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专栏 — LNG保温材料简介-泡沫玻璃

LNG接收站专栏 | LNG接收站建设与运营先锋号 2021/10/20 10:14

随着我国经济水平的不断发展,对能源的消耗量也逐年增长,液化天然气(LNG)作为目前广泛使用的清洁能源,其储存温度低于-165℃,储存压力不大于0.1MPa,采用储罐即可长期储存,将其重新气化后通过管网输送至用户终端即可使用,使用LNG专用船或LNG运输车便可进行运输交易。

目前LNG储存设备及绝热措施都不能完全保证杜绝热损失,为了减少制冷能耗,降低LNG的蒸发率,保证LNG的长期储存,作为绝热工程中的关键绝热保冷材料的产品质量是关键。

保温绝热工程就像一件“棉衣”一样“穿着”在设备上,不同的工况下对“棉衣”的物理性能有不同的要求,故不同的工程部位会匹配设计使用不同的保温材料以满足整个绝热系统的要求。

以下是常见的LNG储罐的结构示意图,对储罐来说,通常罐顶保温填充层使用轻质易填充的玻璃棉毡或珍珠岩,罐壁保温填充层使用珍珠岩、弹性毡等,而罐底的保温填充层对承压具有一定要求,通常采用泡沫玻璃。

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类似地,常见的LNG输送管道的结构示意图如下,目前不同国家地区都对该类绝热材料进行了标准规范并对性能提出要求。

对管道而言,保冷层可采用泡沫玻璃、聚异氰脲酸酯泡沫以及柔性泡沫橡塑等,对于低温管道支吊架、保冷垫块等关键冷桥部位可采用高密度聚异氰脲酸酯硬质保冷材料。

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上海建科检验有限公司-LNG接收站专栏合作系列 》将分为5个主题分别对泡沫玻璃(CG)、聚异氰泡沫(PIR)、柔性泡沫橡塑(PFE)、膨胀珍珠岩(PL)和弹性毡简单介绍,本篇首先介绍泡沫玻璃。

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泡沫玻璃是一种以玻璃粉为主要原料,通过添加发泡剂和改性剂,经过高温烧熔、发泡和退火冷却、加工处理后制得的具有均匀的独立气孔结构的无机材料。

作为 绝热材料 具有不透气、防火、使用温度范围广且抗压强度高等特点,被广泛用于工业储罐、设备、管道及建筑物外保温系统的绝热工程。

目前我国主要采用的设计标准有《低温储罐绝热防腐技术规范》SY/T 7349、《低温管道与设备防腐保冷技术规范》SY/T 7350以及CINI手册,同时也会使用美国协会标准《多孔玻璃隔热材料标准规范》ASTM C552、中国行业标准《泡沫玻璃绝热制品》JC/T 647、欧盟产品标准《建筑设备和工业装置用隔热产品工厂制多孔玻璃产品规范》EN14305等产品标准。

每项标准对于产品或者设计都有自己不同的要求,下面将从几个方面进行总结。

1、标准适用温度范围: 所有绝热材料都具有工作温度范围,只有在规定的温度范围内使用才会有良好的绝热性能,泡沫玻璃在高温使用时易融化导致保温层失效而发生事故,故出于安全考虑标准对泡沫玻璃的使用温度范围限定在430℃以下。

如下图所示,这六本标准规定了泡沫玻璃的使用温度可至-150℃以下,其中产品标准仅依据产品特性规定了最广的适用温度范围,而设计标准对适用领域有严格的要求,故其温度适用范围也比较窄;

比如SY/T 7349只适用于立式圆筒形平底冷冻液化气体储罐绝热防腐系统,低温储罐存储的冷冻液化气体的操作温度限定于-165℃~0℃,故其使用工况中无高温情况,最高使用温度仅规定至常温。

而SY/T7350及CINI手册适用于陆上气田工程、地面金属管道与设备外表面的防腐及保冷,因而会对温度有较高的要求,使用温度范围最高可至400℃。

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2、导热系数的温度范围: 导热系数主要表征材料的绝热能力,但是相同材料不同温度下的导热系数也不同,故设计人员需要针对实际工况温度对材料的导热系数进行确认。

从下图可以看出:ASTM C552及EN 14305有较广的导热系数温度范围,而我国的行业标准JC/T 647编制的初衷主要适用于建筑绝热领域,故对导热系数的温度范围未涉及到较低温度。CINI手册基于材料的应用领域并通过独立的研究机构测量后给出了-180℃~400℃的导热系数温度范围,其温度范围也是这些标准中温度跨度最大的。

而其他设计标准的导热系数平均温度范围比较局限,SY/T 7349为保证低温储罐绝热防腐系统的质量,仅要求了平均温度为10℃的导热系数,设计标准SY/T 7350由于不仅规范了设备防腐保冷工程的设计,同时也规范了低温管道的绝热防腐设计,故其导热系数温度范围为-150℃至常温。

3、性能指标要求: 下图是不同标准及设计手册对泡沫玻璃性能指标的要求。产品标准是为保证产品的适用性,对产品必须达到的某些要求所制订的标准,是产品生产、检验、验收、使用、维护和贸易洽谈的技术依据,对于保证和提高产品质量,提高生产和使用的经济效益,具有重要意义,因此产品标准会对产品的各方面性能指标都作一个要求;

而设计标准是为了提高设计施工水平,规范工程设计使用,所以会针对工程的实际工况,对关键的物理性能进行特别要求,而对通用性能则没有特殊要求。

标准使用者应依据工程实际设计及使用情况酌情考虑产品的使用标准及性能指标要求,防止因泡沫玻璃某一性能无法满足实际的工程要求而产生相应工程质量问题。

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产品的性能决定了其使用价值,而一个产品性能如何,是否符合标准还需经专业检测进行验证。上海建科检验有限公司专业从事建设工程质量检测、检查评估、技术咨询等合格评定技术服务及产品研发。

公司配置有德国耐驰生产的GHP456防护热板法导热系数测定仪,可对绝热材料进行平均温度低至-165℃的导热系数测试,在深冷领域有大量的研发及科研经验;

主参编现行国家及行业标准GB 30526《烧结墙体材料和泡沫玻璃单位产品能源消耗限额》、JC/T 647《泡沫玻璃绝热制品》、JG/T469《泡沫玻璃外墙外保温系统材料技术要求》等泡沫玻璃相关标准十余项,并在编ISO标准《Thermal insulation for building equipment and industrialapplications—Cellular Glass products—Specification》及《泡沫玻璃绝热制品》英文版标准,一直勇于承担社会责任,努力推动着泡沫玻璃行业的健康绿色发展。

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