如何对LNG管路进行隔热优化？

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：对于LNG管路,隔热无疑是一个非常重要的内容。隔热性能不仅影响到LNG的输送效率,对整个系统的正常运行也可能产生重要的影响。LNG输送管道的隔热材料一般采用硬聚氨酯发泡塑料。LNG管道的隔热结构,主要有常规的保温材料包覆型结构和真空夹套型结构。图5-33d的结构在LNG的装货管线中已经使用。目的是低温下管路产生收缩时,使管路在隔热材料内自由滑动。LNG接收终端的系统中,一般不用真空隔热型的LNG管线。

对于LNG管路,隔热无疑是一个非常重要的内容。隔热性能不仅影响到LNG的输送效率,对整个系统的正常运行也可能产生重要的影响。LNG输送管道的隔热材料一般采用硬聚氨酯发泡塑料。

LNG管道的隔热结构,主要有常规的保温材料包覆型结构和真空夹套型结构。保温材料包覆型结构如图5-33所示。一般的方法是根据管道外径和隔热层厚度,将聚氨酯发泡塑料制成型材,在现场安装。隔热材料的外表还需要有防潮措施和防护外套。

图5-33 隔热材料包覆型结构

1—保护层 2—聚氨酯发泡塑料 3—水分阻挡层 4—企口 5—间隙 6—管道 7—喷涂加强塑料 8—PUF 9—玻璃纤维 10—胶合铺料 11—发泡塑料 12—波纹状塑料

以管道隔热材料的外表面作为参考面积,一般要求隔热层的热流密度小于25W/m²,图5-33a的保温结构已被广泛采用。保温层分成3层,安装时每层的连接处错开布置。每层聚氨酯发泡塑料的厚度为50～60mm,接头处采用搭接的方法。最里面的一层内径比管道外径稍大,允许管道收缩或膨胀时不受隔热材料的牵制。聚氨酯发泡塑料的收缩系数与成型工艺和密度有关,比常用的304L不锈钢大4～8倍。不同方向的收缩率是不同的。每一层隔热层在管路上应有一定的自由度,允许移动,包括最外面的防护层。在交错连接的接缝处,采用有弹力的玻璃纤维或矿物棉,具有很好的补偿作用。这种设计已经得到了成功的应用,并有良好的使用记录。尤其是交错搭接的接头,有利于防止表面凝露或结冰。采用增强型胶合涂料是优良的水蒸气阻挡层,得到广泛的应用。外表采用0.25～0.50mm厚的铝材或不锈钢做成保护层,对隔热材料可以起到保护的作用。保护套最好使用不锈钢材料。如果是在海边,最好选用含有钼的不锈钢(316不锈钢较好),能经受海洋性环境的盐雾侵袭而不会产生斑点。另外不锈钢的熔点高,提高了管道系统的阻火性能。

图5-33b的结构应用相对较少些。这种型式的结构使用玻璃纤维可能会存在一些缺点。尽管对水蒸气有很好的阻挡作用,但水蒸气还是可以进入隔热系统。特别是在建造期间,空气中的水分就可能进入到系统中。另一个可能存在的问题,是在玻璃纤维中的自由对流换热,将引起较大的温差。

图5-33c的结构也已经得到比较成功的应用,用泡沫玻璃作外面的隔离层,因为泡沫玻璃能改善阻火性能。但泡沫玻璃的脆性在搭接处容易产生碎裂。

图5-33d的结构在LNG的装货管线中已经使用。采用聚氨酯泡沫塑料喷涂的施工工艺,使这种隔热形式适合于在现场制作。外面的保护层也是如此。有报道这种形式的隔热存在水蒸气的穿透问题。隔热材料和管路之间有一定的间隙(大约是10mm)。目的是低温下管路产生收缩时,使管路在隔热材料内自由滑动。此外,在低温下隔热材料本身也会产生收缩,如果没有一定的间隙,隔热材料就会把管路箍紧,造成隔热材料损坏。对于比较长的管道,可在工厂里预先喷涂聚氨酯泡沫。泡沫塑料内部可采用玻璃纤维网作增强材料。外面的保护层和水蒸气阻挡层,可采用玻璃纤维增强的环氧树脂。

图5-33e的结构,采用增强塑料波纹管作为内部的水蒸气阻挡层。泡沫塑料直接喷涂到塑料波纹管的外表面,在管路产生收缩时,波纹管也可以起到滑动的作用。

对于隔热的效果,还是真空夹套型的隔热结构最好。在真空夹套中,由于没有空气的对流,隔热效果有大幅度的提高。还可以在真空夹套中设置反射性能好防辐射材料,这种隔热方式又称之为真空多层隔热。双面镀铝聚酯薄膜或铝箔都是良好的防辐射材料,防辐射层能有效地阻挡辐射热的穿透。隔热层的最佳密度大致是30～40层/cm。真空夹套型隔热结构虽然有非常良好的隔热效果,但制造工艺复杂,成本较高。实际应用时,要综合考虑成本和施工工艺等诸多方面的因素。从可靠性和制造的观点,真空夹套型的保温管线,需要制成模块化的标准组件。管段的长度需要根据波纹管的补偿能力来设计。

LNG接收终端的系统中,一般不用真空隔热型的LNG管线。从管路制作复杂性和管路投资成本来考虑,3km以上的管道,通常采用普通的发泡型塑料包覆的隔热方式,而不采用真空夹套的隔热方式。

真空夹套型隔热管道的真空是一个关键问题。真空夹套间的压力需要达到或低于1×10^-2Pa,真空多层隔热才会体现优良的隔热性能。要达到1×10^-2Pa的压力,在技术上是没有问题的。但在密封状态下,长时间地维持较低的压力却存在一定的困难,因为影响真空夹套中压力的因素很多,如焊缝的气密性、多层材料的清洁程度、放气性能和低温下的受力情况等。

如何对LNG管路进行隔热优化？

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