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深冷绝热材料的探讨

责任编辑：icynet 浏览：3651次时间： 2015-06-01 22:58:18

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摘要:由于我国天然气、石油气资源的分布大多与经济发达地区距离较远。最近国家下大决心开发天然气的西气东输工程，这对经济发达地区也是一个极大的好事。作为南方地区可用水运，具有运输量大，费用省，灵活等优点，1m3液化天然气相当于600m3天然气。当距离超过1600km时，..

关键词：冷绝热材料探讨

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由于我国天然气、石油气资源的分布大多与经济发达地区距离较远。最近国家下大决心开发天然气的西气东输工程，这对经济发达地区也是一个极大的好事。

作为南方地区可用水运，具有运输量大，费用省，灵活等优点，1m3液化天然气相当于600m3天然气。当距离超过1600km时，海上运输更比管输有利，船运6500km的成本相当管道输送2700Km的成本。

由此可见液化天然气的槽船运输有着很好的经济性，所以在我国用船运输液化天然气和液化石油气显然是很有发展前景的，但是液化天然气船的储罐深冷绝热是一个关键技术。

深冷绝热的几种方法

1.普通保冷法

使用能耐低温的普通保冷材料，可以用普通的保冷施工方法,这种方法施工简便、费用也低，但是要确定好以下几点，精心施工，才能得到良好的保冷效果。
(1) 确认在极低温条件下，保冷材料的绝热特性和机械性能。
(2) 由于保冷材料和储罐、容器或管线的收缩程度不同，所以要注意研究有关措施。
(3) 要有一层潮气、水分透不过去的防潮层，而且要将保冷材料的接缝处加以密封或者设计成能阻碍空气流通的结构，以减少接缝处的热入量。另外作为保冷材料要使用独立气泡(闭孔)结构的材料，以保证防潮层出现缺陷时也不会受到大的影响。
(4) 要尽可能选用绝热性能好的保冷材料，这对于减少管线保冷层的外表面积尤为重要。此方法适用大型LNG的储罐和LNG船上的储罐保冷。

2.高真空保冷层提高气体的真空度

当气体分子的平均自由行程越长时，热导率与压力的比例就会越小，从而便可获得较高的绝热性。

此时，传热量主要依靠热辐射，所以需要有辐射系数尽可能小的表面，可以在其表面涂低辐射的材料，如铝、铜、银、金等。另外也有用在真空状态下加注密封液以保持液体绝热的方法。这是一种局部超低温工况所用的保冷方法，其费用相当昂贵，仅适用于小瓶状的保冷方法。

3.粉末填充真空

这是一种将一些导热系数低的粉末填充到保冷管和外套之间的空间里的方法。这种方法比高真空法保冷层的容积和重量都要大，但在真空度为1.34Pa时，是有利的。这种方法的优点在于即使真空的外套发生了泄漏，由于粉末等本身的绝热性，可趁还未冻结的机会进行检修。

目前根据使用方法即使在极低温度范围内，也可以进行具有很高经济性的设计。但对大型储罐深冷绝热却有一定困难(要达到1.34Pa真空是有困难的)。

4.叠层(多层)真空绝热

这种方法是将热导率低的材料制成的薄隔板和防热辐射板重合成几层，放进高真空的空间里。玻璃棉的薄栅网可作隔板用，放热辐射可用将真空镀铝的聚四苯二酸乙烯塑料薄膜交错缠绕的板料。

这种方法的缺点是当保持真空的外套不慎发生泄漏时，会即刻结冻，给维修带来困难。目前由制作困难，机械耐久性不稳定，而且造价高，所以不大常用，可能性最大的是极低温或超低温时用的保冷方法。

目前常用深冷绝热材料对于LNG、LPG船的液罐保冷绝热材料,有聚氨酯、酚醛、聚氯乙烯、聚苯乙烯等发泡塑料及粒状的膨胀珍珠岩、玻璃纤维等材料,保冷材料大致有气孔型、纤维型和气泡型三类。热导率最小的是硬质聚氨酯泡沫塑料，所以绝热性能最好,是深冷绝热的好材料。

开发新颖深冷绝热材料
LNG船的液罐,由于隔热材料和施工质量原因而引起产生冷脆点导致罐内壳结构产生龟裂的事故不少。如绝热材料柔软性欠缺所致绝热材料龟裂,直接影响液罐壁龟裂。因此,选择良好的绝热材料对深冷保温是极其重要的。

☆ 开发增强型耐燃聚氨酯泡沫塑料
众所周知，硬质聚氨酯泡沫塑料最大的缺点是阻燃性差，低温下尺寸稳定性差，容易变形开裂，这对于在LNG船上的应用是有一定危险性，因此必须对聚氨酯泡沫塑料进行改性。
☆ 玻璃纤维增强硬质聚氨酯泡沫塑料
在聚氨酯泡沫塑料内添加玻璃纤维，这样不仅保持了聚氨酯泡沫塑料在低温下的绝热性能，而且增强了泡沫体的强度，最重要的在低温下又有良好的尺寸稳定性，减少冷收缩，不会引起泡沫体的开裂，并且还提高泡沫塑料的耐燃性，氧指数在30以上，达到了技术应用标准，具有一定的经济性。
☆ 包覆玻璃布增强硬质聚氨酯泡沫塑料
在硬质聚氨酯泡沫塑料表面包覆一层玻璃钢，玻璃钢的厚度根据需要而定。其目的也是为了提高阻燃性和低温下的尺寸稳定性。上述二种方法在日本制造LNG船上的液罐已有所应用。
☆ 硬质聚氨酯泡沫塑料与其它材料复合

这种方法是为了发挥各自材料的优点，具有经济性。
☆ 泡沫玻璃和硬质聚氨酯泡沫塑料复合

在接近低温处采用泡沫玻璃保冷，在靠近常温处采用硬质聚氨酯泡沫塑料保冷。因为在低温下泡沫玻璃的收缩率接近不锈钢的收缩率，所以泡沫玻璃在低温下不会开裂，不会引起冷脆点，但是泡沫玻璃绝热性差，所以在外层采用聚氨酯泡沫塑料来提高绝热性能,达到保冷的效果，充分发挥了两种材料的优点。
☆ 酚醛泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料复合
这种方法目前已在日本LNG船的液罐保冷使用，就是在低温液罐处采用增韧的酚醛泡沫塑料，在靠近常温处采用硬质聚氨酯泡沫塑料。

酚醛泡沫塑料最大的优点是在低温下尺寸稳定性好，收缩变形小，并且耐燃性优良，在焊枪火焰下不燃烧、不变形、无滴落，只是表面炭化，氧指数可达到50以上，但它有酥脆化和泡孔开孔率高的缺点。

所以要解决增韧酚醛泡沫塑料的配方及制造工艺，并且还要提高孔泡的闭孔率，通常采用化学发泡，可以增加泡沫的闭孔率。这些都是酚醛泡沫塑料需要解决的课题，有待进一步的研究。
☆ 开发新颖保冷聚乙烯泡沫塑料
保冷材料最实用的是酚醛泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料。聚乙烯泡沫塑料具有闭孔结构特点，热导率低，吸湿和透湿性好，抗腐蚀，收缩率小，抗压强度好，吸收冲击性好而且成本低，所以其用途将日趋广泛。可用作冷藏汽车、冷藏火车、工业管道、容器等的低温下绝热材料。聚乙烯泡沫塑料目前使用温度为80~-120度，要使其能应用于LNG船上的液罐保冷，必须要开发在-165度以下应用的聚乙烯泡沫塑料。