摘要
LNG作为清洁能源日益受到国内外青睐，国内外各大天然气公司开始开发LNG全球贸易业务以作为另一个利润增长点。随着LNG重要性的逐渐增加，中国正积极拓展LNG海上贸易业务，并加大LNG接收站建设力度。LNG接收站站内的管道系统包括LNG低温液体管道和常温管道，管道系统构成复杂，管道之间、管道与设备之间的链接多，管道系统承受压力、温度的循环与波动，运营工况复杂。由于LNG在常压下的低温特性（-162℃）和液体特性，LNG接收站站内设备与管道的安全性能都有较高要求。本文以LNG低温管道为研究对象，依托中海石油气电集团有限责任公司课题“管道系统与压力容器主材料低温性能参数获取实验及比较分析”（编号：GP-YF-CB-2018）研究与应用相结合，主要研究进展如下： 1.LNG接收站管道失效风险分析 分析GIIGNL数据库中统计的LNG接收站事故，结合天津LNG接收站的实际情况，考虑LNG低温管道较普通油气管道的特殊性，对LNG低温管道产生的风险进行归类总结，并且根据相互之间的层次结构建立风险指标体系。运用模糊层次分析法将引起LNG接收站低温管道失效指标进行重要度排序，设计因素对于低温管道风险影响最大，在二级指标层风险指标中，影响较大的指标依次为外腐蚀、预冷结构安全、管材低温性能等，可为LNG接收站低温管道完整性管理决策提供参考。 2.LNG管道主材料低温性能试验研究 采用DDL600电子万能试验机对304/304L不锈钢、9Ni钢、36Ni合金钢三中不同材料进行系列低温力学性能试验，获取三种材料在不同温度条件下的关键力学性能指标及超低温（-165℃）条件下不同应变水平下的低周疲劳寿命；随着试验温度从20℃下降到-165℃，三种材料的屈服强度σs和抗拉强度σb都有逐渐提高的趋势，并与温度近似呈线性关系，伸长率和断面收缩率均呈现下降趋势，材料的塑性随温度降低逐渐降低。通过构件试验及有限元仿真分析验证，以9Ni材料为例验证标准材料性能试验数据导入到有限元模型中分析构件性能的方法是可靠的。为后续有限元仿真模型提供与现场实际相一致的输入参数、材料破坏指标等关键数据，为LNG管道结构完整性数字化管理提供可靠的管道主材料低温性能数据支持。 3.LNG接收站管道系统预冷结构安全分析 依据LNG接收站预冷工艺提炼预冷过程工况，根据现场的监测数据，确定LNG管道整体的动态温度与时变情况。依据预冷过程现场监测数据提取温度载荷，建立LNG接收站典型型式-L弯有限元管道模型进行预冷应力分析，监测预冷过程中L型管道等效应力较大处主要集中于管道约束位置，L型管轴向位移较大，总位移最大处位于弯管部分。并在此基础上开展工艺过程中管道预冷热应力的科学评价，构建LNG管道预冷参数化热应力分析模型，提出具有参考性的分析结果及建议，为预冷工作实施提供有效的参考。 4.腐蚀缺陷LNG管道剩余强度评估 根据LNG接收站低温管道风险分析结果，结合LNG接收站低温管道的常见腐蚀类型，针对现有主流评估方法的保守性和局限性，基于有限元分析方法评估腐蚀缺陷LNG管道剩余强度，通过限元软件ANSYSA建立LNG低温管道有限元仿真模型，考虑材料参数、几何非线性及低温对材料参数的影响，考虑多种腐蚀形式（局部单点腐蚀、双点腐蚀及均匀腐蚀）并进行精确模拟，分析腐蚀缺陷区域的应力分布情况，根据一定的失效准则分析腐蚀长度、腐蚀深度、腐蚀长度等对管道失效压力的影响，为LNG管道缺陷适用性评估及安全运行提供参考依据。 5.LNG管道结构完整性数字化管理系统开发 结合LNG接收站管道系统使用特点，构建LNG管道结构完整性数字化管理系统，结合Visual Basic6.0语言开发工具采用信息化、参数化和模块化技术对LNG接收站管道系统主材料力学性能参数、工况数据、结构数据等关键数据进行有效管理，开发具有管道主材料性能数据库管理、参数化建模、管道系统预冷安全分析、腐蚀缺陷LNG管道剩余强度评估的LNG管道结构完整性数字化管理系统软件。
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