LNG管道冷保温质量检验及风险控制分析

付春雷，刘书法，高鹏飞，刘继霞，李子敏

（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛266520）

伴随着世界石油资源的日益紧张，天然气作为一种清洁、高效的能源，越来越的受到各国的关注，天然气贸易正逐步在成为全球能源市场的新热点。天然气从气田开采出来后，常压下气态的天然气经过净化处理和多级冷却至-162 ℃，使之凝结成液体，形成液化天然气LNG(Liquefied Natural Gas)。LNG的体积只有气态的六百分之一，适合进行储存和运输[1]。

LNG装置分为基本负荷型、调峰型、接收终端型、卫星型四种，四种装置上各种各样的低温液体输送管道承担着LNG的输送任务，LNG管道是LNG装置的重要组成部分，具有超低温、易燃、易爆等特点[2]。因此管道冷保温质量的好坏不仅影响管道介质的输送效率，同时也直接影响LNG装置的安全运行。本文旨在论述LNG装置建造过程中管道冷保温质量检验及风险控制，通过探讨总结给出冷保温质量问题相应的改进建议，提升LNG装置建造过程中的管道冷保温施工质量，减少由于冷保温层因质量问题失效所带来的安全风险，为LNG管道冷保温施工提供相应的参考。

1 保温的类型与定义

GB 50264《工业设备及管道绝热工程设计规范》中对工程领域保温与保冷的总称为绝热。保冷为减少周围环境中的热量传入低温设备及管道内部，防止低温设备及管道外壁表面凝露；保温为减少周围设备、管道及其附件向周围环境散热或降低表面温度[3]。另一种划分方式为将工作介质温度低于常温的绝热措施称为保冷，将工作介质温度高于常温的绝热措施称为保温。

保冷与保温两者的区别为传热方向相反，保冷是由外向内传输热量，保温则是由内向外传输热量。但由于绝热工程的保温与保冷具有基本相同的绝热原理、结构、措施和目的，因此工程领域习惯上把绝热统称为保温[4]。荷兰保温技术中心（NCTI）《CINI手册》中将低温设备及管道保冷简称冷保温，定义为在操作温度处于环境温度和-200°C之间的管道和设备上进行的保温；热力设备及管道保温简称热保温，定义在操作温度处于环境温度和1000°C之间的管道和设备上进行的保温[5]。

2 LNG管道冷保温结构组成及材料

2.1 冷保温结构组成

冷保温常见的保温方法有堆积冷保温和真空冷保温[6]，堆积冷保温是一种传统冷保温方法，即在管道外侧敷设多孔型保温材料，因孔泡中充满常压空气（或其它气体）而实现保温。真空冷保温原理是将保温结构做成密闭的夹层，内部空间抽至一定真空度，以减少热量传入。由于堆积冷保温结构简单，成本低廉，运行维护方便，因此目前国内外 LNG 管道冷保温方法多采用堆积冷保温。

LNG 管道处于-162 ℃低温工况，低温管道应采用冷保温结构使低温工作介质与外界环境相隔绝。如图1所示，冷保温结构由保温层、防潮层和外护层组成。其中，保温层对低温介质的温度维持起到主要作用。若保温层遭到破坏，外界空气中的水分就会进入保温层内部，从而形成结露、结冰，致使冷保温结构的导热效率增加，影响保温效果。防潮层的作用是隔绝空气中的水分进入保温层，防止保温层失效。外护层处于冷保温结构的最外侧，起到保护内部保温层和防潮层，防止外界不利因素破坏冷保温整体结构的作用，延长冷保温结构的使用寿命，并使冷保温结构外形保持整洁美观。

图1 冷保温结构

2.2 冷保温材料

冷保温材料分为多孔（泡沫）型、纤维型、薄片型、粉末型、反射型五种[7]，目前LNG低温管道常用的冷保温材料为多孔（泡沫）型冷保温材料，有聚氨酯泡沫（PU）、聚异氰脲酸脂泡沫(PIR)、酚醛泡沫（PF）、聚乙烯泡沫（PE）、泡沫玻璃(CG)、膨胀珍珠岩（PL）、柔性弹性泡沫（FEF+EPDM）等[8-11]，表 1为上述材料的主要性能。目前LNG 工程中采用的冷保温材料主要为硬质聚氨酯泡沫( PU) 、异氰脲酸脂泡沫 (PIR)、泡沫玻璃(CG)三种。

表1 冷保温材料主要性能

3 LNG管道冷保温质量检验与风险控制

3.1 冷保温质量检验标准

工程领域主要执行的冷保温质量检验标准为各项目规格书及施工程序，辅助以国标（GB）、美标（ASTM）、美国防腐工程师学会（NACE）、荷兰保温技术中心（NCTI）等参考标准。如国标的GB 50264（工业设备及管道绝热工程设计规范）、GB/T 50185（工业设备及管道绝热工程施工质量验收规范）等；国际标准的ISO 15665（管、阀和法兰隔音绝缘）、美标的ASTM C592（矿物纤维毯保温和毯式管道保温）、荷兰标准的CINI手册等。

在进行LNG管道冷保温质量检验时应严格按照项目规格书中规定的要求及相关标准进行检验与测试，当项目规格书中的要求与其他检验标准有冲突，应严格按照规格书要求执行检验与测试。

3.2 冷保温质量风险控制分析

3.2.1 管线表面的杂质

如图2所示，在冷保温预制工作开始之前，就要开始对管线的清洁工作进行必要的质量控制。对于管线表面的灰尘、水、油污以及锈迹都要进行处理，对于出现油漆破损的，还要进行油漆修补，一旦表面存在杂质或者油漆破损会导致管线的保温层下腐蚀[12]。

图2 管线表面的浮锈

3.2.2 保护不当材料受损

如图3所示，冷保温材料受到雨水淋湿及阳光直射。由于建造场地特殊的工作环境条件，冷保温材料安装完成后，首先应当做好的就是防水工作。管线顶部应以脚手架和防水帆布制成防雨棚，雨水天气应停止施工，并将安装完成的保温材料以防水布包裹覆盖。对于已经淋水的保温材料要及时进行替换。使用PIR材料进行冷保温时需要防止PIR被阳光直射，以免引起PIR的降解失效而影响保温效果，因此对于PIR预制完的管段，应使用黑色塑料薄膜覆盖，避免阳光照射。

图3 受到雨水淋湿及阳光直射

3.2.3 保温层施工过程不规范

如图4所示，施工过程中没有严格按照施工程序及相应标准施工，造成保温层接缝内部间隙过大，严重影响保温的作用，保温层达不到预定的保温效果。此外，不规范施工还包括错缝不满足要求、缝隙过大粘接剂涂抹不足、气阻涂刷不均匀有漏点、私自去除内部弹性保温材料、伸缩缝没有错开、私自消减保温层厚度等，因此在保温层安装检验过程中，过程巡检对于保证施工质量尤为重要，一旦发现现场施工问题及损坏的保温层，要及时通知施工队伍进行整改，保证冷保温结构的完整无缺陷。

图4 保温层接缝内部间隙过大

3.2.4 防潮层遭到破坏

由于防潮层为铝箔材料构成，施工过程中很容易对其造成损坏。如图5所示，由于次级防潮层的铝箔纸，施工时用力不当就会将铝箔纸弄破，影响保温效果。并且要提醒现场施工安装外护层钻孔时应注意不要破坏主防潮层，造成主防潮层失效。

图5 主次防潮层受损

3.2.5 外护层防护不当遭到污染和破坏

在保温层安装完成后，要进行外护层安装，外护层起到防水防机械损伤的作用。外护层检验时，要确认外护层的类型及厚度，绑扎钢带的间距，密封剂的施工，相邻外护板搭接，搭接缝的安排和顺水情况以及排水孔的设置要求。外护层安装完成后应当进行必要的防护，以防止出现如图6所示，由于防护不当而使外护层遭到污染和破坏的情况，一旦出现相应的质量问题要及时反馈现场整改。

4 结语

LNG作为一种清洁、高效能源在全球能源市场受到越来越多的关注，LNG 管道冷保温是 LNG装置中的重要组成部分。由于冷保温施工是一项复杂繁琐的系统工程，冷保温施工的质量好坏将直接影响整个LNG装置能否高效、安全地运行。因此在管道冷保温施工过程中质量检验与风险控制尤为重要，施工人员在施工过程中要严格执行项目规格书、施工程序和质量控制相关标准，质量控制人员也要严格执行质量管理和检验流程，才能保证LNG管道冷保温的施工质量。