天然液化气船低温管路设计及现场施工安全管理探析

天然液化气船低温管路设计及现场施工安全管理探析

肖成杰

招商工业海门基地/招商局重工（江苏）有限公司

江苏南通 226000

摘要：天然液化气船低温管路设计及安全管理是在船舶运输中至关重要的一项工作。随着液化气在全球能源市场中发挥日益重要的作用，液化气船的设计和安全管理显得尤为关键。低温管路设计直接关系到船舶液化气的安全存储和运输，而安全管理则是保障船舶运输过程中安全可靠运行的重要保障。本报告旨在深入探讨天然液化气船低温管路设计及安全管理的原理、技术要点和实际操作，希望能为相关机构和从业人员提供一份有益的指南。通过对管路设计和安全管理的详细分析，旨在提高业界对于天然液化气船运输工作的认识，并为确保船舶运输安全提供可靠的支持和指导。

关键词：天然液化气；液化气船；低温管路；管路设计

Abstract: The design and safety management of cryogenic pipeline of natural liquefied gas carrier is a very important work in ship transportation. With the increasingly important role of liquefied gas in the global energy market, the design and safety management of liquefied gas carriers are particularly critical. The design of cryogenic pipeline is directly related to the safe storage and transportation of ship liquefied gas, and safety management is an important guarantee to ensure the safe and reliable operation of ship transportation. The purpose of this report is to deeply discuss the principle, technical points and practical operation of cryogenic pipeline design and safety management of natural liquefied gas carriers, hoping to provide a useful guide for relevant institutions and practitioners. Through the detailed analysis of pipeline design and safety management, it aims to improve the industry's understanding of the transportation of natural liquefied gas carriers and provide reliable support and guidance for ensuring the safety of ship transportation.

Keywords: natural liquefied gas; Liquefied gas carrier; Low temperature pipeline; Pipeline design

前言：天然液化气船低温管路设计及安全管理是船舶运输中的关键领域。随着天然气的广泛应用，天然液化气船承载着宝贵的能源资源。在这个过程中，低温管路设计和安全管理显得至关重要。本文旨在深入探讨天然液化气船低温管路设计及安全管理的原理、技术要点和实际操作，为相关从业人员提供指导，并为确保船舶运输安全提供可靠的支持。

一、天然液化气船概述

液化气船是专门装运液化气的液货船，可分为液化天然气船（LNG船）和液化石油气船（LPG船）。液化石油气船根据液化的方法分为压力式、半冷冻半压力式和冷冻式三种。压力式液化石油气船是将几个压力贮罐装在船上，液化石油气在高压下维持其液态。这种形式构造简单，30年代就已出现，至今容量在6000米3以下的小船仍然普遍采用。石油气冷冻液化后的体积比加压液化后的小2%~6%，所以60年代初有了半冷冻半压力式船，后来又发展出冷冻式船（液货舱内的温度约为-50℃，压力约为0.28bar）。这种船为双壳结构，液货舱用耐低温的合金钢制造并衬以绝热材料，容量大都在1万立方米以上。船上设有气体再液化装置，可将蒸发出来的石油气再液化送回液货舱[1]。

图一 天然液化气船

二、天然液化气船低温管路设计控制

（一）材料选择

在天然液化气的应用中，由于其低温特性，选择适合低温环境的材料显得尤为重要。为了确保液化气的安全运输和使用，我们必须深入了解各种材料的性能和特点。碳钢是一种常用的低温材料，具有优良的耐腐蚀性和强度。在低温环境下，碳钢的韧性表现稳定，不易出现脆化现象[2]。但是，碳钢在某些极端低温条件下可能会出现冷脆现象，因此在使用前需要进行充分的试验和验证。不锈钢也是一种适用于低温环境的材料，其抗腐蚀性能优异，能够在较为苛刻的环境下保持稳定的性能。不锈钢的优点在于其高强度和良好的韧性，能够承受一定的冲击和振动[3]。但是，不锈钢的价格相对较高，因此在选择时需要考虑成本因素。镍合金是一种特殊的低温材料，具有较好的耐腐蚀性和高温性能。镍合金在极低温度下仍能保持较好的韧性和强度，因此在某些需要特殊性能的应用中得到广泛应用。但是，镍合金的价格较高，且加工难度较大，因此在推广应用方面存在一定的限制。除了以上几种材料外，还有一些其他的低温材料如铜合金、钛合金等，各有其特点和适用范围。在选择低温材料时，我们需要充分考虑材料的耐腐蚀性、韧性、强度、成本等多个因素，以确保所选材料能够满足实际应用的需求[4]。

图二  天然液化气船

（二）管路布局

在工业生产中，管路的布局设计是一项至关重要的工作。合理的管路布局不仅关乎到整个系统的可靠性，而且还会影响到生产操作效率。在进行管路布局时，我们应当充分考虑到管路的结构和特点，以确保管路的正常工作和维修。如果进行过多的弯曲和支撑会导致管路内部的流体流动受阻，增加管路的应力集中和振动，从而降低管路的可靠性和使用寿命。因此，在布局设计时，应尽量减少管路的弯曲和支撑，保持管路的顺畅和稳定。与此同时，我们必须明确一个合理的设计应该考虑到管路维修和检测的便捷性。这需要我们在设计时预留足够的空间，以便于维修人员能够方便地进行检测和维修工作。同时，对于一些关键部位，我们还应该设置检测口，以便于实时监测管路的工作状态。此外，还需要考虑到管路的材料和规格。不同的材料和规格的管路具有不同的性能和适用范围，因此，在选择管路时，我们应该根据实际需求进行选择，以确保管路的安全和稳定。

（三）绝热措施

液化气船在运输液体气体时，由于涉及到低温管路，必须采取有效的绝热措施来减少热量交换和液化气的损失。绝热是防止热能传递的过程，对于液化气船来说，其目的是保持管内的低温状态，确保液化气的稳定运输。为了实现绝热，可以采用多种方法。其中，使用专门的绝热材料是一种常见且有效的方式。这些材料通常具有低导热系数，能够有效地阻隔热量的传递。此外，绝热材料还具备优良的耐低温性能，能够在极低温度下保持稳定的绝热效果。在液化气船的低温管路上，常见的绝热材料包括真空绝热板、泡沫玻璃等。除了专门的绝热材料之外，使用层状绝热结构也是一种常用的绝热方式。这种结构由多层不同的材料组成，通过合理的层次排列，能够进一步降低热量传递。层状绝热结构可以包含反射层、隔热层和防潮层等，各层之间相互协同作用，形成高效的绝热屏障。

（四）安全阀和泄压装置

在低温管路设计中，安全阀和泄压装置是至关重要的组成部分。它们的主要作用是防止管路过压和过热，从而保护整个系统安全稳定运行。因此，对这些装置进行合理设计和定期检测维护是至关重要的。首先，在设计安全阀时，应根据管路的运行参数和容量进行精确计算。例如，对于需要承受低温的管路，安全阀的开启压力应低于管路的最大承受压力，以避免管路内部压力过高。同时，安全阀的排量也需要根据管路容量进行合理选择，以确保在需要时能够迅速排放足够的介质，避免管路超压。除了设计方面应该特殊注意之外，对这些装置的定期检测和维护也是必不可少的。通过定期检查安全阀和泄压装置的状态，可以及时发现潜在的问题和故障，并采取相应的措施进行修复和更换。这不仅可以避免因设备故障导致的安全事故，同时也可以延长设备的使用寿命，降低维护成本。此外，对于安全阀和泄压装置的选择和使用，还需要考虑介质特性、管道走向、安装位置等因素。例如，对于易燃易爆的介质，应选择具有防爆功能的泄压装置；对于需要垂直安装的管路，应选择垂直安装型的安全阀。这些细节问题都需要注意，以确保设备能够在实际运行中发挥出最佳的性能。

（五）管路监测和控制

在当今的工业环境中，低温管路的应用越来越广泛，特别是在能源、化工和制药等领域。然而，由于低温管路涉及到复杂的流体动力学和热力学原理，对其的监测和控制显得尤为重要。本文将详细阐述对低温管路进行监测和控制的必要性，并探讨如何实施有效的监测和控制策略。首先，要明确低温管路的特点和潜在风险，低温管路在运行过程中，由于流体的温度极低，容易产生冰晶、流体气化等现象，这些都会对管路的安全运输造成威胁。因此，对低温管路的压力、温度和流量等参数进行实时监测，对于及时发现潜在问题并采取应对措施至关重要。在实践中，安装传感器和监测设备能够实时采集管路的运行数据，并将数据传输至控制系统进行分析。常见的传感器包括压力传感器、温度传感器和流量计等，它们分别用于监测管路的压力、温度和流量

[5]。通过这些设备，操作人员可以全面了解管路的运行状态，及时发现异常情况并进行处理。

三、天然液化气船低温管路安全管理优化措施

为了优化天然液化气船低温管路的安全管理，需要采取一系列综合措施。首先，对其进行全面的风险评估，识别管路安全风险，并建立相应的管理计划以确保管路安全可控。其次，建立定期的管路检测和维修计划，包括非破坏性检测和泄漏检测，及时修复和更换受损部件。制定完善的应急预案，进行定期培训和模拟演练，提高人员的应急处理能力和意识。加强相关人员的专业培训，提高安全意识，确保操作人员具备安全操作技能和知识。安装先进的管路监控系统，及时发现潜在问题并进行处理。定期进行合规检查和评估，确保管路设计和管理符合法规和标准要求。通过这些优化措施，可以显著提升天然液化气船低温管路的安全管理水平，降低事故风险，保障船舶运输的安全可靠性。同时，持续的监测、培训和改进工作也是保证管路安全管理持续改进的关键，为此必须针对技术人员进行进一步的培训与管理，尽可能的实现软实力与硬实力的同步提升。

四、结束语

总而言之，天然液化气船低温管路设计及安全管理是确保船舶运输安全和可靠性的重要环节。本报告深入探讨了低温管路设计的原理和技术要点，以及管路安全管理的重要性和方法。通过详细的分析和讨论，我们希望提高行业对天然液化气船运输工作的认识，并为相关从业人员提供可靠的指南。在实践中，我们必须时刻关注天然液化气船低温管路的设计、安装、维护和管理，确保管路的可靠运行。我们还必须加强风险识别和评估，制定应急预案，并提供必要的安全培训。只有这样，我们才能确保天然气的安全运输，并在能源领域的发展中发挥重要作用。

参考文献：

[1]胡楠,秦尧,房新楠等.某大型液化气船上建布置设计[J].船舶设计通讯,2022(01):34-41.

[2]范璠,杨军,杨森等.大型液化气船设计质量管理创新[J].船舶标准化与质量,2018(06):50-57.

[3]王彦,薛鸿祥,朱锦标.大型液化气船船体结构生产设计优化方案[J].造船技术,2017(02):47-51.

[4]郑双燕,范鹏,柳卫东.大型全冷式液化气船(VLGC)总体设计研究[J].船舶工程,2014,36(05):18-21+26.

[5]胡可一,大型全冷式液化气船设计建造技术研究.上海市,江南造船,2006-01-01.