lng低温输送管路的绝热保冷
lng接收站低温管道保冷安全及效果评价
2020,37(2) 44 〜479管#$石油化工设计Petrochemicd DesignLNG 接收站低温管道保冷安全及效果评价F G ,杨HI ,吴仲昆，韩NO（中国石化青岛液化天然气有限责任公司，山东青岛266400）摘要：LNG 接收站保冷效果的好坏，直接关系到生产的安全平稳运行。
为了对低温管道保冷现状进行评价，从2个方面进行了研究：1）采用表面温度与热）计法，对管道冷损失量进行测量计算;2）以大跨距直管为例,采用有限元分析方法，对其进行强度校核与极限载荷分析。
通过现场测量与计算，发现135个检测点中，冷损失量超出允许范围的比率高达71.9%，而且所有管道表面温度均低于露点温度。
此种状况意味着应采取措施降低冷量损失。
此外，经过数值模拟计算，认为管道载荷在容许范围内，并经现场验证，未发现明显的管道变形情况$关键词：LNG 接收站保冷表面温度有限元分析露点doi ：10. 3969/j. issn. 1005 - 8168.2020.02.011青岛LNG 接收站自2014年11月14日正式 投产以来，已安全平稳运行4年，但近期陆续发现内管 性保冷设施存在管、变形下坠、保保护层开裂 "这些若不解决可能带来的是:1）保冷结构内 后， 管载，特别是 大的小口径管道,可能造成管裂的严重后果;2）保内部积水，接触钢管道后带来腐蚀 ；3 ）可能 低压 LNG 温度升高，甚至 分气化， 凝 及夕卜输机泵稳定控制;4）导致BOG （ B oi I Off Gas 蒸气体） ， BOG 系统压力控制;5）于BOG 总管保冷效果变差，进入BOG 系统，造成BOG 压缩机入口温度升高，降低BOG 压缩机处理能力，增加BOG 处理能耗，影响接收站经济运行。
因此，对LNG 接收站低温管道保冷效果以及管道变形 评价是十分必要的。
1保冷效果测试方法1.1测试评价依据本次对LNG 接收站低温管道进行冷损失检测主要工程量包括：BOG 总管、LNG 低压总管、LNG高压总管、6台高压泵管道、9台汽化器入口管道、乙烷换 管道（下 C 2换 管道）、保 环管道、测点 共135 。
深冷绝热材料：保冷与保温的区别分析
多年来,国内已建大型液化工厂和接收工程的核心技术多依赖进口,LNG保冷绝热技术及产品被发达国家垄断.为加快我国LNG项目关键技术的国产化进程,提升LNG管道保冷材料的国产化程度,分析了目前国内LNG管道工程常用保冷材料的类型、性能、特点及技术发展现状,提出了LNG管道保冷材料性能和要求,进一步对绝热设计提出建议,展望LNG保冷材料技术的未来发展趋势.低温设备及管道保冷简称保冷，而热力设备及管道保温简称保温，两者在工程上合称为绝热。
通常按设备及管道贮存和输送的介质温度划分，把介质温度低于常温的绝热措施称为保冷，把介质温度高于常温的绝热措施称为保温。
绝热是利用一些具有特殊性能的工程材料构成的绝热结构来减少其结构内外因温差形成的热流传递的措施。
绝热的目的是满足工艺生产，保持和发挥生产能力；减少冷(热)损失，节约能源；以及防止表面凝露或烫伤，改善工作环境等。
因此，同属于绝热工程的保冷和保温具有基本相同的绝热原理、基本相同的绝热结构与绝热措施以及基本一致的绝热目的。
习惯上常将保冷与保温统称为保温。
保冷区别于保温，主要有三点：一是传热的方向相反，保冷是由外向里，保温则是由里向外，因此保冷工程不仅受到外部热流向内传递的影响，同时受到外部环境的湿空气所含的水蒸气向内渗透的影响；二是保冷采取的结构，由于要阻止外部水蒸气向内渗透，需要在保冷层外敷设防潮层；三是保温介质常用一次能源(指煤、油等)，保冷介质常用二次(蒸汽)或二次(电)能源，由于设备折旧及能源多次转换消耗，冷价一般为热价的4—6倍，因此减少单位冷损失对于节约能源具有更高的经济附加值。
绝热材料是一种轻质的绝热性能优良的材料。
在工程上，通常把室温下导热系数低于0.2W/( m·K)的材料称为绝热材料。
而对于设备及管道绝热，相关国家提出了更严格的限定：当用于保温时，其绝热材料及制品在平均温度小于等于623K(350℃)时，导热系数值不得大于0.12W/( m·K)；当用于保冷时，其绝热材料及制品在平均温度小于等于3OOK(27℃)时，导热系数值不得大于0.064W/( m·K)。
LNG管道为什么要绝热
30、LNG管道为什么要绝热？
由于LNG管道是典型的低温介质输送管道（-162℃），管输LNG 一般呈低温液态，外界热量一旦侵入，就很容易使之汽化，进而使单相液流变为气液两相流，甚至发生气塞，结果导致局部管段压力增大、流量减小，严重影响LNG的正常输送。
因此，必须严格控制LNG的汽化。
然而，LNG管道绝热保冷可防止外界热量的侵入和LNG的汽化，其有效性主要取决于LNG管道的绝热质量。
因此，LNG管道必须采取绝热措施，其质量不仅影响LNG的输送效率，而且对整个系统的正常运行都将产生重要的影响。
LNG管道的绝热结构常用常规的保温材料包覆型和真空夹套结构。
LNG 储罐低温绝热性能的研究
图1 不同容量的LNG储罐甲烷含量与BOG日蒸发率的关系图2 纵坐标截取值的线性拟合
是每种材料最高温度表面的温度，是最低温度表面的温度：
式中，
图3 等效传热示意图
其中，为太阳辐射；为对流传热；为考虑的对流系数；为罐顶材料的吸收率。
为进入混凝土层的热量；是通过容器壁和罐体底部的热量；度；为罐顶和绝缘层之间的温度；
和分别为混凝土层和绝热层的热传导率。
储罐罐顶的表面温度：
为管道的长度；为环境温度；
为绝缘材料的传导率。
为
对于计算通过装卸泵进入的热量，传热过程的计算
为通过泵传递给为每的蒸发率和温度的改变不会影响
蒸发率增大时，从
（a）整体结构 （b）动力部分结构
图1 皮带式抽油机整体及动力部分结构示意图
三相异步电机经减速器后，将动力输出至下链轮从而驱动链轮及传动链的转动，由于皮带式抽油机传动链条始终保持同一方向转动，为了实现井下抽油杆及其配套工具的往复运动，采用了曲拐与滑车架相结合的机械式换向结构，图2所示为机械换向结构示意图。
曲拐头部与传动链相连接，相当于传动链条的一个特殊链节，始终与传动链条保持运动且保持相对静止，曲拐圆轴部
的成本的比较提供了基础。
lng低温输送管路的绝热保冷
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
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 。
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
LNG 低温管道保冷结构及保冷施工技术分析
LNG 低温管道保冷结构及保冷施工技术分析摘要：文章针对LNG低温管道技术进行研究分析，首先阐述保冷材料的结构类型与应用性能，其次指出LNG低温管道的保冷施工技术，最后提出相应的施工注意措施，旨在促进LNG低温管道的应用质量与效率，希望对相关研究人员提供参考与借鉴。
关键词：LNG低温管道；保冷技术；结构；性能前言：随着国家综合经济体系的不断完善，各行业对能源的应用需求都在不断提升，例如基本负荷型天然气（LNG）装置，作为天然液化气的接收端，需要保证天然液化气的运输环境与温度，因此对其外部构造与保冷效果具有较高的要求，同时保冷结构的科学性与可行性对LNG低温管道而言也是十分重要的，在调整优化保冷技术时，不仅要从保冷性能方面入手，还要从防潮环节入手，这样才能全面促进LNG低温管道的应用效率。
因此，文章重点对LNG低温管道的实际应用进行研究，通过对其保冷结构进行分析，并且提出保冷施工技术的优化措施，对LNG低温管道的高效应用具有重要作用。
一、LNG低温管道的保冷结构与性能特点LNG低温管道在应用过程中需要保证防火性能、导热系数、吸湿系数以及吸水系数等，同时还要对自身的线性收缩能力与机械强度作出保证，这样才能保证低温管道的持续作业温度。
此外，随着生态环保口号的提出，LNG低温管道还要符合相应的健康与环保要求。
当泡沫塑料及其制品处于25℃时，其管材的热导率应该低于0.044W/（m K），并且将吸水率控制在4%以下，这样才能有效防止外界温度环境对低温管道内部造成的温度侵蚀。
根据石油化工设备和管道隔热技术规范中的规定，保冷管道应选用闭孔型材料及其制品，不宜选用纤维材料或其制品，而且最好将保冷材料的含水率控制在1%左右。
管道在保冷时，确保冷结构表面温度高于环境的露点温度，防止凝霜结冰破坏保冷结构，有机硬质成型制品抗压强度不应小于0.15MPa，无机硬质成型制品的抗压强度不应小于0.30MPa。
二、LNG低温管道保冷施工技术的优化措施（一）直管与弯头段保冷施工优化措施针对LNG低温管道开展高质量的保冷施工，可以有效促进管道的保冷效率。
lng管道保冷材料及施工
38目前，我国的能源结构仍旧以煤炭为主，保护环境、控制温室气体排放的任务十分艰巨。
天然气作为一种优质、高效、方便的清洁能源和化工原料，具有巨大的应用潜力，其中市场化程度较高的液化天然气（LNG）作为传统气源的补充也开始备受关注。
一、LNG 管道保冷材料性能及选择常见的保冷绝热材料有聚氨酯泡沫（PU）、聚异氰脲酸脂泡沫 (PIR)、酚醛泡沫、聚乙烯泡沫、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩、丁晴橡胶和二烯烃泡沫等。
从导热系数看，硬质聚氨酯泡沫最小；从耐燃性看，有机材料中 PIR、酚醛泡沫、丁晴橡胶和二烯烃泡沫较好，无机材料中膨胀珍珠岩和泡沫玻璃最佳；从吸水率看，聚乙烯泡沫和泡沫玻璃较好，膨胀珍珠岩最大。
而LNG管道保冷材料选则基本原则如下：（一）保冷材料及其制品的性能，应符合下列要求:1.保冷性能良好，有明确的导热系数方程式或导热系数图标；2.阻燃型保冷材料及其制品的氧指数不应小于30；3.含水率不大于1%。
（二）保冷材料及制品的允许使用温度应低于设备和管道的最低设计温度。
（三）用于奥氏体不锈钢设备和管道上的保冷材料及其制品中的氯离子含量，应符合GB/T 17393中的有关规定。
（四）保冷材料及其制品不应含有石棉。
二、LHG管道绝热材料性能对比1.聚异氰脲酸酯（PIR）。
聚异氰脲酸酯（以下简称PIR）是一种新型的有机高分子绝热材料，是以异氰酸脂（Isocyanate）与聚醚（Ployol）为主原料，再加上触媒、防火剂及环保型发泡剂，经专门配方和严格工艺条件下充分混合"反应"发泡生成的泡沫聚合体!2.泡沫玻璃（FG）。
泡沫玻璃（以下简称FG）是一种性能优越的无机发泡材料!虽然其他新型隔热材料层出不穷，但是泡沫玻璃以其永久性"安全性"高可靠性在低热绝缘"防潮工程"吸声等领域占据着越来越重要的地位!它的生产是废弃固体材料再利用，是保护环境并获得丰厚经济利益的范例！3.纳米隔热材料（SA）。
一种LNG管路保温装置
一种LNG管路保温装置摘要:介绍青岛绿科汽车燃气开发有限公司针对LNG超低温介质卸车、调压、加液开发的一种管路保温装置。
阐述了其集约化、操控便捷、高可靠性等方面的特点,有着广阔的市场潜力。
关键词:真空箱体高真空超低温高可靠性天然气作为清洁能源受到青睐,随着国家对能源需求的不断增长,LNG对优化中国的能源结构,有效解决能源供应安全、生态环境保护的双重问题。
可以预见,在未来10～20年的时间内,LNG将成为中国天然气市场的主力军。
LNG低温输送管路设计中,其管道绝热保冷无疑是一个非常重要的问题。
真空绝热管(高真空)以其绝热性能好,被应用于空分设备的液化天然气、液氧、液氮的输送管路上,但出现了保冷周期短的普遍问题,使用2～3年需重新抽真空。
一种新型保温装置,即真空绝热阀箱结构,以下简称真空阀箱,充分利用真空保温绝热效果,设计更大的真空绝热腔,更少的焊接接口,理论上其真空绝热周期达到10年以上。
该产品通过了液氮试验检测,并已申请了国家发明专利,国家专利局已正式受理,申请号:201210237808.2。
2012年青岛绿科推出LNG保温管路装置,该产品以其集约化的设计、便捷的操控、更佳的绝热效果、安全可靠的性能,逐渐得到了用户的认可,截止2013年底投入市场50多台,客户反映效果良好,达到了预期功能效益。
1 产品特点1.1 结构形式提供一种空间小、焊口少、保温效率高、热损失少、阀门操作便利的管路保温装置。
其基本思路是:将撬装上的工艺真空绝热管路化零为整,打破现行真空绝热管路分支走向设计、阀门分散布局。
将内管路连接完毕后,将所有管线均置于箱体中,对管路整体进行真空绝热处理。
真空阀箱,内层全部采用SUS304不锈钢抛光管,箱体外板采用5 mm厚SUS304钢板。
抽真空技术保证其具有极高真空度,真空度达到5×10-3(实际抽至5×10-4)的高真空,可最大限度的减少冷源的损失。
在真空度为1.33×10-4Pa时,气体分子数密度只有3.24×1016/m3[1],远低于标态(0℃,101325 Pa)下的分数数密度2.687×1025/ m3。
研究液化天然气输送管道低温绝热施工要点
研究液化天然气输送管道低温绝热施工要点绪论随着我国对能源需求的日益增加，LNG（液化天然气）作为一种新型、对环境友好的能源在国内逐步得到广泛应用，由于液化天然气储存温度为-162℃，在储存和运输的过程中，为了减少冷损，提高运转的经济性，其对保冷的要求也相当严格，本文主要针对管道的保冷施工做简要阐述。
一、保冷材料选用1.LNG接收站主要包括码头卸料设施、LNG储罐、工艺管网、装车设施、工艺处理设施、计量外输设施，其中站场码头卸料设施及LNG储罐一般使用硬质保冷材料，其余设施由于结构复杂，为了施工方便，增强输送过程中隔热效果宜采用柔性保冷材料。
2.硬质保冷材料使用的主材为PIR和泡沫玻璃，辅材包括FOSTER95-50、FOSTER81-84、耐磨剂、黑色玛蹄脂、PAP铝箔、压敏胶带、不锈钢捆扎带钢扣、玻璃纤维棉、丁基橡胶、镀铝钢板、汽阻层所用FOSTER90-66及网格布、金属密封胶、阀门法兰发泡用PUR发泡材料。
3.柔性保冷材料施工使用主材为丁腈橡胶（LT黑色）和二烯烃弹性体发泡材料（LTD蓝色），辅材包括阿乐斯专用胶水520胶水、MASTIC密封剂、耐磨铝箔、铝箔自粘胶带、黑色LT自粘胶带、不锈钢钢带钢扣、镀铝钢板、FOSTER95-44金属密封胶、汽阻层用FOSTER90-66及网格布。
二、采用硬质保冷材料施工技术要点1.绝热施工前管道预处理安装绝热材料之前，所有管道和管件应焊接完成并经过水压和气压试验。
需要绝热的管道表面应不含油污、松动的氧化皮、灰尘及其它杂质，管道表面应防潮，在安装绝热材料之前应充分晾干。
2.管道保冷施工2.1保冷施工前查对设计提供单线图，确认保冷厚度。
2.2使用两层或三层预成型硬质PIR或FG泡沫作为绝热材料，异层应压缝，压缝宽度宜为200mm。
2.3第一层为PIR材料弧板贴紧并包覆于管道表面，使用钢扎带扎紧，与保冷管托接触的PIR，需用FOSER95-50密封胶密封。
LNG低温管道保冷结构分析及保冷施工技术
Hale Waihona Puke 王永兴 等2清华大学核能与新能源技术研究院，北京 3清华大学天津高端装备研究院先进能源装备技术研究所，天津
收稿日期：2016年9月7日；录用日期：2016年9月27日；发布日期：2016年9月30日
摘要
针对LNG管道保冷结构不合理，保冷效果差，冷损失量高、施工复杂难度大、安装时间长等难点，研究 LNG管道保冷材料种类和性能特点，采用有限元法分析保冷结构和厚度的温度场分布规律，验证保冷结 构的合理性，依照文中保冷施工工艺要求进行施工，为LNG管道保冷施工提供参考依据。
Received: Sep. 7th, 2016; accepted: Sep. 27th, 2016; published: Sep. 30th, 2016
Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
1大庆油田工程建设有限公司安装公司，黑龙江 大庆
文章引用: 王永兴, 盛选禹, 王胜利, 舒均满, 徐雅晨. LNG 低温管道保冷结构分析及保冷施工技术[J]. 机械工程与技 术, 2016, 5(3): 287-292. /10.12677/met.2016.53034
泡沫塑料及其制品 25℃时热导率应不大于 0.044 W/(m∙K)，密度应不大于 60 kg/m3，吸水率不大于 4%，并应具有阻燃性能，氧指数不应小于 30%，硬质成型制品的抗压强度应不小于 0.15 MPa。
泡沫橡塑制品 0℃时的热导率应不大于 0.036 W/(m∙K)，密度应不大于 95 kg/m3，真空吸水率不大于 10%。
关于LNG低温管道保冷厚度的计算分析
保冷层厚度，热平衡法以限定冷量损失为前提。在 ＬＮＧ管道长
距离的输送过程中，外界热量的传入会使管道内的液态介质升
新计算直至满足要求。
经济厚 度 法 的 计 算 公 式：Ｄ１· ｌｎＤＤ１０ ＝ ３．７９５×１０－３·
Ｐｅλ·ｔ·│Ｔ０ －Ｔａ│
槡 Ｐｔ·ｓ
式中：Ｐｅ———能量价格，元 ／１０６ｋＪ； Ｐｔ———保冷结构单元价格，元 ／ｍ３； Ｓ———绝热工程投资年推销率，％。
２．３ 热平衡法
工艺上规定了冷量损失的管道保冷，应采用热平衡法计算
２ 管道保冷厚度的计算方法
保冷层厚度计算的准确与否直接影响管道的保冷效果，根 据《工业设备及管道绝热工程设计规范》（ＧＢ５０２６４－２０１３），保 冷厚度的计算方法主要有表面温度法、经济厚度法、热平衡法。 在进行保冷厚度 的 计 算 时，可 针 对 不 同 的 保 冷 用 途 和 条 件，选
择适合的计算方法［２］。
随着经济的持续增长，国家对高效清洁能源需求的不断扩 大，液化天然气（ＬＮＧ）在优化能源结构，有效解决生态环保、保 证国民用气安全，实现经济可持续发展等方面都有着非常重要 的作用［１］。ＬＮＧ是将气态天然气冷冻成液态的一种清洁能源， 在充分燃烧后会生成水和二氧化碳等无害物质，而且体积只有 气态的六百分之 一，ＬＮＧ经 加 温 气 化 后，可 以 迅 速 补 充 燃 气 管 网，弥补冬季用气高峰时的不足。在 ＬＮＧ工程的管道设计工作 之中，管道保冷厚 度 的 计 算 是 非 常 重 要 的 一 环，如 果 保 冷 设 计 做的不合理，一方面过厚的保冷层设计必然造成投资成本的增 加，另一方面若保冷层厚度不够则会导致 ＬＮＧ冷量外散，引起 液态气化，在管路 中 产 生 气 阻 影 响 低 温 介 质 的 输 送，严 重 的 还 会导致产能下降。同时，若保冷材料的质量不合格或选择不适 当，会导致低温管线结露结冰，保冷层破裂和产生水包等，从而 影响正常生产。
LNG船舶管道保冷绝热施工新工艺简述
LNG船舶管道保冷绝热施工新工艺简述发布时间：2022-04-25T04:32:51.386Z 来源：《工程建设标准化》2022年1月1期作者：陈小毛[导读] 由于LNG船舶在-163℃储存输送天然气的超低温性，对LNG管道保冷绝热施工提出了想当高的要求。
为陈小毛舟山惠生海洋工程有限公司，浙江舟山 316200）摘要：由于LNG船舶在-163℃储存输送天然气的超低温性，对LNG管道保冷绝热施工提出了想当高的要求。
为了规范施工流程，减少绝热材料的浪费，提高施工效率和质量，本文创新提出LNG管道保冷绝热的施工工艺，为同类型的工程项目的保冷施工提供参考。
关键词：LNG船；低温运输；保冷绝热；管道施工0 引言天然气作为一种清洁高效的能源，已日益受到人们的关注。
1959年，世界第一艘LNG船舶“甲烷先锋号”改装建成并成功运送液化天然气，揭开了LNG海上运输的篇章。
LNG船舶作为国际公认的高技术、高难度、高附加值的“三高”产品，被誉为造船业“皇冠上的明珠”，逐渐被各国视为开展海运贸易不可或缺的新型节能船舶。
LNG船可在-163℃把天然气“压”成液态，体积缩小到六百分之一，更方便运输。
研究保冷绝热施工新工艺，对于促进国内LNG建设具有一定的意义。
有效提高LNG船保冷效率和质量，减少绝热材料的浪费，从而保障LNG系统运行的安全性和经济性。
1、低温保冷类型低温保冷的绝热方法通常有堆积绝热和真空绝热两大类。
堆积绝热是一种传统绝热方法，即在管道的外表面敷设一定厚度的多孔型绝热材料，因孔泡中充满常压空气（或其它气体）而实现绝热。
真空绝热包括高真空绝热、真空多孔绝热及真空多层绝热三类，其原理是将绝热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。
在绝热效率方面，堆积绝热不及真空绝热，但其结构简单，造价较低，运行维护方便，因此，目前国内外LNG船管道保冷多采用堆积绝热。
2、低温保冷材料及性能低温保冷材料类型。
目前LNG船中采用的保冷材料主要有两种：日本、韩国等主要采用硬质聚氨酯泡沫（PUR），欧美国家多采用PIR。
lng项目中lng管道保冷方式选择的探讨
LNG项目中LNG管道保冷方式选择的探讨LNG项目中LNG管道保冷方式选择的探讨摘要：从分析现在国内较常用的泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构与真空绝热管保冷在绝热性能，结构尺寸，制造成本及维护方面的不同，来探讨在LNG项目中的管道设计保冷方式的选择。
关键词：液化天然气管道设计真空绝热保冷材料天然气是清洁、高效、环保、方便的能源，逐渐被广泛应用在工业、农业、民用住宅燃烧用气等多个领域，对于提升经济发展和提高环境质量中起着日趋重要的作用。
天然气经预处理，即脱除重质烃、硫化物、二氧化碳和水分等杂质后，在常压下被冷却到-162℃ 即液化成液化天然气LNG。
因此在LNG项目的管道设计中低温保冷是一个重要问题。
国内现在较常用的保冷方式有泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷方式和真空绝热管道保冷，两者在诸多方面有着不同的表现。
本文将在分析这些不同后，探讨在LNG项目中LNG管道保冷方式的选择。
一、绝热性能的比较泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构中，泡沫玻璃的导热系数为0.052W/(m.K)，聚氨酯泡沫塑料的导热系数为0.0275W/(m.K)[1]，而两者组合使用的导热系数不会小于聚氨酯泡沫塑料的导热系数。
国内最新发明得新型绝热材料深冷用改性聚氨酯泡沫塑料( PUH、PUB)，其导热系数可以达到0.0121W/(m.K)左右[2]。
一般来说，对于非真空的保冷方式，导热系数一般不会小于0.01W/(m.K)。
真空绝热是一种非常高效的绝热方法。
真空绝热采用抽真空的方法将存留在绝热空间的气体清除掉,这样使得气体导致的各种传热途径被消除，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。
以从而使得真空绝热的绝热效果远优于其他传统的绝热材料。
真空绝热的传热系数一般都小于10-2 W/(m.K)而最小可以达到10-5 W/(m.K)[3]。
二、结构尺寸泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构，内层采用泡沫玻璃，利用其耐低温性、外层采用聚氨酯，利用其导热系数低和成本低的特点，可以节约投资。
LNG输送管道保冷解决方案
LNG输送管道保冷解决方案LNG输送管道保冷材料应用现状基于LNG超低温（-163℃）存储的特点，对LNG管道保冷材料的选取就成为行业必须面临的问题。
保冷效果的好坏不仅关系到整个管路的输送效率，而且对装置的安全生产也有至关重要的影响。
因而，合适的保冷材料不仅能够降低能耗、减少冷量损失和BOG损耗，而且为符合环保要求、为企业安全生产和创造更好的效益提供了保障。
我国当前绝大多数的LNG输送管道保冷工程都不是很理想，其主要缺陷及成因如下：缺陷一：保冷结构不合理，保冷厚度不规范成因：保冷工程采用的某些主材耐寒度不够，低温稳定差；传统材料低温导热系数计算谬误较多，导致保冷厚度计算产生错误。
缺陷二：保冷效果差且易衰减，冷损量高，增加维护成本及系统运行风险成因：传统材料导热系数较高，超低温下机械强度较低、易碎，造成保冷层损坏。
缺陷三：保冷后直径大，管廊体积大，管线排布困难成因：传统材料导热系数较高导致。
缺陷四：需设置伸缩缝，增加施工难度及保冷结构失效风险成因：传统材料在低温时膨胀率或收缩率与钢管差异较大，需专门设置伸缩缝。
缺陷五：施工复杂，难度大，安装时间较长成因：传统保冷工程施工工序较多，工艺又较复杂，较难掌握。
纳诺气凝胶绝热毡用于LNG输送管道保冷的优势主要优势：1. 超低的导热系数，气凝胶是目前世界上导热系数最低的固体，-200℃导热系数≤0.01 W/(m•K)。
2. 最佳的低温稳定性，-200℃仍可长期保持保冷性能及良好柔性，不开裂。
3. 尺寸稳定性极佳，纳米级特殊结构可抵抗管道伸缩带来的内应力，无需设置伸缩缝。
4. 柔软轻便，安装简易，抗压、抗拉、抗震，可缓冲震动，抵御野蛮施工。
与传统保冷材料具体对比见下表：纳诺气凝胶绝热毡保温方案与经济效益以管道外径108mm的LNG输送管道（直管段）为例，对纳诺气凝胶与传统保温材料的使用厚度、保冷效果、经济效益进行分析如下：绝热方案采用气凝胶隔热毡作为绝热材料，外层用一层铝箔降低热辐射，绝热层外用彩钢板进行防护。
LNG技术 第四章 LNG低温绝热技术
2021/8/7
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3）珠光砂 珠光砂也称膨胀珍珠岩。珍珠岩是一种火山喷 出流的出酸地性表玻时璃，质由熔于岩急，剧其冷主却要，成水分分为来S不iO及2和完A全lO逸2出。，当因岩而浆 岩石中便含有一定量的结晶水。将岩石粉碎成细粒后，迅
速加热至700~1000C，结晶水急速汽化，岩石体积可增 大4~20倍，便得到色白质轻的珠光砂，其尺寸大部分在 0.3~0.6mm之间。珠光砂的密度和导热系数都很小，故是 一种良好的绝热材料。珠光砂不燃烧、不霉烂、无毒无味、 不会腐蚀；它的流动性好，可用风压输送；此外，还具有 隔音和防辐射线的性能，加之来源较广，故应用较多。珠 光砂主要用于空分装置及气体液化装置中，其缺点是吸水 率较高，且有下沉现象。珠光砂还具有吸附气体的能力， 当它吸附有可燃气体时，在检修施工前应予置换，以确保
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减少热桥导热的措施 选用导热系数小和强度高，即具有较大[] 比值的材料
制 作 热 桥 （ [] 为 材 料 的 许 用 应 力 ， 为 材 料 在
20~300K下的平均导热系数）。
非金属材料的[] 比值较大，但在低温下脆性也较 大，不能承受较大的冲击和振动。因此，多用于实验 室规模的装置或小容量容器。对于大型装置，或大容 量容器，则多用金属，一般用导热系数较小而强度较 高的合金材料。在可能范围内，增加管道长度，减小 管壁厚度。
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4.1.1 绝热方法的分类
低温绝热分为普通绝热和真空绝热
普通（堆积）绝热
普通绝热是一种使用较早的传统的绝热方法，它是在 设备、容器，管道的外侧敷设固体的多孔性绝热材料，而 在绝热材料的空隙中充满着大气压力下的空气（或其它气 体）。这种绝热方法的绝热性能较差，但其结构简单、造 价低廉，故在绝热要求不高的情况下普遍使用。现在，天 然气液化装置、空气分离装置及大容量的液氧、液氮及液 化天然气储槽多采用这种绝热方法。
LNG管线保冷技术研究
89.26
92.11 96.74 99.93 105.50 111.12 115.85
29.061
29.030 29.094 29.130 29.160 29.219 29.277
36.6345
36.6345 36.6345 36.6345 36.6345 36.6345 36.6345
31.230
36.6345 36.6345 36.6345 36.6345 36.6345 36.6345 36.6345 36.6345
30.593 30.590 30.588 30.593 30.577 30.572 30.562 30.553
LNG管道保冷层厚度计算
表面冷损失算法厚度计算结果
管道公称直径 （mm） 管道外径 （mm） 露点温度 （℃） 保冷层外径 （mm） 保温层厚度 （mm） 计算冷损失 （W/m2） 控制冷损失 （W/m2） 外表面温度（℃）
LNG管道保冷层厚度计算
保冷厚度计算方法
低温管道保冷层的计算方法主要有外表面温度算法，表面冷损失 算法，保冷层经济厚度算法等 上述3 种绝热保冷层厚度的计算方法各有利弊，由于当地最热月平 均相对湿度73%，容易在管道外表面结露，为了防止结露发生，所以 本次保冷层厚度的计算方法采用外表面温度厚度计算，并采用最大冷 量损失法进行校核。 保冷计算参照标准：GB/T 50264-97 《工业设备及管道绝热工程设 计规范》。保冷层厚度的计算方法采用表面温度发计算，同时采用表面 冷量损失算法，两种算法相互进行校核。查取相关手册得知德州夏季空 气调节室外计算干球温度34.8℃；露点温度29.5℃；。保冷材料PIR导 热系数：λ=λ0+0.00009t W/(m•℃)，25℃时λ0=0.0275W/(m•℃)，空气 换热系数：8.141W/(m℃)。
LNG管线保冷技术研究
由多种材料组合而成，如泡沫玻璃、泡沫混凝土等，这些材料综合了多种材料的优点， 具有较高的抗压强度、较低的热导率和良好的防潮性能。
保冷材料的性能要求
低热导率
保冷材料应具有较低的热导率，以减少热量 传递，降低冷量损失。
防潮性能
保冷材料应具有良好的防潮性能，以避免吸 湿后影响其保温效果和使用寿命。
LNG管线保冷技术的挑战与机遇
挑战
LNG管线保冷技术面临着一些挑战 ，如极端气候条件下的保冷效果、高 成本和材料选择等。
机遇
随着LNG市场的不断扩大和能源结构 的调整，LNG管线保冷技术将迎来更 多的发展机遇，为能源输送提供更加 可靠和高效的技术支持。
LNG管线保冷技术的未来研究方向
新材料研发
研究新型的保冷材料，提高保冷效果和耐久性，以满足LNG管线长 期稳定运行的需求。
管线压力升高，保证管线ห้องสมุดไป่ตู้全稳定运行。
提高能源利用效率
02
LNG作为清洁能源，通过保冷技术降低其蒸发损失，提高能源
利用效率，减少能源浪费。
降低环境污染
03
LNG管线保冷技术能够减少因LNG泄漏而导致的环境污染问题，
保护生态环境。
LNG管线保冷的原理
01
02
03
低温保冷
通过使用低温材料和绝热 材料，将LNG管线的温度 维持在较低水平，降低 LNG的蒸发率。
真空绝热
通过抽真空的方式排除管 内空气，减少热传导和热 对流，从而达到保冷效果。
复合保冷
将低温保冷和真空绝热技 术相结合，进一步提高保 冷效果。
LNG管线保冷技术的发展历程
初期阶段
主要采用单一的低温保冷 技术，使用低温材料如聚 氨酯泡沫等对管线进行保 冷。
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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
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 。
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 ,
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
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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 。
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 。
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 。
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 。
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 2005Fra bibliotek·19 ·
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 。
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
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 , 从而降低了真空封结时真空度 的要求 。
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 。
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 。
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
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 。
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 。
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 。