保温材料管道保温性能分析

马良

摘要：海底环境的低温、高压等特点，对海底输油管道保温结构的性能提出了特殊的要求。基于此，下文首先分析了石油管道保温技术现状，然后重点介绍了当前比较常用的一些保温材料，并对其性能进行了研究，最后总结了海底管道保温的发展趋势，希望给相关人员带来帮助。

关键词：海底输油管道；保温材料；现状；性能；发展趋势

海底石油储量极为丰富，在海洋矿产资源中居首位。海底石油输送是海底油田开采的重要一环，其中管道输送是最经济的方式，而管道保温就成为了保证海底输油管道长距离输送原油的关键环节。但海上恶劣海况与海底复杂地质情况对保温材料和防护层提出了很高的要求。因此，相关人员有必要对保温材料进行研究与改进，并采取恰当的措施对海底管道进行保温处理，以保证管线的正常运行。

1石油管道保温技术现状

油田是产能大户，同时也是耗能大户，据统计石油石化每年使用的各类保温材料总量占全国保温材料总消耗量的四分之一左右。大量的管道及热力设备都需要保温及保冷绝热，但是，目前我国保温及保冷绝热状况及技术水平参差不齐，严重影响着石油行业的进一步发展。当前，一些石油企业使用的保温材料及保温结构则不尽合理，有的使用岩棉、玻璃棉、硅酸铝纤维，有的使用珍珠岩、硅酸钙，有的使用硅酸盐复合管壳及玻璃棉管壳等。由于介质温度高、压力大，因此，管线膨胀系数大，并伴有频繁振动。再加上膨胀节、弯头、支撑点、固定墩、接点等结构不完善、不配套，结构易破损，造成保温效果不明显。另外，石油石化行业是保冷技术较复杂、保冷工程应用量较大的行业，保冷材料主要有聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、泡沫玻璃等，由于结构不尽合理，加上配套技术跟不上，致使冷量损失严重超标，导致接点常年结冰结霜、结构破损。对于异型热力件，如阀门、法兰、三通、四通、弯头、支撑等部位的保温绝热，状况更差，急需采用新材料及新技术。

2石油管道常用保温材料及其性能分析

2.1聚氨酯泡沫塑料

聚氨酯泡沫塑料是一种有机聚合物泡沫塑料，它能形成开孔或闭孔蜂窝状结构。其优点是导热系数小，一般小于0.03W/（m·K）；密度低，在40-100kg/m3之间，且吸水率低，小于30mg/cm3、化学稳定性好，是目前保温材料中较好的一种。这种材料能较容易地一次制作成所需要的厚度、密度和形状，其缺点是抗压强度较低，易损坏，闭孔率达不到100%；因此，其外面必须有一层可靠的防水保护层。聚氨酯泡沫塑料的使用历史较长，约有30年，因而制造工艺和施工技术都较成熟，在海底管道方面有许多成功的例子。与其他泡沫保温材料相比，导热系数最小，保温效果最好。一般用于水深小于50m的海底管道。

2.2聚氯乙烯泡沫塑料

聚氯乙烯泡沫塑料也是一种蜂窝状的泡沫塑料，它是由聚氯乙烯基塑料制成，其蜂窝状结构中含有某种惰性气体且基本不透水。闭孔率可达100%，抗压强度高，一般高于2.5MPa，适用于深水海底管道的保温。與聚氨酯泡沫塑料比，其缺点是密度较大，在130-400kg/m3之间，其导热系数较大，在0.035-0.062W/（m·K）之间。聚氯乙烯泡沫塑料是近几年来才得到应用的保温材料，使用历史较短，因此，制造与施工技术尚不成熟，实际工程应用的例子与聚氨酯泡沫塑料相比也要少得多。目前所使用的聚氯乙烯泡沫保温材料均为预制成型的保温瓦，不能像聚氨酯泡沫塑料那样方便地直接成型于管子外壁上。但由于具有不吸水和抗压强度高的显著优点，这种保温材料越来越多地应用于海底油气管道的保温。

2.3环氧树脂泡沫塑料

环氧树脂泡沫塑料是最近几年开发出来的一种新型保温材料。其最大的优点是抗压强度高，室温下为9-10MPa，l00℃时为7-8Mpa；并且其耐温高，能够在高于120℃的环境中使用；而且，环氧树脂泡沫塑料的泡沫结构闭孔率较高，能够达到85%-95%，因此，这种保温材料较适合于深水海域及所输流体温度高于120℃的海底管道保温。但是其也具有一定的缺点，例如导热系数较高，能够达到0.07W/（m·K），并且闭孔率达不到100%，吸水率一般在1.5%-2.5%之间，因此，在使用该材料时，工作人员还必须在外面设置可靠的防水层。

2.4有机无机复合泡沫材料

近年来，国外对这类复合泡沫材料的开发应用也相当重视，美、英、日、德均相继发表了相关专利公报，如复合泡沫塑料是由树脂黏合玻璃泡而形成的一种泡沫保温材料，其最大优点是泡沫结构非常坚固，抗压强度高，耐高温，能够在300℃高温的环境中使用。异氰酸酯与碱金属硅酸盐类反应，能制备密度在20-30kg/m3之间的有机无机复合泡沫塑料；异氰酸酯——聚酯——硅酸酯复合泡沫塑料，密度为100kg/m3，抗压强度随其密度的不同，一般为1.0-10.0MPa；碱金属硅酸盐、异氰酸酯和水性无机材料反应成型的复合泡沫混凝土，具有较高的机械强度。此类材料的缺点是密度大，导热系数大，一般在0.080-0.096W/（m·K）之间，价格高，主要限于海底管道保温使用。

3我国石油管道保温材料的主要发展趋势

3.1对现有保温材料进行改进

为了能够实现对石油行业海底输油管道的良好保温效果，相关人员有必要针对当前现有保温材料在使用过程中出现的问题，对其进行优化与改进。如聚氨酯泡沫向无腐蚀、无氟里昂发泡、提高耐温性及提高析出液的pH值方向发展；硅酸盐复合绝热涂料向快速固化、憎水、提高粘结强度、降低密度、负温施工、降低成本，并用于建筑节能方向发展；复合硅酸盐制品向提高密度、强度、回弹率及提高憎水性方向发展；硅酸钙保温材料向超轻全憎水方向发展；珍珠岩制品向轻级、整体防水、改善脆性、提高强度方向发展等。

3.2研制生产复合型多功能保温材料

各种保温材料各有特色，也有不足之处，因此，在使用这些保温材料的时候，工作人员可以根据使用需求，复合使用集中保温材料，以获得扬长避短的效果。如有机类保温材料防水好，但耐温低；无机类保温材料耐温高、无热老化、强度高，但吸水率高，因此，两种材料复合使用则效果良好。总之，不同的使用条件对保温材料及结构会有一些特殊的不同要求，如保冷、防水、防火、耐腐蚀、抗辐射、抗振动等，因此，人们需要不断研究出更多复合型多功能的保温材料，以满足使用需求。

3.3积极开发应用新型保温材料

为了满足使用需求，人们还需加大研究力度，研究出更多新型的保温材料，如低辐射传热材料、高效薄层隔热防腐一体化涂料、硅质纳米孔超级绝热材料、多层热隔断结构、真空绝热结构、隔热管托材料及结构等。此外，相关人员还应有针对性地研制价廉适用的外护层材料及施工工艺，如复合隔热外护涂层、复合增强塑料布、仿金属材、无机玻璃钢、喷涂聚脲弹性体防护层等。

结束语

总之，海底油气特别是深海油气将是未来世界油气资源接替的重要区域，因此，海底输油管道保温材料与技术的发展获得了人们的高度重视。因此，相关人员还需根据当前保温材料的应用现状，不断对其进行优化，同时还要开发深水海底油气输送管道保温的新材料及新工艺，以缩短国内海管保温技术与国际领先水平之间的差距，促进我国石油行业的进一步发展。

参考文献：

[1]高志涛，代志双，宋平娜，陈星.海洋输油管道保温技术研究进展[J].江苏船舶，2015，32（01）：25-27.

[2]刘显茜，陈君若，侯宏英，朱代根，陶翼飞.保温材料管道保温性能分析[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2009，24（01）：41-44.endprint