高真空多層絕熱低溫管分段設(shè)計(jì)及安裝技術(shù)

帥宇杰

中化二建集團(tuán)有限公司 山西太原 030021

近些年來隨著我國科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級，低溫液冷系統(tǒng)的需求量迅速擴(kuò)大，液態(tài)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展也得到了極大提升，高真空多層絕熱低溫管系統(tǒng)因其穩(wěn)定、高效、使用壽命長等優(yōu)勢往往作為低溫液態(tài)介質(zhì)輸送的專用管道。該管路系統(tǒng)由不銹鋼內(nèi)管、多層絕熱材料以及不銹鋼外管構(gòu)成，它的內(nèi)部夾層是由多層絕熱材料復(fù)合組成，對其分段施工完畢后，再將其夾套管內(nèi)部抽真空，用來減小它的對流熱傳導(dǎo)。

在該項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)單位提供了管路的平面布置圖，但管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝均由施工單位負(fù)責(zé)。從施工單位前期對施工場地進(jìn)行現(xiàn)場勘察，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分段設(shè)計(jì)管段長度、接口、管道內(nèi)補(bǔ)償器、支架等位置，到管道分段組對焊接，再到接口處保冷處理的施工全過程進(jìn)行闡述。管道分段設(shè)計(jì)、確定其結(jié)構(gòu)形式、焊接施工、接口保冷工作又是施工過程中質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制的重中之重，非常考驗(yàn)施工單位的專業(yè)技術(shù)水平和綜合實(shí)力。

1 工程實(shí)例

LNG 儲運(yùn)裝置由產(chǎn)品裝車單元和產(chǎn)品儲存單元組成。氣體甲烷經(jīng)過冷箱處理后作為產(chǎn)品LNG 經(jīng)真空絕熱低溫管送入LNG 儲槽，儲存在LNG 儲罐中的產(chǎn)品再經(jīng)裝車泵加壓后通過真空絕熱低溫管輸送到裝車區(qū)，經(jīng)裝車計(jì)量撬將LNG 裝入LNG 槽車。真空絕熱管道設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

表1 真空絕熱管道設(shè)計(jì)參數(shù)

2 真空絕熱管施工工藝

通過在現(xiàn)場施工當(dāng)中不斷摸索和鉆研，推出一套符合現(xiàn)場施工要求的高真空多層絕熱低溫管施工技術(shù)流程。高真空多層絕熱低溫管工藝流程如圖1 所示。

圖1 高真空多層絕熱低溫管工藝流程圖

3 管道分段設(shè)計(jì)

3.1 現(xiàn)場實(shí)測

高真空多層絕熱低溫管軸測圖由施工方、業(yè)主方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方根據(jù)現(xiàn)場管道走向及相關(guān)技術(shù)資料實(shí)測形成，經(jīng)三方簽字后生效實(shí)施。軸測圖上根據(jù)分段設(shè)計(jì)長度分段依次標(biāo)號，在施工中嚴(yán)格按照順序連接施工。

3.2 分段深化設(shè)計(jì)

真空絕熱低溫管按現(xiàn)場繪制的軸測圖進(jìn)行分段設(shè)計(jì)、制作，通過對現(xiàn)場施工場地、位置、材料運(yùn)輸、保管等因素綜合考慮將單段真空管長度最長定位6m。需考慮分段組焊的焊口位置盡量分配在垂直方向真空管位置，為了方便現(xiàn)場安裝時(shí)調(diào)整尺寸，同時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范合理分段，并打上順序號標(biāo)志。

3.3 確認(rèn)結(jié)構(gòu)形式

管道絕熱結(jié)構(gòu)采用高真空多層絕熱，一般由20～25層鋁箔和絕熱材料組成，該裝置管道在施工時(shí)綜合考量按23 層施工，封結(jié)真空度設(shè)計(jì)要求不大于1.33×10- 3Pa。真空絕熱低溫管道依據(jù)《化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列》（HG/ T20553- 2011）尺寸制作，與現(xiàn)場設(shè)備接口連接處按設(shè)備管口尺寸規(guī)格要求制作相應(yīng)口徑管段。真空絕熱低溫管示意圖如圖2 所示。

圖2 真空絕熱低溫管示意圖

管路系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償器根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)置在真空絕熱低溫管的內(nèi)管中，現(xiàn)場采用波紋補(bǔ)償器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，其中波紋補(bǔ)償器需分段設(shè)計(jì)后才能確認(rèn)其具體位置。U 型彎主要用于整個(gè)管系的補(bǔ)償，外管也需合理增設(shè)波紋補(bǔ)償器補(bǔ)償。

管路系統(tǒng)的抽真空嘴選用真空吸附式堵塞閥封結(jié)方式，不僅滿足了抽真空需要，同時(shí)也滿足了管道夾層防爆效果。抽真空嘴如圖3 所示。

圖3 抽真空嘴

真空管段之間采用對焊連接方式，真空管兩端內(nèi)管根據(jù)施工需要預(yù)留100～150mm 焊接接管，為了方便現(xiàn)場安裝時(shí)調(diào)整尺寸，兩段管道要嚴(yán)格遵照軸測圖的順序連接施焊，確認(rèn)真空管的編號、數(shù)量與安裝連接圖紙資料相符。管段連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示。

圖4 管段連接結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

4 管道制作安裝

4.1 加工與成形

絕熱低溫管的外管和內(nèi)管材質(zhì)均采用S30408 材質(zhì)，因此在切割管道或制作坡口時(shí)采用機(jī)械加工或等離子切割方法。為避免電化學(xué)腐蝕，切割或修磨不銹鋼管時(shí)采用的砂輪宜使用不銹鋼專用的砂輪片，這樣打磨出來的坡口表面光滑且有金屬光澤。

在真空絕熱管預(yù)制時(shí)應(yīng)避免材料的表面出現(xiàn)機(jī)械損傷，根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料要求，若管道上出現(xiàn)局部傷痕、刻槽等缺陷要及時(shí)修磨處理，修磨斜度最大為1∶3，修磨深度也應(yīng)滿足小于該部位鋼材厚度的5%，同時(shí)不大于0.5mm。

4.2 管道元件清潔

將所有可能與液態(tài)LNG 接觸的零部件都進(jìn)行脫脂處理，徹底去油脫脂并滿足《空氣分離產(chǎn)品表面清潔度》（JB/ T6896- 2007）要求。管路系統(tǒng)夾層內(nèi)的表面及零部件都有潔凈干燥要求，對清潔后的管道元件要采取保護(hù)措施。

4.3 零部件組裝

零部件經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可組裝。管路系統(tǒng)的真空絕熱層材料選用的是專用阻燃型絕熱復(fù)合材料(絕熱紙+鋁箔)，經(jīng)過干燥處理后絕熱層材料才可以進(jìn)行纏繞。為了保證絕熱層纏繞的質(zhì)量，施工時(shí)要在潔凈干燥的專用場地進(jìn)行纏繞。該裝置采用了可靠的夾層吸附劑，該吸附材料進(jìn)行活化處理后方能使用。

4.4 管段連接

按照繪制的軸測圖順序依次將真空管管段吊裝就位，檢查管線編號與繪制的軸測圖、管段走向與現(xiàn)場實(shí)物方位等是否一致，調(diào)整管段順序，保證在連接時(shí)管道安裝傾斜度、介質(zhì)流向與施工圖一致。

為避免造成真空度喪失，禁用硬力碰撞管路系統(tǒng)上已就位的所有附件，并且禁止在絕熱管外管上施焊、引弧、搭鐵等。

管道安裝時(shí)要使用真空絕熱管同材質(zhì)的管道支、吊架，若使用異種材質(zhì)要在和管道接觸的位置增設(shè)隔離墊，安裝過程中盡量使用正式的支、吊架，當(dāng)需要臨時(shí)支、吊架時(shí)，在絕熱管安裝完畢后應(yīng)及時(shí)拆除。

4.5 焊接作業(yè)

高真空多層絕熱低溫管的焊接采用經(jīng)評定合格的焊接工藝,焊工必須持證上崗，且焊接作業(yè)范圍在焊工證許可的范圍內(nèi)。

所有內(nèi)管接頭均采用對接結(jié)構(gòu)形式，管道焊接接頭均采用氬弧焊加手工電弧焊焊接,單面焊雙面成形，背面通氬氣保護(hù),保證焊縫雙面質(zhì)量,管道焊接符合《真空絕熱低溫管》（JBT12665- 2016）施焊要求。管段對焊連接圖如圖5 所示。

圖5 管段對焊連接圖

5 管道的檢驗(yàn)和試驗(yàn)

真空絕熱管所有內(nèi)外管焊接接頭均經(jīng)氦質(zhì)譜真空譜檢漏合格。并按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行外觀檢查、焊縫無損檢測、壓力試驗(yàn)、管道吹掃等，按設(shè)計(jì)文件和規(guī)范相關(guān)要求執(zhí)行。

6 接頭保冷處理

上述工作全部完成后，方可對焊接接頭處保冷處理，焊接連接的管道接頭處需現(xiàn)場保冷，按其形式不同主要分為發(fā)泡保冷、珠光砂保冷和抽小真空保冷。通過對比3 種保冷形式，選擇適用的保冷處理方法。

6.1 發(fā)泡保冷

在絕熱管內(nèi)管焊后無損檢測和試壓完成后，按照圖6進(jìn)行發(fā)泡保冷處理。在聚氨酯發(fā)泡劑中添加適當(dāng)阻燃劑，在發(fā)泡劑的外表面纏繞兩層玻璃絲布，玻璃絲布表面涂上防水涂料，再用鋁合金板或不銹鋼板封閉，板材厚度取0.5mm 為宜，板材接縫處涂玻璃膠。

6.2 珠光砂保冷

在絕熱管內(nèi)管焊后無損檢測和試壓完成后，按照圖7進(jìn)行珠光砂保冷。將保溫筒和環(huán)板按示意圖進(jìn)行焊接，焊接完成后，將干燥的珠光砂填充到保溫筒內(nèi)，隨即將珠光砂充填口焊接密封。

圖7 珠光砂保冷（單位：mm）

6.3 抽小真空保冷

在絕熱管內(nèi)管焊后無損檢測和試壓完成后，按照圖8進(jìn)行抽小真空保冷。包扎經(jīng)過干燥處理的絕熱材料，將套管干燥清潔處理后進(jìn)行焊接，之后將抽空嘴按圖焊接，對夾層進(jìn)行真空氦檢漏，合格后進(jìn)行加熱抽空，真空度符合要求后進(jìn)行真空封口。

圖8 抽小真空保冷（單位：mm）

該項(xiàng)目的高真空多層絕熱低溫管全長約1100m，綜合考慮現(xiàn)場施工條件和氣候條件，業(yè)主選擇了成本較高但保冷質(zhì)量更好的抽小真空保冷方式，在施工作業(yè)完成后，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語

工程實(shí)踐證明高真空多層絕熱低溫管分段設(shè)計(jì)及安裝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中是可行的，只有當(dāng)施工人員前期的管段分段設(shè)計(jì)工作到位，充分考慮各種工況下可能遇到的施工問題，合理分配管段長度、焊口位置、補(bǔ)償器位置、支架位置等，提前在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段解決，才能保障后期施工的順利進(jìn)行，以及保證施工的進(jìn)度、質(zhì)量和成本目標(biāo)，該技術(shù)方法可廣泛地應(yīng)用于真空絕熱管的施工中。