浅谈泡沫玻璃在LNG项目中的应用

O王功亮（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

浅谈泡沫玻璃在LNG项目中的应用

O王功亮
（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

本文总结归纳了泡沫玻璃的发展简史，对其生产所使用的原材料及辅料的情况进行概括，对国内外泡沫玻璃的生产工艺进行对比，对各流派的生产技术进行描述，概括生产设备的发展，并对生产过程中可能出现的质量问题提出解决方案；再对LNG项目的特性进行阐述，结合LNG管道及仓储设备的保冷性能要求，对泡沫玻璃应用在LNG项目中的优势做出论证。

泡沫玻璃工艺；泡沫玻璃特性；LNG项目

一、前言

LNG是液化天然气的英文缩写，（Liquefied Natural Gas）是将天然气经过超低温（-162℃）常压液化就形成液化天然气。对于LNG项目来说，防止外界热量进入储罐对其安全至关重要，因此，必须采用隔热保温性能好的材料来做为储罐的主材，而泡沫玻璃由于其优异的隔热保温性能及较高的性价比，越来越被LNG行业所接受。本文就泡沫玻璃的特性及生产工艺的类别等一系列信息进行阐述，并结合LNG工业的特点，对泡沫玻璃应用在LNG项目的优势进行研究。

二、泡沫玻璃的历史及发展现状

泡沫玻璃于1935年首先由一家法国公司发明，当时主要使用碎玻璃为主材料，将玻璃粉碎后加以发泡剂等辅助进行加热与发泡处理，冷却后形成多孔玻璃。前苏联于1939年研制成功了泡沫玻璃，并发明了“一步法”生产工艺。美国于20世纪40年代开始研制泡沫玻璃，并一直在此项领域的研究水平上保持世界领先，其中以美国匹兹堡—康宁公司为代表，该公司为世界上最大的泡沫玻璃生产商。我国的泡沫玻璃生产始于20世纪50年代，历经5代技术革新，在泡沫玻璃领域已取得巨大的成就，并将其广泛应用于建筑及液化天然气存储中。

三、泡沫玻璃的生产原料及辅助材料

1.泡沫玻璃生产主原料

泡沫玻璃的生产主料主要为回收的玻璃，也有以熔岩性火山灰物质、粉煤灰、赤泥等为原材料。

其中，回收的玻璃的来源多为各类回收的玻璃瓶及平板玻璃。在选择回收玻璃的原则上，为了能够获得均匀的发泡体，应尽量选择软化温度低、玻璃在烧成温度后粘度变化小、烧成温度的范围宽的玻璃；为了缩短玻璃的冷却退火时间，应选择膨胀系数低的回收玻璃，这样既能提高泡沫玻璃的生产效率，又可以节约消耗，降低成本。由于泡沫玻璃具有耐腐蚀性的特点，在选择原材料上也应注意其的化学耐久性。待原材料选择完成后进行玻璃的粉碎，将粉碎后的玻璃粉末进行筛选试验，选择其中粗细适中的粉末进入到下一步的生产加工。

2.泡沫玻璃生产中的辅助材料

泡沫玻璃在生产制造的过程中，除了要使用以回收玻璃为主的原材料做为基本生产原料之外，还需要添加其他辅助剂，才能生产出泡沫玻璃成品。主要的辅助剂有发泡剂、助熔剂、稳泡剂、促进剂。发泡剂加热后可产生大量CO2，其主要作用是与泡沫玻璃原料充分融合，在加热膨胀的过程中起到使玻璃起泡，并使玻璃气泡均匀。发泡剂宜选择成本低、容易得到且在玻璃软化温度可控范围内就可产生大量CO2的样本。碳酸盐、硫酸盐和碳黑均可做为发泡剂使用。助熔剂的作用是使玻璃的熔点温度降低，由于泡沫玻璃的熔点通常高于发泡剂产生CO2时的熔点，因此需加入助熔剂降低熔点温度，且助溶剂可降低玻璃粘度，使泡沫玻璃的成品低密度。助溶剂通常采用Na2CO3、Na2、SiF6等。稳泡剂是为了克服泡沫玻璃的制造过程中产生的大量泡沫造成的气孔不稳定而使用的，通常使用硫酸钠、硼酸等做为稳泡剂。促进剂主要是为增加泡沫玻璃表面光泽、提高其强度所使用的辅助剂，使用频率不多，主要使用的促进剂为硫酸钠、硫酸钙等。

3.我国泡沫玻璃的生产设备的发展

我国第一代泡沫玻璃生产设备诞生于1975年，是在“中国嘉兴工艺”的基础上形成的，采用干法粉磨工艺，使用单罐式球磨机，发泡窑借鉴电子陶瓷生产所用的推板窑。退火炉采用车板式隧道炉。

我国第二代泡沫玻璃生产线始于1995年，其磨粉工艺依旧采用干法磨粉工艺，使用第一代的单罐式球磨机。延长了发泡窖的长度，并在发泡窖前端加装了柴油燃烧加热室，使配合料入炉后能够提高加热速度。

从2005年开始到2008年，在第二代泡沫玻璃生产线的基础上，经过技术改进，诞生了我国第三代泡沫玻璃生产线。粉磨工艺依然采用前两代工艺，内衬采用氧化铝材质，将发泡窑的冷却定型段改成辊棒传动机构，发泡窖和退火炉长度则继续延长。

第四代泡沫玻璃生产线从2009年开始研发，第四代生产线完全不同于前三代，采用和借鉴了陶瓷行业广泛采用的辊道式传动机构，开始接受并使用一体化模具替代原有的分体式模具，在泡沫玻璃切割方面，使用锯带式切割流水线替代原有的高速盘式切割。

第五代泡沫玻璃生产线是在引进的美国匹兹堡康宁生产线的基础上升级改造而成，采用高自动化生产设备，可以使用玻璃废料做为生产原材料。

4.泡沫玻璃的生产技术的主要类别

泡沫玻璃的主要生产技术分为匹兹堡—康宁法、有模回收法、无模回收法、颗粒法、浮法—带状法。匹兹堡—康宁法是美国康宁公司所使用的“两步法”工艺，是目前业界主要施工的生产工艺。此种工艺采用原材料需为较为纯净的玻璃。“两步法”是指在混合料在发泡窖中发泡完成后，将模具从发泡窖中取出，将模具从土坯上去下，只将土坯放入到退火炉中进行退火。此种施工方法的优点在于，可以将发泡跟退火两个工序分开进行，既可及时调整发泡时间和温度以控制发泡质量，生产出不同规格及密度的产品，又可提高模具的使用效率，从而节约生产成本。颗粒法的主要原材料还是废弃玻璃，将其在球磨机中粉碎后与辅助剂混合，在放入炉膛进行加热及发泡，待其定型后成为连续泡沫玻璃土坯，等待其固化后进行碾压拉引，形成颗粒。浮法—带状法首创与英国，其发泡剂主要采用Na2SO4。即使用履带式输送机将混合料送入工作槽中，在槽中加热发泡，并进行冷却。加热与冷却的区间在槽内被分开，先将混合料传送加热区加热至850度以上，待发泡并具有一定强度后，送至退火炉降温。

四、泡沫玻璃在LNG项目中的应用

1.LNG项目的特性及存储要求

LNG即液化天然气的英文简称，是经过冷却处理而形成。由于其必须保持在低温下，否则LNG会由于外界热量流入使温度上升进而气化膨胀，有爆炸的危险。这就要求储罐的材质必须具有隔热、保温、密封性好、强度高等特点。而泡沫玻璃由于绝热性能好，密封强度高且较为经济性等特点，是目前LNG储罐最常用的材质。

2.泡沫玻璃砖在LNG存储中的应用及优势

LNG储罐中采用泡沫玻璃为保冷层，用矿棉做为伸缩缝，最后在最外层铺上一层防潮层。在施工时，先将泡沫玻璃将要拼装的面层，清理干净，避免出现异物或不平整影响泡沫玻璃使用后的密封性。在铺设拼装前，应先在储罐内寻找一块非关键部位进行泡沫玻璃的试拼装，并将每块拼装的泡沫玻璃都进行编号标注。拼装前应确定粘黏剂是否与泡沫玻璃材质相容。拼装完成后，观察玻璃间是否有缝隙，如出现问题立即将所有产品全部返厂修改。待确定拼装后的泡沫玻璃符合密封性及隔热保温等要求后，正式对储罐内部进行泡沫玻璃拼装。拼装时应注意拼接密实，两块玻璃间的缝隙应用密封胶封实。铺设时应注意上下相邻两圈的玻璃之间的拼接缝应错开。在铺设泡沫玻璃时，应注意保证施工环境的干燥通风，避免由于空气潮湿而造成玻璃粘贴不牢固。在所有泡沫玻璃铺设完成之后，整体覆盖保护膜进行养护，保证粘粘剂达到最大强度后方可投入使用。

关于LNG存储安全性中的各项要求中，对温度的恒温控制的要求最高，这就使得所选用的材料必须确保外界热量不会传导进室内，这就要求其密封性必须极好。泡沫玻璃的最大优点就是密封性高，因此致使使用泡沫玻璃的构筑物能够很好地将外界的温度与室内的温度隔绝开，避免外界温度影响室内，形成很好的隔热保温效果。泡沫玻璃的另一大优点在于其导热系数低，在零下100度时，泡沫玻璃的导热系数低于0．2，并会随着温度降低而进一步下降，充分保证储罐的绝热性。长600mm、宽450mm、高120mm质量为4000g的泡沫玻璃砖最低密度为123．6kg/m3，且泡沫玻璃的原材料较易寻找且来源广泛，制造技术也已十分成熟，因此成本较其他同类产品也更低，高性价比更高。泡沫玻璃为绿色无污染产品，符合国家对化工项目的环保要求。且泡沫玻璃耐高温、不易老化、防潮湿，也降低了后期维护费用，降低了LNG项目的运营成本。

五、结论

LNG项目是当前最热门的工业项目，我国各地许多城市均建有或在建LNG项目。其对安全性的高要求，必将使泡沫玻璃在此领域的应用更为广泛，也会推动泡沫玻璃工艺升级改造，以提供品质更好的产品，确保LNG项目安全顺利的进行与发展。

[1]于乔，姜研彦，王承遇．泡沫玻璃与固体废弃物的循环利用[J]．材料导报，2009，23(1)：93—95．

[2]田英良，张磊，顾振华等．国内外泡沫玻璃发展概况和生产工艺[J]．玻璃与搪瓷．2010，38(1)：37-41．

[3]田英良，孙诗兵，张磊．泡沫玻璃气泡缺陷与解决方案[J]．玻璃与搪瓷，2009，37(4)：33-36．

[4]李珏，低温管道的保冷设计石油化工设计配管技术2009，26(1).

Brief Discussion on the Application of Foam Glass in LNG Project

Wang Gongliang
（Offshore Oil Engineering co., LTD, Tianjing, 300461）

This paper concludes the brief history of foam glass, summarizes the situation of used raw material and auxiliary material in the p roduction course, takes comparison on foam glass from home and abroad, makes description on various kinds of production technology,concludes the development history of production equipment and puts forward solution for the possible quality problems in production procedure. Next, take analysis on the properties of LNG project combining LNG pipeline and cooling keeping properties request of storage facilities to make advantages demonstrat ion on the application of foam glass in LNG project.

foam glass craft；foam glass character；LNG project

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