一種LNG管路保溫裝置

呂方江　陳起

摘 要：介紹青島綠科汽車燃氣開發有限公司針對LNG超低溫介質卸車、調壓、加液開發的一種管路保溫裝置。闡述了其集約化、操控便捷、高可靠性等方面的特點，有著廣闊的市場潛力。

關鍵詞：真空箱體 高真空 超低溫 高可靠性

中圖分類號：TE626 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0070-01

天然氣作為清潔能源受到青睞，隨著國家對能源需求的不斷增長，LNG對優化中國的能源結構，有效解決能源供應安全、生態環境保護的雙重問題。可以預見，在未來10～20年的時間內，LNG將成為中國天然氣市場的主力軍。

LNG低溫輸送管路設計中，其管道絕熱保冷無疑是一個非常重要的問題。真空絕熱管（高真空）以其絕熱性能好，被應用于空分設備的液化天然氣、液氧、液氮的輸送管路上，但出現了保冷周期短的普遍問題，使用2～3年需重新抽真空。一種新型保溫裝置，即真空絕熱閥箱結構，以下簡稱真空閥箱，充分利用真空保溫絕熱效果，設計更大的真空絕熱腔，更少的焊接接口，理論上其真空絕熱周期達到10年以上。該產品通過了液氮試驗檢測，并已申請了國家發明專利，國家專利局已正式受理，申請號：201210237808.2。

2012年青島綠科推出LNG保溫管路裝置，該產品以其集約化的設計、便捷的操控、更佳的絕熱效果、安全可靠的性能，逐漸得到了用戶的認可，截止2013年底投入市場50多臺，客戶反映效果良好，達到了預期功能效益。

1 產品特點

1.1 結構形式

提供一種空間小、焊口少、保溫效率高、熱損失少、閥門操作便利的管路保溫裝置。其基本思路是：將撬裝上的工藝真空絕熱管路化零為整，打破現行真空絕熱管路分支走向設計、閥門分散布局。將內管路連接完畢后，將所有管線均置于箱體中，對管路整體進行真空絕熱處理。

真空閥箱，內層全部采用SUS304不銹鋼拋光管，箱體外板采用5 mm厚SUS304鋼板。抽真空技術保證其具有極高真空度，真空度達到5×10-3（實際抽至5×10-4）的高真空，可最大限度的減少冷源的損失。在真空度為1.33×10-4Pa時，氣體分子數密度只有3.24×1016/m3[1]，遠低于標態（0℃，101325 Pa）下的分數數密度2.687×1025/ m3。由于內外管之間的夾層采用了高真空，外箱壁與內管管壁之間的殘余氣體分子對流熱量低，對內管低溫液體的傳熱影響微乎其微。另外，由于輻射是通過發光來傳遞熱量的，它的傳熱特性是曲線變化的，受溫度梯度的影響。我們所選用的反輻射材料，傳熱系數小，自身放氣量小，同時對微氣體有吸附作用。它由間隔層、鋁箔、隔離層組成，因此我們俗稱“多層多屏絕熱層”。間隔層為高滲碳復合紙。該材料的傳熱系數很小，且其自身放氣量小，對微量氣體有吸附作用；隔離層是一種放氣量很小的網狀物，它將內管、低溫區、中溫區、高溫區隔離開，使其熱輻射對管內低溫液體的影響減少到最低。

考慮真空閥箱與泵池接口的保溫絕熱，法蘭采用真空法蘭結構，保證管路保溫裝置整體的絕熱效果。極佳絕熱效果，避免出現汽化超壓，設備更安全。當然必須符合設計規范的要求，管路保溫裝置的閥門之間設置安全排放裝置。考慮低溫輸送管道的收縮性，內部管路設計特殊結構補償器，保證輸送介質的安全性，并保證其使用壽命。

1.2 操控便捷

常規LNG加注站設備管路工藝管路縱橫交錯布局，各個支路上配置控制閥門，設備運營時，操作者要到各個支路位置對閥門進行操作，穿梭、跨越管路時，也會發生踩踏管路的情況出現。這樣很不安全。新型管路保溫裝置工藝控制閥門都集中置于箱體上方，高度位置適合人手操，非常方便。一體式的結構布局避免踩踏情況的出現。考慮工藝安全運營的需要，設置自動控制的緊急切斷閥門，通過PLC遠程控制開關量信號，自動啟停閥門，實現卸載、加液。同時相關閥門也具備可手動操作的功能，在緊急情況下也可手動關閉閥門。

1.3 高可靠性

傳統低溫保溫管道經歷了聚氨酯、聚乙烯、改性聚氨酯等保溫材料，在-163℃下，某些導熱系數小的保溫材料能降至0.0121W/（m·k）[2]。真空絕熱管道沒有空氣對流，絕熱效果大幅提高。設置多層多屏絕熱層，能有效阻擋輻射熱的穿透，冷損量低于0.1 W/m。傳統保溫材料絕熱管道為保證保冷效果，低于20 W/m，保溫層厚度達到100 mm以上，其占用空間較大，外部結構也不美觀。實踐應用中，保溫材料絕熱管道經過3～5年的使用，因為內管收縮等原因，外層保溫開裂，出現嚴重結霜、結冰的嚴重狀況。

在真空保溫層中，氣體的導熱換熱與分子與分子平均自由程與外高溫避免與內低溫壁面的尺寸有關[3，4]。常規真空絕熱管道以內管DN50為例，外管管徑為Φ114 mm，中間真空隔層距離滿足設計要求，但有著較多的焊接接口，焊接接頭的氣密性等影響著其真空保有周期。而真空閥箱將內部管路集約設計，置于箱體內，外箱體鈑金加工，僅留中間銜接縫焊接。該結構內部能夠提供更大的絕熱腔空間，而整體占用空間小。真空閥箱焊接完成后要做氦質譜檢漏，以檢查不銹鋼氬弧焊的氣密性，要求漏率小于2×10-10Pa·L/s，足以保證10年內該真空腔內真空度不會降到所要求真空度以下。

2 結語

在國家大力提倡節能減排的大背景下，降低能源的消耗已成現在急需解決的問題之一，在石油工業建設中人們對設備與管道保溫越來越重視，保溫工作做的好，不但可以防止生產過程中設備和管道向周圍環境散發或吸收熱量，降低了能源的消耗，還能增加工程的整體感官質量。管道保溫的質量好壞直接影響著設備、管道內介質的穩定運行。熱閥箱結構是真空管結構的一種全新的嘗試，取得了比較理想的效果，但繼續探索發展的步伐不會停止。

參考文獻

[1] 李得天.真空計量新技術[Z].北京：機械工業出版社，2013.

[2] 鐘培輝.深冷用改性聚氨酯泡沫塑料保冷技術[J].低溫與特氣，2001（5）：32-34.

[3] 徐成海.真空低溫技術與設備[M].北京：冶金工業出版社，1995.

[4] 達道安.真空設計手冊[M].北京：國防工業出版社，1995.endprint