絕熱工程防潮隔汽層的設計優化及應用

胡 偉，王 銀，邵長穎

（中石化第四建設有限公司，天津 300270）

目前，煉化企業設備絕熱效果不佳會引起能量損失及防腐涂層失效，造成設備故障、產品泄漏，導致設備維護成本大幅增加，甚至引起安全事故［1-2］。近年來隨著新技術、新工藝的不斷開發與應用，石油化工裝置越來越復雜，對溫度的要求也越來越苛刻，尤其是在低溫方面，-50℃以下的低溫工況已非常普遍，如乙烯裝置最低溫度在-170℃以下，LNG 低溫儲罐運行溫度也在-160℃以下。裝置溫度越低，與外部環境的溫差越大，裝置運行時冷能量的損失也就越大。因此，為了防止冷能量流失以降低生產經營成本，需要提高絕熱工程施工質量。

基于石化設備和管道細部結構防潮處理難度大的問題，結合絕熱工程施工標準和工程實踐經驗，提出了防潮隔汽層的設計優化方案和施工要求，并制定了針對性的應用推廣措施，從而有效地提高了絕熱效果，實現了生產裝置的保溫節能降耗。

1 細部結構存在的問題及解決措施

1.1 存在的問題

無論是規范的編制，還是現場施工作業的監督與管理，均將設備和管道細部結構的處理作為絕熱工程施工控制的重點。絕熱工程施工中細部結構對保冷效果的影響主要反映在四個方面。

1.1.1 絕熱材料拼接縫隙

絕熱材料尤其是保冷材料現場拼接施工時，由于作業人員的水平差異、現場障礙影響以及異形設備與管道的表面不規則，無論拼接多么嚴密，始終存在較大的拼接縫隙，在保冷層層間形成冷能量流失通道，縫隙越大，冷能量損失越大。

1.1.2 冷能量流失通道

目前，在低溫工況下，保冷材料多為聚氨酯泡沫塑料和泡沫玻璃等硬質絕熱材料，均具有易破碎、易開裂的特性，材料破碎、開裂后產生的裂縫也可以形成冷能量流失的通道，降低保冷效果，并且其處理難度較大。

1.1.3 設備和管道的伸縮

隨著溫度的變化，設備和管道均具有一定的伸縮性，特別是在深冷條件下，內外溫差較大，伸縮量也較大；而保冷材料卻不具備伸縮性，這容易導致設備和管道在伸縮過程中與其發生相對運動，撕裂保冷材料，從而形成縫隙，降低保冷效果。

1.1.4 接口斷面部位

在石化設備和管道絕熱施工過程中，一般情況下是先進行主體結構施工，后進行閥門、法蘭等配件施工，而其相接部位在大氣環境中裸露時間很長。接口斷面部位裸露期間，外部環境中的水汽很容易進入保冷層內部，使保冷材料的含水率和導熱系數增大，加速了冷能量的流失；另外，在冷熱交替的環境影響下，保冷材料還會產生凍脹并形成裂縫，從而引起冷能量的流失。

1.2 常見的解決措施

針對石化設備和管道細部結構在絕熱施工中存在的幾個問題，隨著國際標準的逐步引入、國家及行業標準的不斷更新、新型絕熱施工材料與工藝的不斷出現以及絕熱工程施工經驗的積累，行業內已經采取了相應的解決措施。

1.2.1 保冷材料拼接縫的處理

針對絕熱材料拼接縫隙問題，國家標準和行業標準均要求保冷材料的拼接縫施工采用粘貼法，無論是橫縫還是縱縫，均必須采用與保冷材料性質相同或相似的黏接劑進行粘貼，保證拼接粘貼緊密，使保冷層形成一個整體，且低溫運行時不開裂，共同起到保冷作用。

1.2.2 選擇成型制品

針對冷能量流失通道問題，可以從材料的加工與制作上進行考慮，盡量選擇成型制品，減少現場對材料的多次倒運，避免材料在二次加工過程中產生磕碰和損壞，降低破損率。目前國內很多保冷材料生產廠家已通過工藝技術及設備的改進來加工成型制品，如針對球形表面、設備封頭、管道變徑處等部位，采用數控加工設備可加工相應的成型制品。成型制品的使用，減少了絕熱材料拼接縫的數量，避免了因材料二次加工而造成的裂縫，減少了冷能量流失的通道，也使得絕熱層外表面更加平整順滑，提高了材料美觀度；同時由于中間加工環節的減少，降低了材料的破損率，避免了材料浪費，間接降低了施工成本。

1.2.3 耐磨劑的使用與伸縮縫的設置

針對溫度變化引起的設備和管道伸縮，無論是現行的國家標準還是行業標準或企業標準，對重點部位中耐磨劑的使用、伸縮縫的設置等均有明確規定。為了避免保冷材料的撕裂，一般要求在設備及管道外表面涂抹耐磨劑，其作用是保證設備及管道與保冷材料發生相對運動時減小阻力。伸縮縫的設置可有效地避免因保冷材料撕裂而形成的縫隙，且溫度越低，伸縮縫間距越小。另外，多層保冷層施工時層間不得相互粘貼，這也能有效避免保冷材料的撕裂。

1.2.4 防潮隔汽層的引入

在石化設備和管道的閥門、法蘭等接口斷面部位裸露期間，外部環境中的水汽進入保冷層內部，這一問題在實際絕熱工程施工中往往被忽視或遺忘。接口斷面部位長時間的裸露必將造成較大的保冷質量隱患，并將實質性地影響保冷效果，而且外部環境溫度越低，影響越嚴重。為了解決這一問題，依據國外絕熱工程施工標準及經驗引入 “防潮隔汽層”這一概念。

2 防潮隔汽層的設計與優化

2.1 防潮隔汽層的設計

最新編制的中石化企業標準《設備及管道絕熱工程施工技術規定》中對 “防潮隔汽層”的定義為 “用于保冷層斷開部位隔絕外部水汽向保冷層內部擴散的特殊防潮結構層”。防潮隔汽層的特殊性和功能主要體現在三個方面：

（1）防潮隔汽層所使用的部位是閥門、法蘭等保冷層斷開部位。

（2）防潮隔汽層所達到的目的是隔絕外部水汽向保冷層內部擴散、阻斷冷能量傳送。

（3）防潮隔汽層是一種特殊的防潮結構層，與各層保冷層緊密結合，形成一個整體封閉面，防潮效果更佳。

2.2 防潮隔汽層的引入與規定

目前，在美國ASTM標準、英國BS標準、挪威NORSOK標準等國外標準體系中，針對防潮隔汽層的實施均有比較詳細的規定，并且提供了閥門、法蘭等斷開部位的細節處理方法及相應配圖，通過采取特殊的防潮處理措施，消除了接口斷面部位在外部環境中長時間裸露對保冷質量的潛在影響。國內絕熱工程施工標準引入防潮隔汽層采用的是漸進模式。首先在石油化工行業標準《石油化工絕熱工程施工技術規程》2003版的修訂過程中，及時加入了防潮隔汽層的施工技術要求，并對如何施工進行了具體規定，2017修訂版已于2018年1月1日起實施［3］；同時在中石化企業標準《設備及管道絕熱工程施工技術規定》的起草中，對防潮隔汽層的規定進行了更進一步的細化；隨著行業標準、企業標準的實施，在國家標準《工業設備及管道絕熱工程施工規范》的修訂中，也增加了對防潮隔汽層的相關規定，且已進入報批稿審查階段。因此，國家標準、行業標準及企業標準均對防潮隔汽層的施工要求進行了相應規定，確保了閥門、法蘭等斷開部位的保冷質量。

2.3 中石化企業標準

2.3.1 防潮隔汽層施工的總體要求

針對防潮隔汽層的規定，中石化企業標準《設備及管道絕熱工程施工技術規定》內容更加詳細、具體與準確，主要體現在三個方面：

（1）對防潮隔汽層進行了明確定義，將其定義為 “用于保冷層斷開部位隔絕外部水汽向保冷層內部擴散的特殊防潮結構層”，以顯示與防潮層的區別。

（2）提出對防潮隔汽層施工的總體要求為“設備和管道的閥門、法蘭斷開處的保冷層及成型保冷支座兩側的保冷層宜設置防潮隔汽層?！?/p>

（3）對防潮隔汽層進行詳細的施工技術要求規定，施工的可操作性強。

2.3.2 防潮隔汽層的具體規定

中石化企業標準《設備及管道絕熱工程施工技術規定》針對防潮隔汽層的具體規定如下所述。

（1）法蘭和閥門斷開處宜設置防潮隔汽層，其結構見圖1，施工宜符合下列規定：防潮隔汽層宜采用阻燃型瀝青瑪蹄脂或防水冷膠料等材料；斷開處保冷層層間、保冷層與金屬表面壓接部位應形成封閉的防潮隔汽層，封閉面長度（l1）不宜小于100 mm，厚度不宜小于3 mm；斷開處的保冷層外露表面及端面、保冷層最外層表面及裸露的金屬表面應涂抹防潮隔汽層材料，其涂抹長度（l2）不宜小于50 mm，厚度不宜小于3 mm。

圖1 法蘭、閥門斷開處防潮隔汽層

（2）管道成型保冷支座與管道保冷層之間宜設置防潮隔汽層，其結構見圖2，施工應符合下列規定：防潮隔汽層宜采用阻燃型瀝青瑪蹄脂或防水冷膠料等材料；保冷層端部、層間及最外層表面、保冷層與金屬外表面之間壓接面均宜涂抹防潮隔汽層材料形成封閉面，其長度不宜小于100 mm，厚度不宜小于3 mm。

圖2 支座與保冷層之間防潮隔汽層

2.3.3 防潮隔汽層結構的特殊性

從中石化企業標準《設備及管道絕熱工程施工技術規定》中可以看出，防潮隔汽層結構的特殊性表現在以下幾個方面：

（1）防潮隔汽層與各層保冷層緊密結合，形成一個整體封閉面，防潮效果更佳。

（2）防潮隔汽層與保冷層同時施工，由于防潮隔汽層的保護作用，斷開部位即使長期裸露，外部水汽也無法進入保冷層內部。

（3）防潮隔汽層施工完成后，對后續閥門、法蘭的絕熱施工及后期運行不存在任何影響。

（4）當閥門、法蘭部位需要拆卸進行檢修時，受影響區域僅為閥門、法蘭部位的保冷層，而設備及管道本體部位的保冷層幾乎不受影響，降低了檢修成本。

因此，在石油化工裝置絕熱工程施工過程中，國家標準、行家標準及企業標準中均明確規定了防潮隔汽層的施工技術要求，為防潮隔汽層的實施提供了依據，保證了絕熱工程施工質量，消除了施工質量隱患，從而為實現裝置的安、穩、長、滿、優運行打下了基礎。

3 防潮隔汽層的應用推廣

3.1 防潮隔汽層在國內的應用現狀

在美國、英國等歐美國家，防潮隔汽層的實施起步較早，其應用也較普及，但在國內目前僅在規范層面開始實施，并未在實際工程項目中實施。國內標準對防潮隔汽層的施工要求，條文里用的是 “宜”，而不是 “應”或 “必須”，并非強制執行，防潮隔汽層的實施還處于起步階段，需要加大力度進行應用推廣。目前防潮隔汽層的實施還存在一定的難度，主要體現在以下五個方面。

（1）絕熱工程施工的作業人員和現場管理的技術員、質檢員認識高度不夠是主因。在絕熱工程施工過程中，廣大作業人員多按過去的經驗作業，對深層次的安全隱患問題往往視而不見，而現場管理的技術員、質檢員也往往只依據規范行事，對規范未要求的，一般不會去深究，未充分認識到閥門、法蘭等斷開部位可能引起的質量隱患。

（2）施工人員接觸國外工程較少，對國外標準的要求不熟悉，既無法借鑒國外的標準，也無法對國內、國外的標準進行比較。

（3）國內標準修訂周期較長，一般為5 a，但實際上絕大部分標準的修訂周期超過5 a，甚至10 a以上未進行修訂的標準占比還很大，修訂周期越長，新規定、新要求從納入到接受，再到自覺執行也需要較長的適應期。

（4）施工技術要求越高，對應的施工成本越高。由于工作量增加，費用必然增加，但在效益增加未確定之前，任何施工單位都不愿主動去增加施工成本。

（5）一般情況下，施工的依據為設計要求，但目前設計單位還未將防潮隔汽層的設計納入設計規范范疇，因此，單獨依靠施工方推動，難度相對較大。

3.2 防潮隔汽層的應用推廣措施

結合在絕熱工程領域國家標準和行業標準的編制修訂及工程實踐經驗，就防潮隔汽層的應用提出以下相關措施與建議。

（1）在標準層面，從國家標準到行業標準再到企業標準，應更加明確地給予規定，如在程度用詞中將 “宜”變為 “應”；同時，不僅要在施工標準上有所體現，而且要在驗收標準上同步跟進，并提出相應的具體要求。

（2）要積極主動地將防潮隔汽層納入設計規范，實現設計、施工和驗收的全面配套。

（3）要加強國內、國際的融合，強化 “走出去、引進來”的發展思路，通過不斷的交流，取長補短，讓更多的技術人員、作業人員熟悉各種標準。

（4）標準的編制單位、編制人要采用宣貫和釋疑等形式，主動宣傳和講解。

（5）在費用方面，標準主管單位與定額主管單位應加強橫向合作，及時進行定額調整，以便讓施工單位無后顧之憂。

4 結 論

在閥門、法蘭等斷開部位，防潮隔汽層的應用能有效地隔絕外部水汽進入保冷層內部，阻斷冷能量傳送，提高絕熱效果。在絕熱工程施工過程中，國家標準、行業標準及企業標準逐步引入了防潮隔汽層概念，并明確規定了防潮隔汽層的施工技術要求，為防潮隔汽層的實施提供了依據；同時，在中石化全面推行節能降耗、提升防腐保溫工程施工水平的大背景下，防潮隔汽層的應用能夠提高工程施工質量和絕熱效果。