CN111795260A - 一种lng管线气凝胶保冷施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LNG管线气凝胶保冷施工方法，该方法包括如下步骤：(1)制备气凝胶保冷毡；(2)制备气凝胶保冷涂料；(3)将步骤(1)制备的气凝胶保冷毡复合有防渗透膜一侧朝外，将气凝胶保冷毡逐层缠绕在LNG管线外部，并在气凝胶保冷毡的环纵缝处采用密封胶带进行缠绕密封，以形成隔汽层；再用刮片将密封胶带中的气泡赶出，确保完全密封；(4)之后再使用刮涂的方式在气凝胶保冷毡的外层涂覆保冷涂料；(5)保冷涂料固结之后在其外部安装外保护层，并使用不锈钢扎带固定。本发明所述的冷施工方法采用气凝胶保冷毡和保冷涂料进行复合施工，双效保冷，克服了现有保冷材料存在的缺点，避免了传统保冷施工时的复杂工艺。

Description

一种LNG管线气凝胶保冷施工方法
技术领域
本发明涉及LNG管线施工技术领域，尤其是涉及一种LNG管线气凝胶保冷施工方法。
背景技术
在LNG(液化天然气)的管道工程建设中，由于管道内LNG的温度极低，约-163℃，而管道工作时所处的环境温度为室温，管道内外的温差相差极大，因此，管道的保冷尤为重要。
在目前的LNG管道工程中，通常使用的保冷材料为PIR、泡沫玻璃、PIR-泡沫玻璃复合等材料进行保冷。但PIR为纯有机材料，环保及防火性能差，导热系数高，常温下导热系数约为0.029W/(m·K)，且使用寿命仅为5年左右。泡沫玻璃虽然是无机材料，防火性能好，但同样导热系数大，常温下导热系数一般在0.04W/(m·K)以上，达到相同的工艺要求时所需保冷材料的厚度非常大，增加了管道的体积。
气凝胶毡因纳米多孔三维网络结构，孔隙率高达99.8％，室温导热系数可低至0.017w/(m·k)，是迄今为止绝热性能最好的材料，且因二氧化硅气凝胶毡是无机材料，环保性能佳，寿命可达25年，且二氧化硅气凝胶毡的防火性能可以达到A级不燃标准。
因目前市场上气凝胶毡的厚度最厚只有10mm，一般用在LNG工程时，达到规定的保冷要求时需至少10层以上气凝胶毡，施工非常复杂，施工时长延长很多。而且，目前LNG的保冷材料施工完毕后，都需要在保冷材料外层额外施工一层玛蹄脂层形成阻气层，增加了施工的时间和难度。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种LNG管线气凝胶保冷施工方法，采用气凝胶保冷毡和保冷涂料进行复合施工，双效保冷，克服了现有保冷材料存在的上述缺点，同时克服了全部采用气凝胶保冷毡带来的施工复杂等问题，也避免了传统保冷施工时保冷材料外层必须采用玛蹄脂进行密封的复杂工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)制备气凝胶保冷毡
在气凝胶毡的一侧复合一层防渗透膜，制得气凝胶保冷毡；
(2)制备气凝胶保冷涂料
以改性硅溶胶为基料，以气凝胶、二氧化钛、硅藻土、海泡石粉末、玻璃纤维作为辅助功能填料，添加去离子水充分混合后制得气凝胶保冷涂料；
(3)将步骤(1)制备的气凝胶保冷毡复合有防渗透膜一侧朝外，将气凝胶保冷毡逐层缠绕在LNG管线外部，当管道直径为20-1000mm，缠绕厚度为20-80mm，当管道直径大于1000mm可视为平面，缠绕厚度为80-110mm，并在气凝胶保冷毡的环纵缝处采用密封胶带进行缠绕密封，以形成隔汽层；再用刮片将密封胶带中的气泡赶出，确保完全密封；
(4)之后再使用刮涂的方式在气凝胶保冷毡的外层涂覆厚度为10-50mm的保冷涂料；
(5)保冷涂料固结之后在其外部安装外保护层，并使用不锈钢扎带固定。
进一步，所述气凝胶保冷涂料各组分的重量份数如下：改性硅溶胶15～35份、气凝胶5～10份、二氧化钛2～5份、海泡石粉末1～3份、硅藻土1～3份、玻璃纤维1～5份。
其中，成膜树脂选用改性硅溶胶，并辅助玻璃纤维增强其力学性能，能够显著提高涂膜的抗开裂性能。气凝胶耐温性高，导热系数低；二氧化钛金属氧化物对红外线具有很好的反射作用；海泡石是天然的保温材料；硅藻土吸附力强且是同样具有多孔结构，多种功能性填料的加入能够进一步能够增强隔热效果。
进一步，所述气凝胶保冷涂料还包括如下重量份数的原料：分散剂1-1.5份、润湿剂1-1.5份、消泡剂0.5-1份、pH调节剂0.1-0.25份。
进一步，所述分散剂为阴离子分散剂、阳离子分散剂、高分子分散剂中的一种或两种以上；
所述润湿剂为有机硅类润湿剂、阴离子型润湿剂、非离子类润湿剂的一种或两种以上；
所述消泡剂为矿物油消泡剂、聚醚消泡剂、有机硅消泡剂中的一种或两种以上；
所述PH调节剂为链烷醇胺类化合物的一种或两种以上。
制备过程中加入适量的分散剂、润湿剂，这是因为气凝胶粉末为憎水性的，在水性涂料体系中发生团聚效应，导致隔热保温效果降低，分散剂、润湿剂的加入能够降低气凝胶表面能，利于分散均匀性及稳定性。
进一步，所述气凝胶为粒径是100-300目的二氧化硅气凝胶粉体。
粒径＜100目时由于颗粒太大，不容易和其他材料混合均匀，粒径＞300目，颗粒太细易发生团聚现象，因此选择100-300目的粒径。
进一步，所述气凝胶毡为二氧化硅气凝胶毡；所述防渗透膜为铝箔玻纤布、PP复合膜、PE复合膜中的任一种。
进一步，逐层缠绕的气凝胶保冷毡采用同层错缝、内外层压缝的方式。
进一步，所述密封胶带为铝箔胶带或丁基橡胶胶带；所述密封胶带宽度为80-100mm，胶带缠绕时搭边至少20mm。
进一步，所述外保护层为不锈钢板或镀锌板。
进一步，相邻的不锈钢扎带固定的间距小于300mm。
相对于现有技术，本发明所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法具有以下优势：
(1)本发明所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法采用气凝胶保冷毡和保冷涂料进行复合施工的方式，综合保冷层厚度仅为传统保温材料厚度的二分之一，使得管线与管线，管线与设备间的距离大幅度缩小，施工成本大幅度下降，且防火性能可以达到A级不燃标准，同时，安装后的外形更加美观。
(2)本发明所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法与传统保冷施工相比，所采用的保冷层厚度及冷损失大幅度下降，且有效提高了保冷材料的防火等级和使用年限。本发明采用气凝胶保冷毡和保冷涂料两种材料进行保冷，与全部使用气凝胶保冷毡施工相比，所使用的气凝胶层数明显下降，施工更加快速。而且，所使用的保冷涂料既起到了保冷的作用，同时又有阻隔水汽的作用，代替了传统的保冷施工时最外层必须用玛蹄脂进行密封的工艺，节省了施工步骤，施工更加便捷。
(3)本发明所述的气凝胶保冷涂料以改性硅溶胶作为主体用料，并辅助玻璃纤维增强其力学性能，能够显著提高涂膜的抗开裂性能。气凝胶耐温性高，导热系数低；二氧化钛金属氧化物对红外线具有很好的反射作用；海泡石是天然的保温材料；硅藻土吸附力强且是同样具有多孔结构，多种功能性填料的加入能够进一步能够增强隔热效果。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面实施例以外径为325mm的LNG管线为例，计算出需要二氧化硅气凝胶毡的厚度为70mm，气凝胶保冷涂料厚度为20mm。
实施例1
一种LNG管线气凝胶保冷施工方法，该方法包括如下步骤：
(1)在二氧化硅气凝胶毡的一侧复合一层铝箔玻纤布，制得气凝胶保冷毡；
(2)改性硅溶胶30份、气凝胶6份、二氧化钛3份、海泡石粉末2份、硅藻土1份、玻璃纤维4份、分散剂1份、润湿剂1份、消泡剂0.5份、pH调节剂0.1份、其余部分为去离子水，充分混合后制得气凝胶保冷涂料；
(3)使气凝胶保冷毡复合有防渗透膜一侧朝外，采用同层错缝、内外层压缝的方式将气凝胶保冷毡逐层缠绕在LNG管线外部，缠绕总厚度为70mm，并在气凝胶保冷毡的环纵缝处采用铝箔玻纤胶带进行缠绕密封，以形成隔汽层，密封胶带宽度为80-100mm，胶带缠绕时搭边至少20mm；再用刮片将密封胶带中的气泡赶出，确保完全密封；
(4)之后再使用刮涂的方式在气凝胶保冷毡的外层涂覆20mm厚的保冷涂料；
(5)保冷涂料固结之后在其外部安装不锈钢板外保护层，并使用不锈钢扎带固定，相邻的不锈钢扎带的间距为250mm。
总施工管线为1m，总施工厚度为90mm，总施工费用为340元。
保冷涂料所使用原料大部分为无机原料，防火性能可达到A级不燃标准，且导热系数可低至0.025W/(m·K)。
实施例2
一种LNG管线气凝胶保冷施工方法，该方法包括如下步骤：
(1)在二氧化硅气凝胶毡的一侧复合一层PP复合膜，制得气凝胶保冷毡；
(2)改性硅溶胶20份、气凝胶10份、二氧化钛5份、海泡石粉末3份、硅藻土2份、玻璃纤维3份、分散剂1.5份、润湿剂1.5份、消泡剂0.8份、pH调节剂0.2份、其余部分为去离子水，充分混合后制得保冷涂料；
(3)使气凝胶保冷毡复合有防渗透膜一侧朝外，采用同层错缝、内外层压缝的方式将气凝胶保冷毡逐层缠绕在LNG管线外部，缠绕总厚度为70mm，并在气凝胶保冷毡的环纵缝处采用丁基橡胶胶带进行缠绕密封，以形成隔汽层，密封胶带宽度为80-100mm，胶带缠绕时搭边至少20mm；再用刮片将密封胶带中的气泡赶出，确保完全密封；
(4)之后再使用刮涂的方式在气凝胶保冷毡的外层涂覆20mm厚的保冷涂料；
(5)保冷涂料固结之后在其外部安装镀锌钢板外保护层，并使用不锈钢扎带固定，相邻的不锈钢扎带的间距300mm。
总施工管线为1m，总施工厚度为90mm，总施工费用为340元。
保冷涂料所使用原料大部分为无机原料，防火性能可达到A级不燃标准，且导热系数可低至0.025W/(m·K)。
对比例
采用传统的PIR材料在LNG管线上进行保冷施工，在保冷材料外层额外施工一层玛蹄脂层形成阻气层。
根据GB 50264-2013和现场工况数据，计算出达到保冷要求时所需材料的厚度为150mm。
总施工管线为1m，总施工厚度为150mm，总施工费用为436元。
实施例1-2和对比例施工的LNG管线保冷性能指标见表1.
表1产品性能表
Figure BDA0002591413010000081
注：年限指的是气凝胶和PIR两种材料的经验年限，目前气凝胶和PIR都没有测试年限的标准，25年和7年，是这两种材料目前比较公认的使用年限。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)制备气凝胶保冷毡
在气凝胶毡的一侧复合一层防渗透膜，制得气凝胶保冷毡；
(2)制备气凝胶保冷涂料
以改性硅溶胶为基料，以气凝胶、二氧化钛、硅藻土、海泡石粉末、玻璃纤维作为辅助功能填料，添加去离子水充分混合后制得气凝胶保冷涂料；
(3)将步骤(1)制备的气凝胶保冷毡复合有防渗透膜一侧朝外，将气凝胶保冷毡逐层缠绕在LNG管线外部，当管道直径为20-1000mm，缠绕厚度为20-80mm，当管道直径大于1000mm，缠绕厚度为80-110mm，并在气凝胶保冷毡的环纵缝处采用密封胶带进行缠绕密封，以形成隔汽层；再用刮片将密封胶带中的气泡赶出，确保完全密封；
(4)之后再使用刮涂的方式在气凝胶保冷毡的外层涂覆厚度为10-50mm的保冷涂料；
(5)保冷涂料固结之后在其外部安装外保护层，并使用不锈钢扎带固定。
2.根据权利要求1所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述气凝胶保冷涂料各组分的重量份数如下：改性硅溶胶15～35份、气凝胶5～10份、二氧化钛2～5份、海泡石粉末1～3份、硅藻土1～3份、玻璃纤维1～5份。
3.根据权利要求1或2所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述气凝胶保冷涂料还包括如下重量份数的原料：分散剂1-1.5份、润湿剂1-1.5份、消泡剂0.5-1份、pH调节剂0.1-0.25份。
4.根据权利要求3所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述分散剂为阴离子分散剂、阳离子分散剂、高分子分散剂中的一种或两种以上；
所述润湿剂为有机硅类润湿剂、阴离子型润湿剂、非离子类润湿剂的一种或两种以上；
所述消泡剂为矿物油消泡剂、聚醚消泡剂、有机硅消泡剂中的一种或两种以上；
所述PH调节剂为链烷醇胺类化合物的一种或两种以上。
5.根据权利要求1或2所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述气凝胶为粒径是100-300目的二氧化硅气凝胶粉体。
6.根据权利要求1所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述气凝胶毡为二氧化硅气凝胶毡；所述防渗透膜为铝箔玻纤布、PP复合膜、PE复合膜中的任一种。
7.根据权利要求1所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：逐层缠绕的气凝胶保冷毡采用同层错缝、内外层压缝的方式。
8.根据权利要求1所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述密封胶带为铝箔胶带或丁基橡胶胶带；所述密封胶带宽度为80-100mm，胶带缠绕时搭边至少20mm。
9.根据权利要求1所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：所述外保护层为不锈钢板或镀锌板。
10.根据权利要求1所述的LNG管线气凝胶保冷施工方法，其特征在于：相邻的不锈钢扎带固定的间距小于300mm。
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