亞洲保溫材料與節(jié)能技術(shù)展覽會(huì)（上海）

目前，我國的能源結(jié)構(gòu)仍舊以煤炭為主，保護(hù)環(huán)境、控制溫室氣體排放的任務(wù)十分艱巨。

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、方便的清潔能源和化工原料，具有巨大的應(yīng)用潛力，其中市場化程度較高的液化天然氣（LNG）作為傳統(tǒng)氣源的補(bǔ)充也開始備受關(guān)注。

近年來，我國LNG市場增長迅速，LNG供給已形成沿海大型LNG接收站和內(nèi)陸小型LNG液化工廠并重的格局。

按照我國的能源戰(zhàn)略部署，在未來一段時(shí)間內(nèi)還將新建和擴(kuò)建更多的LNG設(shè)施，以滿足對(duì)LNG需求的增長。

基于LNG超低溫（-162℃）存儲(chǔ)的特點(diǎn)，對(duì)LNG管道的保冷就成為行業(yè)必須面臨的問題。

其保冷效果不僅關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的輸送效率，而且對(duì)于裝置的安全生產(chǎn)也至關(guān)重要。

因而，合適的保冷材料不僅可以降低能耗、減少冷量損耗，而且為符合環(huán)保要求、為企業(yè)安全生產(chǎn)和創(chuàng)造更好的效益提供了保障。

真空絕熱：其原理是將絕熱結(jié)構(gòu)做成密閉的夾層，內(nèi)部空間抽至一定的真空度，以減少熱量的傳遞。

在國內(nèi)LNG 體系中利用時(shí)間長，項(xiàng)目成熟，監(jiān)測以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)完備，絕熱效果明顯，冷量損失較小，但價(jià)位較高，應(yīng)當(dāng)在企業(yè)預(yù)制，制造時(shí)間常，多利用在重點(diǎn)項(xiàng)目中。

2、堆積絕熱

1、堆積絕熱保冷概述。堆積絕熱是一種傳統(tǒng)的絕熱方式，即在管道外側(cè)敷設(shè)多孔型絕熱材料，因孔泡中充滿常壓空氣（或其它氣體）而實(shí)現(xiàn)絕熱。

但在絕熱效果上不如真空絕熱，但結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，運(yùn)行維修方便 。目前國內(nèi)LNG 管道多采用此方式進(jìn)行管道絕熱。

2、 堆積絕熱材料選擇。在中國市場中，現(xiàn)有的堆積絕熱材料選擇根據(jù)LNG 溫度的不同多采用聚氨酯材質(zhì)與泡沫玻璃材質(zhì)，泡沫玻璃在國內(nèi)的應(yīng)用時(shí)間比較長，測試標(biāo)準(zhǔn)完備。

而三聚酯材料屬于聚氨酯材質(zhì)的優(yōu)化版，其物理效能和防火狀態(tài)優(yōu)于聚氨酯。

目前國內(nèi)外企業(yè)認(rèn)可的較理想保冷材料有以下幾種：聚氨酯泡沫（PIR/PUR）、泡沫玻璃（FG）以及丁腈橡膠和二烯烴泡沫（LT+LTD）。

根據(jù)合成材料的不同，分為PIR 和PUR 兩種。

聚醚多元醇和異氰酸酯反應(yīng)生成的產(chǎn)品為PUR，聚酯多元醇和異氰酸酯反應(yīng)生成聚異氰脲酸酯，簡稱PIR。

兩者均可以現(xiàn)場發(fā)泡用于不規(guī)則的保冷結(jié)構(gòu)或建筑物表面，也可預(yù)制成半圓形現(xiàn)場安裝。

其結(jié)構(gòu)是由無數(shù)個(gè)微小的閉孔所組成，互不相通，因而該材料不吸水，不透水，從而將傳統(tǒng)的隔熱和防水合二為一。

而且聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)輕質(zhì)，機(jī)械加工性能好，所以近年來得到廣泛的應(yīng)用。PUR 先進(jìn)入市場，技術(shù)成熟，目前市場應(yīng)用較多。

但隨著各國對(duì)環(huán)保節(jié)能要求的提高，PUR在歐美等發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)和應(yīng)用比例已呈下降趨勢。

主要是由于PUR 阻燃性能差，燃燒后煙量和毒性大，很難達(dá)到消防安全要求。

而PIR 在阻燃性、低煙性、機(jī)械性能等方面優(yōu)于前者，但是生產(chǎn)工藝要求較PUR 苛刻，流動(dòng)性低、脆性大、粘結(jié)性差，且成本較高，因而生產(chǎn)和使用也受到了限制。

2、丁腈橡膠和二烯烴泡沫（LT+LTD）

丁腈橡膠和二烯烴泡沫（LT+LTD）是近年來剛應(yīng)用于LNG 管道的保冷材料。

特點(diǎn)是施工方便快捷，材料柔軟有彈性可直接粘接，密封性能好，無需伸縮縫，可重復(fù)使用。

一般保冷溫度大于-50℃時(shí)可直接用丁腈橡膠泡沫，當(dāng)保冷溫度在-50℃～-180℃之間時(shí)，保冷層內(nèi)層材料應(yīng)為二烯烴聚合物泡沫，外層敷設(shè)丁腈橡膠泡沫。

3、泡沫玻璃（FG）

泡沫玻璃最早是由美國彼茲堡康寧公司發(fā)明的，是由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和發(fā)泡促進(jìn)劑等，經(jīng)過細(xì)粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過高溫熔化、發(fā)泡、退火而制成的無機(jī)非金屬玻璃材料。

因其低熱絕緣、不燃等特性，應(yīng)用在各種需要保冷的工程和隔熱、隔音等場所。

除上述的幾種保冷材料外，玻璃纖維、聚乙烯泡沫、酚醛泡沫、膨脹珍珠巖等也常用于保冷，但大多數(shù)是以輔助保冷材料的形式出現(xiàn)或因其自身特點(diǎn)不適用于LNG 保冷使用。

在LNG 廠站工程設(shè)計(jì)中， 應(yīng)具體分析工程實(shí)際情況，擇優(yōu)選用合適的保冷材料。其重點(diǎn)包括：

a）保冷材料的最低安全使用溫度應(yīng)低于正常操作時(shí)介質(zhì)最低溫度；

b） 保冷材料的防火性能應(yīng)能滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求；

c） 優(yōu)先選用抗水蒸氣滲透性能優(yōu)異的保冷材料，以保證材料性能的長期穩(wěn)定；

d） 保冷材料應(yīng)具備良好的現(xiàn)場切割或裁剪加工性能，施工便捷，簡化現(xiàn)場安裝難度；

e）優(yōu)先選用單位綜合經(jīng)濟(jì)效益高的材料或制品；

f）減少保冷系統(tǒng)投產(chǎn)后的日常維護(hù)工程量，提高材料的再利用程度。

2、LNG 管道保冷材料選擇建議

目前已運(yùn)行的大部分廠家，對(duì)LNG 管道使用的保冷材料多為聚氨酯泡沫（PIR）、泡沫玻璃（FG）和丁腈橡膠及二烯烴泡沫（LT+LTD）的組合材料。

聚氨酯泡沫（PIR）和泡沫玻璃（FG）保冷的結(jié)構(gòu)是以PIR 或FG 為保冷層，保冷層用玻璃纖維帶纏繞后再敷設(shè)防潮層，最后用不銹鋼板做保護(hù)層。

對(duì)于閥門和不規(guī)則設(shè)備的保冷，PIR 可以現(xiàn)場發(fā)泡，但是發(fā)泡均勻性差。

一般的管道，PIR/FG材料可在工廠預(yù)制，現(xiàn)場實(shí)施安裝即可。施工需要注意的是伸縮縫和氣阻。目前使用的生產(chǎn)企業(yè)有浙江LNG 項(xiàng)目和廣東大鵬LNG 項(xiàng)目等。

丁腈橡膠和二烯烴泡沫（LT+LTD）是近年來用于LNG 管道保冷的新材料，具體保冷結(jié)構(gòu)為保冷層和金屬保護(hù)層，不設(shè)防潮層，也不用玻璃纖維帶纏繞，保冷層材料直接粘結(jié)即可。

目前使用的生產(chǎn)企業(yè)有山西晉城LNG 項(xiàng)目、大連的LNG項(xiàng)目和福建LNG 項(xiàng)目等。

綜上可以看出LT+LTD 與傳統(tǒng)的保冷材料PIR/PG 比較有如下特點(diǎn)。

（1）具備內(nèi)在的抗沖擊特性，可以吸收和分散施加在局部位置的外界應(yīng)力；

（2）可以避免出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致的材料開裂現(xiàn)象；

（3）安裝不需要伸縮縫，保證了整個(gè)保冷系統(tǒng)的汽密性和完整性；

（4）施工比較快捷，對(duì)閥門等不規(guī)則管道、設(shè)備可以直接根據(jù)具體外形尺寸現(xiàn)場裁剪后粘結(jié)。

但是LT+LTD 組合后的保冷材料不能現(xiàn)場發(fā)泡，保冷厚度相對(duì)于前兩者較厚，而且國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)不成熟，訂貨流程復(fù)雜，到貨時(shí)間相對(duì)較長，材料價(jià)格也相對(duì)偏高。

為保證LNG管道在深冷環(huán)境下的長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行，其保冷結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要著重考慮兩個(gè)方面：一是解決傳熱問題，二是解決防潮問題。

根據(jù)GB 50264《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，保冷結(jié)構(gòu)一般由絕熱層、防潮層、保護(hù)層等組成。而對(duì)于硬質(zhì)保冷材料和柔性保冷材料而言，各自性質(zhì)的差異也決定了彼此的保冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工工藝也有所不同。

1、LNG管道硬質(zhì)保冷結(jié)構(gòu)及施工

以FG、PIR為代表的硬質(zhì)保冷材料，由于單層保冷層結(jié)構(gòu)的局部缺陷容易造成冷量損失從而影響整體保冷效果，因此在LNG管道保冷設(shè)計(jì)中通常采用多層保冷層結(jié)構(gòu)的形式。

每一層保冷層的鋪設(shè)、拼接，還需要考慮保冷材料在低溫條件下長期使用易出現(xiàn)的局部變形現(xiàn)象，宜采用哈夫拼接方法，即同層錯(cuò)縫、鄰層壓縫。

此外，由于鋼管和保冷材料之間線膨脹系數(shù)和收縮率的差異，在超低溫和常溫交變時(shí)容易造成LNG管道保冷結(jié)構(gòu)的破壞。

因此，通常采取在保冷層與鋼管之間設(shè)置過渡層以及保冷層局部設(shè)置伸縮接頭的結(jié)構(gòu)來解決不同材料的收縮問題。

在防潮方面，雖然硬質(zhì)保冷材料本身具備較強(qiáng)的抗水汽滲透能力，但是由于拼接縫及伸縮縫的存在造成了保冷層結(jié)構(gòu)的非連續(xù)性，極大地增加水汽滲透的風(fēng)險(xiǎn)。

因此每層硬質(zhì)保冷材料的外表面均需要敷設(shè)連續(xù)的防潮層以提高保冷結(jié)構(gòu)整體的防潮性能。

綜合來看，LNG管道硬質(zhì)保冷的典型結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次為：過渡層、保冷層、防潮層和外保護(hù)層。以PIR為例，其保冷結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）纏裹無機(jī)纖維類過渡層材料，如玻璃棉，硅酸鋁棉、玻璃纖維彈性氈等，厚度控制在1～2cm。

2）安裝主體PIR保冷層，注意錯(cuò)縫、壓縫，同時(shí)每層保冷層均需設(shè)置伸縮縫，并用無機(jī)纖維類材料進(jìn)行填充。

3）敷設(shè)防潮層。防潮層又分為主防潮層和次級(jí)防潮層，其中內(nèi)側(cè)保冷層一般粘貼鋁箔作為次級(jí)防潮層，最外側(cè)保冷層涂抹馬蹄脂作為主防潮層。

尤其注意的是，最外層伸縮縫處需要額外進(jìn)行防潮處理，一般采用粘貼丁基橡膠，并用不銹鋼帶固定。

4）安裝金屬外保護(hù)層。一般采用全鍍鋁鋼板作為外保護(hù)層，以咬合結(jié)構(gòu)進(jìn)行接縫處理。

2、LNG管道柔性保冷結(jié)構(gòu)及施工

與傳統(tǒng)的硬質(zhì)保冷材料相比，以FEF（LT+LTD）為代表的柔性保冷材料，在深冷環(huán)境下的彈性使得材料具備膨脹和收縮的特點(diǎn)。

從而可以有效解決LNG管道低溫收縮產(chǎn)生的應(yīng)力累積，避免了伸縮縫的設(shè)置。

在另一方面，F(xiàn)EF（LT+LTD）本身具有很高的抗水汽滲透性能且無需設(shè)置拼接縫及伸縮縫，因此，材料能夠在整個(gè)厚度方向上都具備連續(xù)的抗水汽滲透能力，無需額外敷設(shè)防潮層。

以FEF（LT+LTD）為例，其LNG管道保冷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

LNG管道FEF（LT+LTD）保冷為三層結(jié)構(gòu)：內(nèi)層為鋁箔耐磨層，中間層以LT+LTD作為保冷層，外層為金屬板材保護(hù)層。

其中，保冷層又由兩種不同的材料組成，內(nèi)側(cè)LTD是耐低溫二烯烴橡膠發(fā)泡材料，該材料能在低溫下維持良好的柔性以最大程度地減少溫變應(yīng)力，從而確保系統(tǒng)在深冷環(huán)境下優(yōu)異的機(jī)械性能；

通過LTD的過渡，使保冷層溫度升高到約-50℃，然后外側(cè)使用耐低溫丁腈橡膠發(fā)泡材料LT，進(jìn)而賦予整個(gè)保冷系統(tǒng)良好的絕熱性能、阻燃性能以及經(jīng)濟(jì)合理的造價(jià)。

LNG管道FEF保冷結(jié)構(gòu)的施工流程大致如下：

1）設(shè)置耐磨層，將鋁箔復(fù)合膠帶連續(xù)地纏裹在管道表面。

2）安裝保冷層。將LT/LTD分層包裹在管道表面，兩側(cè)接縫處均勻涂刷特種膠水，當(dāng)膠水指干時(shí)，將接縫對(duì)齊、擠壓粘接即可。

3）最外側(cè)保冷層接縫防水處理。最外側(cè)保冷層的所有接縫均須采用鋁箔自粘膠帶進(jìn)行壓縫粘貼做防水處理，粘貼膠帶前，被粘貼材料面必須先涂抹膠水，以保證壓縫粘貼強(qiáng)度的持久性。

4）安裝金屬外護(hù)層。選擇金屬板材如鍍鋁鐵皮等作為外保護(hù)層，施工時(shí)將其包覆在保冷層外并固定，交疊接頭處需要用噴槍打入密封劑做防水處理。

合理選用保冷材料是LNG管道保冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，而與保冷材料自身性質(zhì)相匹配的保冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的施工工藝控制是保證LNG管道保冷效果的關(guān)鍵。

以FG、PIR為代表的硬質(zhì)保冷和以FEF（LT+LTD）為代表的柔性保冷基本上代表了當(dāng)前及今后一段時(shí)期內(nèi)LNG管道保冷的主流方向，而保冷材料的最終選取還需要綜合考慮工程項(xiàng)目的實(shí)際要求。

伴隨著世界能源結(jié)構(gòu)的深刻調(diào)整，以及對(duì)節(jié)能環(huán)保的不斷重視，LNG會(huì)在未來的產(chǎn)業(yè)份額中占據(jù)越來越大的比例，而其中的LNG管道保冷也將朝著節(jié)能、環(huán)保、高效的方向不斷發(fā)展。