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摘 要：从分析现在国内较常用的泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构与真空绝热管保冷在绝热性能，结构尺寸，制造成本及维护方面的不同，来探讨在LNG项目中的管道设计保冷方式的选择。
关键词：液化天然气 管道设计 真空绝热 保冷材料
天然气是清洁、高效、环保、方便的能源，逐渐被广泛应用在工业、农业、民用住宅燃烧用气等多个领域，对于提升经济发展和提高环境质量中起着日趋重要的作用。天然气经预处理，即脱除重质烃、硫化物、二氧化碳和水分等杂质后，在常压下被冷却到-162℃ 即液化成液化天然气LNG。因此在LNG项目的管道设计中低温保冷是一个重要问题。
国内现在较常用的保冷方式有泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷方式和真空绝热管道保冷，两者在诸多方面有着不同的表现。本文将在分析这些不同后，探讨在LNG项目中LNG管道保冷方式的选择。
一、绝热性能的比较
泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构中，泡沫玻璃的导热系数为0.052W/(m.K)，聚氨酯泡沫塑料的导热系数为0.0275W/(m.K)[1]，而两者组合使用的导热系数不会小于聚氨酯泡沫塑料的导热系数。国内最新发明得新型绝热材料深冷用改性聚氨酯泡沫塑料( PUH、PUB)，其导热系数可以达到0.0121W/(m.K)左右[2]。一般来说，对于非真空的保冷方式，导热系数一般不会小于0.01W/(m.K)。
真空绝热是一种非常高效的绝热方法。真空绝热采用抽真空的方法将存留在绝热空间的气体清除掉,這样使得气体导致的各种传热途径被消除，由于没有空气的对流。绝热效果有大幅度的提高。设置的防辐射材料，能有效阻挡辐射热的穿透。以从而使得真空绝热的绝热效果远优于其他传统的绝热材料。真空绝热的传热系数一般都小于10-2 W/(m.K)而最小可以达到10-5 W/(m.K)[3]。
二、结构尺寸
泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构，内层采用泡沫玻璃，利用其耐低温性、外层采用聚氨酯，利用其导热系数低和成本低的特点，可以节约投资。其一般结构如图1所示，需要注意的是:保冷材料的最小厚度, 对泡沫玻璃而言,受其加工工艺的限制，最小厚度一般为60 mm，若小于60 mm，其机械强度难以保证[1]。
真空绝热管的结构，相对泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构来说更为复杂。但是，真空绝热管外没有保温层，只需考虑外管尺寸，这使得真空绝热管在管道尺寸上要小于泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构管道的管道尺寸。
根据项目经验，同一根LNG管道使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构的保冷层厚度往往大于200mm，并且随着管道尺寸的增加，保温厚度也随之增加。而使用真空绝热管道时，一般外管直径交内管大2”(50mm)左右。
由此可见，泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构上简单，但相对尺寸较大；真空绝热管道，结构复杂，但相对的尺寸较小。
三、制造成本
输送液化天然气的管材必须选用性能良好的低温隔热材料同时还应该考虑到管材的冷脆问题，因此，液化天然气，管材一般选用9% 和3.5 %的镍钢[4]。真空绝热管结构复杂，制造工艺难度较高，考虑到其结构中使用到波纹管，真空绝热管的长度不宜太长也不宜太短，太长有可能波纹管无法满足管道柔性要求，太短又会增加制造成本。故在项目的管道设计中，一般应确定一个适宜长度，当超过该长度时，则可以使用多根真空绝热管焊接。
而泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料相对来说价格便宜，制造工艺难度相对简单，保温层可以与管道一起预制节约成本。
所以，一般真空绝热管道的制造成本要远高于使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷。
四、维护及使用寿命
泡沫玻璃具有容重低、不透湿、不吸水、不燃烧、不霉变、不受鼠啮，机械强度高且易于加工，有良好的耐低温性( 可用于- 196 ℃的低温环境) 等优点；聚氨酯( 使用温度在- 65℃以上) 具有容重低、导热系数小、有较好的防潮性和阻燃性等优点，故使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷安全可靠，无需过多的维修，在机械损伤后修复简便。其使用寿命的对数和温度的倒数大致上呈直线关系，应用于低温下的泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料几乎不必担心其寿命问题。
真空管一般的使用寿命与焊接接头的气密性等有关。真空管复合总装完成后要做氦质谱检漏, 以检查不锈钢氩弧焊的气密性, 要求漏率小于1 x10- 9Pa.L/ s，这样才足以保证10 年内该真空腔内真空度不会降到所要求真空度以下。即使如此，真空管的使用寿命仍不及泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材结构。
五、管道设计中保冷方式选择的分析
经过以上分析，我们可以看到：使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷，虽然绝热性能不如真空绝热管，管道尺寸相对较大，但是结构相对简单，制造成本低。
因此，在LNG项目的管道设计中，管道走向复杂，管道上管件，仪表件等较多，长距离的直管段较少的区域，如装置区内（ISBL）各设备间的LNG管道，适合选择使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材的保冷方式。而管道走向单一，管道上管件仪表件等较少，又有较长距离的直管段的区域，如从装置内（ISBL）向装置外（OSBL）的LNG储罐运输LNG的管道及LNG储罐到LNG装卸码头的管廊上的LNG管道，可以选择使用真空绝热管道来保证管道来保冷。
参考文献
[1]李珏 低温管道的保冷设计 石油化工设计 配管技术 2009，26（1） .
[2]张敏丹 LNG低温输送管路的绝热保冷 深冷技术, 2005.5期.
[3]陈雷 马国光 谢剑飞 LNG长输管道输送技术研究 石油化工设计 油气储运 2006，23(2)
[4]梁光川郑云萍等: 液化天然气( LN G ) 长距离管道输送技术,天然气与石油, 2 0 0 3 , 2 1 ( 2 ).
作者简介：康正华（1982.12—），男，上海，汉，本科，中级工程师，研究方向：石油化工，管道设计。
关键词：液化天然气 管道设计 真空绝热 保冷材料
天然气是清洁、高效、环保、方便的能源，逐渐被广泛应用在工业、农业、民用住宅燃烧用气等多个领域，对于提升经济发展和提高环境质量中起着日趋重要的作用。天然气经预处理，即脱除重质烃、硫化物、二氧化碳和水分等杂质后，在常压下被冷却到-162℃ 即液化成液化天然气LNG。因此在LNG项目的管道设计中低温保冷是一个重要问题。
国内现在较常用的保冷方式有泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷方式和真空绝热管道保冷，两者在诸多方面有着不同的表现。本文将在分析这些不同后，探讨在LNG项目中LNG管道保冷方式的选择。
一、绝热性能的比较
泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构中，泡沫玻璃的导热系数为0.052W/(m.K)，聚氨酯泡沫塑料的导热系数为0.0275W/(m.K)[1]，而两者组合使用的导热系数不会小于聚氨酯泡沫塑料的导热系数。国内最新发明得新型绝热材料深冷用改性聚氨酯泡沫塑料( PUH、PUB)，其导热系数可以达到0.0121W/(m.K)左右[2]。一般来说，对于非真空的保冷方式，导热系数一般不会小于0.01W/(m.K)。
真空绝热是一种非常高效的绝热方法。真空绝热采用抽真空的方法将存留在绝热空间的气体清除掉,這样使得气体导致的各种传热途径被消除，由于没有空气的对流。绝热效果有大幅度的提高。设置的防辐射材料，能有效阻挡辐射热的穿透。以从而使得真空绝热的绝热效果远优于其他传统的绝热材料。真空绝热的传热系数一般都小于10-2 W/(m.K)而最小可以达到10-5 W/(m.K)[3]。
二、结构尺寸
泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构，内层采用泡沫玻璃，利用其耐低温性、外层采用聚氨酯，利用其导热系数低和成本低的特点，可以节约投资。其一般结构如图1所示，需要注意的是:保冷材料的最小厚度, 对泡沫玻璃而言,受其加工工艺的限制，最小厚度一般为60 mm，若小于60 mm，其机械强度难以保证[1]。
真空绝热管的结构，相对泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构来说更为复杂。但是，真空绝热管外没有保温层，只需考虑外管尺寸，这使得真空绝热管在管道尺寸上要小于泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构管道的管道尺寸。
根据项目经验，同一根LNG管道使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构的保冷层厚度往往大于200mm，并且随着管道尺寸的增加，保温厚度也随之增加。而使用真空绝热管道时，一般外管直径交内管大2”(50mm)左右。
由此可见，泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷结构上简单，但相对尺寸较大；真空绝热管道，结构复杂，但相对的尺寸较小。
三、制造成本
输送液化天然气的管材必须选用性能良好的低温隔热材料同时还应该考虑到管材的冷脆问题，因此，液化天然气，管材一般选用9% 和3.5 %的镍钢[4]。真空绝热管结构复杂，制造工艺难度较高，考虑到其结构中使用到波纹管，真空绝热管的长度不宜太长也不宜太短，太长有可能波纹管无法满足管道柔性要求，太短又会增加制造成本。故在项目的管道设计中，一般应确定一个适宜长度，当超过该长度时，则可以使用多根真空绝热管焊接。
而泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料相对来说价格便宜，制造工艺难度相对简单，保温层可以与管道一起预制节约成本。
所以，一般真空绝热管道的制造成本要远高于使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷。
四、维护及使用寿命
泡沫玻璃具有容重低、不透湿、不吸水、不燃烧、不霉变、不受鼠啮，机械强度高且易于加工，有良好的耐低温性( 可用于- 196 ℃的低温环境) 等优点；聚氨酯( 使用温度在- 65℃以上) 具有容重低、导热系数小、有较好的防潮性和阻燃性等优点，故使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷安全可靠，无需过多的维修，在机械损伤后修复简便。其使用寿命的对数和温度的倒数大致上呈直线关系，应用于低温下的泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料几乎不必担心其寿命问题。
真空管一般的使用寿命与焊接接头的气密性等有关。真空管复合总装完成后要做氦质谱检漏, 以检查不锈钢氩弧焊的气密性, 要求漏率小于1 x10- 9Pa.L/ s，这样才足以保证10 年内该真空腔内真空度不会降到所要求真空度以下。即使如此，真空管的使用寿命仍不及泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材结构。
五、管道设计中保冷方式选择的分析
经过以上分析，我们可以看到：使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材保冷，虽然绝热性能不如真空绝热管，管道尺寸相对较大，但是结构相对简单，制造成本低。
因此，在LNG项目的管道设计中，管道走向复杂，管道上管件，仪表件等较多，长距离的直管段较少的区域，如装置区内（ISBL）各设备间的LNG管道，适合选择使用泡沫玻璃和聚氨酯泡沫塑料的双层异材的保冷方式。而管道走向单一，管道上管件仪表件等较少，又有较长距离的直管段的区域，如从装置内（ISBL）向装置外（OSBL）的LNG储罐运输LNG的管道及LNG储罐到LNG装卸码头的管廊上的LNG管道，可以选择使用真空绝热管道来保证管道来保冷。
参考文献
[1]李珏 低温管道的保冷设计 石油化工设计 配管技术 2009，26（1） .
[2]张敏丹 LNG低温输送管路的绝热保冷 深冷技术, 2005.5期.
[3]陈雷 马国光 谢剑飞 LNG长输管道输送技术研究 石油化工设计 油气储运 2006，23(2)
[4]梁光川郑云萍等: 液化天然气( LN G ) 长距离管道输送技术,天然气与石油, 2 0 0 3 , 2 1 ( 2 ).
作者简介：康正华（1982.12—），男，上海，汉，本科，中级工程师，研究方向：石油化工，管道设计。