔距离,安装一个膨胀节,以补偿不锈钢管路的收缩。需要注意的是:所采用的波纹管的内径应当与管道相同,并有相同的承压能力。此外,波纹管的形状和变形,还会引发一些隔热结构方面的问题,需要和隔热结构一起考虑。

2.管环式补偿

管式补偿与弯管补偿的原理是一样的,广泛地应用于低温工业,可靠性很高。可是它的结构、隔热和支撑结构比较复杂,投资也很高。

3.采用膨胀率小的管材

殷钢是一种线膨胀系数非常低的材料,在低温下的收缩率也非常小。在一般的低温条件下,所产生的热应力对管道没有什么危害。随着合金纯度的提高和焊接技术的发展,殷钢受到大家的关注。但现场焊接技术、质量的控制的有关规范需要进一步的完善,材料的成本过高仍然限制了工程的实际应用。对于直线的管段,可不采取任何补偿措施,在某种意义上也可减少管路的成本。殷钢和奥氏体不锈钢的有关特性比较见表5-8。

5-8 殷钢和奥氏体不锈钢的材料特性

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