一种LNG管路保温装置

吕方江　陈起

摘 要：介绍青岛绿科汽车燃气开发有限公司针对LNG超低温介质卸车、调压、加液开发的一种管路保温装置。阐述了其集约化、操控便捷、高可靠性等方面的特点，有着广阔的市场潜力。

关键词：真空箱体 高真空 超低温 高可靠性

中图分类号：TE626 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0070-01

天然气作为清洁能源受到青睐，随着国家对能源需求的不断增长，LNG对优化中国的能源结构，有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重问题。可以预见，在未来10～20年的时间内，LNG将成为中国天然气市场的主力军。

LNG低温输送管路设计中，其管道绝热保冷无疑是一个非常重要的问题。真空绝热管（高真空）以其绝热性能好，被应用于空分设备的液化天然气、液氧、液氮的输送管路上，但出现了保冷周期短的普遍问题，使用2～3年需重新抽真空。一种新型保温装置，即真空绝热阀箱结构，以下简称真空阀箱，充分利用真空保温绝热效果，设计更大的真空绝热腔，更少的焊接接口，理论上其真空绝热周期达到10年以上。该产品通过了液氮试验检测，并已申请了国家发明专利，国家专利局已正式受理，申请号：201210237808.2。

2012年青岛绿科推出LNG保温管路装置，该产品以其集约化的设计、便捷的操控、更佳的绝热效果、安全可靠的性能，逐渐得到了用户的认可，截止2013年底投入市场50多台，客户反映效果良好，达到了预期功能效益。

1 产品特点

1.1 结构形式

提供一种空间小、焊口少、保温效率高、热损失少、阀门操作便利的管路保温装置。其基本思路是：将撬装上的工艺真空绝热管路化零为整，打破现行真空绝热管路分支走向设计、阀门分散布局。将内管路连接完毕后，将所有管线均置于箱体中，对管路整体进行真空绝热处理。

真空阀箱，内层全部采用SUS304不锈钢抛光管，箱体外板采用5 mm厚SUS304钢板。抽真空技术保证其具有极高真空度，真空度达到5×10-3（实际抽至5×10-4）的高真空，可最大限度的减少冷源的损失。在真空度为1.33×10-4Pa时，气体分子数密度只有3.24×1016/m3[1]，远低于标态（0℃，101325 Pa）下的分数数密度2.687×1025/ m3。由于内外管之间的夹层采用了高真空，外箱壁与内管管壁之间的残余气体分子对流热量低，对内管低温液体的传热影响微乎其微。另外，由于辐射是通过发光来传递热量的，它的传热特性是曲线变化的，受温度梯度的影响。我们所选用的反辐射材料，传热系数小，自身放气量小，同时对微气体有吸附作用。它由间隔层、铝箔、隔离层组成，因此我们俗称“多层多屏绝热层”。间隔层为高渗碳复合纸。该材料的传热系数很小，且其自身放气量小，对微量气体有吸附作用；隔离层是一种放气量很小的网状物，它将内管、低温区、中温区、高温区隔离开，使其热辐射对管内低温液体的影响减少到最低。

考虑真空阀箱与泵池接口的保温绝热，法兰采用真空法兰结构，保证管路保温装置整体的绝热效果。极佳绝热效果，避免出现汽化超压，设备更安全。当然必须符合设计规范的要求，管路保温装置的阀门之间设置安全排放装置。考虑低温输送管道的收缩性，内部管路设计特殊结构补偿器，保证输送介质的安全性，并保证其使用寿命。

1.2 操控便捷

常规LNG加注站设备管路工艺管路纵横交错布局，各个支路上配置控制阀门，设备运营时，操作者要到各个支路位置对阀门进行操作，穿梭、跨越管路时，也会发生踩踏管路的情况出现。这样很不安全。新型管路保温装置工艺控制阀门都集中置于箱体上方，高度位置适合人手操，非常方便。一体式的结构布局避免踩踏情况的出现。考虑工艺安全运营的需要，设置自动控制的紧急切断阀门，通过PLC远程控制开关量信号，自动启停阀门，实现卸载、加液。同时相关阀门也具备可手动操作的功能，在紧急情况下也可手动关闭阀门。

1.3 高可靠性

传统低温保温管道经历了聚氨酯、聚乙烯、改性聚氨酯等保温材料，在-163℃下，某些导热系数小的保温材料能降至0.0121W/（m·k）[2]。真空绝热管道没有空气对流，绝热效果大幅提高。设置多层多屏绝热层，能有效阻挡辐射热的穿透，冷损量低于0.1 W/m。传统保温材料绝热管道为保证保冷效果，低于20 W/m，保温层厚度达到100 mm以上，其占用空间较大，外部结构也不美观。实践应用中，保温材料绝热管道经过3～5年的使用，因为内管收缩等原因，外层保温开裂，出现严重结霜、结冰的严重状况。

在真空保温层中，气体的导热换热与分子与分子平均自由程与外高温避免与内低温壁面的尺寸有关[3，4]。常规真空绝热管道以内管DN50为例，外管管径为Φ114 mm，中间真空隔层距离满足设计要求，但有着较多的焊接接口，焊接接头的气密性等影响着其真空保有周期。而真空阀箱将内部管路集约设计，置于箱体内，外箱体钣金加工，仅留中间衔接缝焊接。该结构内部能够提供更大的绝热腔空间，而整体占用空间小。真空阀箱焊接完成后要做氦质谱检漏，以检查不锈钢氩弧焊的气密性，要求漏率小于2×10-10Pa·L/s，足以保证10年内该真空腔内真空度不会降到所要求真空度以下。

2 结语

在国家大力提倡节能减排的大背景下，降低能源的消耗已成现在急需解决的问题之一，在石油工业建设中人们对设备与管道保温越来越重视，保温工作做的好，不但可以防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，降低了能源的消耗，还能增加工程的整体感官质量。管道保温的质量好坏直接影响着设备、管道内介质的稳定运行。热阀箱结构是真空管结构的一种全新的尝试，取得了比较理想的效果，但继续探索发展的步伐不会停止。

参考文献

[1] 李得天.真空计量新技术[Z].北京：机械工业出版社，2013.

[2] 钟培辉.深冷用改性聚氨酯泡沫塑料保冷技术[J].低温与特气，2001（5）：32-34.

[3] 徐成海.真空低温技术与设备[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[4] 达道安.真空设计手册[M].北京：国防工业出版社，1995.endprint