基于LNG管线深冷绝热技术的研究

曹晖

【摘要】：LNG深冷绝热技术是LNG项目工程中的关键技术之一。通过LNG深冷绝热技术特点的分析和研究，设计出LNG深冷绝热层典型结构优化选取保冷层厚度计算方式，优选保冷材料，优化施工流程，提出施工技术要求，LNG管线深冷绝热工程首要要求要保证保冷工艺效果和管道运行的安全性。

【关键词】：LNG管线 ；深冷绝热 ；

天然气是从气田中开采出来的自然可燃气体，其主要成分为甲烷，LNG （液化天然气）则是气态天然气在常压下通过冷却至一162℃所凝结成的液体。天然气液化后，其体积为液化前的1/625，可以大大节约储运空间和成本，而且具有热量大、性能高等特点。作为一种优质、高效、清洁的环保型能源，LNG产业已经成为当今世界各国关注的经济热点。LNG产业链是一个十分复杂及耗资巨大的系统，它包气田建设、天然气管网建设、天然气液化、水陆运输、LNG接收终端建设与发电等环节。LNG管线深冷绝热技术是LNG利用环节中的关键技术之一 ，L NG深冷保冷实施质量的好坏直接影响着整个LNG利用产业的成败，本文对LNG管线深冷绝热结构，保冷层厚度计算，材料选型，施工技术，施工流程进行研究，确定了LNG管线深冷绝热的典型结构，优化选取保冷层厚度计算方式 ，经过论证优选保冷材料，优化施工流程，提出施工技术要求。

深冷绝热结构原理

深冷絕热的最终目的是减少周围环境的热量传入LNG低温管道内部，控制LNG冷量损失，确保绝热层外表面温度高于环境的露点温度，保证外表面不凝露。同时，节约能源，保证LNG管道正常运行。热量传递包括热传导、热对流和热辐射三种方式，对于LNG低温管道的绝热结构来说，主要存在的是热传导和热对流，因此如何解决传热问题，是绝热结构设计的关键问题。由于LNG管道在运行过程中温度交变范围非常大，超低温和常温交变容易造成LNG管道绝热结构的破坏，因此要对绝热保冷材料和铺层方式进行设计。

典型结构

江苏科泰绝热新材料有限公司始终致力于为广泛的工业客户提供创新和技术先进的CRYOTECH? 卓越深冷保冷系统专业解决方案，向天然气、LNG、石油化工的生产储运装置系统、建筑物绝热及暖通系统、设备及管道防火系统、生物工程发酵装置系统等多个应用领域的大量客户持续提供着周到的服务和产品。作为中国领先的专业保冷服务商，我们坚定地陪伴着客户，共同坚持努力，协助客户同时实现了经济上的成功、社会责任和环境保护责任。

江苏科泰绝热新材料有限公司为客户提供的专业深冷保冷系统有以下三种：

1.CRYOTECH? 深冷管道及设备用全PIR高效保冷系统；

系统图如下：

2.CRYOTECH? 深冷管道及设备用PIR+CG阻火复合保冷系统；

系统图如下：

3.CRYOTECH? Foamglass泡沫玻璃隔热保温系统；

系统图如下：

LNG管道绝热保冷结构应由防锈层、保冷层、防潮层、保护层、防腐蚀及识别层等五层组成（按从里到外排列）。防锈层用冷底子油或能符合工作温度要求的防锈漆涂刷。保冷层是决定保冷结构保冷性能的关键组成，保冷层对维护介质温度稳定起主要作用，防潮层是保冷结构用于防水、防潮维护保冷层保冷效果的关键部分。保护层包覆在保冷层的外面，起保护和防止大气、风、雨雪致使保冷层破坏的作用，延长保冷层的使用寿命，并使保冷结构外形美观。防腐蚀及识别层处于保冷绝热结构的最外层，主要作用是防止外部腐蚀，涂刷粘贴管线标识信息。同时，深冷绝热层结构设计采用多层结构形式，因为单层绝热层结构的局部缺陷容易造成冷量损失而影响整体保冷效果。在每一层结构中采用了拼接形式，目的是防止在低温条件下因局部结构破坏而造成整体结构的破坏。为了减小拼缝空隙产生热对流现象，拼接采用契口（如下图1）拼接方法。同一层的拼缝应错缝，相邻结构层应压缝。由于LNG管道和绝热材料之间的线膨胀和收缩率是不同的，在绝热结构设计时，局部采用伸缩接头结构以解决不同材料的收缩问题。

深冷绝热层厚度计算研究

在液化天然气输送管路的设计中，管道的深冷绝热计算是一个非常重要的问题。一方面，过厚的绝热保冷层必然造成投资的增加。另一方面，绝热保冷层厚度设计不合适将会导致外部热量传至低温液体，引起低温液体的气化，从而在输送管路中形成气阻，阻碍液化天然气

的正常输送。由于深冷的目的和限制条件不同，计算时采用的方法也不同。通常采用以下几种方法：限定外表面温度（防止表面凝露）；限定金属壁温度t；限定散热热流损失（控制最大允许冷损失量）；限定内部介质温升A t；限定内部介质的冻结或凝固温度。

在实际工程运用中发现，用限定外表面温度的方法来计算LNG低温管道保冷层厚度往往不理想，主要存在的问题是：采用表面温度法计算时，是以控制表面凝露为前提的。

保冷材料选择原则

由于LNG管道运行温度为-165℃，LNG管道深冷绝热材料必须具有如下特性：

1）在超低温和常温交变时尺寸稳定性要好

2）具有较低的导热系数即具有良好的绝热性能

3）吸水吸湿性小、水蒸汽透湿系数低、低温线膨胀系数小、阻燃性能好低

4）在超低温和常温下达到一定的强度要求。

常见保冷材料比较

常见的低温管道保冷材料有泡沫玻璃（Cryotech?foamglass ）、聚苯乙烯泡沫，、聚氟乙烯泡沫，、酚醛泡沫、深冷型聚异氰脲酸酯（C ryotech?. PIR ），聚氨酯硬质泡沫塑料（PUR）。对聚苯乙烯泡沫塑料，聚氨酯硬质泡沫塑料，硬质聚氯乙烯泡沫塑料，脲醛泡沫塑料，泡沫玻璃这几种常见保冷材料的优缺点进行了详细分析，认为在设计中应根据工程的特点和要求，从保冷对象的要求出发取得经济合理的选材方案。

PIR作为一种改性聚氨酯泡沫材料，是近年来发展起来的一种深冷用绝热材料，其导热系数相对比较低，该材料适用于-200～+120℃交变温度范围的气体液化设备、液化气船及低温液体输送管道。 PIR （Cryotech?Foamglass泡沫玻璃为不燃材料，具有高效的阻火性能，为项目安全提供了有利保障。

管线深冷绝热施工流程

LNG管线深冷绝热施工采用车间预保冷预制，现场安装的方式，车间进行LNG管线深冷绝热施工的优势是施工条件可控，使车间的环境温度，清洁度等条件能够满足施工的需要，通过管道设计的优化，使LNG管线深冷绝热工作尽可能地在车间内完成，管段完成预保冷施工后，通过运输装置运输至管道安装地完成管道的安装，在运输过程中要做好管道的保护工作，防止保冷结构的损伤和破坏。

深冷绝热施工技术要求

1保证在低温条件下 保冷材料的绝热特性和机械性能。

2由于保冷材料和LNG低温管道的收缩程度不同，所以要注意研究控制措施，按施工技术施工 。

3要保证防潮层的有效性，环境条件要达到技术要求。

4保冷材料铺于管道表面后，其接缝处填塞接着剂。

5保证施工场所的清洁，安全，保冷材料要有专门的装置进行存放。

6、结论

由于LNG管道的低温特性和极高的安全要求，LNG管道深冷绝热工程完全不同于传统 的管线保冷，LNG管线深冷绝热工程首要要求要保证保冷工艺效果和管道运行的安全性，本文从深冷绝热结构，保冷层厚度计算方式，选材上要科学周密，在施工技术方面要严格规范，层层把关，才能从根本上保证LNG管道深冷绝热工程的质量，最大限度地降低管道冷量损失，提高LNG管道运行的质量和安全性。

参考文献：

[1]孙丰海.保冷选材和施工浅析[J】.化工设备与管道。

[2]陆卫强，陈岗.LNG深冷绝热技术应用研究[J].