新疆油田注汽管線保溫現狀分析研究

孫彥峰（中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院）

新疆油田注汽管線保溫現狀分析研究

孫彥峰（中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院）

新疆油田公司注汽管線多使用復合硅酸鹽瓦保溫材料，由于建設跨度時間長，運行環境相對惡劣，保溫管線多數存局部嚴重破損，散熱損失較大。為了對比研究不同材料、工藝、使用年限的注汽管線的保溫現狀及保溫效果，選取了具有代表性的注汽管線，利用熱成像技術和表面溫度法分別對注汽管線的保溫效果進行定性和定量的分析研究。經對比分析，與雙層硅酸鹽瓦相比，納米氣凝膠和復合硅酸鹽涂料散熱損失較小，節能率為37%左右。建議新建保溫管線以節能運行和經濟效益為評價指標優選高效節能的保溫結構。

注汽管線；保溫；紅外熱成像；測試

引言

近年來，隨著工業生產需求的增大，保溫材料種類和性能不斷發展和進步，保溫技術及生產能力顯著提高。目前使用保溫材料主要包括以下幾種[1-2]。

1）泡沫型保溫材料包括兩大類：聚合物發泡型和泡沫石棉。聚合物發泡型保溫材料具有吸濕率小、導熱系數小、保溫效果穩定、易于施工等特點；泡沫石棉保溫材料具有密度小、保溫性能好和施工方便等特點。兩者缺點：聚合物發泡型易燃；泡沫石棉易受潮，易在水中溶解。

2）復合硅酸鹽保溫材料，具有可塑性強、導熱系數低、耐高溫、施工方便等特點。缺點為易碎、受施工質量影響較大。

3）硅酸鈣絕熱制品保溫材料，其特點是密度小，耐熱度高，導熱系數小，抗壓強度較高，收縮率小。缺點為后期原材料采用紙漿纖維，降低了耐高溫性和增加了破碎率。

4）纖維質保溫材料，其優點是防火性能和保溫性能佳，缺點是生產投資大。

國外大部分采用玻璃纖維制品、礦棉制品、發泡式合成橡膠制品、聚乙烯制品及硅酸鈣，所用材料基本同國內相差不大。

新疆油田現有注汽管線約800 km，保溫材料多使用復合硅酸鹽保溫材料，由于建設跨度時間長，運行環境相對惡劣，復合硅酸鹽保溫管線多數存在局部破損嚴重，散熱損失較大的問題。

針對新疆油田不同材料、工藝、使用年限的注汽管線保溫現狀，選取了具有代表性的注汽管線，利用熱成像技術和表面溫度法分別對注汽管線的保溫效果及其散熱損失構成和特點進行定性和定量的分析研究。這為新疆油田注汽管線保溫工程驗收、制定節能改造方案、評價不同保溫工藝的保溫效果提供評價依據。

1 測試方案及方法

1.1 測試方案

為了掌握新疆油田整體注汽管線保溫現狀，對現場運行保溫管線使用的保溫材料種類、使用年限及地點等信息進行調查和統計，依據保溫材料、工藝和投產時間選取了17條保溫管線作為研究對象。保溫材料分別為雙層硅酸鹽瓦、納米氣凝膠和雙層硅酸鹽棉復合結構（下簡稱“納米氣凝膠”）及復合硅酸鹽涂料，投產年份為2009—2014年（表1）。

表1 測試對象匯總

1.2 測試方法

1）測試管段抽樣。在每段注汽管線上，以支墩作為個體進行編號，以鍋爐房外第一個支墩為起點，選取1/3和2/3管線處支墩為基點，在每個支墩的前端選取10 m均質保溫的直管段，就近選取一個彎頭。用紅外熱像儀對選取的管段進行熱成像，以了解注汽管線保溫結構性能，識別異常溫度場，以確定具有代表性區域[3]。

2）測點布置。在每隔10 m的直管段均勻布置4個測試截面，在每個截面的圓周上布置4個測點；異常溫度場按等溫線布置測點，測試高溫區溫度分布情況；在每個彎頭處布置3個測試截面，截面測點選取（圖1）。

圖1 截面測點選取

3）測試所用儀器儀表。注汽管線保溫測試項目包括表面溫度、風速、定性尺寸、熱像圖。測試所用的儀器儀表及其準確度（分度值）如表2所示。

表2 測試用儀器儀表

2 紅外熱成像定性分析

采用紅外熱像儀對17條保溫管線進行診斷性分析，定性分析復合硅酸鹽瓦、納米氣凝膠及復合硅酸鹽涂料保溫管線的直管段和彎頭部位的保溫情況，查找局部異常高溫區，作為保溫效果測試和評價的輔證信息，提高保溫現狀分析結果的科學性和準確性。

1）復合硅酸鹽瓦測試結果分析。測試的6條復合硅酸鹽瓦保溫的注汽管線，其直管段采用雙層復合硅酸鹽瓦保溫，彎頭采用復合硅酸鹽氈，以編號1-1、1-2測試管線為例加以分析（圖2）。

圖2 編號1-1、1-2測試管線的直管段和彎頭熱像圖

由圖2可知，雙層硅酸鹽瓦材料在直管段接縫處存在漏熱點。其中，1-1測試管線直管段局部保溫材料出現破損，保溫瓦接縫溫度偏高，造成局部高溫達125.6℃，10 m直管段出現14個漏熱點。1-2測試管線彎頭處存在較大面積漏熱區域，部分彎頭和直管連接處溫度偏高，熱漏損失較大，達110.5℃。

2）納米氣凝膠測試結果分析。測試的5條納米氣凝膠保溫的注汽管線，其整體保溫結構為雙層納米氣凝膠外層包裹硅酸鹽氈，以編號2-1、2-2測試管線為例加以分析（圖3）。

圖3 編號2-1、2-2測試管線的直管段和彎頭熱像圖

由圖3可知，納米氣凝膠材料在直管段未出現漏熱點，彎頭處漏熱點較少，保溫材料隨著使用年限的增長，保溫效果有不同程度的衰減。

3）復合硅酸鹽涂料測試結果分析。測試的6條復合硅酸鹽涂料保溫的注汽管線，其整體保溫結構為復合硅酸鹽涂料，以編號2-1、2-2測試管線為例加以分析（圖4）。

圖4 編號3-1、3-2測試管線的直管段和彎頭熱像圖

由圖4可知，復合硅酸鹽涂料材料在直管段和彎頭處未出現漏熱點，保溫材料隨著使用年限的增長，保溫效果有不同程度的衰減。

3 測試結果對比

對選取的17條保溫管線進行了測試和分析[4]（表3）。

表3 測試結果匯總

依據表3繪制了不同保溫材料隨年份的變化曲線（圖5）。

圖5 不同保溫材料散熱損失隨年份的變化曲線

由圖5可知，由于保溫性能的差異，導致使用不同保溫材料的管線保溫層厚度各不相同。其中，納米氣凝膠管線保溫厚度最小，其保溫效果相對最好。

對于相同保溫厚度的管線，雙層硅酸鹽瓦散熱損失情況未隨年份呈現規律性變化，2012年起新投產的保溫管線散熱損失較大，原因在于這3條被測管線接縫處漏熱嚴重，導致散熱損失較大。

納米氣凝膠和復合硅酸鹽涂料在相同保溫厚度的情況下，整體保溫效果相對較好，隨著使用年限增加，散熱損失略有增長，增幅在10%左右，兩者散熱損失均小于雙層硅酸鹽瓦散熱損失。

從對比分析可以看出，保溫材料、結構和厚度是注汽管線保溫效果的主要影響因素，節能效果差異較大。使用年限對保溫效果存在影響，不同保溫材料和結構的使用年限對保溫效果的影響具有一定的規律性，隨著使用年限增加，保溫效果有不同程度的衰減。

4 經濟性分析

以2009年為例，按照管徑114 mm、管長1 km保溫管線運行365 d為計算基準，按蒸汽120元/t計算，保溫層厚度滿足相同保溫性能的前提下，與雙層硅酸鹽瓦相比，納米氣凝膠或復合硅酸鹽涂料散熱損失較小，節能率為37%左右。

根據表4繪制了不同保溫管線造價與總經濟損失隨時間變化的關系曲線（圖6）。

表4 不同保溫管線造價與總經濟損失

圖6 不同保溫管線造價與總經濟損失隨時間變化的關系曲線

由圖6可知，不同保溫管線造價與總經濟損失關系如下：

◇造價大小依次為復合硅酸鹽涂料、納米氣凝膠、雙層硅酸鹽瓦；

◇總經濟損失大小依次為雙層硅酸鹽瓦、納米氣凝膠、復合硅酸鹽涂料，其中納米氣凝膠總經濟損失略大于復合硅酸鹽涂料。

整體上看，雙層硅酸鹽瓦造價最大，最大造價差值為14.6萬元。運行6年后，雙層硅酸鹽瓦運行總經濟損失比其余兩者多損失約47萬元。三種保溫材料的運行和維護成本差異較大，保溫材料、結構和厚度決定了注汽管線長期運行的經濟性。

5 結論

1）影響注汽管線保溫效果的主要因素是保溫材料、結構和厚度及其使用年限，再是他們的節能效果以及運行和維護成本的差異也較大。

2）保溫材料、結構和厚度決定了注汽管線長期運行的經濟性；不同保溫材料和結構的使用年限對保溫效果的影響具有一定的規律性。

3）利用熱像儀對注汽管線的保溫效果進行定性分析，散熱損失測點選取和布置可以滿足注汽管線保溫質量的要求，測試結果的準確度和測試效率均明顯提高。

4）以節能運行和經濟效益為評價指標，通過比對、篩選可以優選出高效節能的保溫結構，其具有保溫效果比較好，散熱損失低，受使用年限影響較小等特點。

[1]張戰鋒．管道保溫的發展[J]．能源與環境，2006（4）:73-75.

[2]唐燕青．保溫管道預制成型工藝技術的發展和應用[J]．石油工程建設，2004，30（6）:10-12.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.設備及管道絕熱層表面熱損失現場測定熱流計法和表面溫度法：GB/T 17357—2008[S]．北京：中國標準出版社,2008:2-3.

[4]趙啟成，李盼，王景昌．保溫管道年平均散熱損失的計算分析[J].油氣田地面工程，2007，26（1）：23-25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.003

2016-06-12

（編輯 王艷）

孫彥峰，2016年畢業于中國石油大學（華東）（石油工程專業），從事節能技術研究和節能設備監測，E-mail：shunyanfeng@petrochina.com.cn，地址：新疆克拉瑪依市準噶爾路29號實驗檢測研究院2號實驗樓228室，834000。