乙烯球罐保冷工程设计技术浅析

2.2 平壁防结露厚度
由于乙烯球罐的直径一般都在10m以上，保冷 层的厚度如果小于100mm，采用式（1）的计算结 果与平壁的厚度计算结果大致相同，可直接采用
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除锈与涂漆间隔时间一般不应超过12h，厚度不小 于80μm。
3.2 保冷层
保冷层施工可采用粘贴法或喷涂法进行。
表1 序号 1 2 3 4 5 6 名称 泡沫玻璃 聚氨酯泡沫塑料 酚醛泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫 玻璃棉 复合硅酸盐
1 保冷材料
目前，工程中常用的绝热材料有泡沫玻璃、 聚氨酯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、聚苯乙烯泡 沫、玻璃棉及复合硅酸盐等多种材料。需要进行 筛选，以得到适合乙烯球罐保冷的绝热材料。
1.1 保冷材料性能
常温导热系数 0.041 0.027 0.033 0.041 0.042 0.04
1.2 保冷材料分析 1.2.1 保冷材料的最低使用温度与介质存储温度 之间需留至少 10 ℃的余量，乙烯球罐的最低介 质存储温度为-45℃，从表1可知，复合硅酸盐的 使用温度为-50～800℃，其最低使用温度与最低 介质存储温度之差只有5℃，该材料不适用于乙 烯球罐保冷。 1.2.2 保冷材料的导热系数会随着保冷材料的吸 水而迅速升高，因而绝热材料的吸水率成为衡 量保冷材料的重要指标，从表1可看出，吸水率 最低的聚氨酯泡沫塑料，其次是泡沫玻璃，再
选择保冷材料，要从材料的综合性能及经济 性考虑。隔热材料的性能包括导热系数、吸水率 及使用温度。几种常用材料的性能如表1所示。
密度kg/m3 140～180 30～60 30～150 30～60 30～120 40～80
常用绝热材料的性能 吸水率%（体积） ≤5 ≤4 ≤10 ≤6 ≤24 ≤15 使用温度 ℃ -200～150 -100～110 -180～150 -80～80 -120～400 -50～800
3.2.1 粘贴法
采用粘贴法的乙烯球罐保冷结构如图1所示。
1-球体；2-赤道定位带；3-上温带定位带； 4-下温带定位带；5-纵向定位带 图2 球罐保冷定位带示意图
保冷材料的粘接剂应涂满制品的结合面，厚 度保持2.5～3mm。接缝处应挤紧，缝外被挤出的 粘结剂应立即刮去。保冷层相邻分带的保冷制品 应错缝粘贴。 球罐的两极使用浮动环，用 ¢ 10mm 的碳钢 预制。浮动环应放在两极中央，以避免碰到管口 和其它金属。在球罐的赤道附近设置固定环，用 ¢ 10mm 的碳钢预制。保冷层应用尺寸为 19mm × 0.5mm的不锈钢带捆扎，捆扎带的一端固定在浮动 环上，另一端固定在赤道处的固定环上，呈辐射 状捆扎，由赤道带分别对称向两极拉紧。在赤道 带处捆扎间距应不大于300mm，如图3所示。捆扎 后保冷层表面应平整。
1-上极活动支撑环；2-球体；3-赤道带固定支撑环； 4-下极活动支撑环；5-捆扎带 图3 球罐保冷支撑环及捆扎带示意图
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3.2.2 喷涂法
喷涂法施工环境温度和待喷涂物体表面温度 应达到15℃以上，环境湿度应小于85%，风力应在 3级以下。待喷球罐表面应无水珠，无粉尘，无油 污和潮气，如不能达到要求，不得施工。如保冷 层施工过程中断且环境温度低于 15 ℃时，必须进 行保温维护并采取措施防潮，以防止泡沫收缩开 裂。 喷涂法施工前应按正式喷涂工艺及条件进行 试喷，以便将机械动力参数、配合料比例、喷射 速度和喷涂距离调整到最佳状态。 正式喷涂时，应在球罐表面先喷 0.5mm 的底 层，之后按每层厚度20mm多次进行喷涂，使聚氨 酯泡沫形成多层发泡，最终使其厚度达到所需保 冷层厚度。 试喷和正式喷涂施工中，应同时喷涂试块， 每当更换配比时须另作试块，以便测试对比，控制 施工质量。在喷涂中，如有发泡不良、脱落、发酥 发脆、发软、开裂、孔径过大等缺陷时，要查清原 因，再次试喷，直到合格，方可继续施工。
从 1.2.1 ， 1.2.2 及 1.2.3 的分析中可得出最适用 于乙烯球罐的保冷材料是泡沫玻璃和聚氨酯泡沫 塑料，从 1.2.4 可看出采用泡沫玻璃的保冷层厚度 比采用聚氨酯泡沫塑料的厚度要大得多，目前市 场上泡沫玻璃的价格是聚氨酯泡沫塑料的1.5倍左 右，因此，聚氨酯泡沫塑料是乙烯球罐保冷材料 中性价比最高的材料。
乙烯的储存形式以球形储罐为主。乙烯 球罐多为露天建设，其外壳在夏季阳光直射下 最高温度可达60℃，而乙烯本身的存储温度 为-45℃～-35℃。乙烯存储温度和环境温度之间的 较大温差使得乙烯球罐的保冷技术成为乙烯储存 的重要环节。 乙烯球罐保冷工程包括保冷层材料选择、保 冷厚度计算及保冷结构施工。本文对乙烯球罐系 统保冷工程的几个问题进行探讨。
其 中 ： D 1- 保 冷 结 构 外 径 ， m ； D 0- 球 罐 外 径，m；δ-保冷层厚度，m；λ-保冷材料导热系 数， W/ （ m· ℃）；聚氨酯泡沫塑料的常温导热 系数为0.027 W/（m·℃）；α-外表面换热系数， W/ （ m 2· ℃）；依据 GB/T 8175-2008 《设备及管 道绝热设计导则》取值为 8.14 W/ （ m 2· ℃）； t 1 保冷结构外表面温度，℃； t 0- 保冷结构内表面温 度，℃；ta-环境温度，℃
1-外保护层；2-防潮层马蹄脂；3-防潮层玻璃布；4-不锈 钢捆扎带；5-活动环；6-保冷层；7-固定环； 8-塑料销钉；9-防锈层 图1 乙烯球罐粘贴法保冷结构图
采用粘贴法进行保冷层施工时，应先在球 面上粘贴塑料销钉，其长度应小于保冷层厚度 10mm ，且最小不得小于 20mm 。塑料销钉用粘结 剂粘贴，粘贴时间12h以上，经检查合格后，方可 进行保冷层的粘贴。 保冷层施工前，用硬质闭孔型材料将聚氨酯 塑料预制成 600mm × 600mm 的适合球罐外表面 曲率的球面弧形保冷块。球面弧形保冷块应有最 小的现场接缝，并与球罐表面的轮廓曲线紧密配 合。减少在现场的保冷块剪切。 球罐保冷应先在赤道带粘贴一圈定位带，然 后向上向下按顺序粘贴；公称直径较大时也可以 在上、下温带各粘贴一圈定位带，还应在球罐上 粘贴一条纵向定位带，如图2所示。
3 保冷结构及施工
在乙烯球罐本体制造安装完毕，压力试验、 管道吹扫完成后方可进行球罐的保冷施工。 乙烯球罐保冷结构由内至外，按功能和层次 由防锈层、保冷层、防潮层、外保护层及识别层 组成。
2.1 球罐防结露厚度
计算式为
t t D1 1 0 D0 t a t1
3.1 防锈层
(1) 防锈层是乙烯球罐保冷结构的内层，将防锈 材料涂敷在乙烯球罐外表面，防止其因受潮而腐 蚀生锈。防锈层应在球罐外表面除锈工作完成后 进行。 球罐外表面可采用喷砂或采用手工和动力 工具进行除锈。除锈时应防止对容器表面造成损 伤，应清除可见的油脂和污垢；除锈后，应清 除浮灰和碎屑。除锈后的钢材表面，应至少达到 GB/8923-1988 《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈 等级》中St3级或Sa2.5级要求为合格。 除锈完成后方可涂敷防锈层，防锈层可采用 冷底子油或防锈底漆。涂敷防腐涂料前金属表面 应保持清洁干燥，对表面凹凸不平及划痕应采用 磨削方法去除并使之圆滑过渡，不允许打腻子。
0 a Q
t t
1
(3)
2 保冷厚度计算
保冷厚度的计算方法有经济厚度计算、防结 露厚度计算及允许冷损失厚度计算。经济厚度计 算采用投用后年冷损失费用与保冷投资年分摊费 用之和的最小值得到的厚度，采用该厚度确实是 最经济的，但是该厚度的计算需要投资方提供大 量的预算数据，而大部分的乙烯球罐业主都无法 提供这些数据。因而，工程上常用的方法是防结 露厚度计算，再根据情况决定是否进行允许冷损 失厚度计算。
以新疆地区 2000m 3 乙烯球罐为例。保冷结 构外表面温度 t 1 取露点温度 t d +2 ℃，新疆地区最 热月平均相对湿度约为 42% ，夏季室外大气压力 931.3hpa ，且环境温度为 26 ℃，从而查焓湿图得 到在以上条件下的露点温度td为17℃，则t1=19℃； 保冷结构内表面温度t0，即球罐的外表面温度，取 介质温度 t 0=-35 ℃；环境温度 t a取年最热月平均气 温26℃；则依据式（2）得出该乙烯球罐的防结露 保冷厚度为 22mm ，小于 100mm ，不必再采用式 （1）进行计算。
作者简介： 耿永丰（1979—），女，河南南阳人，硕士，工程
师。研究方向为化工设备。
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油系的溶剂所侵蚀，从而不适用于乙烯球罐的 保冷。 1.2.4 绝热材料的导热系数是选取保冷材料最重 要的性能指标，在相同冷损失的情况下，导热 系数越大则保冷层厚度越厚。从表1可看出导热 系数最低的是聚氨酯泡沫塑料，其次是酚醛泡 沫塑料，而泡沫玻璃、聚苯乙烯泡沫、玻璃棉 及复合硅酸盐的导热系数较高。 1.3 保冷材料选用
平壁的计算式进行计算。平壁防结露厚度计算式 为 t t 1 0 (2) t a t1
2.3 最大冷损失厚度
SH3010-2000《石油化工设备和管道隔热技术 规范》规定，当环境温度 t a和露点温度 t d之差大于 4.5时，最大允许冷损失量为[Q]=4.5α。由最大冷 损失量计算的保冷层厚度为
小长度75mm的搭接。贴好的玻璃布应无明显的皱 纹和气泡。环向接缝应从上搭下。待粘贴的玻璃 布干燥后，在布外表涂抹第二层马蹄脂，第二层 马蹄脂应形成3mm的湿式胶膜。 防潮层干燥后胶膜最小厚度应为 2 ～ 3mm 。 防潮层应自保冷层表面伸展到未保冷的钢结构 部分。附件上的防潮层应额外伸出未保冷表面 150mm。 玻璃布应完全被马蹄脂覆盖且防潮层不能有 任何裂纹、微孔、小污点或开孔连接点。安装金 属保护层前防潮层马蹄脂应根据厂商推荐要求自 行干燥。 所有接头及层次应密实连续，无漏设和机 械损伤。防潮层表面应平整、无气泡、翘口、脱 层、开裂斑点和针孔等缺陷，不合格的区域应进 行修补。防潮层表面平整度偏差不得大干 5mm 。 干燥后防潮层的总厚度不得小于3mm。
3.3 防潮层
在进行防潮层施工前，保冷层外表面应清 理干净，保持干燥，并应平整、均匀，不得有凸 角、凹坑等现象。施工不宜在雨雪天或夏日曝晒 中进行。 保冷层的所有外表面都应涂有马蹄脂防潮 层，中间采用中碱粗格平纹玻璃布强化加固。第 一层马蹄脂应采用合适的方法均匀涂于表层，胶 膜在湿状时大约厚度为1.5mm。加强玻璃布应平直 张紧，嵌入仍然成粘状的第一层马蹄脂并应有最
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耿永丰1，顾永干1，徐松林2，窦万波1
（1.合肥通用机械研究院， 安徽 合肥 230088） （2.中国科学技术大学， 安徽 合肥 230026）
[摘 要] 工业乙烯存储温度为-45℃～34℃，与环境温度60℃之间存在较大温差，因而低温保冷技术十分重要。本文对乙烯 球罐保冷工程设计技术进行了分析，包括保冷材料的选择、保冷厚度的计算、保冷结构的施工方法等，可为其它大型设备的 系统保冷工程设计提供参考。 [关键词] 乙烯球罐；保冷工程；设计；应用
3.4 保护层
保护层可采用铝合金板或镀锌钢板，保护层 接缝宜用咬合或钢带捆扎结构，不得使用钢制螺 钉或铆钉连接。保护层应具有整体防水功能。对 水易渗透进保冷层的部位，应用马蹄脂合缝。安 装金属保护层时不能破坏防潮层。如防潮层遭到 破坏必须进行修补。保护层不能有任何裂纹、穿 孔、斑点或开口接头。
◆参考文献 [1] 李鸿发. 设备及管道的保冷与保温[M].北京：化学工业出 版社，2002. 收稿日期：2012-09-11；修回日期：2012-10-24
次是聚苯乙烯泡沫，酚醛泡沫塑料、玻璃棉及 复合硅酸盐的吸水率较高。绝热材料在保冷场 合下极易吸水吸湿，因而，聚氨酯泡沫塑料、 泡沫玻璃及聚苯乙烯泡沫较适用于乙烯球罐的 保冷。 1.2.3 绝热材料的选用需考虑其与可能接触环境 的相容性。乙烯属于石油化工产品，用于乙烯 球罐上的保冷材料需同乙烯及整个罐区的介质 相容。表1中的绝热材料，聚苯乙烯泡沫可被石