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大型LNG储罐及管道用绝热材料的检测

放大字体  缩小字体    发布日期:2018-11-28  来源:保温材料与节能技术  作者:崔程琳  浏览次数:517
核心提示:天然气是一种优质、清洁、高效的能源,在能源、交通等领域具有广阔的发展前景。而经过液化的天然气(LNG)体积为气体的1/600,是天然气应用的主要形态。近年来,全球LNG的生产和贸易日趋活跃,LNG接收站是大规模进口和储存LNG的大型基本设施,日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。作为能源消费大国之一,我国对LNG产业的发展也越来越重视,目前我国在沿海11省市建成的LNG大型接收站有17座,在建的和筹建的约有50座。

天然气是一种优质、清洁、高效的能源,在能源、交通等领域具有广阔的发展前景。而经过液化的天然气(LNG)体积为气体的1/600,是天然气应用的主要形态。近年来,全球LNG的生产和贸易日趋活跃,LNG接收站是大规模进口和储存LNG的大型基本设施,日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。作为能源消费大国之一,我国对LNG产业的发展也越来越重视,目前我国在沿海11省市建成的LNG大型接收站有17座,在建的和筹建的约有50座。


大型LNG储罐是LNG接收站的重要设备,其容量一般在4w立方米以上,目前国内LNG接受站储罐最大容量为20万立方米,常见的为16万立方米。与压力容器不同,大型LNG储罐是常压、低温大型容器,即在常压下,将罐内温度降至-162℃以下,以实现储存LNG的功能。大型LNG储罐的设计初衷是通过这种“大型的低温常压容器”来实现天然气输配的调峰存储。

大型LNG储罐形式以单包容罐、双包容罐、全包容罐为主,均为双层罐体,内外罐之间填充绝热材料,主要绝热材料有泡沫玻璃砖、膨胀珍珠岩、弹性玻璃纤维毡、玻璃棉等。LNG输送管道用到的绝热材料主要有:橡塑、聚异氰脲酸酯PIR、聚氨酯PU、二烯烃、气凝胶毡等。

显然,绝热材料的性能评价尤为必要和重要。

国家玻璃纤维产品质量监督检验中心(南玻院质检中心)承担过国内多个LNG接收站用绝热材料的检测工作,对该领域绝热材料的测试有丰富的经验。根据南玻院质检中心的测试经验,并结合大型LNG储罐用的各种保冷材料的使用性能,其主要使用性能和评价方法为:绝热性能(低温下的导热系数)、力学性能(抗压强度、抗拉强度、抗折强度、尤其是低温下的强度)、透湿性能(透湿系数、湿阻因子、湿流密度)、含水率、吸水率等,其主要的测试方法有:

一、  绝热材料低温下导热系数的测定

根据GB/T 10294-2008和ASTM C177等方法测试保冷材料在低温下(-165℃、-150℃、-120℃、-100℃、-50℃、-40℃)的导热系数。导热系数是绝热材料的最基本性能,各种绝热材料的产品标准中也都规定了导热系数的最低要求,如泡沫玻璃ASTM C552,膨胀珍珠岩JC/T 209,橡塑GB/T 17794,聚异氰脲酸酯GB/T 25997-2010,二烯烃泡沫制品JC/T 2495-2018,聚氨酯GB/T 21558-2008等。

GB/T 10294、ASTM C177、ISO 8302和BS EN12667是测试材料导热系数的最常用方法,即防护热板法(Guarded hot plate apparatus),测试过程是建立了冷热板之间一维稳态传热过程,它通过测量加到热板上的能量、温度梯度和样品厚度,通过傅里叶一维稳态传热模型计算得到导热系数的测试方法。因为其直接测量了传热过程中的能量,所以防护热板法是一种绝对方法,常被采用为仲裁方法。

热流计法(Heat flow meter apparatus)也是测试材料导热系数的常用方法之一,其模拟了一维稳态传热的过程,通过测量热流密度、试样的热面和冷面温度以及试样的厚度,通过傅里叶一维稳态传热模型计算得到导热系数的测试方法。检测标准:GB/T 10295-2008、ASTM C518-15、BS EN 12667-2001、ISO 8301-1991。

二、  绝热材料力学性能的评价方法


需要承重的保冷材料主要是在罐底保冷所使用的泡沫玻璃砖、沥青油毡等材料。可以根据ASTM C165测试泡沫玻璃在常温和低温环境下(如-165℃)的抗压强度,根据GB/T 5486、ASTM C203测试泡沫玻璃在常温下的抗折强度。罐壁和罐顶用的玻璃纤维毡、弹性毡材料也需要有一定的抗拉强度和弹性,可根据GB/T 17911测试玻璃纤维毡、弹性毡的常温和低温下的抗拉强度和压缩回弹率。针对LNG用绝热材料的使用环境,在低温下测试的抗压强度、抗拉强度更能反映材料的使用性能,目前的测试方法中,主要通过液氮(-196℃)来实现低温环境,所以试验时低温环境最低能至-196℃。

三、  绝热材料透湿性能的评价方法

绝热材料中存在大量泡孔,在低温下,开孔结构中的环境湿气会冷冻成冰,致使材料硬化,使其降低或失去绝热性能,而闭孔材料(如泡沫玻璃、橡塑、聚氨酯PU、聚异氰脲酸酯PIR、二烯烃等)则很好的隔断了湿气的透过。所以,材料的透湿性能对LNG储罐的保冷性能也很重要。透湿性能的测试标准是GB/T 17146-2015、ASTM E96/E96M-16,测试过程中,将试件密封在装有干燥器或饱和溶液的试验杯开口上,组成测试组件,整体置于恒温恒湿的实验室环境中,由于试验杯中和实验室环境中的水蒸气分压不同,水蒸气会流经试件,通过定期称量组件重量,即可测定稳定状态下的水蒸气湿流量,透湿性能的试验结果有几种表述形式,通常有透湿系数、湿阻因子、湿流密度三种。

四、  绝热材料含水率、吸水率的测试方法

“水”在绝热材料使用中需要尽可能的避免,大型LNG储罐用的所有绝热材料都有含水率、吸水率的测试。含水率一般通过烘干法测试,测试标准GB/T 20313-2006/ISO 12570:2000,如膨胀珍珠岩JC/T 209引用了GB/T 20313来测试其质量含湿率,指标为≤2.0%。吸水率有多种方法,如泡沫玻璃吸水率用ASTM C552进行测试、橡塑用GB/T 17794-2008测试其真空吸水率。

五、  其他性能:密度和粒度

密度是各类材料的基本参数,如膨胀珍珠岩JC/T 209规定了不同型号产品的堆积密度和密度均匀性,泡沫玻璃的密度一般按照ASTM C303进行测试等;粒度,一般针对膨胀珍珠岩JC/T 209,通过筛分法得到粒度的试验结果,试验结果的表述为:4.75mm筛孔筛余量和0.150mm筛孔通过量。

材料的性能检测尤为重要和必要,但在工程项目中,材料的抽样方案、检验方案也是工程质量控制的重要环节,在一定程度上,其比检测本身更重要。

 
 
关键词: LNG 绝热材料
 
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