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    基于LNG管線深冷絕熱技術(shù)的研究

    2016-05-30 21:22:07曹暉
    西江文藝 2016年10期
    關(guān)鍵詞:絕熱層深冷管線

    曹暉

    【摘要】:LNG深冷絕熱技術(shù)是LNG項(xiàng)目工程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)LNG深冷絕熱技術(shù)特點(diǎn)的分析和研究,設(shè)計(jì)出LNG深冷絕熱層典型結(jié)構(gòu)優(yōu)化選取保冷層厚度計(jì)算方式,優(yōu)選保冷材料,優(yōu)化施工流程,提出施工技術(shù)要求,LNG管線深冷絕熱工程首要要求要保證保冷工藝效果和管道運(yùn)行的安全性。

    【關(guān)鍵詞】:LNG管線 ;深冷絕熱 ;

    天然氣是從氣田中開(kāi)采出來(lái)的自然可燃?xì)怏w,其主要成分為甲烷,LNG (液化天然氣)則是氣態(tài)天然氣在常壓下通過(guò)冷卻至一162℃所凝結(jié)成的液體。天然氣液化后,其體積為液化前的1/625,可以大大節(jié)約儲(chǔ)運(yùn)空間和成本,而且具有熱量大、性能高等特點(diǎn)。作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的環(huán)保型能源,LNG產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界各國(guó)關(guān)注的經(jīng)濟(jì)熱點(diǎn)。LNG產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)十分復(fù)雜及耗資巨大的系統(tǒng),它包氣田建設(shè)、天然氣管網(wǎng)建設(shè)、天然氣液化、水陸運(yùn)輸、LNG接收終端建設(shè)與發(fā)電等環(huán)節(jié)。LNG管線深冷絕熱技術(shù)是LNG利用環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵技術(shù)之一 ,L NG深冷保冷實(shí)施質(zhì)量的好壞直接影響著整個(gè)LNG利用產(chǎn)業(yè)的成敗,本文對(duì)LNG管線深冷絕熱結(jié)構(gòu),保冷層厚度計(jì)算,材料選型,施工技術(shù),施工流程進(jìn)行研究,確定了LNG管線深冷絕熱的典型結(jié)構(gòu),優(yōu)化選取保冷層厚度計(jì)算方式 ,經(jīng)過(guò)論證優(yōu)選保冷材料,優(yōu)化施工流程,提出施工技術(shù)要求。

    深冷絕熱結(jié)構(gòu)原理

    深冷絕熱的最終目的是減少周?chē)h(huán)境的熱量傳入LNG低溫管道內(nèi)部,控制LNG冷量損失,確保絕熱層外表面溫度高于環(huán)境的露點(diǎn)溫度,保證外表面不凝露。同時(shí),節(jié)約能源,保證LNG管道正常運(yùn)行。熱量傳遞包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種方式,對(duì)于LNG低溫管道的絕熱結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),主要存在的是熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流,因此如何解決傳熱問(wèn)題,是絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。由于LNG管道在運(yùn)行過(guò)程中溫度交變范圍非常大,超低溫和常溫交變?nèi)菀自斐蒐NG管道絕熱結(jié)構(gòu)的破壞,因此要對(duì)絕熱保冷材料和鋪層方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    典型結(jié)構(gòu)

    江蘇科泰絕熱新材料有限公司始終致力于為廣泛的工業(yè)客戶提供創(chuàng)新和技術(shù)先進(jìn)的CRYOTECH? 卓越深冷保冷系統(tǒng)專業(yè)解決方案,向天然氣、LNG、石油化工的生產(chǎn)儲(chǔ)運(yùn)裝置系統(tǒng)、建筑物絕熱及暖通系統(tǒng)、設(shè)備及管道防火系統(tǒng)、生物工程發(fā)酵裝置系統(tǒng)等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的大量客戶持續(xù)提供著周到的服務(wù)和產(chǎn)品。作為中國(guó)領(lǐng)先的專業(yè)保冷服務(wù)商,我們堅(jiān)定地陪伴著客戶,共同堅(jiān)持努力,協(xié)助客戶同時(shí)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)上的成功、社會(huì)責(zé)任和環(huán)境保護(hù)責(zé)任。

    江蘇科泰絕熱新材料有限公司為客戶提供的專業(yè)深冷保冷系統(tǒng)有以下三種:

    1.CRYOTECH? 深冷管道及設(shè)備用全PIR高效保冷系統(tǒng);

    系統(tǒng)圖如下:

    2.CRYOTECH? 深冷管道及設(shè)備用PIR+CG阻火復(fù)合保冷系統(tǒng);

    系統(tǒng)圖如下:

    3.CRYOTECH? Foamglass泡沫玻璃隔熱保溫系統(tǒng);

    系統(tǒng)圖如下:

    LNG管道絕熱保冷結(jié)構(gòu)應(yīng)由防銹層、保冷層、防潮層、保護(hù)層、防腐蝕及識(shí)別層等五層組成(按從里到外排列)。防銹層用冷底子油或能符合工作溫度要求的防銹漆涂刷。保冷層是決定保冷結(jié)構(gòu)保冷性能的關(guān)鍵組成,保冷層對(duì)維護(hù)介質(zhì)溫度穩(wěn)定起主要作用,防潮層是保冷結(jié)構(gòu)用于防水、防潮維護(hù)保冷層保冷效果的關(guān)鍵部分。保護(hù)層包覆在保冷層的外面,起保護(hù)和防止大氣、風(fēng)、雨雪致使保冷層破壞的作用,延長(zhǎng)保冷層的使用壽命,并使保冷結(jié)構(gòu)外形美觀。防腐蝕及識(shí)別層處于保冷絕熱結(jié)構(gòu)的最外層,主要作用是防止外部腐蝕,涂刷粘貼管線標(biāo)識(shí)信息。同時(shí),深冷絕熱層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用多層結(jié)構(gòu)形式,因?yàn)閱螌咏^熱層結(jié)構(gòu)的局部缺陷容易造成冷量損失而影響整體保冷效果。在每一層結(jié)構(gòu)中采用了拼接形式,目的是防止在低溫條件下因局部結(jié)構(gòu)破壞而造成整體結(jié)構(gòu)的破壞。為了減小拼縫空隙產(chǎn)生熱對(duì)流現(xiàn)象,拼接采用契口(如下圖1)拼接方法。同一層的拼縫應(yīng)錯(cuò)縫,相鄰結(jié)構(gòu)層應(yīng)壓縫。由于LNG管道和絕熱材料之間的線膨脹和收縮率是不同的,在絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),局部采用伸縮接頭結(jié)構(gòu)以解決不同材料的收縮問(wèn)題。

    深冷絕熱層厚度計(jì)算研究

    在液化天然氣輸送管路的設(shè)計(jì)中,管道的深冷絕熱計(jì)算是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。一方面,過(guò)厚的絕熱保冷層必然造成投資的增加。另一方面,絕熱保冷層厚度設(shè)計(jì)不合適將會(huì)導(dǎo)致外部熱量傳至低溫液體,引起低溫液體的氣化,從而在輸送管路中形成氣阻,阻礙液化天然氣

    的正常輸送。由于深冷的目的和限制條件不同,計(jì)算時(shí)采用的方法也不同。通常采用以下幾種方法:限定外表面溫度(防止表面凝露);限定金屬壁溫度t;限定散熱熱流損失(控制最大允許冷損失量);限定內(nèi)部介質(zhì)溫升A t;限定內(nèi)部介質(zhì)的凍結(jié)或凝固溫度。

    在實(shí)際工程運(yùn)用中發(fā)現(xiàn),用限定外表面溫度的方法來(lái)計(jì)算LNG低溫管道保冷層厚度往往不理想,主要存在的問(wèn)題是:采用表面溫度法計(jì)算時(shí),是以控制表面凝露為前提的。

    保冷材料選擇原則

    由于LNG管道運(yùn)行溫度為-165℃,LNG管道深冷絕熱材料必須具有如下特性:

    1)在超低溫和常溫交變時(shí)尺寸穩(wěn)定性要好

    2)具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)即具有良好的絕熱性能

    3)吸水吸濕性小、水蒸汽透濕系數(shù)低、低溫線膨脹系數(shù)小、阻燃性能好低

    4)在超低溫和常溫下達(dá)到一定的強(qiáng)度要求。

    常見(jiàn)保冷材料比較

    常見(jiàn)的低溫管道保冷材料有泡沫玻璃(Cryotech?foamglass )、聚苯乙烯泡沫,、聚氟乙烯泡沫,、酚醛泡沫、深冷型聚異氰脲酸酯(C ryotech?. PIR ),聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料(PUR)。對(duì)聚苯乙烯泡沫塑料,聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料,硬質(zhì)聚氯乙烯泡沫塑料,脲醛泡沫塑料,泡沫玻璃這幾種常見(jiàn)保冷材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析,認(rèn)為在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工程的特點(diǎn)和要求,從保冷對(duì)象的要求出發(fā)取得經(jīng)濟(jì)合理的選材方案。

    PIR作為一種改性聚氨酯泡沫材料,是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種深冷用絕熱材料,其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)比較低,該材料適用于-200~+120℃交變溫度范圍的氣體液化設(shè)備、液化氣船及低溫液體輸送管道。 PIR (Cryotech?Foamglass泡沫玻璃為不燃材料,具有高效的阻火性能,為項(xiàng)目安全提供了有利保障。

    管線深冷絕熱施工流程

    LNG管線深冷絕熱施工采用車(chē)間預(yù)保冷預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)安裝的方式,車(chē)間進(jìn)行LNG管線深冷絕熱施工的優(yōu)勢(shì)是施工條件可控,使車(chē)間的環(huán)境溫度,清潔度等條件能夠滿足施工的需要,通過(guò)管道設(shè)計(jì)的優(yōu)化,使LNG管線深冷絕熱工作盡可能地在車(chē)間內(nèi)完成,管段完成預(yù)保冷施工后,通過(guò)運(yùn)輸裝置運(yùn)輸至管道安裝地完成管道的安裝,在運(yùn)輸過(guò)程中要做好管道的保護(hù)工作,防止保冷結(jié)構(gòu)的損傷和破壞。

    深冷絕熱施工技術(shù)要求

    1保證在低溫條件下 保冷材料的絕熱特性和機(jī)械性能。

    2由于保冷材料和LNG低溫管道的收縮程度不同,所以要注意研究控制措施,按施工技術(shù)施工 。

    3要保證防潮層的有效性,環(huán)境條件要達(dá)到技術(shù)要求。

    4保冷材料鋪于管道表面后,其接縫處填塞接著劑。

    5保證施工場(chǎng)所的清潔,安全,保冷材料要有專門(mén)的裝置進(jìn)行存放。

    6、結(jié)論

    由于LNG管道的低溫特性和極高的安全要求,LNG管道深冷絕熱工程完全不同于傳統(tǒng) 的管線保冷,LNG管線深冷絕熱工程首要要求要保證保冷工藝效果和管道運(yùn)行的安全性,本文從深冷絕熱結(jié)構(gòu),保冷層厚度計(jì)算方式,選材上要科學(xué)周密,在施工技術(shù)方面要嚴(yán)格規(guī)范,層層把關(guān),才能從根本上保證LNG管道深冷絕熱工程的質(zhì)量,最大限度地降低管道冷量損失,提高LNG管道運(yùn)行的質(zhì)量和安全性。

    參考文獻(xiàn):

    [1]孫豐海.保冷選材和施工淺析[J】.化工設(shè)備與管道。

    [2]陸衛(wèi)強(qiáng),陳崗.LNG深冷絕熱技術(shù)應(yīng)用研究[J].

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