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摘要：改革后，基于某采气厂内脱甲烷塔前管线及出塔管线真实低温工况，管外保冷材料分别选择柔性保冷材料和PIR材料，使用仿真软件进行流固耦合分析。根据相关气象资料确定的极端高温工况，从保冷材料最外层温度和热流密度两方面评价两材料的适用性。结果表明：在最高的极端温度下，柔性保冷材料最外层温度高于PIR最外层温度，对该管线而言，柔性保冷材料比PIR材料保冷效果更好，散热损失量低，更能满足工艺要求。
关键词：管道；保冷；材料
引言
作为清洁能源的天然气，逐渐成为国家未来能源的一个重要发展方向。在沿海各省，众多的项目方兴未艾。在此类项目中，对保冷节能体系的质量提出了较高的要求，如何减少冷量损失是保证项目质量的关键一环，所以解决保冷的质量问题就成为项目执行过程中的一个关键问题。
1保冷节能的意义
液化天然气（LNG）项目中的主要工艺介质是低温的液化天然气，LNG的沸点取决于其组分，在大气压力下通常在-166~-157℃。沸点随蒸气压力的变化梯度约为1.25×10-4℃/Pa，主要参数见表1，因此需要进行保冷，来控制系统的温度区间，节约冷能。如果管道保冷出现问题，会导致液化天然气由液态转变成气态，产生大量的气化气（BOG），如果通过火炬处理，会导致极大的能源浪费；如果通过工艺手段处理，会造成极大的能源消耗；而且一旦LNG气化，单位体积的LNG气化会产生600倍左右的膨胀，对管道系统安全也会造成不利影响。
2保冷材料
2.1聚氨酯（PUR）
聚氨酯（PUR）是由异氰酸酯与多元醇反应而制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物，其使用温度-190~100℃（核实该温度）。聚氨酯运用非常广泛，市场也非常成熟，其主要的优点为：（1）保温性能好，导热系数0.025左右；（2）黏结性能好，能够和金属管道黏结得非常牢固，不易脱落；（3）经济效益好，材料造价低；（4）耐老化好，耐老化年限可达30年之久。聚氨酯绝热材料在石油天然气建设项目中广泛运用，但聚氨酯材料也存在膨胀系数大、可燃性高的缺点。由于聚氨酯材料在-130℃的工况下，受冷收缩量大易产生裂纹，并且防火性能差，作为易燃易爆工艺气体的保温层存在消防安全隐患。
2.2三聚氰胺保温材料
三聚氰胺泡沫塑料经高温发泡制成，无残存游离甲醛。具有良好的隔热性能、阻燃性、吸音降噪、安全卫生、机械加工等性能。在建筑和结构方面，三聚氰胺泡沫塑料因其优异的吸声性、低容重性和阻燃性而成为理想的建筑材料。密度为2～8kg/m3三聚氰胺泡沫塑料，其板材经热压、切削、织物复合可制成浅浮雕、金字塔、楔状等各种各样的吸声体，可广泛用作建筑物的吸声和阻燃材料。
2.3聚异氰脲酸酯（PIR）
聚异氰脲酸酯，简称三聚酯泡沫（PIR），是由异氰酸盐与聚醚经混合、反应、发泡生成的闭孔硬质泡沫聚合体。其主要结构是异氰脲酸酯环。PIR是目前较为理想的材料，无论是它的分解温度和闪点温度都大大高于普通的聚氨酯（PUR）泡沫，而它的施工工艺又和普通的聚氨酯（PUR）泡沫很类似，从系统上不影响一般的工艺设计。PIR具有独立的密闭细胞结构和非常高的闭孔率，发泡体细胞细微均匀、隔热性能良好（工作温度下导热系数≤0.02w/（mk））、耐火焰阻燃性能极优（氧指数≥30），因而在绝热性能、耐水透湿性、接着性、抗压性、阻燃性和冷缩率等方面呈现出优良的品质。
3架空管道保冷材料仿真
3.1保冷维修作业
保冷维修作业工人须具备作业资格，并按要求进行人员防护，并根据设计结果，移除产生冷凝露位置最外层保冷材料，进行表面清理，要求被保冷的表面清洁、无污渍、干燥。从内至外逐层错缝铺设气凝胶毡；每20mm厚气凝胶毡用不锈钢绑带进行固定；采用PAP铝箔胶带作为次级防潮层，进行接缝处的防潮密封。气凝胶毡铺设完成后，依次铺设防潮层和外护层，如图2所示。
3.2保冷的结构设计
保冷的结构设计，要基于保冷材料的选择，在此过程中往往涉及到对保冷厚度的初步考虑。保冷厚度不仅决定着保冷系统的有效性，而且影响着配管间距、管廊宽度等因素。图1为保冷结构设计效果图。
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图1 保冷结构设计效果图
保冷的结构设计对于不同地域的工程项目有不同的侧重点，大体分为单一材料结构和复合材料结构，其中复合材料结构设计可以结合多种材料的优点。由于每种保冷材料都有其优势和劣势，所以有时可以考虑使用复合结构的保冷结构，具有更强的适用性，以达到优化设计的效果。比如，采用PIR+泡沫玻璃的复合方案：从保冷效果上看，PIR导热系数随温度降低而降低，将其置于保冷结构的内层能充分发挥其保冷性能，将泡沫玻璃置于外层，利用其闭孔结构，可以起到隔水防潮的作用；并且外加不燃A级材料泡沫玻璃，在外层形成防火屏障，提高了整个系统的防火性能；对于外层的泡沫玻璃，利用其最佳的保冷性能区间以及优秀的抗老化性能和寿命长的特点，使得整个保冷体系更加可靠。
3.3保冷管道支架
保冷管道支架不同于保温管道，不能采取现场制作管道支架后加外绝热层的方式，保冷管道支架一般采用工厂生产成品，现场组装的方式安装，主要有以下原因：（1）普通支架与外加绝热层之间存在缝隙，空气中的水分预冷后会凝结在支架、管道、绝热层上，造成绝热层失效和管道防腐层失效等一系列事故；（2）支架不能直接与保冷管道接触，在低温下钢构会产生冷脆，如果支架直接接触管道，支架和与支架连接的钢构性能都会受影响。（3）空气中的水蒸气在低温下会凝结为液态水，对支架钢构造成腐蚀，故保冷钢构支架需镀锌保冷支吊架主要由保冷材料（HD-PIR）、低温粘合剂、防潮层、金属防护层、钢构部件、橡胶层、聚四氟乙烯垫板（PTFE）组成。管道支架主要保冷材料为阻燃型高密度聚异氰脲酸酯泡沫HD-PIR，抗压强度≥12MPa，分为上层结构和下层结构，上下层结构之间需留有空隙，空隙用玻璃纤维等材料填充，保冷层的层数由厚度决定。HD-PIR是既是管道的保冷结构又是承重结构。防潮层是保冷结构用于防水（水蒸气）、防潮，维持保冷层保冷效果的关键。防潮层应具有较好的化学稳定性和环境适应性，如自熄、阻燃、耐低温、不透水、耐腐蚀、耐老化、收缩小。人员编写。只有在检测方法进行标准的编写之后，检测工作才能顺利开展，从而最大限度的提高检测的准确性和真实性。另外，在对标准检测方法进行编写时，还要充分考虑仪器设备的特点，保证检测结果更加精准。
结语
由模拟结果可知，在最高的极端温度下，柔性保冷材料最外层温度高于PIR最外层温度。因此柔性保冷材料比PIR保冷效果更好，散热损失量低，更能满足工艺要求。
参考文献
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