冷管鞋的安裝和質量控制

馬志杰 楊清 郭偉

1．中國石油天然氣第六建設公司，廣西桂林541004;

2．重慶建峰工業集團有限公司，重慶408601;

3．中國石油管道局工程有限公司天津分公司，天津300457

冷管鞋的安裝和質量控制

馬志杰1楊清2郭偉3

1．中國石油天然氣第六建設公司，廣西桂林541004;

2．重慶建峰工業集團有限公司，重慶408601;

3．中國石油管道局工程有限公司天津分公司，天津300457

ICHTHYS模塊屬于陸地液化天然氣項目，深冷介質管線總長7 500 m，管線保冷對LNG系統運行的安全性和經濟性有著重要意義。為此，該模塊多采用高密度聚氨脂泡沫成品冷管鞋來改善管線保冷工藝并提升保冷綜合性能。冷管鞋是ICHTHYS模塊管線保冷的關鍵支撐，結合ICHTHYS模塊中的施工實踐，從冷管鞋的吊裝控制、預裝檢查控制和組裝控制三方面進行闡釋，主要涉及在技術管理和質量控制上的標準、要求、規范和應用。實踐結果發現，與傳統管線保冷工藝相比，冷管鞋不僅具備支撐導向作用，而且可以防止管線在深冷狀態下運行時積冰，從而提高管線穩定性，減少冷量損失，保證LNG系統高效運行。

冷管鞋;聚氨酯;二次安裝;質量控制

0 前言

液化天然氣(LNG)是一種廣受關注的清潔能源，LNG工程中所涉及的低溫輸送管道較多，因此保冷材料的選擇、保冷結構設計和保冷層厚度顯得十分重要［1－3］。保冷主要分為真空與非真空兩大類，其中，真空保冷具備冷損失小、保冷效果好和管道所占空間小等優點，但是價格高、運輸及現場施工要求高、維修困難、更換周期長;而非真空保冷的適用溫度范圍更為廣泛，其堆積結構簡單、造價低，在絕熱要求不高的情況下普遍采用［4］。常見的保冷絕熱材料有聚氨酯泡沫、聚氨酯氰尿酸酯泡沫(PIR)、酚醛泡沫、聚乙烯泡沫、泡沫玻璃和膨脹珍珠巖等［5－7］。選擇材料時需要綜合考慮保冷材料特性和深冷保溫要求。結合工程投資因素，可同時選用硬質與柔性兩種保冷材料，例如支撐作用的附件保冷采用成品硬質PIR，而其余部分可采用柔性保冷材料［8］。目前，已有文獻報道了低溫輸送管道保冷材料的選擇［4－5，9］、保冷結構設計和保冷層厚度計算［1，10－11］，但未見關于成品冷管鞋安裝的報道，現將圍繞成品冷管鞋的安裝和質量控制而展開討論。

1 冷管鞋簡述

冷管鞋呈內外兩層結構見圖1，內層是保冷性能的關鍵，由一層或多層PIR預制而成，其層數由管線的保溫等級確定［12］;外層為金屬鋼蓋、金屬皮和Mylar蒸汽層，可有效避免機械損傷和水汽滲入，兼具支撐導向功能。內層與管線相接觸，而外層金屬鋼蓋上的螺栓和彈簧墊片可將內層鎖緊抱夾在管線上。冷管鞋內外層均分為上下部分，下半部分呈固定狀態，其PIR層、Mylar蒸汽層和金屬皮按順序預裝固定在金屬鋼蓋上;上半部分呈活動狀態，調節其PIR層以確保PIR層與管線緊密接觸［13－15］，從而有效防止PIR層與管線發生相對滑動。

2 安裝和過程質量控制

2.1 吊裝

1)冷管鞋的吊裝要求培訓過的工人進行操作。

圖1 冷管鞋外觀

2)吊繩和導鏈不能直接掛在PIR上，吊裝時的吊點只能在金屬鋼蓋上。若冷管鞋在吊裝過程中受損，應退回到倉庫，由專業工程師檢查。

3)部分冷管鞋底板按要求焊接特殊不銹鋼板以加強滑動作用。其在吊裝時，應避免因導鏈纏住底板而使不銹鋼板遭到損壞。若底板的不銹鋼板出現損壞，則應由專業工程師檢查和評估。

2.2 預裝檢查

1)檢查冷管鞋來貨時是否由黑色塑料所包裹，若外包裝嚴重受損或移除，則需檢查PIR是否受到紫外線(UV)損壞。正常條件下，PIR表面光滑，160 kg/m3時呈黃色，320 kg/m3時呈淺綠色;受紫外線損壞的PIR呈紅褐色且表面出現明顯的小泡，此時應將受損PIR進行標記并送回倉庫檢查，用專業膠對受損部分進行修復［16］。

2)移除螺栓前，檢查螺栓墊片整體高度是否符合圖紙要求。已卸螺栓墊片應裝袋以防止污染或生銹。將拆卸的螺母和墊片組套，減少丟失和損壞。

3)拆除上金屬鋼蓋，檢查PIR外表面是否被金屬鋼蓋損傷。若出現小范圍損壞，則按照修復程序，采用粘膠修復受損部分。

4)檢查Mylar蒸汽層是否出現撕壞和孔洞，若出現小范圍損壞，采用最小直徑50 mm補丁進行修復。

5)在干燥條件下存放拆卸的上金屬鋼蓋和金屬皮，直至再安裝。若當天安裝工作未完成，則將其整體覆蓋以防止紫外線的傷害。

6)在得到建造管理允許安裝的認同后可進行冷管鞋安裝，在安裝之前，還需檢查管線噴涂情況，管線的噴涂認同或修復應按照建造方的指令進行。

7)檢查管道尺寸、保溫厚度和冷管鞋長度是否符合圖紙，檢查金屬鋼蓋的鍍鋅表面是否受損，若出現小范圍損壞，不用修復。

8)管線直徑≥650 mm時，需對冷管鞋底板配裝特殊不銹鋼板，見圖2，而直徑＜650 mm時，則不需要配裝。不銹鋼板的光滑面采用特殊紙保護。冷管鞋底板焊接不銹鋼板時需避免其自身重量直接作用在PIR上，此外，冷管鞋側面放置也可能造成損壞。

圖2 管鞋底部不銹鋼板

2.3 組裝

1)安裝前需進行JSA現場分析。冷管鞋組裝完成前應確保其內部干燥，此外，采用粘膠修復時，應盡量避開雨天和潮濕環境，在潮濕環境安裝時則需要一定的保護措施以防止濕氣進入。

2)安裝操作工人需具備一定資質，經培訓達標后再進行安裝任務。冷管鞋底部所有PIR層按合適角度放置，要求管線和PIR間至少有90°范圍內相互接觸，特別是管線底部，因為這是主要受力區域，否則應咨詢建造方進行現場指導或重裝達到要求。在一定條件下，可采用手動打磨沙盤或木工工具修整PIR，修整部分需迅速使用Foster 60－90進行涂覆保護，從而使PIR與管線的接觸范圍達標，并用玻璃纖維棉對間隙進行填充。

3)安裝上半部分的多層PIR時，小心拿起并應從一端滑到另一端，用間隙尺檢查各PIR層的縱縫間隙，確保間隙在允許誤差范圍，當兩端間隙相異，則進行刨平來調節，且要求刨平表面光滑平整，并用Maktia 1805 N粘膠涂覆［16］。

圖3 硅膠膠帶

4)焊縫在PIR內部，推薦管線和PIR接觸面積至少為60%。若由于管子本身的橢圓度或局部扭曲而不能實現緊密接觸，則使用Textrafine 9000彈性玻璃纖維毯將間隙填充，填充厚度為間隙厚度的2倍。

5)保證Mylar蒸汽層的重疊厚度≥50 mm以便維修和重組裝，重疊層使用硅膠帶粘牢。調整上部金屬皮，保持與下部兩側金屬皮相同的重疊，小心不要損壞Mylar蒸汽層。冷管鞋長度大于600 mm，多個金屬皮并排緊密挨在一起但不能有重疊。間隙的最大允許誤差為1 mm。金屬皮組合縫用硅膠粘貼［17－18］，見圖3。

6)調整上金屬鋼蓋，保證上下金屬鋼蓋兩側的螺桿預留空間一樣。安裝不銹鋼螺栓前，檢查螺桿是否清潔干燥和螺母是否可以輕松沿著螺桿螺紋上下移動，若不行則需清潔或更換。

7)確保彈簧墊的外形沒有損壞，螺栓上下都裝彈簧墊，厚度符合圖紙要求，螺桿頭朝上，用手擰緊螺栓，若彈簧墊漏裝或損壞則重裝螺栓。檢查螺桿的剩余長度并記錄冷管鞋的安裝信息。在每個冷管鞋里的其中一條螺栓懸掛完成標識牌。

表12016 －03－07核查表(標牌編號:AIPA－551－MR014－6SBO－001，安裝區域:AIPA)

8)參考圖紙決定合適的力矩，使用力矩扳手對所有的螺栓先緊50%，然后100%，擰緊方式為對角緊。完成螺栓力矩后，使用游標卡尺檢查堆疊高度和剩余螺桿長度，允許完成后偏差+0/－0.5 mm，若未達到要求，則增加螺栓扭矩10%，重新上緊螺栓組再檢查。若螺栓扭矩超過了圖紙標注的20%，則更換并重新組裝。緊上螺栓后，上下PIR層與管道間至少保證有80%的接觸面，與此同時需用游標卡尺或塞尺檢查PIR各層之間的間隙是否達標。若未達要求值，則調查原因后重新安裝。

9)安裝完成釋放后，每個冷管鞋支架都貼一個標簽，顏色顯著且表明安裝信息。

10)端頭PIR的黑膠封堵是一個停點，在確保安裝記錄表完成并提交給監督方檢查后方可繼續［19］，見表1。檢查期間須覆蓋黑色塑料并纏繞嚴密避免PIR遭到紫外線破壞和昆蟲的進入。檢查完成并簽署后，端頭PIR涂上黑膠保護層，優先使用Foster 90－66低溫涂料或等同材料，且保護涂層應延長至管表面50 mm和冷管鞋外層PIR最外緣［20］，見圖4。

圖4 端頭封堵

2.4 過程質量控制

冷管鞋過程質量控制分為事前、事中、事后三個階段。事前控制主要包括人員資質的培訓、施工方案的編寫、關鍵工序的交底、機具的檢定和輔助材料的準備;事中控制主要包括嚴格按照方案施工，執行“三檢”制，即安裝人員的自檢、技術人員的互檢和質量人員的專檢，每道工序檢定合格后方可進行下道工序;事后控制主要是組織業主建造、業主QC和設計人員進行共同驗收、簽字確認和提出優化措施。

3 結論和建議

傳統管線保冷支撐存在保冷層與木托粘接不嚴密、保冷材料粘接不嚴密和外觀形式不統一、不美觀等質量通病，而采用成品冷管鞋技術進行保冷，除保證承重導向功能外，還可有效防止冷量損失，提升管線的穩定性，促進LNG系統高效運行。成品冷管鞋的保冷效果等級關鍵在于二次組裝，通過介紹深冷管鞋安裝工藝，明確重要安裝步驟的要求，為安裝提供技術依據。建議安裝過程中全面分析可能出現的問題，以預防風險，提高效率。建立過程質量信息反饋流程，對質量問題改進過程實施監督和檢查，明確各工序的質量標準，樹立全程質量管理的意識。

［1］陳玨伶，付現橋，王珍峰，等．LNG管道復合保冷結構保冷厚度的計算與討論［J］．當代化工，2014，43(10):2182－2185．ChenJueling，FuXianqiao，WangZhenfeng，etal．Calculation and Discussion on Composite Cold Insulation Thickness of the LNG Pipeline［J］．Contemporary Chemical Industry，2014，43(10):2182－2185．

［2］生動．LNG項目柔性材料管道保冷施工［J］．管道技術與設備，2014，1(6):35－36．Sheng Dong．Cold Insulation Construction of Pipeline Made of Flexible Material in LNG Project［J］．Pipeline Technique and Equipment，2014，1(6):35－36．

［3］生動，胡超，趙星，等．山東LNG接收站管道保冷技術研究［J］．油氣田地面工程，2015，34(11):1－2．Sheng Dong，Hu Chao，Zhao Xing，et al．Research on Pipeline CoolingTechnologyofLNGReceivingStationin Shandong［J］．Oil-Gasfield Surface Engineering，2015，34 (11):1－2．

［4］龔明，錢永剛，肖松，等．LNG管道保冷方式和保冷材料的選擇［J］．煤氣與熱力，2015，35(11):18－21．Gong Ming，Qian Yonggang，Xiao Song，et al．Selection of Cold Insulation Manner and Material of LNG Pipeline［J］．Gas and Heat，2015，35(11):18－21．

［5］韓帥，沈孝風，徐超，等．LNG工程保冷層施工［J］．管道技術與設備，2013，1(6):24－26．Han Shuai，Shen Xiaofeng，Xu Chao，et al．Construction of Cold Insulation for LNG Project［J］．Pipeline Technique and Equipment，2013，1(6):24－26．

［6］中華人民共和國住房和城鄉建設部．工業設備及管道絕熱工程施工質量驗收規范:GB 50185－2010［S］．北京:中國計劃出版社，2010．Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China．Code for Acceptance of Construction Quality of Industrial Equipment and Pipeline Insulation Engineering:GB 50185－2010［S］．Beijing:China Planning Press，2010．

［7］中華人民共和國工業和信息化部．石油化工設備和管道絕熱工程設計規范:SH/T 3010－2013［S］．北京:中國石化出版社，2013．Ministry of Industry and Information Technology of the People's Republic of China．Design Code for Petrochemical Equipment and Piping Insulation Engineering:SH/T 3010－2013［S］．Beijing:China Petrochemical Press，2013．

［8］中國國家標準化管理委員會．柔性泡沫橡塑絕熱制品:．GB/T 17794－2008［S］．北京:中國標準出版社，2008．Standardization Administration of the People's Republic of China．Preformed Flexible Elastomeric Cellular Thermal Insulation:GB/T 17794－2008［S］．Beijing:Standards Press of China，2008．

［9］程明，許克軍，蒲黎明，等．LNG管道保冷材料的應用和發展［J］．天然氣與石油，2013，31(5):65－69．Cheng Ming，Xu Kejun，Pu Liming，et al．Application and Development of Cold Insulation Material in LNG Pipeline［J］．Natural Gas and Oil，2013，31(5):65－69．

［10］付現橋，陳玨伶，徐敬，等．國內外關于LNG管道保冷層厚度設計相關標準分析［J］．當代化工，2014，43(3): 356－359．Fu Xianqiao，Chen Jueling，Xu Jing，et al．Research on Ralated Standards for LNG Pipe Cold Layer Thickness Design［J］．Contemporary Chemical Industry，2014，43 (3):356－359．

［11］李兆慈，冷明，李光讓，等．LNG接收站卸料管道保冷層厚度優化模擬［J］．天然氣工業，2015，35(3):98－102．LiZhaoci，LengMing，LiGuangrang，etal．The Optimization Simulation of Insulator Thickness in LNG Unloading Pipelines［J］．Natural Gas Industry，2015，35 (3):98－102．

［12］楊建坤，劉衛東，茍海平．LNG低溫管道PIR保冷層內部溫度隨厚度變化的數值模擬研究［J］．機電設備，2015，1 (3):13－15．Yang Jiankun，Liu Weidong，Gou Haiping．Research on NumericalSimulation ofLNG Cryogenic Pipeline PIR InternalTemperatureChangeswiththeThicknessof Insulating Layer［J］．Mechanical and Electrical Equipment，2015，1(3):13－15．

［13］中國國家標準化管理委員會．覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規范:GB/T 17393－2008［S］．北京:中國標準出版社，2008．Standardization Administration of the People's Republic of China．Specification for Thermal Insulation for Use in Contact with Austenitic Stainless Steel:GB/T 17393－2008［S］．Beijing:Standards Press of China，2008．

［14］Standard Specification for Unfaced Preformed Rigid Cellular Polyisocyanurate Thermal Insulation:ASTM C591－15［S］．West Conshohocken:ASTM International，2015．

［15］Standard Practice for Fabrication of Thermal Insulating Fitting Covers for NPS Piping，and Vessel Lagging:ASTM C450－08［S］．West Conshohocken:ASTM International，2008．

［16］Standard Test Method for Apparent Density of Rigid Cellular Plastics:ASTM D1622－08［S］．West Conshohocken: ASTM International，2008．

［17］Standard Guide to Properties and Test of Mastics and Coating Finishes for Thermal Insulation:ASTM C647－08(2013)［S］．West Conshohocken:ASTM International，2013．

［18］Standard Test Method for Water Vapor Transmission of Materials:ASTM E96/E96M－15［S］．West Conshohocken: ASTM International，2015．

［19］賈琦月，劉志偉．LNG項目保冷系統國產化的管道保冷施工［J］．化工設計，2013，23(4):31－33．Jia Qiyue，Liu Zhiwei．Piping Cold Insulation Construction in Cold Insulation System Localization of LNG Project［J］．Chemical Engineering Design，2013，23(4):31－33．

［20］中國國家標準化管理委員會．設備及管道絕熱效果的測試與評價:GB/T 8174－2008［S］．北京:中國標準出版社，2008．Standardization Administration of the People's Republic of China．Method of Measuring and Evaluation Thermal Insulation Effect for Equipments and Pipes:GB/T 8174－2008［S］．Beijing:Standards Press of China，2008．

10.3969/j．issn．1006－5539.2016.06.017

2016－03－02

馬志杰(1987－)，男，四川成都人，工程師，學士，主要從事壓力管道的施工安裝工作。