LNG输送管道保冷材料应用现状

   基于LNG超低温(-163℃)存储的特点,对LNG管道保冷材料的选取就成为行业必须面临的问题。保冷效果的好坏不仅关系到整个管路的输送效率,而且 对装置的安全生产也有至关重要的影响。因而,合适的保冷材料不仅能够降低能耗、减少冷量损失和BOG损耗,而且为符合环保要求、为企业安全生产和创造更好 的效益提供了保障。

  我国当前绝大多数的LNG输送管道保冷工程都不是很理想,其主要缺陷及成因如下:

缺陷一: 保冷结构不合理,保冷厚度不规范
成因:保冷工程采用的某些主材耐寒度不够,低温稳定差;传统材料低温导热系数计算谬误较多,导致保冷厚度计算产生错误。


缺陷二: 保冷效果差且易衰减,冷损量高,增加维护成本及系统运行风险
成因:传统材料导热系数较高,超低温下机械强度较低、易碎,造成保冷层损坏。


缺陷三: 保冷后直径大,管廊体积大,管线排布困难
成因:传统材料导热系数较高导致。


缺陷四: 需设置伸缩缝,增加施工难度及保冷结构失效风险
成因:传统材料在低温时膨胀率或收缩率与钢管差异较大,需专门设置伸缩缝。


缺陷五: 施工复杂,难度大,安装时间较长
成因:传统保冷工程施工工序较多,工艺又较复杂,较难掌握。


气凝胶绝热毡用于LNG输送管道保冷的优势

主要优势:
1. 超低的导热系数,气凝胶是目前世界上导热系数很低的固体,-200℃导热系数≤0.01 W/(m•K)。
2. 低温稳定性,-200℃仍可长期保持保冷性能及良好柔性,不开裂。
3. 尺寸稳定性极佳,纳米级特殊结构可抵抗管道伸缩带来的内应力,无需设置伸缩缝。
4. 柔软轻便,安装简易,抗压、抗拉、抗震,可缓冲震动, 抵御野蛮施工。
 
与传统保冷材料具体对比见下表:

项目

气凝胶绝热毡

泡沫玻璃

PIR

导热系数(25℃)

0.014~0.016

0.045~0.055

0.022~0.026

容重,kg/m3

180

180~240

50~80

保冷厚度

约为传统材料的1/2

——

——

节能效果

节省30%的冷损失和BOG

——

——

吸水率(vol%)

0.36

0.5

1.5

防水性

整体防水,憎水率≥99%,能够有效的抵御结露、结霜

材料本体防水

防水性差

可施工性

成卷卷材,柔性好,易施工

损耗高,异形件需内部聚氨酯发泡

可现场发泡,但发泡均匀性较差

超低温稳定性

易老化,强度变低,稳定性差

尺寸稳定性

0.45%

伸缩缝

无需设置,减少系统失效的风险

需设置,防止因管道位移致材料挤压

需设置,防止因管道位移致材料挤压

保护管道抵抗机械撞击

抗压、抗拉、抗裂,可抵御一定野蛮施工

差,脆性材料易碎

差,脆性材料易碎

重复利用性

拆卸检修时,可重复利用

拆卸时易碎,无法利用

拆卸时易碎,无法利用

其 他

厚度小,减少25%的辅材费用,减少厂房面积或管廊大小,减少管线排布难度。

 


气凝胶绝热毡保温方案与经济效益

以管道外径108mm的LNG输送管道(直管段)为例,对气凝胶与传统保温材料的使用厚度、保冷效果、经济效益进行分析如下:

绝热方案

采用气凝胶隔热毡作为绝热材料,外层用一层铝箔降低热辐射,绝热层外用彩钢板进行防护。
绝热材料厚度见下表:

气凝胶绝热毡

10mm×4层 + 铝箔

传统材料

PIR 80mm + 铝箔

计算采用的数据:环境温度35℃,湿度60%。