王海萍 曲 超 冉庆富 崔艳红 王 乾

（海洋石油工程股份有限公司）

天然气是目前使用最为广泛的清洁能源之一，近年来我国大力倡导使用天然气，并在沿海、沿江地区大力修建液化天然气（LNG）接收站等项目。 这促进了LNG 相关产业的高速发展，同时也对LNG 相关低温管道和设备（设施）的安全性和高效性提出了更高的要求。

LNG 低温管道、储罐及其他设备（设施）长期在低温工况下运行， 管内介质LNG 一般呈低温液态，外界热能一旦侵入，就很容易使之汽化，进而使单相液流变为气液两相流，导致局部管段压力增大，流量减小，甚至发生气塞，严重影响LNG的正常输送和安全生产。 因此，必须采取有效保冷措施以减少周围环境中的热量传入设施内部，防止设施外壁凝露，从而有效保护低温设施中的冷量不散失。

在此， 笔者介绍一种新型LNG 低温管道预保冷技术，从保冷结构、施工工艺、配套低温支架的设计及应用范围等方面进行介绍，并就技术安全性、施工便捷性及成本造价等方面将该管道预保冷技术与传统保冷方式进行对比，最后对其进行前景展望。

1 LNG 低温管道预保冷技术

1.1 整体施工顺序及进度

传统保冷施工是在管道完成安装、 焊接、无损检测及试验吹扫等工作后，才开始进行的（个别项目也可以在压力和泄漏试验前进行保冷施工， 但焊接接头和在试验期间需要检查的部位应裸露在外），整个施工环节进度靠后，工作量集中。 同时，施工地点只能是露天现场，施工环境与当时当地的气候条件密切相关， 保冷工作受阴雨天气影响极大， 施工进度不确定因素大幅增加。

LNG 低温管道预保冷是在管道材料到货验收合格后，即可进行保冷施工（若有防腐要求，则完成涂漆后进行保冷）， 施工地点可以在施工现场临时搭建的厂房， 也可以在距离合理的情况下，将管道材料运输至成品预保冷车间［1］。预保冷结束后即可将管道返回施工现场，进行后续的安装、焊接、焊接处保冷、无损检验及试压吹扫等工作。 预保冷技术可将大部分保冷工作分散前置，施工地点条件可控，可以较好地保证施工进度。

1.2 预保冷结构

一般绝热结构由内至外由防锈层、 绝热层、防潮层（或称气阻层）、保护层、防腐层和识别层组成，其中防腐层可以兼作识别层。

LNG 低温管道为不锈钢材料，所以不需要涂刷防锈层，其预保冷结构如图1 所示。 剪力键属于预保冷结构的特殊结构，为了保证绝热层具有较好的稳定性不滑移， 剪力键材料选择HD-PIR（高密度聚异氰脲酸酯）或HD-PUF（高密度聚氨酯）； 弹性针刺毡起到隔离管道和发泡PIR 或PUF 的作用。绝热层和防潮层由发泡PIR 或PUF和铝箔构成；保护层分为两部分，由紫外线硬化玻璃钢层和镀铝钢板层构成；防腐层和识别层由镀铝钢板兼作； 气阻层用于管道端部的保冷保护，起到隔绝水蒸气保证绝热效果的作用。

图1 LNG 低温管道预保冷结构示意图

1.3 施工工艺

预保冷技术施工工艺分为如下几步：

a. 所有管道接收的交接文件检查符合规范和设计文件后，才能将管道放置在预保冷浇注设备上。

b. 剪力键使用低温胶粘贴于管道的中间位置，并以金属绑带临时固定至少12 h。

c. 管道在清洁除锈完成后安装厚度6 mm的弹性针刺毡包裹在管道表面形成隔离层，以胶带固定并适当地压缩至4 mm 左右。

d. 开始第1 层PIR 的自动浇注生产，发泡的厚度要略高于已安装的剪力键厚度，待泡发成型后将多余的PIR 剪裁至规定的单层厚度。 每层PIR 发泡时，需在管道端部留出300 mm 的区域，方便后续管道的焊接连接并避免PIR 保冷材料的破坏。

e. 剪裁成型后的PIR 单层厚度不超过50 mm， 保冷层圆度和直度控制在5 mm 的误差范围之内。

f. 保冷层检查完毕后，均应自动缠绕粘贴一层复合铝膜作为防潮层，并保证有10%的搭接。

g. 根据保冷厚度计算总厚度， 按照步骤d～f进行第2、3 层或第4 层的浇注。

h. PIR 分层浇注生产时应保持两端阶梯式砌口（宽度50 mm）。

i. 将已经完成PIR 浇注的管段搬移到玻璃钢外护设备上。 采用FS FRM1 等级的聚酯玻璃钢树脂系统配合两层600 g/m2的强化玻璃纤维布和一层25 g/m2的表面玻璃布， 在自动设备生产线上连续浇注完成玻璃钢外护，总厚度控制在3.0 mm±0.3 mm， 并经过紫外线照射装置进行硬化，达到快速硬化初期强度后，搬运至紫外线后硬化机台继续完成玻璃钢外护的完全固化。

j. 检查玻璃钢外护层的固化情况后， 在保冷层端部涂覆气阻层至管道上至少20 mm，同时标明吊点位置。

k. 对管道端部进行保护包扎，防止污染物进入保冷层和管道内。

2 低温管道预保冷支架设计

保冷管道的金属管支架不得穿透保冷层，传统保冷工程的支、 吊、 托架等处采用高密度PIR或高密度PUF 作为保冷材料，配合钢制管支架结构、紧固件等，这样做的主要原因是普通PIR 或PUF 材料密度低、硬度小，无法满足夹紧和承托管道的要求。 传统低温管道支架因其结构复杂和使用的保温材料等原因，导致价格较高。

低温管道预保冷支架结构与传统支架区别较大，对于非限位的滑动或导向管支架，因紫外线硬化玻璃钢外护层具有足够的强度和刚度，管支架采用碳钢管卡式结构，如图2 所示。 即在紫外线硬化玻璃钢外护层外直接安装管卡，这样既不存在漏冷的可能性， 而且管支架成本大幅降低。 对于限位型管支架，因为管支架需要承受较大的轴向载荷， 仍需要采用传统管支架形式，如图3 所示。 常规LNG 接收站项目中，非限位管支架的数量可占到总数量的70%以上，由于低温管道预保冷支架总体成本较低，所以节省的经济效益极其可观。

图2 管道预保冷用非限位的滑动或导向管支架简图

图3 管道预保冷用限位型管支架简图

从使用效果来看，低温管道预保冷用非限位管支架不影响保冷层的一体化结构，一改传统低温管支架结构不利于膨胀收缩位移、拼缝无法完全密封和开车后需要经常维修维护的缺点，连续的保冷结构在提高保冷效果的同时降低了维护的成本。

3 应用范围

从技术角度，低温管道预保冷技术因为设备构造等原因，目前主要适用于长直管线的保冷工作且优势明显，弯头、三通或阀门等其余管件采用传统保冷结构或其他形式。

从项目管理角度，低温管道预保冷技术对于需要控制和缩短工期的项目以及需要考虑投资成本和节省维护成本的项目更加适用。

4 前景与展望

LNG 低温管道预保冷技术以优良的保冷严密性、工厂化预制施工的可控性及管支架结构的优化设计等，得到了越来越多工程设计人员和业主方的认可，但是仍有需要改进的地方，管道预保冷目前在弯头、三通等非直管段管线上的应用还不太成熟，对于LNG 接收站内管道走向复杂的管线，还需采用多种保冷方式复合进行。