LNG加氣站保冷材料的選用與施工

王煒友，朱永東，尚林明

(山東勝利股份有限公司，山東 濟(jì)南 250100)

液化天然氣(簡稱LNG)具有－160℃左右的超低溫特性，在其從儲(chǔ)罐經(jīng)管道到加氣機(jī)輸送時(shí)，會(huì)吸收環(huán)境熱量加速LNG汽化，不僅浪費(fèi)能源，而且會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)壓力升高，增加系統(tǒng)運(yùn)行的不安全因素。因此需要提高LNG管道的保冷效果，以節(jié)省能源和消除不安全因素。

1 保冷材料的選用

本部分包括保冷材料的選擇與保冷層厚度的計(jì)算兩方面，既滿足GB 50264－1997《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]對(duì)保冷材料選材的規(guī)定，又從經(jīng)濟(jì)方面考慮選取合適的保冷層厚度，以降低加氣站的建設(shè)成本。

1.1 保冷材料的選擇

規(guī)范GB 50264—1997對(duì)LNG管道保冷材料的要求如下:

①導(dǎo)熱系數(shù)低，不大于0.064 W/(m·K);

②抗壓性、抗曲性高，冷縮率低，使用溫度范圍廣;

③閉孔率高，不吸水;

④阻燃性能好，氧指數(shù)大于28%。

由于聚異氰脲酸脂泡沫(簡稱PIR)材料自身特性滿足上述要求，且在深冷工程運(yùn)用中保冷效果表現(xiàn)優(yōu)異，如福建LNG、廣東LNG、江蘇港華LNG接收站、上海華林氣體等，使其在深冷保冷領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相比于聚苯乙烯(EPS)、硬質(zhì)聚氨酯(PUR)、橡塑(NBR)等其它保冷材料，尤其是 PIR高達(dá)98%的閉孔率和在－200～160℃良好的穩(wěn)定性，使其成為LNG管道最佳的保冷材料。PIR與聚苯乙烯(EPS)、硬質(zhì)聚氨酯(PUR)、橡塑(NBR)四種保冷材料部分性能參數(shù)比較見表1。

表1 保冷材料部分性能參數(shù)比較Table1 Comparison of performance parameters of cold preservation material

1.2 保冷材料厚度計(jì)算

參考GB 50264－1997《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)LNG管道保冷的要求，規(guī)定LNG管道熱損失量不大于12.5W/m2，以確保管道的保冷效果。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面考慮，保冷層厚度按照“控制最大冷損失量方法”進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下:

式中:D0—管道外徑，m;

D1—保溫層外徑，m;

Ta—環(huán)境溫度，℃;

T0—管道外表面溫度，℃;

Q—熱流密度，12.5 W/m2;

λ—保冷層材料在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃);

αs—絕熱層外表面向周圍環(huán)境的放熱系統(tǒng)。

以三級(jí)LNG加氣站常用管道為例計(jì)算，D57保冷層厚度為138.4 mm，D45保冷層厚度為138.3 mm，D32保冷層厚度為137.9 mm。根據(jù)PIR材料實(shí)際生產(chǎn)情況，保冷層厚度均應(yīng)取150 mm。

2 保冷材料的施工工藝

高質(zhì)量的保冷施工是提高LNG保冷效果的重要環(huán)節(jié)，因此在保冷施工過程中必須監(jiān)管到位，要求安裝隊(duì)伍提供符合規(guī)范的保冷施工方案，并嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工。

2.1 保冷材料施工

保冷材料塊與塊接縫用JN－1型粘結(jié)劑均勻涂抹，粘結(jié)劑的涂抹厚度為2.5～3 mm。并應(yīng)涂滿、擠緊和粘貼牢固，確保粘接表面膠水涂抹平整、均勻。粘結(jié)劑應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)粘結(jié)劑應(yīng)符合使用溫度的要求，并應(yīng)和保冷層材料相匹配，不對(duì)金屬壁產(chǎn)生腐蝕。

(2)粘結(jié)劑應(yīng)固化時(shí)間短、粘結(jié)力強(qiáng)。在使用前，應(yīng)進(jìn)行實(shí)地試粘試驗(yàn)。

(3)施工中粘結(jié)劑取用后，應(yīng)及時(shí)密封。

對(duì)保冷層厚度不低于80 mm的應(yīng)采取分層保冷[2]，同層錯(cuò)縫，上下層壓縫，其錯(cuò)縫的距離不應(yīng)小于150 mm。分層保冷結(jié)構(gòu)如圖1所示。

保冷材料粘貼時(shí)，擠出縫外的粘貼劑應(yīng)及時(shí)刮去，縫口用密封劑或不干膠帶密封。接縫必須擠緊、刮平、嚴(yán)密。

分層保冷時(shí)，應(yīng)逐層粘貼，并應(yīng)對(duì)各層表面進(jìn)行刮平和接縫處理。

圖1 分層保冷結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Stratified cooling structure schematic diagram

彎頭部位保冷時(shí)，應(yīng)先將直管段保冷完成后再進(jìn)行彎頭處保冷，彎頭兩端的直管段保冷層應(yīng)盡量敷設(shè)至彎頭處，以彎頭兩端直管段保冷層外層為支點(diǎn)用鋁皮做成蝦米腰連接，直管段與鋁皮縫隙處用瑪蹄脂、密封劑填滿，用鉆在鋁皮最高點(diǎn)開一直徑30 mm注料孔，注入PIR現(xiàn)場發(fā)泡料，注料結(jié)束后立刻將注料孔密封。

現(xiàn)場發(fā)泡做法:發(fā)泡料中黑料與白料質(zhì)量比為1.5∶1.0，料溫在15℃以上。若現(xiàn)場環(huán)境溫度達(dá)不到要求，將黑料加溫至30℃以上，與室溫下的白料混合，必須在10 s內(nèi)充分?jǐn)嚢瑁?5 s內(nèi)注入彎頭孔內(nèi)。

閥門保冷時(shí)，管道保冷層應(yīng)盡量敷設(shè)至閥門兩邊的焊縫處，閥門兩端的管道保冷外層再安裝50 mm的PIR保冷層，以閥門兩端直管段保冷外層為支點(diǎn)將閥門包起來，閥門上需涂抹黃油。在閥門保冷外層最上端開直徑30 mm的注料孔，注入PIR現(xiàn)場發(fā)泡料。

2.2 防潮層施工要點(diǎn)

(1)保冷層外面用阻燃黑色瑪蹄脂涂抹二遍，每遍厚度為2 mm，中間隔放一層中堿玻璃纖維布，第一遍瑪蹄脂涂抹后，即安裝玻璃布，待稍干后進(jìn)行第二遍瑪蹄脂涂抹。管道上的防潮層應(yīng)連續(xù)施工，不得有斷開、斷層現(xiàn)象，防潮層在封口處應(yīng)形成封閉。

(2)玻璃布搭接寬度不應(yīng)小于50 mm，搭接處必須粘貼密實(shí)。

(3)垂直管道防潮層玻璃布的環(huán)向接縫，均應(yīng)上搭下。水平管道的環(huán)向接縫應(yīng)兩側(cè)搭接，且縫口朝下。

(4)防潮層應(yīng)粘貼密實(shí)，無張口、開裂、厚度均勻，干固后要達(dá)到不小于5 mm。

2.3 鋁合金防護(hù)層施工要點(diǎn)

(1)直管段鋁合金保護(hù)層的下料要比防潮層的外圓長30～50 mm，環(huán)向和縱向搭接應(yīng)壓出凸筋，環(huán)向搭接不小于50 mm?？v縫用自攻螺釘連接。

(2)保護(hù)層應(yīng)緊貼防潮層，彎頭部位要做成蝦米腰連接。

(3)水平管道環(huán)向接縫應(yīng)沿管道坡向搭向低處?？v向接縫布置在水平中心線下方15～45°處，縫口朝下。當(dāng)側(cè)面或底部有障礙物時(shí)，縱向接縫可移至水平中心線上方60°以內(nèi)。

(4)金屬保護(hù)層接縫部位，以及管道支架穿出金屬護(hù)殼的部位，必須按規(guī)定填密封劑或在接縫處包纏密封帶。

3 結(jié)語

管道的保冷效果關(guān)系到LNG加氣站運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此必須選擇合適的保冷材料[3]，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量來提高管道的保冷效果，為加氣站的穩(wěn)定運(yùn)行提供最大保障。按照有關(guān)規(guī)定，把非生產(chǎn)性能源損失降到最低程度，這是LNG管道保冷的意義所在。

[1]中華人民共和國化學(xué)工業(yè)部.GB 50264—1997工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社，1997:9-27.

[2]中國建筑材料工業(yè)局標(biāo)準(zhǔn)化研究所.GB 11790—1996設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996:8-28.

[3]南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院.GB/T 17393—1998覆蓋奧氏體不銹鋼用絕熱材料規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998:1-3.