LNG换热器用低温管道保冷结构与设计.pdf

当代化工研究 Modern Chemical Research112 工艺与设备 2020 ・ 05 LNG换热器用低温管道保冷结构与设计 *李云山沈小兵唐胜波 张经纬 惠生南通重工有限公司 江苏226009 摘耍随着LNG在国内外的推广应用，对于LNG输送管道的保冷研究显得尤为重要.本文主要对LNG管道保冷设计及计算进行了研究，结 合某LNG换热器试验项目中LNG管道保冷实施，提出了在简化餉真空保冷层的基础上，外敷一层常规的保冷材料的保冷设计，通过计算不同 保冷组合的外层表面温度、热损失量、热损失率，优选了最佳保冷厚度，并与常规保冷设计进行了比较.结果表明该复合保冷设计比不 锈钢管外直接敷设常规保冷材料所需保冷厚度更薄，更加节省材料，更易于狭小空间内的管道保冷敷设应用. 关键词LNG管道；保冷结构；保冷厚度 中阖分类号T 文献标识码A Cold Pr eser vat ion St r uct ur e and Design of Low Temper at ur e Pipeline f or LNG Heat Exchanger Li Yun sh a n , Sh e n Xia o bin g , Ta n g Sh e n g bo , Zh a n g Jin g w e i Huish e n g Na n t o n g He a v y In d ust r y Co ., Lt d ., Jia n g su, 226009 Abstracts With the popularization and application of LNG at home and abroad, it is particularly important to study the cold preservation of LNG transportation pipelines. In this paper, the cold preservation design and calculation ofLNG pipeline are mainly studied. Combined with the cold preservation implementation ofLNG pipeline in a LNG heat exchanger test project, a cold preservation design of applying a layer of conventional cold preservation material on the basis of simplified vacuum cold preservation layer is proposed. Through calculating the outer surface temperature, heat loss amount and heat loss rate of different cold preservation combinations, the optimal cold preservation thickness is selected, which is compared with the conventional cold preservation design. The results show that the thickness which the composite cold preservation design required is thinner than that of the conventional cold preservation material laid directly outside the stainless steel pipe, and is more material saving and easier to be used in the cold preservation laying of the pipe in a narrow space. Key words LNG pipeline； ； cold preservation structure cold preservation thickness - * 刖肓 我国的能源现状是多煤、贫油、少气，且能源分布不 平衡。近些年来，液化天然气（LNG）在国内应用的推广应 用，缓解了能源供需矛盾，推动了国家的能源安全及能源的 可持续发展。 本文主要对LNG管道保冷设计及计算进行了研究，结合 某LNG换热器试验项目中LNG管道保冷实施，提出了在简化的 真空保冷层的基础上，外敷一层常规的保冷材料的保冷设 计，通过计算不同保冷组合的外层表面温度、热损失量、热 损失率，优选了最佳保冷厚度，并与常规保冷设计进行了比 较。 1. LNG管道保冷方式 LNG管道为保证管道内介质的液化状态，需要采用保 冷措施从而减少周围环境中和管道内部介质的传热，预防 管道外壁凝露，更加经济有效地减少低温管道中的冷量损 失。LNG管道保冷通常采用堆积绝热和真空绝热。 堆积绝热是一种传统绝热方法，即在管道外侧敷设多孔 型绝热材料，因孔泡中充满常压空气（或其它气体）而实现 绝热。真空绝热包括高真空绝热、真空多孔绝热及真空多层 绝热三类，其原理是将绝热结构做成密闭的夹层，内部空间 抽至一定真空度，以减少热量传入。 堆积绝热和真空绝热这两种保冷方式各有优缺点真 空绝热保冷在国内外LNG工程中的应用时间较早，相关技术 成熟及检测和施工标准规范都比较齐全。该种保冷设计空间 占用小、保冷效果好，但是制造成本高昂，且需要在工厂车 间提前预制。对保冷效果要求高的关键工程项目和橇装设备 常常釆用该种保冷方式。堆积绝热空间占用较大、绝热效果 不及真空绝热，但构造简单、成本低、施工及维护方便。 因此，国内外LNG工程管道的保冷多采用堆积绝热的保冷方 式，例如中俄能源合作重大项目-亚马尔液化天然气项 目、比利时EXMAR公司的FLNG和FSRU项目、中石化天津液化 天然气项目、海油深圳LNG接收站等。 2. LNG管道保冷材料 低温管道及其附件的保冷设计，低温设备及管道的保冷 设计，应以满足工艺生产、保持和发挥生产能力、减少冷损 失、节约能源、并防止表面凝露，改善工作环境等为目的。材 料本身还应满足无毒、无腐蚀、廉价易得、安全环保等要求。 保冷材料及其制品的性能要求。保冷材料必要时需明 确适用温度、线膨胀系数、抗折强度、燃烧（不燃、难燃、 阻燃）性能、防潮（吸水、吸湿、憎水）性能、腐蚀或抗蚀性 能、化学稳定性、热稳定性、抗冻性及透气性等切。 低温LNG管道保冷常用多孔（泡沫）型堆积绝热材料， 常见的有硬质聚氨酯（PUR）、聚异氤服酸酯（PIR）、泡沫 玻璃（CG）、聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛（PF）泡沫塑料、弹 性泡沫（FEF）材料等。 3. 复合保冷优化设计 ⑴复合保冷结构（见图1） ⑵保冷厚度计葬 根据GB50264-2013I业设备及管道绝热工程设计规 范低温管道的保冷需要延迟冻结、凝固和结晶的时间及 当代化工研究 [[q Modem Chemical Research2020 ・ 05 工艺与设备 控制物料温降时，其保温厚度应按热平衡方法计算。本文讨 论的LNG管道保冷计算釆用热平衡方法计算。真空保冷计算 中主要考虑热传导传热，保冷层中设置多层铝箔，阻断辐射 传热。 计算公式如下 ①单层保冷时厚度 5 f 95,可知三者最佳 保冷厚度单层泡沫玻璃CG取115mm,聚异氤腮酸酯 PIR取90n nn、单层真空VAC取80mn。 ② 内层真空VAC 外层泡沫玻璃CG。内层采用 真空保冷，外层采用泡沫玻璃工况下，选取了不同的厚度组 合。从单层保冷计算结果来看，保冷厚度大于25皿，热损失 量不再发生急剧变化，因此，内层真空保冷厚度选择从25mm 开始，逐步增加。结果表明满足保冷外层温度，且近似保 冷效率条件下，内层50mm真空VAC和外层40mm泡沫玻璃 CG组合保冷效果最佳，保冷厚度最薄。保冷组合取内 层40mm真空和40mm泡沫玻璃CG,此时，外层保冷厚度大 于40mm后，外层温度、热损失、保冷效率变化很小。 ③内层真空VAC 外层聚异氤服酸酯PIR o内 层采用真空保冷，外层采用外层聚异氤腺酸酯PIR工况 下，同样选择内层真空厚度从25mm开始，逐渐增加，不同厚 度组合计算结果见表1。 表1内层真空VAC 外层聚异魚朋■酸酯PIR组合 内层真空厚 度mm 外层PIR厚度 mm 保冷总厚度 mm T外表面温度 C n保冷效率 25651003196. 8 40509031.197. 5 50409031.597. 7 60309031. 197.5 表1结果表明满足保冷外层温度，且近似保冷效率条 件下，不同厚度组合条件下，内层真空厚度25mm条件下， 保冷总厚度没有变化，这说明真空保冷和PIR保冷效果近似。 考虑制作方便及成本，保冷组合取内层40mm真空和外层 50mm聚异氤腺酸酯PIR,此时，外层保冷厚度大于50mm 后，外层温度、热损失、保冷效率变化很小，如图2所示。 T-T外表面温度 一B-Q热损失量保冷效率 C W/m 外层保冷厚度 MM 图2内层40mm真空VAC 外层外层泡沫玻璃CG 4.结论 综上所述，可以得到以下结论 1 一种简化的真空复合保冷结构设计，内层采用真 空层保冷，外敷一层或多层不同的保冷材料的保冷结构设计。 2 LNG管道在中低压真空条件下，单层保冷方式条 件下，真空VAC厚度较常用保冷材料泡沫玻璃CE、聚 异氤服酸酯PIR保冷厚度更薄。获热器试验项目中，三种 保桶小厚度分别为5 VAC80mm 8 PIR90mm 6 CG115nmo 3 真空复合保冷计算中，热损失量主要集中在一定 保冷厚度，LNG换热器试验项目中，热损失量主要集中在保 冷厚度25mm以内，大于25mm条件下，保冷层外表面温度、热 损失量变化幅度很小。 4 LNG换热器试验项目中，釆用真空与泡沫玻璃或真 空与聚异氤腺酸酯PIR复合保冷结构，最佳保冷厚组合 为内层50mm真空VAC和外层40mm泡沫玻璃CG；内 层40mn真空和外层50nnn聚异氤腺酸酯PIR。 【基金项目】 国家重点研发计划资助项目项目编号2018YFC0310400 基于增材制造技术研制用于FLNG装置的紧凑高效换热器 【作者简介】 李云山 1984-,男，河南焦作人，硕士研究生，工程师， 惠生南通重工有限公司；研究方向天然气液化及气化综合利 用、LNG气化器.