基于LNG管線深冷絕熱技術的研究

曹暉

【摘要】：LNG深冷絕熱技術是LNG項目工程中的關鍵技術之一。通過LNG深冷絕熱技術特點的分析和研究，設計出LNG深冷絕熱層典型結構優化選取保冷層厚度計算方式，優選保冷材料，優化施工流程，提出施工技術要求，LNG管線深冷絕熱工程首要要求要保證保冷工藝效果和管道運行的安全性。

【關鍵詞】：LNG管線 ；深冷絕熱 ；

天然氣是從氣田中開采出來的自然可燃氣體，其主要成分為甲烷，LNG （液化天然氣）則是氣態天然氣在常壓下通過冷卻至一162℃所凝結成的液體。天然氣液化后，其體積為液化前的1/625，可以大大節約儲運空間和成本，而且具有熱量大、性能高等特點。作為一種優質、高效、清潔的環保型能源，LNG產業已經成為當今世界各國關注的經濟熱點。LNG產業鏈是一個十分復雜及耗資巨大的系統，它包氣田建設、天然氣管網建設、天然氣液化、水陸運輸、LNG接收終端建設與發電等環節。LNG管線深冷絕熱技術是LNG利用環節中的關鍵技術之一 ，L NG深冷保冷實施質量的好壞直接影響著整個LNG利用產業的成敗，本文對LNG管線深冷絕熱結構，保冷層厚度計算，材料選型，施工技術，施工流程進行研究，確定了LNG管線深冷絕熱的典型結構，優化選取保冷層厚度計算方式 ，經過論證優選保冷材料，優化施工流程，提出施工技術要求。

深冷絕熱結構原理

深冷絕熱的最終目的是減少周圍環境的熱量傳入LNG低溫管道內部，控制LNG冷量損失，確保絕熱層外表面溫度高于環境的露點溫度，保證外表面不凝露。同時，節約能源，保證LNG管道正常運行。熱量傳遞包括熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式，對于LNG低溫管道的絕熱結構來說，主要存在的是熱傳導和熱對流，因此如何解決傳熱問題，是絕熱結構設計的關鍵問題。由于LNG管道在運行過程中溫度交變范圍非常大，超低溫和常溫交變容易造成LNG管道絕熱結構的破壞，因此要對絕熱保冷材料和鋪層方式進行設計。

典型結構

江蘇科泰絕熱新材料有限公司始終致力于為廣泛的工業客戶提供創新和技術先進的CRYOTECH? 卓越深冷保冷系統專業解決方案，向天然氣、LNG、石油化工的生產儲運裝置系統、建筑物絕熱及暖通系統、設備及管道防火系統、生物工程發酵裝置系統等多個應用領域的大量客戶持續提供著周到的服務和產品。作為中國領先的專業保冷服務商，我們堅定地陪伴著客戶，共同堅持努力，協助客戶同時實現了經濟上的成功、社會責任和環境保護責任。

江蘇科泰絕熱新材料有限公司為客戶提供的專業深冷保冷系統有以下三種：

1.CRYOTECH? 深冷管道及設備用全PIR高效保冷系統；

系統圖如下：

2.CRYOTECH? 深冷管道及設備用PIR+CG阻火復合保冷系統；

系統圖如下：

3.CRYOTECH? Foamglass泡沫玻璃隔熱保溫系統；

系統圖如下：

LNG管道絕熱保冷結構應由防銹層、保冷層、防潮層、保護層、防腐蝕及識別層等五層組成（按從里到外排列）。防銹層用冷底子油或能符合工作溫度要求的防銹漆涂刷。保冷層是決定保冷結構保冷性能的關鍵組成，保冷層對維護介質溫度穩定起主要作用，防潮層是保冷結構用于防水、防潮維護保冷層保冷效果的關鍵部分。保護層包覆在保冷層的外面，起保護和防止大氣、風、雨雪致使保冷層破壞的作用，延長保冷層的使用壽命，并使保冷結構外形美觀。防腐蝕及識別層處于保冷絕熱結構的最外層，主要作用是防止外部腐蝕，涂刷粘貼管線標識信息。同時，深冷絕熱層結構設計采用多層結構形式，因為單層絕熱層結構的局部缺陷容易造成冷量損失而影響整體保冷效果。在每一層結構中采用了拼接形式，目的是防止在低溫條件下因局部結構破壞而造成整體結構的破壞。為了減小拼縫空隙產生熱對流現象，拼接采用契口（如下圖1）拼接方法。同一層的拼縫應錯縫，相鄰結構層應壓縫。由于LNG管道和絕熱材料之間的線膨脹和收縮率是不同的，在絕熱結構設計時，局部采用伸縮接頭結構以解決不同材料的收縮問題。

深冷絕熱層厚度計算研究

在液化天然氣輸送管路的設計中，管道的深冷絕熱計算是一個非常重要的問題。一方面，過厚的絕熱保冷層必然造成投資的增加。另一方面，絕熱保冷層厚度設計不合適將會導致外部熱量傳至低溫液體，引起低溫液體的氣化，從而在輸送管路中形成氣阻，阻礙液化天然氣

的正常輸送。由于深冷的目的和限制條件不同，計算時采用的方法也不同。通常采用以下幾種方法：限定外表面溫度（防止表面凝露）；限定金屬壁溫度t；限定散熱熱流損失（控制最大允許冷損失量）；限定內部介質溫升A t；限定內部介質的凍結或凝固溫度。

在實際工程運用中發現，用限定外表面溫度的方法來計算LNG低溫管道保冷層厚度往往不理想，主要存在的問題是：采用表面溫度法計算時，是以控制表面凝露為前提的。

保冷材料選擇原則

由于LNG管道運行溫度為-165℃，LNG管道深冷絕熱材料必須具有如下特性：

1）在超低溫和常溫交變時尺寸穩定性要好

2）具有較低的導熱系數即具有良好的絕熱性能

3）吸水吸濕性小、水蒸汽透濕系數低、低溫線膨脹系數小、阻燃性能好低

4）在超低溫和常溫下達到一定的強度要求。

常見保冷材料比較

常見的低溫管道保冷材料有泡沫玻璃（Cryotech?foamglass ）、聚苯乙烯泡沫，、聚氟乙烯泡沫，、酚醛泡沫、深冷型聚異氰脲酸酯（C ryotech?. PIR ），聚氨酯硬質泡沫塑料（PUR）。對聚苯乙烯泡沫塑料，聚氨酯硬質泡沫塑料，硬質聚氯乙烯泡沫塑料，脲醛泡沫塑料，泡沫玻璃這幾種常見保冷材料的優缺點進行了詳細分析，認為在設計中應根據工程的特點和要求，從保冷對象的要求出發取得經濟合理的選材方案。

PIR作為一種改性聚氨酯泡沫材料，是近年來發展起來的一種深冷用絕熱材料，其導熱系數相對比較低，該材料適用于-200～+120℃交變溫度范圍的氣體液化設備、液化氣船及低溫液體輸送管道。 PIR （Cryotech?Foamglass泡沫玻璃為不燃材料，具有高效的阻火性能，為項目安全提供了有利保障。

管線深冷絕熱施工流程

LNG管線深冷絕熱施工采用車間預保冷預制，現場安裝的方式，車間進行LNG管線深冷絕熱施工的優勢是施工條件可控，使車間的環境溫度，清潔度等條件能夠滿足施工的需要，通過管道設計的優化，使LNG管線深冷絕熱工作盡可能地在車間內完成，管段完成預保冷施工后，通過運輸裝置運輸至管道安裝地完成管道的安裝，在運輸過程中要做好管道的保護工作，防止保冷結構的損傷和破壞。

深冷絕熱施工技術要求

1保證在低溫條件下 保冷材料的絕熱特性和機械性能。

2由于保冷材料和LNG低溫管道的收縮程度不同，所以要注意研究控制措施，按施工技術施工 。

3要保證防潮層的有效性，環境條件要達到技術要求。

4保冷材料鋪于管道表面后，其接縫處填塞接著劑。

5保證施工場所的清潔，安全，保冷材料要有專門的裝置進行存放。

6、結論

由于LNG管道的低溫特性和極高的安全要求，LNG管道深冷絕熱工程完全不同于傳統 的管線保冷，LNG管線深冷絕熱工程首要要求要保證保冷工藝效果和管道運行的安全性，本文從深冷絕熱結構，保冷層厚度計算方式，選材上要科學周密，在施工技術方面要嚴格規范，層層把關，才能從根本上保證LNG管道深冷絕熱工程的質量，最大限度地降低管道冷量損失，提高LNG管道運行的質量和安全性。

參考文獻：

[1]孫豐海.保冷選材和施工淺析[J】.化工設備與管道。

[2]陸衛強，陳崗.LNG深冷絕熱技術應用研究[J].