保溫材料管道保溫性能分析

馬良

摘要：海底環(huán)境的低溫、高壓等特點，對海底輸油管道保溫結構的性能提出了特殊的要求。基于此，下文首先分析了石油管道保溫技術現狀，然后重點介紹了當前比較常用的一些保溫材料，并對其性能進行了研究，最后總結了海底管道保溫的發(fā)展趨勢，希望給相關人員帶來幫助。

關鍵詞：海底輸油管道；保溫材料；現狀；性能；發(fā)展趨勢

海底石油儲量極為豐富，在海洋礦產資源中居首位。海底石油輸送是海底油田開采的重要一環(huán)，其中管道輸送是最經濟的方式，而管道保溫就成為了保證海底輸油管道長距離輸送原油的關鍵環(huán)節(jié)。但海上惡劣海況與海底復雜地質情況對保溫材料和防護層提出了很高的要求。因此，相關人員有必要對保溫材料進行研究與改進，并采取恰當的措施對海底管道進行保溫處理，以保證管線的正常運行。

1石油管道保溫技術現狀

油田是產能大戶，同時也是耗能大戶，據統計石油石化每年使用的各類保溫材料總量占全國保溫材料總消耗量的四分之一左右。大量的管道及熱力設備都需要保溫及保冷絕熱，但是，目前我國保溫及保冷絕熱狀況及技術水平參差不齊，嚴重影響著石油行業(yè)的進一步發(fā)展。當前，一些石油企業(yè)使用的保溫材料及保溫結構則不盡合理，有的使用巖棉、玻璃棉、硅酸鋁纖維，有的使用珍珠巖、硅酸鈣，有的使用硅酸鹽復合管殼及玻璃棉管殼等。由于介質溫度高、壓力大，因此，管線膨脹系數大，并伴有頻繁振動。再加上膨脹節(jié)、彎頭、支撐點、固定墩、接點等結構不完善、不配套，結構易破損，造成保溫效果不明顯。另外，石油石化行業(yè)是保冷技術較復雜、保冷工程應用量較大的行業(yè)，保冷材料主要有聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、泡沫玻璃等，由于結構不盡合理，加上配套技術跟不上，致使冷量損失嚴重超標，導致接點常年結冰結霜、結構破損。對于異型熱力件，如閥門、法蘭、三通、四通、彎頭、支撐等部位的保溫絕熱，狀況更差，急需采用新材料及新技術。

2石油管道常用保溫材料及其性能分析

2.1聚氨酯泡沫塑料

聚氨酯泡沫塑料是一種有機聚合物泡沫塑料，它能形成開孔或閉孔蜂窩狀結構。其優(yōu)點是導熱系數小，一般小于0.03W/（m·K）；密度低，在40-100kg/m3之間，且吸水率低，小于30mg/cm3、化學穩(wěn)定性好，是目前保溫材料中較好的一種。這種材料能較容易地一次制作成所需要的厚度、密度和形狀，其缺點是抗壓強度較低，易損壞，閉孔率達不到100%；因此，其外面必須有一層可靠的防水保護層。聚氨酯泡沫塑料的使用歷史較長，約有30年，因而制造工藝和施工技術都較成熟，在海底管道方面有許多成功的例子。與其他泡沫保溫材料相比，導熱系數最小，保溫效果最好。一般用于水深小于50m的海底管道。

2.2聚氯乙烯泡沫塑料

聚氯乙烯泡沫塑料也是一種蜂窩狀的泡沫塑料，它是由聚氯乙烯基塑料制成，其蜂窩狀結構中含有某種惰性氣體且基本不透水。閉孔率可達100%，抗壓強度高，一般高于2.5MPa，適用于深水海底管道的保溫。與聚氨酯泡沫塑料比，其缺點是密度較大，在130-400kg/m3之間，其導熱系數較大，在0.035-0.062W/（m·K）之間。聚氯乙烯泡沫塑料是近幾年來才得到應用的保溫材料，使用歷史較短，因此，制造與施工技術尚不成熟，實際工程應用的例子與聚氨酯泡沫塑料相比也要少得多。目前所使用的聚氯乙烯泡沫保溫材料均為預制成型的保溫瓦，不能像聚氨酯泡沫塑料那樣方便地直接成型于管子外壁上。但由于具有不吸水和抗壓強度高的顯著優(yōu)點，這種保溫材料越來越多地應用于海底油氣管道的保溫。

2.3環(huán)氧樹脂泡沫塑料

環(huán)氧樹脂泡沫塑料是最近幾年開發(fā)出來的一種新型保溫材料。其最大的優(yōu)點是抗壓強度高，室溫下為9-10MPa，l00℃時為7-8Mpa；并且其耐溫高，能夠在高于120℃的環(huán)境中使用；而且，環(huán)氧樹脂泡沫塑料的泡沫結構閉孔率較高，能夠達到85%-95%，因此，這種保溫材料較適合于深水海域及所輸流體溫度高于120℃的海底管道保溫。但是其也具有一定的缺點，例如導熱系數較高，能夠達到0.07W/（m·K），并且閉孔率達不到100%，吸水率一般在1.5%-2.5%之間，因此，在使用該材料時，工作人員還必須在外面設置可靠的防水層。

2.4有機無機復合泡沫材料

近年來，國外對這類復合泡沫材料的開發(fā)應用也相當重視，美、英、日、德均相繼發(fā)表了相關專利公報，如復合泡沫塑料是由樹脂黏合玻璃泡而形成的一種泡沫保溫材料，其最大優(yōu)點是泡沫結構非常堅固，抗壓強度高，耐高溫，能夠在300℃高溫的環(huán)境中使用。異氰酸酯與堿金屬硅酸鹽類反應，能制備密度在20-30kg/m3之間的有機無機復合泡沫塑料；異氰酸酯——聚酯——硅酸酯復合泡沫塑料，密度為100kg/m3，抗壓強度隨其密度的不同，一般為1.0-10.0MPa；堿金屬硅酸鹽、異氰酸酯和水性無機材料反應成型的復合泡沫混凝土，具有較高的機械強度。此類材料的缺點是密度大，導熱系數大，一般在0.080-0.096W/（m·K）之間，價格高，主要限于海底管道保溫使用。

3我國石油管道保溫材料的主要發(fā)展趨勢

3.1對現有保溫材料進行改進

為了能夠實現對石油行業(yè)海底輸油管道的良好保溫效果，相關人員有必要針對當前現有保溫材料在使用過程中出現的問題，對其進行優(yōu)化與改進。如聚氨酯泡沫向無腐蝕、無氟里昂發(fā)泡、提高耐溫性及提高析出液的pH值方向發(fā)展；硅酸鹽復合絕熱涂料向快速固化、憎水、提高粘結強度、降低密度、負溫施工、降低成本，并用于建筑節(jié)能方向發(fā)展；復合硅酸鹽制品向提高密度、強度、回彈率及提高憎水性方向發(fā)展；硅酸鈣保溫材料向超輕全憎水方向發(fā)展；珍珠巖制品向輕級、整體防水、改善脆性、提高強度方向發(fā)展等。

3.2研制生產復合型多功能保溫材料

各種保溫材料各有特色，也有不足之處，因此，在使用這些保溫材料的時候，工作人員可以根據使用需求，復合使用集中保溫材料，以獲得揚長避短的效果。如有機類保溫材料防水好，但耐溫低；無機類保溫材料耐溫高、無熱老化、強度高，但吸水率高，因此，兩種材料復合使用則效果良好。總之，不同的使用條件對保溫材料及結構會有一些特殊的不同要求，如保冷、防水、防火、耐腐蝕、抗輻射、抗振動等，因此，人們需要不斷研究出更多復合型多功能的保溫材料，以滿足使用需求。

3.3積極開發(fā)應用新型保溫材料

為了滿足使用需求，人們還需加大研究力度，研究出更多新型的保溫材料，如低輻射傳熱材料、高效薄層隔熱防腐一體化涂料、硅質納米孔超級絕熱材料、多層熱隔斷結構、真空絕熱結構、隔熱管托材料及結構等。此外，相關人員還應有針對性地研制價廉適用的外護層材料及施工工藝，如復合隔熱外護涂層、復合增強塑料布、仿金屬材、無機玻璃鋼、噴涂聚脲彈性體防護層等。

結束語

總之，海底油氣特別是深海油氣將是未來世界油氣資源接替的重要區(qū)域，因此，海底輸油管道保溫材料與技術的發(fā)展獲得了人們的高度重視。因此，相關人員還需根據當前保溫材料的應用現狀，不斷對其進行優(yōu)化，同時還要開發(fā)深水海底油氣輸送管道保溫的新材料及新工藝，以縮短國內海管保溫技術與國際領先水平之間的差距，促進我國石油行業(yè)的進一步發(fā)展。

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