LNG低温管托的结构特点及材料选用【州晖】
1 低温管托保冷结构设计要求
1.1一般设计要求
(1)低温管托的长度设计应考虑 LNG 管道热胀冷缩量;
(2管线的固定架和导架应管系的偏转应力和过度振动;
(3)低温管托设计应考试验和其他附加载荷包括风雪荷载、地震因素，压力试验,操作,开停车等所有工况荷载
（4)低温管托自带的绝热厚度应与相连的管道一致，层数及各分层厚度也应一致，一般绝热厚度超过80mm就要分层设计;
(5)机械强度要满足设计承载要求作用在管部上的所有荷载会通过管部传到支架上,因此要求保冷
材料和支架均应有足够的强度;
(6)管道与保冷层之间要有较大的接触摩擦力,以防止相对滑脱,造成管道失稳:
(7)是低温管道要求管部结构严密，防水和防蒸汽渗透性能良好。
1.2保冷结构要求
1.2.1 结构整体要求
LNG 低温管托通常采用管夹式结构,将支架底部紧固在保冷结构外,这样不仅降低了施难度和工程造价,而且对日后管道的维护也提供了很大的方便
1.2.2 保冷性能要求
选用材料应提供有效的保冷,否则当外部空气侵入时,包含的水蒸气也会一同侵入,水蒸气如在露点以下,就会产生结露,保冷材料的导热系数就变大,导致保冷效果下降。若形成冻结,保冷材料就会产生永久性的破坏。
1.2.3 与管道本体搭接及分层要求
低温管托的保冷材料厚度及分层与管道本体保持一致,采用同层错缝,内外层压缝方式敷设,内外层接缝应错开 100~150 mm[!]
一般采取内层至外层 PUF(聚氨酷泡沫)长度逐渐缩短的方式,使得与管道保冷材料层层搭接,管支架最外层 PUF 外部采用可粘贴的防潮层,将搭接部分的管道保冷材料一同粘贴。
1.2.4 机械强度要求
低温管托保冷结构应有一定的强度,不因受自重或偶然外力作用而破坏。对振动管道支承的保冷结构，应采取减振和加固措施。
1.2.5 防潮要求
低温管托必须设置防潮层防潮层应切实起到防水、防潮及保护保冷层的作用,还应具有较好的化学稳定性和环境适应性，如自熄和阻燃、耐低温、不透水、耐腐蚀、耐老化、收缩性小等性能,并要求运输、储存、施工方便,价格低廉。2低温管托具体结构及其材料要求
2.1低温管具体结构
低温管托的各组件位置及名称见图 1
2.2保冷材料
LNG 管道用保冷材料通常为聚异氰脉酸泡沫(PIR)其常用密度只有40~80 kg/m低密度导致其
机械抗压强度较低,达不到承受管道荷载的要求，因此低温管托的保冷材料选用阻燃的高密度聚氨醋泡沫体(HD-PUF),这种料机械抗压强度好承重性能好。按照管道公称直径及所承受荷载的大小，一般选用密度为160kg/m224 kg/m和320 kg/m若承受荷载特别大,也可选择密度更大的聚氨酷泡沫
保冷材料的导热系数是衡量保冷性能的重要标志，如果冷流沿着管道直接渗透到保冷层外面,在空气中会形成较强的对流冷损,造成管支架部位长期挂冰,导致保冷材料产生永久性的损坏。同时,冷桥的存在会造成支架钢结构低温冷脆,钢架强度显著降低,严重的还会导致支架钢结构发生低温脆性断裂使整个管线失稳,影响管道的安全运行
综上所述，高密度聚氨酷泡沫的密度、机械抗压强度和导热系数都是重要性能参数,直接影响管道的保冷效果,但三者又有相互制约的关系:材料的密度越高,机械强度越高,但其导热系数及质量也越大，因此当要求较高的机械强度时,则无法兼顾热导率和运行质量。所以要根据管支架承重选择密度适宜的保冷材料。借鉴国外众多LNG 接收站的使用经验对常用密度的聚氨醋泡沫性能指标要求如表 1所示
2.3 管支架外壳(Steel Cradle)
管支架外壳一般为 Q345 号低合金制金属外壳。外壳带吊耳,分上下两部分,安装完成后用螺栓紧固。
管支架外壳必须起到保护防潮层和保冷层的作用,防止环境和外力对保冷结构带来的有害影响,延长保冷结构的使用寿命,并使外形整齐美观
2.4 金属保护层(Metal Protection Shield)
金属保护层一般采用304 不金保层的长度需超出管支架最外层 PUF 长度，以便将相连管道的保冷层一同覆盖。
金属保护层厚度选用如表2所示
2.5 防潮层( Vapor Barrier Foil)
防潮层用于防水(或水蒸气)防潮,维持保冷层保冷效果。LNG 低温管道必须设置防潮层,要求防潮层搭接适度,厚薄均匀,完整严密,无气孔,无鼓泡或开裂等缺陷。材料要求有一定耐温性,夏季不软化不起泡不流淌;有一定抗冻性,冬季不脆化、不开裂不脱落。本文建议采用复合的mylar/aluminum/mylar(聚薄膜/铝/聚薄膜)三层薄膜贴在 HD-PUF的外侧,应该覆盖整个PUF 的外表面并超出边缘50 mmo
2.6缝隙填充物(Gap Filler)
因热胀冷缩原理，上下HD-PUF 之间会留出适当缝隙(gap),应填充柔软的材料以避免冷量的流失,较常用的材料(Basotect G玻璃棉)弹性好密度低适用于低温工况。上下 HD-PUF 之间需填充部分见图2
2.7保冷粘结剂、密封材料
保冷采用的粘接剂应在使用的低温范围内保持粘接性能,密封材料应能耐低温、易固化,对保冷层材料不溶解,对金属壁无腐蚀,粘结力强、密封性好。保冷粘结剂在- 196C时的粘结强度应大于0.05MPal。
3结束语
目前,这种结构的 LNG 低温管托在国内在建的LNG 接收站中已开始应用,实践证明其保冷结构设计和材料的各项性能均符合生产要求,与管道本体的搭接处有较好的保护,也能满足管道承重的要求，基本解决冷量泄漏的问题。根据使用的方式不同,可以改变低温管托底部结构,实现滑动、导向、固定、防振动等多种支架类型，这些低温管托为保证 LNG接收站正常运行起非常重要的作用。
