摘　要：分析天然氣液化工廠絕熱設(shè)計原則與對象。根據(jù)天然氣液化工藝的操作溫度，對保溫材料、保冷材料進行選取。探討了防潮層、保護層應(yīng)具備的性能及制作方法。

關(guān)鍵詞：天然氣液化工廠  絕熱設(shè)計　保冷  防潮層　保護層

Design of Thermal Insulation for Natural Gas Liquefaction Plant

Abstract：The design principle and object of thermal insulation for natural gas liquefaction plant are analyzed．The thermal insulation material and cold insulation material are selected based on the operation temperature for natural gas liquefaction process．The performance and making methods of moisture．．proof layer and protective layer are discussed．

Key words：natural gas liquefaction plant；design of thermal insulation；cold insulation；moisture．proof layer；protective layer

天然氣液化生產(chǎn)工藝主要包括：脫酸性氣體，脫水和重?zé)N類、壓縮、膨脹、液化、儲運等^[1]。脫酸性氣體過程中的胺液再生、制冷劑循環(huán)、LNG儲運都對絕熱有較高的要求。由于天然氣液化工藝在運行過程中的溫度交變范圍非常大，超低溫、常溫、高溫交變易造成設(shè)備絕熱結(jié)構(gòu)的破壞，因此天然氣液化工廠的絕熱設(shè)計非常重要^[2]。本文對天然氣液化工廠的絕熱設(shè)計相關(guān)問題進行探討。

1　絕熱設(shè)計原則與對象

天然氣液化工廠絕熱設(shè)計應(yīng)符合減少散熱損失、節(jié)約能源、滿足工藝要求、保證生產(chǎn)能力、提高經(jīng)濟效益、改善勞動條件的原則。主要目的為^[3]：減少設(shè)備、管子及管道附件在工作過程中的熱量或冷量損失。減少生產(chǎn)過程中介質(zhì)的溫降或溫升，以提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。避免、限制或延遲管道及設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的凝固、凍結(jié)，以保證正常運行。降低或維持工作環(huán)境溫度，改善勞動條件，防止因熱表面高溫導(dǎo)致的火災(zāi)和操作人員燙傷。防止設(shè)備、管子及管道附件表面結(jié)露。

絕熱設(shè)計應(yīng)包括保溫設(shè)計、防燙設(shè)計、保冷設(shè)計。對于深冷絕熱層，應(yīng)設(shè)計成多層結(jié)構(gòu)形式，這是由于單層絕熱層結(jié)構(gòu)的局部缺陷易造成冷量損失而影響整體保冷效果。在每一層結(jié)構(gòu)中采用拼接形式，以防止在低溫條件下因局部結(jié)構(gòu)破壞而造成整體結(jié)構(gòu)的破壞。

①保溫設(shè)計

保溫對象：外表面正常操作溫度≥50℃，需要減少熱損失的管道及設(shè)備；外表面正常操作溫度<50℃，因工藝原因需要保溫的管道及設(shè)備；操作溫度≥200℃的泵體。

除特別要求外，下列元件不保溫：管道及設(shè)備的裙座、支座、吊耳、儀表管座、支架、吊架以及按工藝和維修要求需經(jīng)常拆卸的法蘭、法蘭蓋等。

②防燙設(shè)計

當(dāng)外表面操作溫度≥60℃而又不要求保溫時，對下列范圍內(nèi)的管道及設(shè)備應(yīng)進行防燙處理：距地面或操作平臺的高度<2.1m；與通道和操作平臺的距離<0.75m。防燙層采用50mm的巖棉氈。

③保冷設(shè)計

對低溫運行管道進行保冷設(shè)計的主要目的為：減少管子及管道附件在輸送過程中的冷量損失；減少輸送過程中低溫流體升溫，以利于系統(tǒng)的良好運行；改善勞動條件，防止操作人員凍傷；防止管子及管道附件表面結(jié)露。

保冷對象：操作溫度低于環(huán)境溫度，需要減少冷損失、防止表面結(jié)露的管道及設(shè)備。管道及設(shè)備的裙座、支座、吊耳、儀表管座、支架、吊架等。

2　絕熱材料的選取

在天然氣液化工廠絕熱設(shè)計中，一般考慮對再生氣、胺液、導(dǎo)熱油等管道進行保溫，對LNG管道、BOG管道、制冷劑管道進行保冷。天然氣液化工廠絕熱設(shè)計對象的操作溫度、設(shè)計溫度見表l。

在充分比較各種絕熱材料性能后，結(jié)合表l給出的操作溫度范圍，保溫材料選用巖棉，保冷材料選用聚異氰脲酸酯(Polyisocyanurate Foam，PIR)泡沫塑料，兩種絕熱材料的應(yīng)用范圍及性能見表2，表中tcp為界面間平均溫度，單位為℃。

PIR泡沫塑料是一種深冷型保冷材料，具有優(yōu)良的耐熱性、耐寒性及阻燃性。與其他3種常用保冷材料的性能比較見表3。由于Pu(聚氨酯)泡沫塑料、EPS(可發(fā)性聚苯乙烯)泡沫塑料的適用溫度范圍不滿足天然氣液化工廠保冷工況下的操作溫度，因此未給出具體的熱導(dǎo)率。由表l、3可知，只有PIR泡沫塑料、泡沫玻璃適用于天然氣液化工廠保冷工況，但由于泡沫玻璃的線膨脹系數(shù)較大(對溫度變化敏感)，因此宜采用PIR泡沫塑料。

3　防潮層及保護層設(shè)計

①防潮層

防潮層應(yīng)設(shè)置在以下部位：保冷層管殼及板材外表面、埋地或管溝內(nèi)敷管道的保溫層外表面，其他保冷、保溫、防燙層外表面可不設(shè)防潮層。

防潮層應(yīng)具備的主要技術(shù)性能為：抗蒸汽滲透性好，防潮、防水能力強，吸水率不大于l％；應(yīng)具有阻燃性、自熄性；粘結(jié)及密封性能好，20℃時粘結(jié)強度不低于0.15MPa；安全使用溫度范圍大，有一定的耐溫性，軟化溫度不低于65℃，夏季不軟化、不起泡、不流淌、有一定的抗凍性，冬季不脆化、不開裂、不脫落；化學(xué)穩(wěn)定性好，揮發(fā)物不大于30％；干燥時間短，在常溫下能使用，施工方便。

防潮層由兩層PU阻燃防水卷材纏繞而成，具體制作方法為：采用0.3mm厚、450mm寬的PU阻燃防水卷材纏繞，搭接寬度為40mm，在搭接處應(yīng)采用粘接用涂料密封縫隙。然后進行第二層纏繞，材料規(guī)格、方法同第一層，但應(yīng)注意第一層與第二層的搭接處應(yīng)錯開。

②保護層

保護層應(yīng)具有的主要技術(shù)性能為：防止外力損壞絕熱層，防止雨、雪侵襲，對保冷結(jié)構(gòu)兼有防潮隔汽作用，美化絕熱結(jié)構(gòu)的外觀；良好的化學(xué)穩(wěn)定性和不燃性，強度高，不易開裂，不易老化。保護層通常選用鍍鋅鋼帶制作，對于公稱直徑小于1000mm的管道，厚度一般選用0.4mm；對于公稱直徑大于等于1000mm的管道，厚度一般選用0.5mm。

4　結(jié)語

對于天然氣液化工廠的絕熱設(shè)計，除要求選用的絕熱材料質(zhì)量輕、性能滿足要求外，還要考慮施工方便、易于采購。上述絕熱設(shè)計已在國內(nèi)多項天然氣液化項目中成功應(yīng)用，均已達到預(yù)期效果。

參考文獻：

[1]顧安忠，曹文勝．中國液化天然氣的發(fā)展[J]．氣體分離，2005(2)：4-12．

[2]陸衛(wèi)強，陳崗．LNG深冷絕熱技術(shù)應(yīng)用研究[J]．上海造船，2006(4)：23-25．

[3]張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊第一篇：設(shè)計與計算[M]．北京：中國石化出版社，2000：861．

本文作者：董光輝

作者單位：陜西省燃氣設(shè)計院