LNG加氣站保冷材料的選用與施工

王煒友，朱永東，尚林明

(山東勝利股份有限公司，山東 濟南 250100)

液化天然氣(簡稱LNG)具有－160℃左右的超低溫特性，在其從儲罐經管道到加氣機輸送時，會吸收環境熱量加速LNG汽化，不僅浪費能源，而且會使系統內壓力升高，增加系統運行的不安全因素。因此需要提高LNG管道的保冷效果，以節省能源和消除不安全因素。

1 保冷材料的選用

本部分包括保冷材料的選擇與保冷層厚度的計算兩方面，既滿足GB 50264－1997《工業設備及管道絕熱工程設計規范》[1]對保冷材料選材的規定，又從經濟方面考慮選取合適的保冷層厚度，以降低加氣站的建設成本。

1.1 保冷材料的選擇

規范GB 50264—1997對LNG管道保冷材料的要求如下:

①導熱系數低，不大于0.064 W/(m·K);

②抗壓性、抗曲性高，冷縮率低，使用溫度范圍廣;

③閉孔率高，不吸水;

④阻燃性能好，氧指數大于28%。

由于聚異氰脲酸脂泡沫(簡稱PIR)材料自身特性滿足上述要求，且在深冷工程運用中保冷效果表現優異，如福建LNG、廣東LNG、江蘇港華LNG接收站、上海華林氣體等，使其在深冷保冷領域得到了廣泛的應用。相比于聚苯乙烯(EPS)、硬質聚氨酯(PUR)、橡塑(NBR)等其它保冷材料，尤其是 PIR高達98%的閉孔率和在－200～160℃良好的穩定性，使其成為LNG管道最佳的保冷材料。PIR與聚苯乙烯(EPS)、硬質聚氨酯(PUR)、橡塑(NBR)四種保冷材料部分性能參數比較見表1。

表1 保冷材料部分性能參數比較Table1 Comparison of performance parameters of cold preservation material

1.2 保冷材料厚度計算

參考GB 50264－1997《工業設備及管道絕熱工程設計規范》對LNG管道保冷的要求，規定LNG管道熱損失量不大于12.5W/m2，以確保管道的保冷效果。從技術經濟等方面考慮，保冷層厚度按照“控制最大冷損失量方法”進行計算，計算公式如下:

式中:D0—管道外徑，m;

D1—保溫層外徑，m;

Ta—環境溫度，℃;

T0—管道外表面溫度，℃;

Q—熱流密度，12.5 W/m2;

λ—保冷層材料在平均溫度下的導熱系數，W/(m·℃);

αs—絕熱層外表面向周圍環境的放熱系統。

以三級LNG加氣站常用管道為例計算，D57保冷層厚度為138.4 mm，D45保冷層厚度為138.3 mm，D32保冷層厚度為137.9 mm。根據PIR材料實際生產情況，保冷層厚度均應取150 mm。

2 保冷材料的施工工藝

高質量的保冷施工是提高LNG保冷效果的重要環節，因此在保冷施工過程中必須監管到位，要求安裝隊伍提供符合規范的保冷施工方案，并嚴格按照方案進行施工。

2.1 保冷材料施工

保冷材料塊與塊接縫用JN－1型粘結劑均勻涂抹，粘結劑的涂抹厚度為2.5～3 mm。并應涂滿、擠緊和粘貼牢固，確保粘接表面膠水涂抹平整、均勻。粘結劑應符合下列規定:

(1)粘結劑應符合使用溫度的要求，并應和保冷層材料相匹配，不對金屬壁產生腐蝕。

(2)粘結劑應固化時間短、粘結力強。在使用前，應進行實地試粘試驗。

(3)施工中粘結劑取用后，應及時密封。

對保冷層厚度不低于80 mm的應采取分層保冷[2]，同層錯縫，上下層壓縫，其錯縫的距離不應小于150 mm。分層保冷結構如圖1所示。

保冷材料粘貼時，擠出縫外的粘貼劑應及時刮去，縫口用密封劑或不干膠帶密封。接縫必須擠緊、刮平、嚴密。

分層保冷時，應逐層粘貼，并應對各層表面進行刮平和接縫處理。

圖1 分層保冷結構示意Fig.1 Stratified cooling structure schematic diagram

彎頭部位保冷時，應先將直管段保冷完成后再進行彎頭處保冷，彎頭兩端的直管段保冷層應盡量敷設至彎頭處，以彎頭兩端直管段保冷層外層為支點用鋁皮做成蝦米腰連接，直管段與鋁皮縫隙處用瑪蹄脂、密封劑填滿，用鉆在鋁皮最高點開一直徑30 mm注料孔，注入PIR現場發泡料，注料結束后立刻將注料孔密封。

現場發泡做法:發泡料中黑料與白料質量比為1.5∶1.0，料溫在15℃以上。若現場環境溫度達不到要求，將黑料加溫至30℃以上，與室溫下的白料混合，必須在10 s內充分攪拌，15 s內注入彎頭孔內。

閥門保冷時，管道保冷層應盡量敷設至閥門兩邊的焊縫處，閥門兩端的管道保冷外層再安裝50 mm的PIR保冷層，以閥門兩端直管段保冷外層為支點將閥門包起來，閥門上需涂抹黃油。在閥門保冷外層最上端開直徑30 mm的注料孔，注入PIR現場發泡料。

2.2 防潮層施工要點

(1)保冷層外面用阻燃黑色瑪蹄脂涂抹二遍，每遍厚度為2 mm，中間隔放一層中堿玻璃纖維布，第一遍瑪蹄脂涂抹后，即安裝玻璃布，待稍干后進行第二遍瑪蹄脂涂抹。管道上的防潮層應連續施工，不得有斷開、斷層現象，防潮層在封口處應形成封閉。

(2)玻璃布搭接寬度不應小于50 mm，搭接處必須粘貼密實。

(3)垂直管道防潮層玻璃布的環向接縫，均應上搭下。水平管道的環向接縫應兩側搭接，且縫口朝下。

(4)防潮層應粘貼密實，無張口、開裂、厚度均勻，干固后要達到不小于5 mm。

2.3 鋁合金防護層施工要點

(1)直管段鋁合金保護層的下料要比防潮層的外圓長30～50 mm，環向和縱向搭接應壓出凸筋，環向搭接不小于50 mm。縱縫用自攻螺釘連接。

(2)保護層應緊貼防潮層，彎頭部位要做成蝦米腰連接。

(3)水平管道環向接縫應沿管道坡向搭向低處。縱向接縫布置在水平中心線下方15～45°處，縫口朝下。當側面或底部有障礙物時，縱向接縫可移至水平中心線上方60°以內。

(4)金屬保護層接縫部位，以及管道支架穿出金屬護殼的部位，必須按規定填密封劑或在接縫處包纏密封帶。

3 結語

管道的保冷效果關系到LNG加氣站運行的穩定性，因此必須選擇合適的保冷材料[3]，嚴格控制施工質量來提高管道的保冷效果，為加氣站的穩定運行提供最大保障。按照有關規定，把非生產性能源損失降到最低程度，這是LNG管道保冷的意義所在。

[1]中華人民共和國化學工業部.GB 50264—1997工業設備及管道絕熱工程設計規范[S].北京:中國計劃出版社，1997:9-27.

[2]中國建筑材料工業局標準化研究所.GB 11790—1996設備及管道保溫技術通則[S].北京:中國標準出版社，1996:8-28.

[3]南京玻璃纖維研究設計院.GB/T 17393—1998覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規范[S].北京:中國標準出版社，1998:1-3.