高真空多层绝热低温管分段设计及安装技术

帅宇杰

中化二建集团有限公司 山西太原 030021

近些年来随着我国科技进步和产业升级，低温液冷系统的需求量迅速扩大，液态冷却系统的发展也得到了极大提升，高真空多层绝热低温管系统因其稳定、高效、使用寿命长等优势往往作为低温液态介质输送的专用管道。该管路系统由不锈钢内管、多层绝热材料以及不锈钢外管构成，它的内部夹层是由多层绝热材料复合组成，对其分段施工完毕后，再将其夹套管内部抽真空，用来减小它的对流热传导。

在该项目中，设计单位提供了管路的平面布置图，但管道的结构设计和安装均由施工单位负责。从施工单位前期对施工场地进行现场勘察，根据现场实际情况分段设计管段长度、接口、管道内补偿器、支架等位置，到管道分段组对焊接，再到接口处保冷处理的施工全过程进行阐述。管道分段设计、确定其结构形式、焊接施工、接口保冷工作又是施工过程中质量、进度、成本控制的重中之重，非常考验施工单位的专业技术水平和综合实力。

1 工程实例

LNG 储运装置由产品装车单元和产品储存单元组成。气体甲烷经过冷箱处理后作为产品LNG 经真空绝热低温管送入LNG 储槽，储存在LNG 储罐中的产品再经装车泵加压后通过真空绝热低温管输送到装车区，经装车计量撬将LNG 装入LNG 槽车。真空绝热管道设计参数如表1 所示。

表1 真空绝热管道设计参数

2 真空绝热管施工工艺

通过在现场施工当中不断摸索和钻研，推出一套符合现场施工要求的高真空多层绝热低温管施工技术流程。高真空多层绝热低温管工艺流程如图1 所示。

图1 高真空多层绝热低温管工艺流程图

3 管道分段设计

3.1 现场实测

高真空多层绝热低温管轴测图由施工方、业主方、监理方、设计方根据现场管道走向及相关技术资料实测形成，经三方签字后生效实施。轴测图上根据分段设计长度分段依次标号，在施工中严格按照顺序连接施工。

3.2 分段深化设计

真空绝热低温管按现场绘制的轴测图进行分段设计、制作，通过对现场施工场地、位置、材料运输、保管等因素综合考虑将单段真空管长度最长定位6m。需考虑分段组焊的焊口位置尽量分配在垂直方向真空管位置，为了方便现场安装时调整尺寸，同时依据设计要求和施工规范合理分段，并打上顺序号标志。

3.3 确认结构形式

管道绝热结构采用高真空多层绝热，一般由20～25层铝箔和绝热材料组成，该装置管道在施工时综合考量按23 层施工，封结真空度设计要求不大于1.33×10- 3Pa。真空绝热低温管道依据《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》（HG/ T20553- 2011）尺寸制作，与现场设备接口连接处按设备管口尺寸规格要求制作相应口径管段。真空绝热低温管示意图如图2 所示。

图2 真空绝热低温管示意图

管路系统的温度补偿器根据现场实际情况设置在真空绝热低温管的内管中，现场采用波纹补偿器进行温度补偿，其中波纹补偿器需分段设计后才能确认其具体位置。U 型弯主要用于整个管系的补偿，外管也需合理增设波纹补偿器补偿。

管路系统的抽真空嘴选用真空吸附式堵塞阀封结方式，不仅满足了抽真空需要，同时也满足了管道夹层防爆效果。抽真空嘴如图3 所示。

图3 抽真空嘴

真空管段之间采用对焊连接方式，真空管两端内管根据施工需要预留100～150mm 焊接接管，为了方便现场安装时调整尺寸，两段管道要严格遵照轴测图的顺序连接施焊，确认真空管的编号、数量与安装连接图纸资料相符。管段连接结构示意图如图4 所示。

图4 管段连接结构示意图（单位：mm）

4 管道制作安装

4.1 加工与成形

绝热低温管的外管和内管材质均采用S30408 材质，因此在切割管道或制作坡口时采用机械加工或等离子切割方法。为避免电化学腐蚀，切割或修磨不锈钢管时采用的砂轮宜使用不锈钢专用的砂轮片，这样打磨出来的坡口表面光滑且有金属光泽。

在真空绝热管预制时应避免材料的表面出现机械损伤，根据相关技术资料要求，若管道上出现局部伤痕、刻槽等缺陷要及时修磨处理，修磨斜度最大为1∶3，修磨深度也应满足小于该部位钢材厚度的5%，同时不大于0.5mm。

4.2 管道元件清洁

将所有可能与液态LNG 接触的零部件都进行脱脂处理，彻底去油脱脂并满足《空气分离产品表面清洁度》（JB/ T6896- 2007）要求。管路系统夹层内的表面及零部件都有洁净干燥要求，对清洁后的管道元件要采取保护措施。

4.3 零部件组装

零部件经检验合格后方可组装。管路系统的真空绝热层材料选用的是专用阻燃型绝热复合材料(绝热纸+铝箔)，经过干燥处理后绝热层材料才可以进行缠绕。为了保证绝热层缠绕的质量，施工时要在洁净干燥的专用场地进行缠绕。该装置采用了可靠的夹层吸附剂，该吸附材料进行活化处理后方能使用。

4.4 管段连接

按照绘制的轴测图顺序依次将真空管管段吊装就位，检查管线编号与绘制的轴测图、管段走向与现场实物方位等是否一致，调整管段顺序，保证在连接时管道安装倾斜度、介质流向与施工图一致。

为避免造成真空度丧失，禁用硬力碰撞管路系统上已就位的所有附件，并且禁止在绝热管外管上施焊、引弧、搭铁等。

管道安装时要使用真空绝热管同材质的管道支、吊架，若使用异种材质要在和管道接触的位置增设隔离垫，安装过程中尽量使用正式的支、吊架，当需要临时支、吊架时，在绝热管安装完毕后应及时拆除。

4.5 焊接作业

高真空多层绝热低温管的焊接采用经评定合格的焊接工艺,焊工必须持证上岗，且焊接作业范围在焊工证许可的范围内。

所有内管接头均采用对接结构形式，管道焊接接头均采用氩弧焊加手工电弧焊焊接,单面焊双面成形，背面通氩气保护,保证焊缝双面质量,管道焊接符合《真空绝热低温管》（JBT12665- 2016）施焊要求。管段对焊连接图如图5 所示。

图5 管段对焊连接图

5 管道的检验和试验

真空绝热管所有内外管焊接接头均经氦质谱真空谱检漏合格。并按设计要求进行外观检查、焊缝无损检测、压力试验、管道吹扫等，按设计文件和规范相关要求执行。

6 接头保冷处理

上述工作全部完成后，方可对焊接接头处保冷处理，焊接连接的管道接头处需现场保冷，按其形式不同主要分为发泡保冷、珠光砂保冷和抽小真空保冷。通过对比3 种保冷形式，选择适用的保冷处理方法。

6.1 发泡保冷

在绝热管内管焊后无损检测和试压完成后，按照图6进行发泡保冷处理。在聚氨酯发泡剂中添加适当阻燃剂，在发泡剂的外表面缠绕两层玻璃丝布，玻璃丝布表面涂上防水涂料，再用铝合金板或不锈钢板封闭，板材厚度取0.5mm 为宜，板材接缝处涂玻璃胶。

6.2 珠光砂保冷

在绝热管内管焊后无损检测和试压完成后，按照图7进行珠光砂保冷。将保温筒和环板按示意图进行焊接，焊接完成后，将干燥的珠光砂填充到保温筒内，随即将珠光砂充填口焊接密封。

图7 珠光砂保冷（单位：mm）

6.3 抽小真空保冷

在绝热管内管焊后无损检测和试压完成后，按照图8进行抽小真空保冷。包扎经过干燥处理的绝热材料，将套管干燥清洁处理后进行焊接，之后将抽空嘴按图焊接，对夹层进行真空氦检漏，合格后进行加热抽空，真空度符合要求后进行真空封口。

图8 抽小真空保冷（单位：mm）

该项目的高真空多层绝热低温管全长约1100m，综合考虑现场施工条件和气候条件，业主选择了成本较高但保冷质量更好的抽小真空保冷方式，在施工作业完成后，完全满足设计要求。

7 结语

工程实践证明高真空多层绝热低温管分段设计及安装技术在实际应用当中是可行的，只有当施工人员前期的管段分段设计工作到位，充分考虑各种工况下可能遇到的施工问题，合理分配管段长度、焊口位置、补偿器位置、支架位置等，提前在结构设计阶段解决，才能保障后期施工的顺利进行，以及保证施工的进度、质量和成本目标，该技术方法可广泛地应用于真空绝热管的施工中。