LNG管道冷保溫質(zhì)量檢驗(yàn)及風(fēng)險(xiǎn)控制分析

付春雷，劉書法，高鵬飛，劉繼霞，李子敏

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東青島266520）

伴隨著世界石油資源的日益緊張，天然氣作為一種清潔、高效的能源，越來越的受到各國(guó)的關(guān)注，天然氣貿(mào)易正逐步在成為全球能源市場(chǎng)的新熱點(diǎn)。天然氣從氣田開采出來后，常壓下氣態(tài)的天然氣經(jīng)過凈化處理和多級(jí)冷卻至-162 ℃，使之凝結(jié)成液體，形成液化天然氣LNG(Liquefied Natural Gas)。LNG的體積只有氣態(tài)的六百分之一，適合進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸[1]。

LNG裝置分為基本負(fù)荷型、調(diào)峰型、接收終端型、衛(wèi)星型四種，四種裝置上各種各樣的低溫液體輸送管道承擔(dān)著LNG的輸送任務(wù)，LNG管道是LNG裝置的重要組成部分，具有超低溫、易燃、易爆等特點(diǎn)[2]。因此管道冷保溫質(zhì)量的好壞不僅影響管道介質(zhì)的輸送效率，同時(shí)也直接影響LNG裝置的安全運(yùn)行。本文旨在論述LNG裝置建造過程中管道冷保溫質(zhì)量檢驗(yàn)及風(fēng)險(xiǎn)控制，通過探討總結(jié)給出冷保溫質(zhì)量問題相應(yīng)的改進(jìn)建議，提升LNG裝置建造過程中的管道冷保溫施工質(zhì)量，減少由于冷保溫層因質(zhì)量問題失效所帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，為L(zhǎng)NG管道冷保溫施工提供相應(yīng)的參考。

1 保溫的類型與定義

GB 50264《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)工程領(lǐng)域保溫與保冷的總稱為絕熱。保冷為減少周圍環(huán)境中的熱量傳入低溫設(shè)備及管道內(nèi)部，防止低溫設(shè)備及管道外壁表面凝露；保溫為減少周圍設(shè)備、管道及其附件向周圍環(huán)境散熱或降低表面溫度[3]。另一種劃分方式為將工作介質(zhì)溫度低于常溫的絕熱措施稱為保冷，將工作介質(zhì)溫度高于常溫的絕熱措施稱為保溫。

保冷與保溫兩者的區(qū)別為傳熱方向相反，保冷是由外向內(nèi)傳輸熱量，保溫則是由內(nèi)向外傳輸熱量。但由于絕熱工程的保溫與保冷具有基本相同的絕熱原理、結(jié)構(gòu)、措施和目的，因此工程領(lǐng)域習(xí)慣上把絕熱統(tǒng)稱為保溫[4]。荷蘭保溫技術(shù)中心（NCTI）《CINI手冊(cè)》中將低溫設(shè)備及管道保冷簡(jiǎn)稱冷保溫，定義為在操作溫度處于環(huán)境溫度和-200°C之間的管道和設(shè)備上進(jìn)行的保溫；熱力設(shè)備及管道保溫簡(jiǎn)稱熱保溫，定義在操作溫度處于環(huán)境溫度和1000°C之間的管道和設(shè)備上進(jìn)行的保溫[5]。

2 LNG管道冷保溫結(jié)構(gòu)組成及材料

2.1 冷保溫結(jié)構(gòu)組成

冷保溫常見的保溫方法有堆積冷保溫和真空冷保溫[6]，堆積冷保溫是一種傳統(tǒng)冷保溫方法，即在管道外側(cè)敷設(shè)多孔型保溫材料，因孔泡中充滿常壓空氣（或其它氣體）而實(shí)現(xiàn)保溫。真空冷保溫原理是將保溫結(jié)構(gòu)做成密閉的夾層，內(nèi)部空間抽至一定真空度，以減少熱量傳入。由于堆積冷保溫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，運(yùn)行維護(hù)方便，因此目前國(guó)內(nèi)外 LNG 管道冷保溫方法多采用堆積冷保溫。

LNG 管道處于-162 ℃低溫工況，低溫管道應(yīng)采用冷保溫結(jié)構(gòu)使低溫工作介質(zhì)與外界環(huán)境相隔絕。如圖1所示，冷保溫結(jié)構(gòu)由保溫層、防潮層和外護(hù)層組成。其中，保溫層對(duì)低溫介質(zhì)的溫度維持起到主要作用。若保溫層遭到破壞，外界空氣中的水分就會(huì)進(jìn)入保溫層內(nèi)部，從而形成結(jié)露、結(jié)冰，致使冷保溫結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱效率增加，影響保溫效果。防潮層的作用是隔絕空氣中的水分進(jìn)入保溫層，防止保溫層失效。外護(hù)層處于冷保溫結(jié)構(gòu)的最外側(cè)，起到保護(hù)內(nèi)部保溫層和防潮層，防止外界不利因素破壞冷保溫整體結(jié)構(gòu)的作用，延長(zhǎng)冷保溫結(jié)構(gòu)的使用壽命，并使冷保溫結(jié)構(gòu)外形保持整潔美觀。

圖1 冷保溫結(jié)構(gòu)

2.2 冷保溫材料

冷保溫材料分為多孔（泡沫）型、纖維型、薄片型、粉末型、反射型五種[7]，目前LNG低溫管道常用的冷保溫材料為多孔（泡沫）型冷保溫材料，有聚氨酯泡沫（PU）、聚異氰脲酸脂泡沫(PIR)、酚醛泡沫（PF）、聚乙烯泡沫（PE）、泡沫玻璃(CG)、膨脹珍珠巖（PL）、柔性彈性泡沫（FEF+EPDM）等[8-11]，表 1為上述材料的主要性能。目前LNG 工程中采用的冷保溫材料主要為硬質(zhì)聚氨酯泡沫( PU) 、異氰脲酸脂泡沫 (PIR)、泡沫玻璃(CG)三種。

表1 冷保溫材料主要性能

3 LNG管道冷保溫質(zhì)量檢驗(yàn)與風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1 冷保溫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

工程領(lǐng)域主要執(zhí)行的冷保溫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為各項(xiàng)目規(guī)格書及施工程序，輔助以國(guó)標(biāo)（GB）、美標(biāo)（ASTM）、美國(guó)防腐工程師學(xué)會(huì)（NACE）、荷蘭保溫技術(shù)中心（NCTI）等參考標(biāo)準(zhǔn)。如國(guó)標(biāo)的GB 50264（工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范）、GB/T 50185（工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范）等；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的ISO 15665（管、閥和法蘭隔音絕緣）、美標(biāo)的ASTM C592（礦物纖維毯保溫和毯式管道保溫）、荷蘭標(biāo)準(zhǔn)的CINI手冊(cè)等。

在進(jìn)行LNG管道冷保溫質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照項(xiàng)目規(guī)格書中規(guī)定的要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)與測(cè)試，當(dāng)項(xiàng)目規(guī)格書中的要求與其他檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有沖突，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)格書要求執(zhí)行檢驗(yàn)與測(cè)試。

3.2 冷保溫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制分析

3.2.1 管線表面的雜質(zhì)

如圖2所示，在冷保溫預(yù)制工作開始之前，就要開始對(duì)管線的清潔工作進(jìn)行必要的質(zhì)量控制。對(duì)于管線表面的灰塵、水、油污以及銹跡都要進(jìn)行處理，對(duì)于出現(xiàn)油漆破損的，還要進(jìn)行油漆修補(bǔ)，一旦表面存在雜質(zhì)或者油漆破損會(huì)導(dǎo)致管線的保溫層下腐蝕[12]。

圖2 管線表面的浮銹

3.2.2 保護(hù)不當(dāng)材料受損

如圖3所示，冷保溫材料受到雨水淋濕及陽(yáng)光直射。由于建造場(chǎng)地特殊的工作環(huán)境條件，冷保溫材料安裝完成后，首先應(yīng)當(dāng)做好的就是防水工作。管線頂部應(yīng)以腳手架和防水帆布制成防雨棚，雨水天氣應(yīng)停止施工，并將安裝完成的保溫材料以防水布包裹覆蓋。對(duì)于已經(jīng)淋水的保溫材料要及時(shí)進(jìn)行替換。使用PIR材料進(jìn)行冷保溫時(shí)需要防止PIR被陽(yáng)光直射，以免引起PIR的降解失效而影響保溫效果，因此對(duì)于PIR預(yù)制完的管段，應(yīng)使用黑色塑料薄膜覆蓋，避免陽(yáng)光照射。

圖3 受到雨水淋濕及陽(yáng)光直射

3.2.3 保溫層施工過程不規(guī)范

如圖4所示，施工過程中沒有嚴(yán)格按照施工程序及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)施工，造成保溫層接縫內(nèi)部間隙過大，嚴(yán)重影響保溫的作用，保溫層達(dá)不到預(yù)定的保溫效果。此外，不規(guī)范施工還包括錯(cuò)縫不滿足要求、縫隙過大粘接劑涂抹不足、氣阻涂刷不均勻有漏點(diǎn)、私自去除內(nèi)部彈性保溫材料、伸縮縫沒有錯(cuò)開、私自消減保溫層厚度等，因此在保溫層安裝檢驗(yàn)過程中，過程巡檢對(duì)于保證施工質(zhì)量尤為重要，一旦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工問題及損壞的保溫層，要及時(shí)通知施工隊(duì)伍進(jìn)行整改，保證冷保溫結(jié)構(gòu)的完整無(wú)缺陷。

圖4 保溫層接縫內(nèi)部間隙過大

3.2.4 防潮層遭到破壞

由于防潮層為鋁箔材料構(gòu)成，施工過程中很容易對(duì)其造成損壞。如圖5所示，由于次級(jí)防潮層的鋁箔紙，施工時(shí)用力不當(dāng)就會(huì)將鋁箔紙弄破，影響保溫效果。并且要提醒現(xiàn)場(chǎng)施工安裝外護(hù)層鉆孔時(shí)應(yīng)注意不要破壞主防潮層，造成主防潮層失效。

圖5 主次防潮層受損

3.2.5 外護(hù)層防護(hù)不當(dāng)遭到污染和破壞

在保溫層安裝完成后，要進(jìn)行外護(hù)層安裝，外護(hù)層起到防水防機(jī)械損傷的作用。外護(hù)層檢驗(yàn)時(shí)，要確認(rèn)外護(hù)層的類型及厚度，綁扎鋼帶的間距，密封劑的施工，相鄰?fù)庾o(hù)板搭接，搭接縫的安排和順?biāo)闆r以及排水孔的設(shè)置要求。外護(hù)層安裝完成后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的防護(hù)，以防止出現(xiàn)如圖6所示，由于防護(hù)不當(dāng)而使外護(hù)層遭到污染和破壞的情況，一旦出現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量問題要及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)整改。

4 結(jié)語(yǔ)

LNG作為一種清潔、高效能源在全球能源市場(chǎng)受到越來越多的關(guān)注，LNG 管道冷保溫是 LNG裝置中的重要組成部分。由于冷保溫施工是一項(xiàng)復(fù)雜繁瑣的系統(tǒng)工程，冷保溫施工的質(zhì)量好壞將直接影響整個(gè)LNG裝置能否高效、安全地運(yùn)行。因此在管道冷保溫施工過程中質(zhì)量檢驗(yàn)與風(fēng)險(xiǎn)控制尤為重要，施工人員在施工過程中要嚴(yán)格執(zhí)行項(xiàng)目規(guī)格書、施工程序和質(zhì)量控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量控制人員也要嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量管理和檢驗(yàn)流程，才能保證LNG管道冷保溫的施工質(zhì)量。