一種LNG管路保溫裝置

呂方江　陳起

摘 要：介紹青島綠科汽車燃?xì)忾_發(fā)有限公司針對LNG超低溫介質(zhì)卸車、調(diào)壓、加液開發(fā)的一種管路保溫裝置。闡述了其集約化、操控便捷、高可靠性等方面的特點(diǎn)，有著廣闊的市場潛力。

關(guān)鍵詞：真空箱體 高真空 超低溫 高可靠性

中圖分類號：TE626 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0070-01

天然氣作為清潔能源受到青睞，隨著國家對能源需求的不斷增長，LNG對優(yōu)化中國的能源結(jié)構(gòu)，有效解決能源供應(yīng)安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重問題。可以預(yù)見，在未來10～20年的時(shí)間內(nèi)，LNG將成為中國天然氣市場的主力軍。

LNG低溫輸送管路設(shè)計(jì)中，其管道絕熱保冷無疑是一個(gè)非常重要的問題。真空絕熱管（高真空）以其絕熱性能好，被應(yīng)用于空分設(shè)備的液化天然氣、液氧、液氮的輸送管路上，但出現(xiàn)了保冷周期短的普遍問題，使用2～3年需重新抽真空。一種新型保溫裝置，即真空絕熱閥箱結(jié)構(gòu)，以下簡稱真空閥箱，充分利用真空保溫絕熱效果，設(shè)計(jì)更大的真空絕熱腔，更少的焊接接口，理論上其真空絕熱周期達(dá)到10年以上。該產(chǎn)品通過了液氮試驗(yàn)檢測，并已申請了國家發(fā)明專利，國家專利局已正式受理，申請?zhí)枺?01210237808.2。

2012年青島綠科推出LNG保溫管路裝置，該產(chǎn)品以其集約化的設(shè)計(jì)、便捷的操控、更佳的絕熱效果、安全可靠的性能，逐漸得到了用戶的認(rèn)可，截止2013年底投入市場50多臺，客戶反映效果良好，達(dá)到了預(yù)期功能效益。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)形式

提供一種空間小、焊口少、保溫效率高、熱損失少、閥門操作便利的管路保溫裝置。其基本思路是：將撬裝上的工藝真空絕熱管路化零為整，打破現(xiàn)行真空絕熱管路分支走向設(shè)計(jì)、閥門分散布局。將內(nèi)管路連接完畢后，將所有管線均置于箱體中，對管路整體進(jìn)行真空絕熱處理。

真空閥箱，內(nèi)層全部采用SUS304不銹鋼拋光管，箱體外板采用5 mm厚SUS304鋼板。抽真空技術(shù)保證其具有極高真空度，真空度達(dá)到5×10-3（實(shí)際抽至5×10-4）的高真空，可最大限度的減少冷源的損失。在真空度為1.33×10-4Pa時(shí)，氣體分子數(shù)密度只有3.24×1016/m3[1]，遠(yuǎn)低于標(biāo)態(tài)（0℃，101325 Pa）下的分?jǐn)?shù)數(shù)密度2.687×1025/ m3。由于內(nèi)外管之間的夾層采用了高真空，外箱壁與內(nèi)管管壁之間的殘余氣體分子對流熱量低，對內(nèi)管低溫液體的傳熱影響微乎其微。另外，由于輻射是通過發(fā)光來傳遞熱量的，它的傳熱特性是曲線變化的，受溫度梯度的影響。我們所選用的反輻射材料，傳熱系數(shù)小，自身放氣量小，同時(shí)對微氣體有吸附作用。它由間隔層、鋁箔、隔離層組成，因此我們俗稱“多層多屏絕熱層”。間隔層為高滲碳復(fù)合紙。該材料的傳熱系數(shù)很小，且其自身放氣量小，對微量氣體有吸附作用；隔離層是一種放氣量很小的網(wǎng)狀物，它將內(nèi)管、低溫區(qū)、中溫區(qū)、高溫區(qū)隔離開，使其熱輻射對管內(nèi)低溫液體的影響減少到最低。

考慮真空閥箱與泵池接口的保溫絕熱，法蘭采用真空法蘭結(jié)構(gòu)，保證管路保溫裝置整體的絕熱效果。極佳絕熱效果，避免出現(xiàn)汽化超壓，設(shè)備更安全。當(dāng)然必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，管路保溫裝置的閥門之間設(shè)置安全排放裝置?？紤]低溫輸送管道的收縮性，內(nèi)部管路設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)補(bǔ)償器，保證輸送介質(zhì)的安全性，并保證其使用壽命。

1.2 操控便捷

常規(guī)LNG加注站設(shè)備管路工藝管路縱橫交錯(cuò)布局，各個(gè)支路上配置控制閥門，設(shè)備運(yùn)營時(shí)，操作者要到各個(gè)支路位置對閥門進(jìn)行操作，穿梭、跨越管路時(shí)，也會發(fā)生踩踏管路的情況出現(xiàn)。這樣很不安全。新型管路保溫裝置工藝控制閥門都集中置于箱體上方，高度位置適合人手操，非常方便。一體式的結(jié)構(gòu)布局避免踩踏情況的出現(xiàn)?？紤]工藝安全運(yùn)營的需要，設(shè)置自動控制的緊急切斷閥門，通過PLC遠(yuǎn)程控制開關(guān)量信號，自動啟停閥門，實(shí)現(xiàn)卸載、加液。同時(shí)相關(guān)閥門也具備可手動操作的功能，在緊急情況下也可手動關(guān)閉閥門。

1.3 高可靠性

傳統(tǒng)低溫保溫管道經(jīng)歷了聚氨酯、聚乙烯、改性聚氨酯等保溫材料，在-163℃下，某些導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料能降至0.0121W/（m·k）[2]。真空絕熱管道沒有空氣對流，絕熱效果大幅提高。設(shè)置多層多屏絕熱層，能有效阻擋輻射熱的穿透，冷損量低于0.1 W/m。傳統(tǒng)保溫材料絕熱管道為保證保冷效果，低于20 W/m，保溫層厚度達(dá)到100 mm以上，其占用空間較大，外部結(jié)構(gòu)也不美觀。實(shí)踐應(yīng)用中，保溫材料絕熱管道經(jīng)過3～5年的使用，因?yàn)閮?nèi)管收縮等原因，外層保溫開裂，出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)霜、結(jié)冰的嚴(yán)重狀況。

在真空保溫層中，氣體的導(dǎo)熱換熱與分子與分子平均自由程與外高溫避免與內(nèi)低溫壁面的尺寸有關(guān)[3，4]。常規(guī)真空絕熱管道以內(nèi)管DN50為例，外管管徑為Φ114 mm，中間真空隔層距離滿足設(shè)計(jì)要求，但有著較多的焊接接口，焊接接頭的氣密性等影響著其真空保有周期。而真空閥箱將內(nèi)部管路集約設(shè)計(jì)，置于箱體內(nèi)，外箱體鈑金加工，僅留中間銜接縫焊接。該結(jié)構(gòu)內(nèi)部能夠提供更大的絕熱腔空間，而整體占用空間小。真空閥箱焊接完成后要做氦質(zhì)譜檢漏，以檢查不銹鋼氬弧焊的氣密性，要求漏率小于2×10-10Pa·L/s，足以保證10年內(nèi)該真空腔內(nèi)真空度不會降到所要求真空度以下。

2 結(jié)語

在國家大力提倡節(jié)能減排的大背景下，降低能源的消耗已成現(xiàn)在急需解決的問題之一，在石油工業(yè)建設(shè)中人們對設(shè)備與管道保溫越來越重視，保溫工作做的好，不但可以防止生產(chǎn)過程中設(shè)備和管道向周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量，降低了能源的消耗，還能增加工程的整體感官質(zhì)量。管道保溫的質(zhì)量好壞直接影響著設(shè)備、管道內(nèi)介質(zhì)的穩(wěn)定運(yùn)行。熱閥箱結(jié)構(gòu)是真空管結(jié)構(gòu)的一種全新的嘗試，取得了比較理想的效果，但繼續(xù)探索發(fā)展的步伐不會停止。

參考文獻(xiàn)

[1] 李得天.真空計(jì)量新技術(shù)[Z].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2] 鐘培輝.深冷用改性聚氨酯泡沫塑料保冷技術(shù)[J].低溫與特氣，2001（5）：32-34.

[3] 徐成海.真空低溫技術(shù)與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[4] 達(dá)道安.真空設(shè)計(jì)手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1995.endprint