LNG船液货舱绝热材料概述

2012-07-05刘宝勇朱哲仁

科技视界 2012年8期

刘宝勇朱哲仁

（1.上海海事大学商船学院中国上海 201306；2.中国液化天然气运输〈控股〉有限公司中国上海 200000）

国际海事组织规定，LNG船的液货舱必须配置绝热层。绝热层绝热性能的好坏直接关系到船舶运营的安全性和经济性。液货舱绝热层既能够减少外界热量传入液货舱，从而减少液货蒸发，又能够防止LNG泄漏时对船体构件造成低温破坏。因此LNG船液货舱绝热层必须选用优良的绝热材料。

1 液货舱绝热材料的性能要求

用于LNG船液货舱的绝热材料应满足以下几个方面的要求[1]。

1.1 较小的导热系数

导热系数的大小是衡量绝热材料绝热性能的最主要指标，选择绝热材料的首要因素就是较小的导热系数。被隔绝的介质温度越低，就要求绝热材料的导热系数越小。一般在低温环境下绝热材料的导热系数随温度降低而减小。

1.2 良好的抗吸水吸湿性

干燥的绝热材料具有良好的绝热性能，绝热材料的导热系数会随着材料湿度的增加而显著上升，从而影响绝热效果。这是因为在干燥状态下绝热材料的孔隙中充满了空气，吸水吸湿后，孔隙中的空气被水替换，而水的导热系数大约为空气的25倍，这就使材料的绝热效果大大降低。一般情况下，绝热材料的体积吸水率每增加1%，其导热系数就增加10%。因此良好的绝热材料必须要具有较低的吸水率和吸湿率。

1.3 良好的抗水蒸气渗透性

除了良好的抗吸水吸湿性，绝热材料还要具有良好的抗水蒸气渗透性。因为根据菲克定律，水蒸气分压是水蒸气扩散的推动力，在液货舱表面水蒸气分压较低，外界环境水蒸气分压较高，二者之间的压力差使水蒸气向绝热材料内部扩散，从而使绝热材料的导热系数增加，绝热效果降低。

1.4 较小的低温热膨胀系数

绝热材料与液货舱钢结构一般为刚性结合，由于绝热材料与液货舱材料的热膨胀系数不同，当液货舱温度变化时，绝热层会因绝热材料与液货舱低温钢材膨胀量的差异而破裂，这是导致绝热层受到破坏的主要原因。目前与低温钢收缩差为零的绝热材料还不存在，因此在选择绝热材料时应该尽量选择热膨胀系数与液货舱低温钢材接近的材料。

1.5 良好的阻燃性

常用的低温绝热材料大多是有机泡沫塑料，较易燃烧，存在一定的火灾隐患。因此工程上使用的有机绝热材料必须经过阻燃处理，以符合各种规范要求的阻燃指标。

除以上要求以外，选择的绝热材料还应满足化学性能稳定，机械强度高，价格便宜及施工方便等要求。

2 液货舱绝热材料的性能及选择

LNG船液货舱常使用的绝热材料主要有聚氨酯泡沫、膨胀珍珠岩、泡沫玻璃、聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、酚醛泡沫等[2]。

2.1 常用绝热材料及其性能

2.1.1 聚氨酯泡沫

聚氨酯泡沫是由有机异氰酸酯与多元醇化合物，加入其它助剂，相互发生反应而形成的高分子聚合物。聚氨酯泡沫是一种性能优良的绝热材料，具有导热系数小，密度小，低温性能良好，施工方便等优点，在低温绝热方面应用广泛，是LNG船最主要的绝热材料之一。但由于聚氨酯泡沫是有机材料，所以有一定的燃烧性，用于有O2冷凝或发生泄漏的地方时会有一定的危险性。该材料在极低温工况下强度低、尺寸稳定性差，但可以通过一些改进方法来满足要求。

聚氨酯泡沫材料分为软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫等几种，用于绝热材料的主要是硬质聚氨酯泡沫。

2.1.2 膨胀珍珠岩

膨胀珍珠岩是一种主要成分为SiO2和Al2O3的酸性玻璃质颗粒，可通过将火山喷射出口的熔岩粉碎后在炉中焙烧加压膨胀制成。膨胀珍珠岩具有导热系数小，密度较小，化学稳定性好，使用温度范围宽，无毒，不腐蚀，不燃烧等优点，且原材料来源广泛，加工技术简单，成本低廉，是一种很有应用价值的轻质、高效绝热材料，但其最大缺点是吸水率高，使用过程中有沉积压实现象，长期使用后性能会有所下降。

2.1.3 泡沫玻璃

泡沫玻璃是以废玻璃及各种富含玻璃相的物质为主要原料，经过粉碎磨细，添加发泡剂、改性剂等材料，均匀混合形成配合料，再将其放置在特定模具，经过焙烧发泡、退火冷却而制成的内部充满均匀气孔的多孔玻璃材料，其主要成分为铝、硅等无机化合物。由于泡沫玻璃内部绝大多数气孔都是孤立的，所以泡沫玻璃材料的吸水率几乎为零。作为绝热材料，泡沫玻璃具有使用温度范围广，耐火性能好，不易老化，强度高以及尺寸稳定等优点。但相比其它绝热材料，泡沫玻璃导热系数较大，在高温下易断裂，且价格昂贵，所以一般只用在低温或需要严格防火的地方。

2.1.4 聚苯乙烯泡沫

聚苯乙烯泡沫塑料是由可发性聚苯乙烯树脂（EPS）珠粒加工制造而成的一种优质的绝热材料，具有质轻，导热系数小，抗压强度高，耐老化，耐低温，易成型，易于施工，价格便宜等优点。但是该材料使用范围小，尤其是耐热性差，瞬时温度骤然上升的地方严禁使用本材料。

2.1.5 聚氯乙烯泡沫

聚氯乙烯泡沫是以PVC树脂为主体，添加适量的高分子改性剂、热稳定剂、发泡剂和增塑剂等，经过低速或高速混合机混匀，经预塑造粒或压片，再采用模压发泡、挤出发泡或注射发泡而制成的一种泡沫塑料。该材料具有导热系数小，抗压强度高，化学性质稳定，耐腐蚀性强等优点，但其价格较高，且有一定的毒性，所以使用范围较小。

2.1.6 酚醛泡沫

酚醛泡沫是以酚醛树脂为主要原料，加入阻燃剂、发泡剂、固化剂及其它助剂，在树脂交联固化的同时，发泡剂产生气体分散其中而发泡形成的闭孔硬质泡沫塑料，是一种新型难燃、防火保温材料。其具有均匀的闭孔结构，所以导热系数和吸水率较低。且具有适用温度范围大，阻燃性高，抗腐蚀性、抗老化性优良等优点。但其机械强度较差。