新型柔性保冷材料在化肥企業(yè)的應用實踐

張本峰，吳 培，王相令，郭存彪

（河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453731）

近幾年，新型柔性保冷材料在石油化工領域局部有所應用，但在化肥行業(yè)內尚未進行規(guī)模化使用。該種材料主要由二烯烴、丁腈橡膠等材料發(fā)泡制作而成，與傳統(tǒng)硬質保冷材料相比，其吸濕系數(shù)較低，在保冷層施工后不需要再進行防潮層的施工，大大節(jié)省了施工時間和費用；另外柔性材料還可以根據(jù)保冷設備或管道任意進行彎折，不需要由廠家提前預制，且現(xiàn)場裁剪比較方便，大大降低了傳統(tǒng)硬質保冷材料規(guī)格型號統(tǒng)計及加工的繁瑣以及現(xiàn)場施工的難度。

河南心連心化學工業(yè)集團股份有限公司（簡稱河南心連心公司）“45·80”裝置年產45 萬t 合成氨、80 萬t 尿素，采用水煤漿氣化技術。2019 年6 月，在該裝置低溫甲醇洗、液氮洗工段對新型柔性保冷材料的性能進行了試驗驗證（局部試驗），之后于2020 年6 月進行了柔性保冷材料的工業(yè)化應用。局部試驗結果及工業(yè)化應用情況證明柔性保冷材料在化肥行業(yè)內可以使用，且使用效果要優(yōu)于傳統(tǒng)硬質保冷材料。現(xiàn)將新型柔性保冷材料的局部性能驗證和工業(yè)化應用情況介紹如下，以供參考。

1 新型柔性保冷材料的性能驗證

2019 年6 月河南心連心公司對“45·80”裝置區(qū)低溫甲醇洗、液氮洗工段進行了新型柔性材料保冷試驗，6 月18 日開始對試驗區(qū)域的原保冷材料進行拆除，6 月20 日開始在試驗區(qū)域進行新型柔性保冷材料的施工，根據(jù)被保冷設備或管道進行保冷材料的裁剪、包覆、涂膠、密封膠帶密封對接縫隙，6 月21 日完成了新型保冷材料的安裝工作，7 月6 日開始收集現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)并進行分析。試驗選取兩個有代表性的位置進行：1#試驗點為低溫甲醇洗1#甲醇泵進口管道（介質溫度-61 ℃，部位為甲醇泵進口過濾器及異徑管）、2#試驗點為液氮洗外送液氮管線（介質溫度-190 ℃）。

1.1 柔性保冷材料的保冷效果

2#試驗點保冷材料表面溫度與環(huán)境溫度對比見表1。由表1 可知，柔性保冷材料能夠滿足-196 ℃的低溫環(huán)境的保溫要求。

表1 2#試驗點保冷材料表面溫度與環(huán)境溫度對比 ℃

1.2 柔性保冷材料的施工優(yōu)勢

保冷材料施工過程中，需對材料進行裁剪，柔性材料用剪刀及美工刀即可完成材料切割成型，與傳統(tǒng)硬質保冷材料聚氨酯和泡沫玻璃對比，切割過程無揚塵、粉末，對施工現(xiàn)場無污染，對交叉作業(yè)無影響，現(xiàn)場垃圾易清理。

1.3 柔性保冷材料的封閉

柔性材料對接縫隙的處理：第一步采用黏接劑封閉，第二步采用密封膠進行二次封閉，因柔性材料易變形，凝固過程中易因活動出現(xiàn)縫隙，第三步采用鋁箔自黏膠帶覆蓋整個接縫。

1.4 柔性保冷材料與原保冷材料保冷效果對比

1#試驗點（介質溫度-61 ℃）原保冷材料采用聚氨酯，保冷材料厚度120 mm；采用新型柔性保冷材料進行試驗時，保冷材料厚度100 mm（4 層材料，1 層二烯烴材料+3 層丁腈橡膠材料，單層厚度25 mm）。采用不同保冷材料時1#試驗點溫度見圖1。

圖1 采用不同保冷材料時1#試驗點溫度

從圖1 可以看出，新型保冷材料與聚氨酯材料保冷效果相差不大，但新型保冷材料的厚度較聚氨酯材料厚度低20 mm，且新型保冷材料保冷處均為異形件，未發(fā)現(xiàn)冷量泄漏現(xiàn)象，而聚氨酯材料在此次拆除過程中存在一定的漏冷情況。

1.5 柔性保冷材料與原保冷材料投資對比

聚氨酯材料與新型柔性保冷材料投資對比見表2。由表2 可知，采用新型柔性保冷材料后，其價格優(yōu)勢在使用的第5 年至10 年之間便能夠體現(xiàn)出來，即在聚氨酯更換一次后綜合成本要遠遠高于新型保冷材料成本。

表2 聚氨酯與新型柔性保冷材料投資對比

通過此次保冷試驗，初步證明該新型柔性保冷材料在環(huán)保性、施工難易程度以及長久的性價比方面均優(yōu)于常規(guī)保冷材料。

2 新型柔性保冷材料與傳統(tǒng)保冷材料的對比

2.1 性能參數(shù)對比

新型柔性保冷材料與傳統(tǒng)保冷材料性能參數(shù)對比[1]見表3。通過表3 對比發(fā)現(xiàn)，新型柔性保冷材料在密度上與聚氨酯及三聚酯（PIR）相差不大，但遠低于泡沫玻璃，在深冷環(huán)境下采用新型柔性保冷材料可以降低管線及設備的自重；同時，新型柔性保冷材料的水蒸氣透濕率遠遠低于聚氨酯與泡沫玻璃，自身具有防潮、防水功能，不需要防潮層，在施工方面要優(yōu)于傳統(tǒng)硬質保冷材料。

表3 新型柔性保冷材料與傳統(tǒng)保冷材料性能參數(shù)對比[1]

2.2 施工對比

2.2.1 施工時，柔性保冷材料不需要防潮層，與傳統(tǒng)硬質材料相比減少一道工序，提高了施工效率，縮短了施工周期。此外，傳統(tǒng)硬質材料使用的防潮層一般為瑪蹄脂，屬于可燃物，且氣味較大，在施工現(xiàn)場與安裝工程交叉施工的情況下，容易造成火災，影響工人人身安全和身體健康。

2.2.2 柔性材料可根據(jù)管道、閥門、三通或設備形狀進行現(xiàn)場下料制作和尺寸調整，而傳統(tǒng)硬質材料需要提前根據(jù)材料表在材料制造廠家進行預制管殼或板材，不同規(guī)格的管殼及板材規(guī)格型號較多，對工人的素質要求較高，同時對圖紙的準確度要求也較高，難以保證施工進度，往往會富裕較多的廢料，損耗較大。

2.2.3 施工效率方面，柔性材料施工工序較少，且不受防潮層干透的時間限制，大大節(jié)省了施工時間。

2.2.4 異形件施工方面，由于異形件不可能全部在廠家進行制作，且沒有專門的模具（專門制作模具周期較長，費用較高，難度較大），為此在使用傳統(tǒng)硬質保冷材料時，對于異形件一般采用現(xiàn)場發(fā)泡的方法進行處理，而受現(xiàn)場環(huán)境、發(fā)泡時間、組分等因素的影響，現(xiàn)場發(fā)泡的聚氨酯或PIR 的品質要遠遠低于成品管殼，其保冷效果及導熱系數(shù)均達不到設計要求；而新型柔性材料可在施工現(xiàn)場根據(jù)異型件的實際規(guī)格尺寸進行裁剪，施工方便，且保冷材料與構件貼合度高，保冷效果好。

3 新型柔性保冷材料的工業(yè)化應用情況

前期的局部性能驗證試驗結果表明，該種新型柔性保冷材料可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬質保冷材料在化肥行業(yè)內進行應用，為此，2020 年6 月河南心連心公司在產業(yè)升級改造裝置的保冷施工過程中進行了柔性保冷材料的工業(yè)化應用，該裝置于2020 年9 月投產運行，目前保冷效果良好。

3.1 低溫甲醇洗高塔地面保冷

低溫甲醇洗工段施工過程中需要對洗滌塔、H2S濃縮塔進行保冷施工[2]，塔體最高的洗滌塔高87 m，正常情況下，保冷施工需要搭設與塔體同高的腳手架，一般搭設腳手架需要15 d，塔體保冷施工時間45 d左右，后續(xù)完善需要20 d，且由于塔體較高，施工過程受天氣的影響較大，存在較大的安全隱患。如果能在地面上實施保冷工作，一是可以大大降低施工難度，二是可以提高施工效率，確保整體項目的工期進度。

低溫甲醇洗塔器采用新型柔性保冷材料保冷時的質量情況見表4。由表4 可知，保冷材料質量占設備凈重的比例在5%以內，對設備整體吊裝的機械選擇及吊裝方案幾乎無影響，可在地面對塔本體進行保冷完成后吊裝，不再需要從地面開始搭設腳手架至塔頂，僅需根據(jù)后續(xù)要完善的支架、接管處進行局部搭設腳手架，可以大大降低人工消耗，提高工作效率。

表4 低溫甲醇洗塔器采用新型保冷材料保冷時的質量情況

3.2 柔性材料結合聚氨酯發(fā)泡保冷

對于保冷設備及管道連接過程中存在冷緊環(huán)節(jié)的情況，保冷管線有法蘭螺栓連接的地方不能提前進行保冷，需要在冷態(tài)下重新進行螺栓緊固，這就需要在螺栓緊固后立即進行發(fā)泡保冷。但在發(fā)泡模具制作安裝的同時，閥門本體及法蘭部位就會結霜，導致發(fā)泡效果較差，為此利用柔性材料將閥門本體及法蘭外環(huán)進行提前保冷，將螺栓預留出來，當緊固過后，再進行發(fā)泡，將柔性材料與螺栓一塊包裹進去，這樣僅有螺栓及其周圍局部有結霜，對整體的保冷效果影響不大。

3.3 柔性材料結合保冷管托施工

在保冷管道施工過程中存在較多的保冷管托，一般采用高密度聚氨酯材料制作而成，無論是采用硬質聚氨酯還是采用泡沫玻璃材料，均存在材料與保冷管托連接部位的處理問題：兩種硬質材料均已成型，無法實現(xiàn)各保冷層之間的錯縫處理，同時也無法對對接縫隙進行封閉處理，導致在該接縫處發(fā)生導冷，引起結冰。在正常保冷施工過程中，保冷材料在兩層以上即可進行錯層施工，使保冷材料沒有垂直貫穿性斷面，水分不容易進入內部而引起結冰，但在保冷管托與地面接觸的部位不可避免地形成了貫穿性斷面，該部位也成為了保冷施工過程中的一個薄弱環(huán)節(jié)。在采用柔性材料施工時，為解決該問題，嘗試在保冷管托外部增加25 mm 的柔性材料進行保冷，保冷的軸向長度為超過管托兩側接縫處100 mm，這樣就避免了外界水分沿垂直貫穿縫進入保冷材料內部。

3.4 邊角廢料的利用

硬質保冷材料在裝卸、運輸、施工過程中很容易破碎，破碎之后重復利用時保冷效果較差，原則上不建議使用，同時其施工過程中切除的邊角廢料沒有重復利用的價值；而柔性保冷材料由于其材料彈性較強，不容易破損，且其在施工過程中產生的較大的邊角廢料可以重復利用在較小的異形件上，減少了材料的整體損耗量。

4 結論和建議

新型柔性保冷材料在河南心連心公司的局部保冷試驗及工業(yè)化應用實踐表明，以二烯烴及丁腈橡膠為主要原料的柔性材料可以用于深冷環(huán)境，且保冷效果與傳統(tǒng)硬質保冷材料相似，可以作為化肥行業(yè)的保冷材料使用。但由于新型柔性材料質輕、彈性大、收縮性大，建議在實際施工過程中根據(jù)溫度設定材料的預留量，避免裝置運行過程中因為材料收縮較大，造成材料與外護層脫離，進而帶來一定的問題。