一種新型管道外保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李潤(rùn)昌

（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司遼陽(yáng)石化分公司煉油廠，遼寧遼陽(yáng) 111000)

一種新型管道外保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李潤(rùn)昌

（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司遼陽(yáng)石化分公司煉油廠，遼寧遼陽(yáng) 111000)

目前，國(guó)內(nèi)石化行業(yè)上正在使用的管道外保溫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝工藝簡(jiǎn)陋，導(dǎo)致實(shí)際保溫效果達(dá)不到理論要求，密封性和氣密性也達(dá)不到管道保溫的工藝要求。為改進(jìn)石化行業(yè)現(xiàn)有管道外保溫結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，發(fā)明了一種新型組合式管道外保溫組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其組合式管道保溫組件在石油天然氣管道上可直接安裝，安裝完成后可以很好地達(dá)到保溫標(biāo)準(zhǔn)，管道內(nèi)的散熱損失遠(yuǎn)低于現(xiàn)行保溫技術(shù)，既節(jié)能環(huán)保，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又便于安裝，可以循環(huán)使用，具有工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)計(jì)在遼化煉油廠進(jìn)行的小試取得了非常好的效果，能夠?yàn)槭袠I(yè)的管道保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化起到很好的示范作用。

管道；外保溫；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 管道保溫工程現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)石化行業(yè)上正在使用的石油天然氣管道保溫結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，保溫效果達(dá)不到理論要求，同時(shí)由于安裝工藝過于簡(jiǎn)陋，密封性和氣密性達(dá)不到工藝要求?，F(xiàn)有保溫技術(shù)分為外部金屬保溫和內(nèi)部保溫材料兩部分：由于外部金屬保溫工藝過于粗糙、導(dǎo)致外部保溫結(jié)合處密封性不嚴(yán)，雨水和其他油品介質(zhì)很容易腐蝕內(nèi)部保溫材料和管道，因而導(dǎo)致內(nèi)部保溫材料損壞失去保溫作用（如圖1）所示；此外由于外部金屬保溫在安裝時(shí)需要用拉釘固定，這就導(dǎo)致了金屬外部保溫與內(nèi)部保溫材料之間存在受力不均出現(xiàn)空隙導(dǎo)致密封性不夠嚴(yán)密，產(chǎn)生過多的熱量損失，同時(shí)，在進(jìn)行外部金屬保溫拆除的時(shí)候，外部保溫全部不能再次利用，內(nèi)部保溫材料也同樣不能繼續(xù)使用，現(xiàn)有的外保溫技術(shù)不能循環(huán)使用，不僅浪費(fèi)資源，也污染環(huán)境。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)照片

2 保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 新型管道外保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

為改進(jìn)石化行業(yè)現(xiàn)有管道外保溫結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，本文發(fā)明了一種新型組合式管道外保溫組件的優(yōu)化設(shè)計(jì)（見圖2），并將該設(shè)計(jì)應(yīng)用于遼化煉油廠加氫裂化車間。該實(shí)施例在對(duì)石油管道系統(tǒng)進(jìn)行保溫時(shí)，管道閥門1和管道9進(jìn)行相連，形成完整的管道輸送系統(tǒng)，對(duì)管道閥門1保溫，根據(jù)閥門的尺寸，在工廠進(jìn)行先期加工，用機(jī)床和焊機(jī)加工出閥門金屬箱體11，閥門金屬箱體11是兩片式結(jié)構(gòu)，同時(shí)閥門箱體拉鎖2和定位鎖3固定在閥門金屬箱體外沿，同時(shí)把保溫材料10填充在閥門金屬箱體11內(nèi)，條形密封墊片7用金屬膠黏和在兩片閥門金屬箱體11對(duì)接處，兩片閥門金屬箱體11相互貼和在一起，固定在管道閥門1上，同時(shí)把閥門箱體拉鎖2鎖緊，閥門1的手輪露在金屬箱體11外，可以自由開啟和關(guān)閉。對(duì)管道9保溫，根據(jù)管道的尺寸，同樣在工廠進(jìn)行先期加工，用機(jī)床加工管道金屬瓦殼4，管道金屬瓦殼4是兩片式結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行分段處理，每段長(zhǎng)為1m，同時(shí)管道瓦殼橫向拉鎖5和管道瓦殼縱向拉鎖6固定在閥門金屬箱體外沿，同時(shí)把保溫材料10填充在管道金屬瓦殼4內(nèi)，條形密封墊片7和環(huán)形密封墊片8用金屬膠黏和在兩片管道金屬瓦殼4對(duì)接處，兩片管道金屬瓦殼4相互貼和在一起，固定在管道9上，同時(shí)把管道瓦殼縱向拉鎖6鎖緊，在兩段管道保溫瓦殼4相連時(shí)，兩段管道保溫瓦殼4在環(huán)形密封墊片8作用在緊密貼和在一起，同時(shí)把管道瓦殼橫向拉鎖5鎖緊，形成緊密的保溫系統(tǒng)，閥門金屬箱體11和管道保溫瓦殼4用定位鎖3進(jìn)行相連，該組合式管道保溫組件在系統(tǒng)安裝時(shí)應(yīng)由若干個(gè)金屬瓦殼4組成。這樣保證了整個(gè)組合式管道保溫組件的完整性和整體性，同時(shí)在條形密封墊片7和環(huán)形密封墊片8的作用下完成無縫對(duì)接，進(jìn)行密封。由于在安裝前已經(jīng)在閥門金屬箱體11和管道保溫瓦殼4內(nèi)充填完成保溫材料10，保溫材料10具有一定的彈性，使其緊緊地包裹住管道9和管道閥門1上，形成致密的保溫層，與空氣隔絕，使其形成一個(gè)完整的管道保溫系統(tǒng)。

圖2 新型保溫結(jié)構(gòu)示意圖

產(chǎn)品在生產(chǎn)的過程中，就已經(jīng)把保溫材料填充到外保溫盒中。無論是氣密性，還是保溫效果都可以達(dá)到甚至遠(yuǎn)低于金屬保溫的參數(shù)表的指標(biāo)。由于在保溫盒的對(duì)接處，以及對(duì)接邊緣增加了密封墊片，使得保溫效果更能達(dá)到要求。保證了密封的完整性和對(duì)內(nèi)保溫材料的完全保護(hù)。這樣大大降低了，介質(zhì)在輸送過程中的能量的損耗。這樣，新技術(shù)大大降低了介質(zhì)在輸送過程中的能量損耗，很好地起到保溫效果。

2.2 新型管道外保溫結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)（如圖3所示）

由于各部件都是由拉鎖連接，并且用彈性密封墊片進(jìn)行密封，故此各個(gè)部件密封性極佳，每個(gè)連接處的防水性能和防滲性能都能達(dá)到要求，不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)。并且拉鎖安裝現(xiàn)場(chǎng)只需要1人就可以實(shí)施拆裝或是安裝，這就使得現(xiàn)場(chǎng)安裝工序減少，并且可以進(jìn)行定點(diǎn)安裝或者拆卸，進(jìn)入化工現(xiàn)場(chǎng)的施工作業(yè)人員大幅減少，降低了潛在的人員危險(xiǎn)，發(fā)揮人體工效學(xué)的優(yōu)勢(shì)，也保證了作業(yè)的安全性。特別是在高危施工現(xiàn)場(chǎng)或是管線出現(xiàn)凍凝故障時(shí)采用新型管道外保溫更加安全高效。

圖3 新型組合式管道保溫組件實(shí)物圖

2.3 施工安全性

現(xiàn)有技術(shù)由于都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工，故此大大增加了風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。加之在高處作業(yè)時(shí)，需要多個(gè)安裝人員和大型施工機(jī)器輔助作業(yè)，這里潛在的危險(xiǎn)就不言而喻了。而新技術(shù)保溫系統(tǒng)部分都是在工廠加工完成，現(xiàn)場(chǎng)部分只是安裝，同時(shí)由于安裝簡(jiǎn)單，很少需要機(jī)械輔助，所以風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很低，大大降低了潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 獨(dú)特定制

由于安裝時(shí)操作簡(jiǎn)單，無需后期加工。現(xiàn)場(chǎng)安裝部分只需安裝人員完成保溫系統(tǒng)的對(duì)接和組裝工作，故此保證了保溫盒的完整性。所以，可以根據(jù)客戶和使用單位的需要，在保溫盒出廠前就可以完成對(duì)保溫盒外面的防腐處理，進(jìn)行粉刷保溫涂料，不必到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粉刷，這樣既能滿足客戶的需要，又消除了在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粉刷施工時(shí)的安全隱患。同樣也降低了客戶后期的投入成本。

3 結(jié)論

新型組合式管道保溫組件可以廣泛應(yīng)用于石油天然氣管道及其管道閥門。目前已獲得國(guó)家專利，專利號(hào)為：ZL 2012 2 0326717.1，并在煉油廠加氫裂化車間制氫裝置的一個(gè)自動(dòng)化閥門上運(yùn)行30個(gè)月（如圖4所示）。現(xiàn)有保溫技術(shù)與新型保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)在冬季的測(cè)試對(duì)比（圖5）所示：通過數(shù)據(jù)新型保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)可以給企業(yè)降低1/3的熱能損耗，進(jìn)而可以給企業(yè)降低1/3的由于加熱帶來的空氣排放指標(biāo)。為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該設(shè)計(jì)在遼化煉油廠進(jìn)行的小試取得了非常好的效果，能夠?yàn)槭袠I(yè)的管道保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化起到很好的示范作用。

圖4 新型保溫結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有保溫結(jié)構(gòu)冬季溫度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試照片

圖5 現(xiàn)有保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)與新型組合式保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)冬季外保溫測(cè)試對(duì)比圖表

3.1 新舊保溫結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)比

管道保溫?zé)崃繐p失計(jì)算公式（以DN100為例，保溫厚度為50mm的硅酸鹽棉氈）：

Q—熱量損失量（單位延長(zhǎng)米）

f—保溫材料系數(shù)（參見表1）

q—基準(zhǔn)情況下單位長(zhǎng)度管道的散熱量 W/m2

e—管材系數(shù)（金屬為1，非金屬為0.6～0.9）

h—環(huán)境系數(shù)（室外為1，室內(nèi)為0.9）

表2 常規(guī)管道內(nèi)保溫材料保溫系數(shù)

T0—管道內(nèi)介質(zhì)溫度W/m2

Tk—外保溫壁溫度℃

a—介質(zhì)與管壁的換熱系數(shù) W/（m2·℃）

R—保溫層的熱阻 W/（m2·℃）

ak—保溫層外側(cè)對(duì)環(huán)境的換熱系數(shù) w/（m2·℃）

由于保溫外壁與環(huán)境換熱熱阻受環(huán)境的變化與R保溫?zé)嶙柘啾刃〉亩?，故此忽略不?jì)，公式可簡(jiǎn)化為。

新型保溫結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)的過程中，就已經(jīng)把保溫材料填充到外保溫盒中。無論是氣密性，還是保溫效果都可以達(dá)到甚至遠(yuǎn)低于金屬保溫的參數(shù)表的指標(biāo)。由于在保溫盒的對(duì)接處，增加了密封墊片，使得保溫效果更能達(dá)到要求。保證了密封的完整性和對(duì)內(nèi)保溫材料的完全保護(hù)。這樣大大降低了介質(zhì)在輸送過程中的能量的損耗。通過在對(duì)兩種保溫的測(cè)試，用內(nèi)徑為100mm，外徑為108mm管道進(jìn)行測(cè)試，在同等條件下新技術(shù)大大降低了介質(zhì)在輸送過程中的能量損耗。很好地起到保溫效果。

由于，我們是在冬季進(jìn)行的溫度測(cè)試，對(duì)比的條件，是新型保溫結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行結(jié)構(gòu)的舊保溫進(jìn)行的對(duì)比，可能會(huì)造成對(duì)比條件有誤差，我們考慮用減少差量的就算方式。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試（參見圖4）不難看出，外層保溫溫度越低，保溫效果越優(yōu)質(zhì)，就好像我們使用的保溫水壺一樣，水壺外壁越接近環(huán)境溫度，保溫效果越好。這是新舊保溫技術(shù)冬季的溫度抽樣對(duì)比（如表3），上半部分土黃色色曲線為現(xiàn)有技術(shù)，下半部分橙紅色曲線為新技術(shù)，我們不難發(fā)現(xiàn)，新技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過簡(jiǎn)單的線性計(jì)算可以得出新技術(shù)的散熱量只有現(xiàn)有技術(shù)的5/6～7/8，通過上述公式計(jì)算可知，我們可以降低1/3的燃料發(fā)熱，節(jié)省1/3的熱源物質(zhì)，也可以減少1/3的因?yàn)槿紵a(chǎn)生的空氣排放。從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。同樣可以減少化工企業(yè)因?yàn)楣艿垒斔图訜嵬队觅Y金的1/3。

使用成本核算：經(jīng)過核算，不難發(fā)現(xiàn)，在6a使用的2個(gè)更換周期內(nèi)，可以在單位延長(zhǎng)米，為企業(yè)節(jié)約100元/m。可以為使用單位節(jié)省60萬元的費(fèi)用。（以6a更換6 000m的數(shù)量計(jì)算）

S—總使用費(fèi)用

C1—物料使用費(fèi)

C2—人工使用費(fèi)

T—更換周期

新型組合式保溫技術(shù)與現(xiàn)行技術(shù)費(fèi)用單位延長(zhǎng)米投入對(duì)比DN350mm 內(nèi)保溫厚度50mm硅酸鹽 外保溫厚度0.5mm的鍍鋅鐵皮為例。

表2 新型組合式保溫技術(shù)和現(xiàn)有保溫技術(shù)單位延長(zhǎng)米使用費(fèi)用對(duì)比

3.2 環(huán)保方面

新型組合式技術(shù)：可循環(huán)使用，不會(huì)造成固體廢物排放

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)技術(shù)：不可循環(huán)使用，會(huì)造成固體廢物排放

由于本年度《新中華人民共和國(guó)環(huán)保法》的實(shí)施，讓環(huán)保成為重中之重。這部史上最嚴(yán)厲的環(huán)保法，對(duì)氣體排放和固體廢物給出明確規(guī)定。所以，我們相信，公眾和企業(yè)將對(duì)環(huán)保產(chǎn)品更加青睞。

[1] 傅文興.石油化工設(shè)備及管道的保溫通用性研究[J].化工裝備技術(shù) ，2017，38（2）：27-32.

[2] 趙波強(qiáng),郭秋紅.管道防腐保溫材料探討[J].維綸通訊,2014(3):44-46.

[3] 劉闖.保溫管線熱損失計(jì)算方法[J].石油石化節(jié)能，2012，11.

Design of a New Combined Pipeline System

Li Run-chang

The pipeline of currently is being used in domestic petrochemical industry on the external thermal insulation has the shortcoming，simple installation process，resulting in the actual heat preservation effect is not up to the theoretical requirements，tightness and air tightness is not up to the requirements of process piping insulation.In this paper，in order to improve the existing petrochemical industry pipeline external insulation structure optimization design flaws，invented a new type of combined pipeline system，the combined pipeline system in oil and gas pipeline can be directly installed after the installation is complete，you can achieve a good thermal insulation standard，heat loss in the pipeline is far lower than the current insulation technology，both energy conservation and environmental protection，simple structure，and convenient installation，can be recycled，with advantages of low engineering cost.The design in Liaohua refinery was achieved very good results，for pipe insulation structure optimization in petrochemical industry has played an exemplary role well.

pipeline；external thermal insulation；structure；optimization design

TE934

A

1003–6490（2017）11–0031–03

2017–08–23

李潤(rùn)昌（1986—），遼寧遼陽(yáng)人，助理工程師，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工作。