新疆油田注汽管線保溫現(xiàn)狀分析研究

孫彥峰（中國石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院）

新疆油田注汽管線保溫現(xiàn)狀分析研究

孫彥峰（中國石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院）

新疆油田公司注汽管線多使用復(fù)合硅酸鹽瓦保溫材料，由于建設(shè)跨度時間長，運(yùn)行環(huán)境相對惡劣，保溫管線多數(shù)存局部嚴(yán)重破損，散熱損失較大。為了對比研究不同材料、工藝、使用年限的注汽管線的保溫現(xiàn)狀及保溫效果，選取了具有代表性的注汽管線，利用熱成像技術(shù)和表面溫度法分別對注汽管線的保溫效果進(jìn)行定性和定量的分析研究。經(jīng)對比分析，與雙層硅酸鹽瓦相比，納米氣凝膠和復(fù)合硅酸鹽涂料散熱損失較小，節(jié)能率為37%左右。建議新建保溫管線以節(jié)能運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益為評價指標(biāo)優(yōu)選高效節(jié)能的保溫結(jié)構(gòu)。

注汽管線；保溫；紅外熱成像；測試

引言

近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)需求的增大，保溫材料種類和性能不斷發(fā)展和進(jìn)步，保溫技術(shù)及生產(chǎn)能力顯著提高。目前使用保溫材料主要包括以下幾種[1-2]。

1）泡沫型保溫材料包括兩大類：聚合物發(fā)泡型和泡沫石棉。聚合物發(fā)泡型保溫材料具有吸濕率小、導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫效果穩(wěn)定、易于施工等特點(diǎn)；泡沫石棉保溫材料具有密度小、保溫性能好和施工方便等特點(diǎn)。兩者缺點(diǎn)：聚合物發(fā)泡型易燃；泡沫石棉易受潮，易在水中溶解。

2）復(fù)合硅酸鹽保溫材料，具有可塑性強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫、施工方便等特點(diǎn)。缺點(diǎn)為易碎、受施工質(zhì)量影響較大。

3）硅酸鈣絕熱制品保溫材料，其特點(diǎn)是密度小，耐熱度高，導(dǎo)熱系數(shù)小，抗壓強(qiáng)度較高，收縮率小。缺點(diǎn)為后期原材料采用紙漿纖維，降低了耐高溫性和增加了破碎率。

4）纖維質(zhì)保溫材料，其優(yōu)點(diǎn)是防火性能和保溫性能佳，缺點(diǎn)是生產(chǎn)投資大。

國外大部分采用玻璃纖維制品、礦棉制品、發(fā)泡式合成橡膠制品、聚乙烯制品及硅酸鈣，所用材料基本同國內(nèi)相差不大。

新疆油田現(xiàn)有注汽管線約800 km，保溫材料多使用復(fù)合硅酸鹽保溫材料，由于建設(shè)跨度時間長，運(yùn)行環(huán)境相對惡劣，復(fù)合硅酸鹽保溫管線多數(shù)存在局部破損嚴(yán)重，散熱損失較大的問題。

針對新疆油田不同材料、工藝、使用年限的注汽管線保溫現(xiàn)狀，選取了具有代表性的注汽管線，利用熱成像技術(shù)和表面溫度法分別對注汽管線的保溫效果及其散熱損失構(gòu)成和特點(diǎn)進(jìn)行定性和定量的分析研究。這為新疆油田注汽管線保溫工程驗(yàn)收、制定節(jié)能改造方案、評價不同保溫工藝的保溫效果提供評價依據(jù)。

1 測試方案及方法

1.1 測試方案

為了掌握新疆油田整體注汽管線保溫現(xiàn)狀，對現(xiàn)場運(yùn)行保溫管線使用的保溫材料種類、使用年限及地點(diǎn)等信息進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計，依據(jù)保溫材料、工藝和投產(chǎn)時間選取了17條保溫管線作為研究對象。保溫材料分別為雙層硅酸鹽瓦、納米氣凝膠和雙層硅酸鹽棉復(fù)合結(jié)構(gòu)（下簡稱“納米氣凝膠”）及復(fù)合硅酸鹽涂料，投產(chǎn)年份為2009—2014年（表1）。

表1 測試對象匯總

1.2 測試方法

1）測試管段抽樣。在每段注汽管線上，以支墩作為個體進(jìn)行編號，以鍋爐房外第一個支墩為起點(diǎn)，選取1/3和2/3管線處支墩為基點(diǎn)，在每個支墩的前端選取10 m均質(zhì)保溫的直管段，就近選取一個彎頭。用紅外熱像儀對選取的管段進(jìn)行熱成像，以了解注汽管線保溫結(jié)構(gòu)性能，識別異常溫度場，以確定具有代表性區(qū)域[3]。

2）測點(diǎn)布置。在每隔10 m的直管段均勻布置4個測試截面，在每個截面的圓周上布置4個測點(diǎn)；異常溫度場按等溫線布置測點(diǎn)，測試高溫區(qū)溫度分布情況；在每個彎頭處布置3個測試截面，截面測點(diǎn)選?。▓D1）。

圖1 截面測點(diǎn)選取

3）測試所用儀器儀表。注汽管線保溫測試項(xiàng)目包括表面溫度、風(fēng)速、定性尺寸、熱像圖。測試所用的儀器儀表及其準(zhǔn)確度（分度值）如表2所示。

表2 測試用儀器儀表

2 紅外熱成像定性分析

采用紅外熱像儀對17條保溫管線進(jìn)行診斷性分析，定性分析復(fù)合硅酸鹽瓦、納米氣凝膠及復(fù)合硅酸鹽涂料保溫管線的直管段和彎頭部位的保溫情況，查找局部異常高溫區(qū)，作為保溫效果測試和評價的輔證信息，提高保溫現(xiàn)狀分析結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

1）復(fù)合硅酸鹽瓦測試結(jié)果分析。測試的6條復(fù)合硅酸鹽瓦保溫的注汽管線，其直管段采用雙層復(fù)合硅酸鹽瓦保溫，彎頭采用復(fù)合硅酸鹽氈，以編號1-1、1-2測試管線為例加以分析（圖2）。

圖2 編號1-1、1-2測試管線的直管段和彎頭熱像圖

由圖2可知，雙層硅酸鹽瓦材料在直管段接縫處存在漏熱點(diǎn)。其中，1-1測試管線直管段局部保溫材料出現(xiàn)破損，保溫瓦接縫溫度偏高，造成局部高溫達(dá)125.6℃，10 m直管段出現(xiàn)14個漏熱點(diǎn)。1-2測試管線彎頭處存在較大面積漏熱區(qū)域，部分彎頭和直管連接處溫度偏高，熱漏損失較大，達(dá)110.5℃。

2）納米氣凝膠測試結(jié)果分析。測試的5條納米氣凝膠保溫的注汽管線，其整體保溫結(jié)構(gòu)為雙層納米氣凝膠外層包裹硅酸鹽氈，以編號2-1、2-2測試管線為例加以分析（圖3）。

圖3 編號2-1、2-2測試管線的直管段和彎頭熱像圖

由圖3可知，納米氣凝膠材料在直管段未出現(xiàn)漏熱點(diǎn)，彎頭處漏熱點(diǎn)較少，保溫材料隨著使用年限的增長，保溫效果有不同程度的衰減。

3）復(fù)合硅酸鹽涂料測試結(jié)果分析。測試的6條復(fù)合硅酸鹽涂料保溫的注汽管線，其整體保溫結(jié)構(gòu)為復(fù)合硅酸鹽涂料，以編號2-1、2-2測試管線為例加以分析（圖4）。

圖4 編號3-1、3-2測試管線的直管段和彎頭熱像圖

由圖4可知，復(fù)合硅酸鹽涂料材料在直管段和彎頭處未出現(xiàn)漏熱點(diǎn)，保溫材料隨著使用年限的增長，保溫效果有不同程度的衰減。

3 測試結(jié)果對比

對選取的17條保溫管線進(jìn)行了測試和分析[4]（表3）。

表3 測試結(jié)果匯總

依據(jù)表3繪制了不同保溫材料隨年份的變化曲線（圖5）。

圖5 不同保溫材料散熱損失隨年份的變化曲線

由圖5可知，由于保溫性能的差異，導(dǎo)致使用不同保溫材料的管線保溫層厚度各不相同。其中，納米氣凝膠管線保溫厚度最小，其保溫效果相對最好。

對于相同保溫厚度的管線，雙層硅酸鹽瓦散熱損失情況未隨年份呈現(xiàn)規(guī)律性變化，2012年起新投產(chǎn)的保溫管線散熱損失較大，原因在于這3條被測管線接縫處漏熱嚴(yán)重，導(dǎo)致散熱損失較大。

納米氣凝膠和復(fù)合硅酸鹽涂料在相同保溫厚度的情況下，整體保溫效果相對較好，隨著使用年限增加，散熱損失略有增長，增幅在10%左右，兩者散熱損失均小于雙層硅酸鹽瓦散熱損失。

從對比分析可以看出，保溫材料、結(jié)構(gòu)和厚度是注汽管線保溫效果的主要影響因素，節(jié)能效果差異較大。使用年限對保溫效果存在影響，不同保溫材料和結(jié)構(gòu)的使用年限對保溫效果的影響具有一定的規(guī)律性，隨著使用年限增加，保溫效果有不同程度的衰減。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

以2009年為例，按照管徑114 mm、管長1 km保溫管線運(yùn)行365 d為計算基準(zhǔn)，按蒸汽120元/t計算，保溫層厚度滿足相同保溫性能的前提下，與雙層硅酸鹽瓦相比，納米氣凝膠或復(fù)合硅酸鹽涂料散熱損失較小，節(jié)能率為37%左右。

根據(jù)表4繪制了不同保溫管線造價與總經(jīng)濟(jì)損失隨時間變化的關(guān)系曲線（圖6）。

表4 不同保溫管線造價與總經(jīng)濟(jì)損失

圖6 不同保溫管線造價與總經(jīng)濟(jì)損失隨時間變化的關(guān)系曲線

由圖6可知，不同保溫管線造價與總經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系如下：

◇造價大小依次為復(fù)合硅酸鹽涂料、納米氣凝膠、雙層硅酸鹽瓦；

◇總經(jīng)濟(jì)損失大小依次為雙層硅酸鹽瓦、納米氣凝膠、復(fù)合硅酸鹽涂料，其中納米氣凝膠總經(jīng)濟(jì)損失略大于復(fù)合硅酸鹽涂料。

整體上看，雙層硅酸鹽瓦造價最大，最大造價差值為14.6萬元。運(yùn)行6年后，雙層硅酸鹽瓦運(yùn)行總經(jīng)濟(jì)損失比其余兩者多損失約47萬元。三種保溫材料的運(yùn)行和維護(hù)成本差異較大，保溫材料、結(jié)構(gòu)和厚度決定了注汽管線長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

1）影響注汽管線保溫效果的主要因素是保溫材料、結(jié)構(gòu)和厚度及其使用年限，再是他們的節(jié)能效果以及運(yùn)行和維護(hù)成本的差異也較大。

2）保溫材料、結(jié)構(gòu)和厚度決定了注汽管線長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；不同保溫材料和結(jié)構(gòu)的使用年限對保溫效果的影響具有一定的規(guī)律性。

3）利用熱像儀對注汽管線的保溫效果進(jìn)行定性分析，散熱損失測點(diǎn)選取和布置可以滿足注汽管線保溫質(zhì)量的要求，測試結(jié)果的準(zhǔn)確度和測試效率均明顯提高。

4）以節(jié)能運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益為評價指標(biāo)，通過比對、篩選可以優(yōu)選出高效節(jié)能的保溫結(jié)構(gòu)，其具有保溫效果比較好，散熱損失低，受使用年限影響較小等特點(diǎn)。

[1]張戰(zhàn)鋒．管道保溫的發(fā)展[J]．能源與環(huán)境，2006（4）:73-75.

[2]唐燕青．保溫管道預(yù)制成型工藝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J]．石油工程建設(shè)，2004，30（6）:10-12.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場測定熱流計法和表面溫度法：GB/T 17357—2008[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008:2-3.

[4]趙啟成，李盼，王景昌．保溫管道年平均散熱損失的計算分析[J].油氣田地面工程，2007，26（1）：23-25.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.003

2016-06-12

（編輯 王艷）

孫彥峰，2016年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）（石油工程專業(yè)），從事節(jié)能技術(shù)研究和節(jié)能設(shè)備監(jiān)測，E-mail：shunyanfeng@petrochina.com.cn，地址：新疆克拉瑪依市準(zhǔn)噶爾路29號實(shí)驗(yàn)檢測研究院2號實(shí)驗(yàn)樓228室，834000。