lng低温输送管路的绝热保冷
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至于输送压力为 718MPa 的 LNG 低温管路 , 真 空多层绝热管冷补偿用波纹管的设计制造 , 国内尚 是一个空白 , 还不具备这样的设计制造能力 。就是 试制出来 , 亦不能保证真空管能安全运行 。
4 技术经济比较
改性聚氨酯泡沫包覆绝热和真空多层绝热的投 资比较见表 1 。
表 1 改性聚氨酯泡沫包覆绝热和 真空多层绝热的投资比较
形尺寸为 Φ 420mm。每 1000m 的管重约 42t 。 真空多层绝热输送管也以 20W/ m 的冷损设计 。
真空管内管尺寸为 Φ 180mm ×8mm , 外管尺寸为 Φ325mm ×4mm , 材质均为不锈钢 。每 1000m 的管 重约 70t 。
两种绝热保冷结构管路所占空间相差不大 , 但 管道绝热保冷用变性聚氨酯泡沫塑料密度只需 30 ～40kg/ m3 , 所以包覆后的绝热管路较轻 , 其重量 仅为真空多层绝热管路的 016 倍 。
前 言
无论是基本负荷型液化天然气 (LNG) 装置还 是液化天然气接收终端 , 都需要有各种各样的低温 液体输送管路 , 例如用于连接天然气液化装置和低 温液体贮槽的管路 、LNG 装卸码头到接收终端的 LNG贮罐的连接管路以及从 LNG 贮罐到低温液体 泵的输送管路 。
在进行 LNG 低温输送管路设计中 , 管道绝热 保冷材料和结构形式无疑是一个非常重要的问题 。 它们不仅影响到低温液体的输送效率 , 对整个系统 的正常运行也可能产生重要的影响 。
3 施工工艺
PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性 好 , 既能在工厂预制成形为所需的型材 , 也可现场 喷灌施工 。改性聚氨酯泡沫塑料包覆结构一般是根 据管道外径和绝热层厚度 , 将发泡塑料制成型材 , 在现场安装 。绝热材料的外表还需要有防潮措施和 防护外套 。
现广泛采用的绝热材料包覆结构如图 2 所示 。 绝热 层 分 成 两 层 , 每 层 泡 沫 塑 料 的 厚 度 为 50 ～ 60mm。安装时每层的连接处错开布置 , 接头处采 用搭接的方法 。交错搭接的接头有利于防止表面凝 露或结冰 。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 。改性聚氨 酯泡沫塑料的收缩系数与成形工艺和密度有关 , 比 常用的 304L 不锈钢稍大 , 因此最里面一层绝热材 料内径比管道外径要稍大 (大约 20mm) , 目的是当 低温下管道产生收缩时 , 使管道在绝热材料内能自 由滑动 。此外 , 在低温下绝热材料本身也会产生收 缩 , 若没有一定的间隙 , 绝热材料就会把管路箍 紧 , 造成绝热材料损坏 。每一层绝热层在管路上应 有一定的自由度 , 允许移动 , 包括最外面的防护 层 。外表采用 0125～0150mm 厚的铝材 、镀锌铁皮
图 1 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料的 导热系数与温度的关系图
PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料的关键是提高 了聚氨酯泡沫塑料的泡孔在深冷环境中气孔耐压差 及材料的尺寸稳定性 , 使材料在深冷环境中不产生 收缩裂纹 , 从而使其长期处于安全 、正常使用状 态 , 得到优良的保冷效果 。且材料中不含氯离子 , 对钢材和其他金属材料管道不产生腐蚀 。
关键词 : 液化天然气 ; 管路 ; 绝热 ; 聚氨酯泡沫塑料 中图分类号 : TE832134 文献标识码 : A
Keeping L NG cryogenic transfer pipes cold by insulation
Zhang Ming2dan
( China National Air Separation Plant Corporation , 462 Dongxin Road , Hangzhou 310004 , Zhejiang ,
图 3 绝热材料现场喷灌施工结构 1 —喷涂加强塑料 2 —泡沫塑料 3 —水分阻挡层 4 —波纹状塑料
张敏丹 : LNG 低温输送管路的绝热保冷
真空多层绝热管的冷损 , 主要产生于内外管连 接处的端口及内外管之间必不可少的少量支承上 。 因此 , 设计特殊的内外管端盖 , 尽量增长冷 、热端 的距离 ; 并且设置联接筒 , 将管端埋于粉末绝热腔 中 , 以减少冷损 。而内管之间的支承尽可能减少 , 支承一般设置在内管冷补偿用的波纹管两侧 。对于 长直管 , 每 2～3m 才设置一只支承块 , 弯管则在 转角前后直管均较长时 , 转角两侧才设置支承块 。 边缘都设计成凹凸形或八边形 , 以尽量减少与管壁 的接触面积 。直空多层绝热的结构如图 4 所示 。
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Cryo genic Technolo gy №5 2005 深冷技术 2005 年第 5 期
张敏丹 : LNG 低温输送管路的绝热保冷
设计制造
- 60 ℃以下其导热系数呈直线下降 。另一特点是其 封闭气孔率占 90 %以上 , 因此吸潮对其导热系数 的影响极小 。且尺寸稳定性好 , 既能在工厂预制成 形为所需的型材 , 也可现场喷灌施工 。使用安全可 靠 , 造价可行 , 无需过多的维修 , 在机械损伤后修 复简便 。
真空多层绝热管 (高真空) , 由于其绝热性能 好 , 被广泛应用于空分设备的液氧 、液氮和液氩的 输送管路上 , 但 当 输 送 的 低 温 介 质 压 力 高 ( 7 ～
9MPa) 、安全和使 用 寿 命 要 求 又 很 高 的 场 合 , 如 LNG输送管道 , 其技术难度及可行性等方面都存在 一定的问题 。
目前 , 国内发明了一种新型绝热材料 ———深冷 用改性聚氨酯泡沫塑料 ( PUH、PUB) , 该材料适用 于 - 196～90 ℃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 , 且已在生产实践中得 到成功的应用 (40m3 的液化乙烯槽车采用该材料 保冷 , 取得了汽化率仅为 011 %/ d 的保冷效果) 。 它不仅适用于 LNG 输送管路的保冷 , 也可用于空 分设备产品液氧 、液氮和液氩低温液体输送管路的 保冷 。
设计制造
文章编号 : 100929425 (2005) 0520018204
L NG 低温输送管路的绝热保冷
张 敏 丹
(中国空分设备公司 , 杭州市东新路 462 号 310004)
摘要 : 从绝热性能 、外形尺寸与重量 、施工工艺 、制造成本及维护 、使用寿命五个方面对 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料包覆绝热与真空多层绝热的低温液体管道输送进行了比较 , 分析 了各自在使用上的优势与不足 。
PUH、PUB 改性聚氨酯包沫塑料导热系数小 , 其导 热 系 数 λ 与 温 度 t 的 关 系 如 图 1 所 示 。在
收稿日期 : 2005205231 作者简介 : 张敏丹 (197714 — ) , 女 , 助理工程师 , 2000 年毕业于甘肃工业大学化机专业 , 同年进杭氧压缩机有限公 司从事设计工作 , 2004 年进中国空分设备公司工作 。
P1R1China)
Abstract : A comparison is made between the cryogenic transfer pipes wrapped in modified polyurethane foam insulation , PUH and PUB , and those enclosed with evacuated multilayer insulation ( MLI) from five points , i1e1insulation property , dimensions and weight , construction procedure , production cost and maintenance and service life. The superiority and deficiencies in operation are analyzed for both of them. Keywords : Liquefied natural gas (LNG) ; Piping ; Insulation ; Polyurethane foam plastics
真空多层绝热管的缠绕材料及支承块均要经不 同工艺脱脂 。预抽真空前 , 真空管内外壁均被加温 到 100～110 ℃, 以尽可能使金属放气及使附着在工 件上的气体释放出来 。预抽真空后要充填高纯二氧 化碳 , 然后再将该二氧化碳抽出 ; 抽到一定真空 度 , 再次充入二氧化碳 , 使真空腔内压力略高于大 气压力 , 再抽真空 。如此返复二～三次后 , 再最后 封结 。
若采用改性聚氨酯泡沫塑料喷灌的施工工艺现 场制作 , 可采用图 3 所示的结构 。此种结构在 LNG 装货管线中已经使用 。泡沫塑料内部可采用玻璃纤 维网作增强材料 , 也可采用增强波纹管 , 在管路产 生收缩时 , 波纹管起滑动 、补偿作用 。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 。
在真空多层绝热低温管路中 , 由于没有空气的 对流 , 绝热效果有大幅度的提高 。设置的防辐射材 料 , 能有效阻挡辐射热的穿透 。以内径 Φ 32mm 的 输液管为例 , 其直管段冷损仅为 011 W/ m。
2 外形尺寸及重量
聚氨酯泡沫塑料包覆绝热结构绝热层厚度按 20W/ m 的冷损设计计算 , 输液管采用 Φ 180mm × 8mm 不锈钢管 , 绝热层温度为 120mm , 输送管的外
现以 输 送 718MPa 、141 K、65000m3/ h 的 LNG 管路为例 , 从绝热性能 、外形尺寸及重量 、施工工 艺难度 、管路成本 、维护及使用寿命等方面对采用 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料包覆绝热及真空多 层绝热两种绝热结构管路进行分析比较 。
1 绝热性能
采用 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料为包覆绝 热材料 , 其导热系数小 。在 - 163 ℃时导热系数在 010121W/ (m·K) 左右 。另一特点是其封闭气孔率 占 90 %以上 , 因此吸潮对其导热系数的影响极小 。
绝热结构
改性聚氨酯泡沫包覆绝热 真空多层绝热
管道总投资 / (万元/ m2)
0122 0145
管道设计冷损 / (W/ m) 20 20
5 维护及使用寿命
PUH、PUH 改性聚氨酯泡沫塑料使用安全可 靠 , 无需过多的维修 , 在机械损伤后修复简便 。其 使用寿命的对数和温度的倒数大致上呈直线关系 , 应用于低温下的 PUH、PUH 改性聚氨酯泡沫塑料 几乎不必担心其寿命问题 。
图 4 真空多层绝热结构 1 —内管 1 2 —封圈 3 —支撑 4 —波纹管 5 —外管 6 —内管 2 7 —吸附袋带和吸附剂
8 —真空接头 9 —端板 10 —密封盖 11 —珠光砂 12 —薄膜 13 —连接套
在真空腔内充填高纯二氧化碳作为冷凝气有利 于抽真空 , 一旦内管输送低温液体 , 二氧化碳就会 立即凝结成固体 , 使真空腔内真空度达到或超过绝 热管道的基本要求 , 从而Байду номын сангаас低了真空封结时真空度 的要求 。
图 2 绝热材料包覆结构 1 —保护套 2 —泡沫塑料 3 —水分阻挡层
4 —企口 5 —间隙 6 —管道
深冷技术 2005 年第 5 期 Cryo genic Technolo gy №5 2005
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设计制造
或不锈钢做成保护层 , 对绝热材料可以起到保护的 作用 。
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Cryo genic Technolo gy №5 2005 深冷技术 2005 年第 5 期
张敏丹 : LNG 低温输送管路的绝热保冷
设计制造
真空管一般的使用寿命与焊接接头的气密性等 有关 。真空管复合总装完成后要做氦质谱检漏 , 以 检查不锈钢氩弧焊的气密性 , 要求漏率小于 1 × 10 - 9Pa·L/ s , 这样才足以保证 10 年内该真空腔内 真空度不会降到所要求真空度以下 。
4 技术经济比较
改性聚氨酯泡沫包覆绝热和真空多层绝热的投 资比较见表 1 。
表 1 改性聚氨酯泡沫包覆绝热和 真空多层绝热的投资比较
形尺寸为 Φ 420mm。每 1000m 的管重约 42t 。 真空多层绝热输送管也以 20W/ m 的冷损设计 。
真空管内管尺寸为 Φ 180mm ×8mm , 外管尺寸为 Φ325mm ×4mm , 材质均为不锈钢 。每 1000m 的管 重约 70t 。
两种绝热保冷结构管路所占空间相差不大 , 但 管道绝热保冷用变性聚氨酯泡沫塑料密度只需 30 ～40kg/ m3 , 所以包覆后的绝热管路较轻 , 其重量 仅为真空多层绝热管路的 016 倍 。
前 言
无论是基本负荷型液化天然气 (LNG) 装置还 是液化天然气接收终端 , 都需要有各种各样的低温 液体输送管路 , 例如用于连接天然气液化装置和低 温液体贮槽的管路 、LNG 装卸码头到接收终端的 LNG贮罐的连接管路以及从 LNG 贮罐到低温液体 泵的输送管路 。
在进行 LNG 低温输送管路设计中 , 管道绝热 保冷材料和结构形式无疑是一个非常重要的问题 。 它们不仅影响到低温液体的输送效率 , 对整个系统 的正常运行也可能产生重要的影响 。
3 施工工艺
PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料尺寸稳定性 好 , 既能在工厂预制成形为所需的型材 , 也可现场 喷灌施工 。改性聚氨酯泡沫塑料包覆结构一般是根 据管道外径和绝热层厚度 , 将发泡塑料制成型材 , 在现场安装 。绝热材料的外表还需要有防潮措施和 防护外套 。
现广泛采用的绝热材料包覆结构如图 2 所示 。 绝热 层 分 成 两 层 , 每 层 泡 沫 塑 料 的 厚 度 为 50 ～ 60mm。安装时每层的连接处错开布置 , 接头处采 用搭接的方法 。交错搭接的接头有利于防止表面凝 露或结冰 。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 。改性聚氨 酯泡沫塑料的收缩系数与成形工艺和密度有关 , 比 常用的 304L 不锈钢稍大 , 因此最里面一层绝热材 料内径比管道外径要稍大 (大约 20mm) , 目的是当 低温下管道产生收缩时 , 使管道在绝热材料内能自 由滑动 。此外 , 在低温下绝热材料本身也会产生收 缩 , 若没有一定的间隙 , 绝热材料就会把管路箍 紧 , 造成绝热材料损坏 。每一层绝热层在管路上应 有一定的自由度 , 允许移动 , 包括最外面的防护 层 。外表采用 0125～0150mm 厚的铝材 、镀锌铁皮
图 1 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料的 导热系数与温度的关系图
PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料的关键是提高 了聚氨酯泡沫塑料的泡孔在深冷环境中气孔耐压差 及材料的尺寸稳定性 , 使材料在深冷环境中不产生 收缩裂纹 , 从而使其长期处于安全 、正常使用状 态 , 得到优良的保冷效果 。且材料中不含氯离子 , 对钢材和其他金属材料管道不产生腐蚀 。
关键词 : 液化天然气 ; 管路 ; 绝热 ; 聚氨酯泡沫塑料 中图分类号 : TE832134 文献标识码 : A
Keeping L NG cryogenic transfer pipes cold by insulation
Zhang Ming2dan
( China National Air Separation Plant Corporation , 462 Dongxin Road , Hangzhou 310004 , Zhejiang ,
图 3 绝热材料现场喷灌施工结构 1 —喷涂加强塑料 2 —泡沫塑料 3 —水分阻挡层 4 —波纹状塑料
张敏丹 : LNG 低温输送管路的绝热保冷
真空多层绝热管的冷损 , 主要产生于内外管连 接处的端口及内外管之间必不可少的少量支承上 。 因此 , 设计特殊的内外管端盖 , 尽量增长冷 、热端 的距离 ; 并且设置联接筒 , 将管端埋于粉末绝热腔 中 , 以减少冷损 。而内管之间的支承尽可能减少 , 支承一般设置在内管冷补偿用的波纹管两侧 。对于 长直管 , 每 2～3m 才设置一只支承块 , 弯管则在 转角前后直管均较长时 , 转角两侧才设置支承块 。 边缘都设计成凹凸形或八边形 , 以尽量减少与管壁 的接触面积 。直空多层绝热的结构如图 4 所示 。
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张敏丹 : LNG 低温输送管路的绝热保冷
设计制造
- 60 ℃以下其导热系数呈直线下降 。另一特点是其 封闭气孔率占 90 %以上 , 因此吸潮对其导热系数 的影响极小 。且尺寸稳定性好 , 既能在工厂预制成 形为所需的型材 , 也可现场喷灌施工 。使用安全可 靠 , 造价可行 , 无需过多的维修 , 在机械损伤后修 复简便 。
真空多层绝热管 (高真空) , 由于其绝热性能 好 , 被广泛应用于空分设备的液氧 、液氮和液氩的 输送管路上 , 但 当 输 送 的 低 温 介 质 压 力 高 ( 7 ～
9MPa) 、安全和使 用 寿 命 要 求 又 很 高 的 场 合 , 如 LNG输送管道 , 其技术难度及可行性等方面都存在 一定的问题 。
目前 , 国内发明了一种新型绝热材料 ———深冷 用改性聚氨酯泡沫塑料 ( PUH、PUB) , 该材料适用 于 - 196～90 ℃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 , 且已在生产实践中得 到成功的应用 (40m3 的液化乙烯槽车采用该材料 保冷 , 取得了汽化率仅为 011 %/ d 的保冷效果) 。 它不仅适用于 LNG 输送管路的保冷 , 也可用于空 分设备产品液氧 、液氮和液氩低温液体输送管路的 保冷 。
设计制造
文章编号 : 100929425 (2005) 0520018204
L NG 低温输送管路的绝热保冷
张 敏 丹
(中国空分设备公司 , 杭州市东新路 462 号 310004)
摘要 : 从绝热性能 、外形尺寸与重量 、施工工艺 、制造成本及维护 、使用寿命五个方面对 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料包覆绝热与真空多层绝热的低温液体管道输送进行了比较 , 分析 了各自在使用上的优势与不足 。
PUH、PUB 改性聚氨酯包沫塑料导热系数小 , 其导 热 系 数 λ 与 温 度 t 的 关 系 如 图 1 所 示 。在
收稿日期 : 2005205231 作者简介 : 张敏丹 (197714 — ) , 女 , 助理工程师 , 2000 年毕业于甘肃工业大学化机专业 , 同年进杭氧压缩机有限公 司从事设计工作 , 2004 年进中国空分设备公司工作 。
P1R1China)
Abstract : A comparison is made between the cryogenic transfer pipes wrapped in modified polyurethane foam insulation , PUH and PUB , and those enclosed with evacuated multilayer insulation ( MLI) from five points , i1e1insulation property , dimensions and weight , construction procedure , production cost and maintenance and service life. The superiority and deficiencies in operation are analyzed for both of them. Keywords : Liquefied natural gas (LNG) ; Piping ; Insulation ; Polyurethane foam plastics
真空多层绝热管的缠绕材料及支承块均要经不 同工艺脱脂 。预抽真空前 , 真空管内外壁均被加温 到 100～110 ℃, 以尽可能使金属放气及使附着在工 件上的气体释放出来 。预抽真空后要充填高纯二氧 化碳 , 然后再将该二氧化碳抽出 ; 抽到一定真空 度 , 再次充入二氧化碳 , 使真空腔内压力略高于大 气压力 , 再抽真空 。如此返复二～三次后 , 再最后 封结 。
若采用改性聚氨酯泡沫塑料喷灌的施工工艺现 场制作 , 可采用图 3 所示的结构 。此种结构在 LNG 装货管线中已经使用 。泡沫塑料内部可采用玻璃纤 维网作增强材料 , 也可采用增强波纹管 , 在管路产 生收缩时 , 波纹管起滑动 、补偿作用 。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 。
在真空多层绝热低温管路中 , 由于没有空气的 对流 , 绝热效果有大幅度的提高 。设置的防辐射材 料 , 能有效阻挡辐射热的穿透 。以内径 Φ 32mm 的 输液管为例 , 其直管段冷损仅为 011 W/ m。
2 外形尺寸及重量
聚氨酯泡沫塑料包覆绝热结构绝热层厚度按 20W/ m 的冷损设计计算 , 输液管采用 Φ 180mm × 8mm 不锈钢管 , 绝热层温度为 120mm , 输送管的外
现以 输 送 718MPa 、141 K、65000m3/ h 的 LNG 管路为例 , 从绝热性能 、外形尺寸及重量 、施工工 艺难度 、管路成本 、维护及使用寿命等方面对采用 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料包覆绝热及真空多 层绝热两种绝热结构管路进行分析比较 。
1 绝热性能
采用 PUH、PUB 改性聚氨酯泡沫塑料为包覆绝 热材料 , 其导热系数小 。在 - 163 ℃时导热系数在 010121W/ (m·K) 左右 。另一特点是其封闭气孔率 占 90 %以上 , 因此吸潮对其导热系数的影响极小 。
绝热结构
改性聚氨酯泡沫包覆绝热 真空多层绝热
管道总投资 / (万元/ m2)
0122 0145
管道设计冷损 / (W/ m) 20 20
5 维护及使用寿命
PUH、PUH 改性聚氨酯泡沫塑料使用安全可 靠 , 无需过多的维修 , 在机械损伤后修复简便 。其 使用寿命的对数和温度的倒数大致上呈直线关系 , 应用于低温下的 PUH、PUH 改性聚氨酯泡沫塑料 几乎不必担心其寿命问题 。
图 4 真空多层绝热结构 1 —内管 1 2 —封圈 3 —支撑 4 —波纹管 5 —外管 6 —内管 2 7 —吸附袋带和吸附剂
8 —真空接头 9 —端板 10 —密封盖 11 —珠光砂 12 —薄膜 13 —连接套
在真空腔内充填高纯二氧化碳作为冷凝气有利 于抽真空 , 一旦内管输送低温液体 , 二氧化碳就会 立即凝结成固体 , 使真空腔内真空度达到或超过绝 热管道的基本要求 , 从而Байду номын сангаас低了真空封结时真空度 的要求 。
图 2 绝热材料包覆结构 1 —保护套 2 —泡沫塑料 3 —水分阻挡层
4 —企口 5 —间隙 6 —管道
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或不锈钢做成保护层 , 对绝热材料可以起到保护的 作用 。
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设计制造
真空管一般的使用寿命与焊接接头的气密性等 有关 。真空管复合总装完成后要做氦质谱检漏 , 以 检查不锈钢氩弧焊的气密性 , 要求漏率小于 1 × 10 - 9Pa·L/ s , 这样才足以保证 10 年内该真空腔内 真空度不会降到所要求真空度以下 。