LNG技术 第四章 LNG低温绝热技术.pptVIP

LNG技术 第四章 LNG低温绝热技术 * * 4.1 绝热的目的和方法 低温绝热的目的主要是为了减少由环境介质传入的热量，即减少冷损。这对于气体液化及分离装置来说，可使运转经济性提高；对于低温液体储运设备来说，可以减小气化损失，或为长时间储存及远距离运送创造条件。特别是对于LNG液化装置及LNG储存容器，如果没有良好的绝热，液化和储存都难以实现。因此，低温绝热不仅具有经济意义，而且具有技术意义。除此之外，对设备、管道进行绝热还可以避免在外表面上结露、结霜，也可以避免人的皮肤与之接触时有冷的感觉甚至冻伤。这对改善工作条件及防止意外事故的发生都是有必要的。 * * 4.1.1 绝热方法的分类 低温绝热分为普通绝热和真空绝热 普通（堆积）绝热 普通绝热是一种使用较早的传统的绝热方法，它是在设备、容器，管道的外侧敷设固体的多孔性绝热材料，而在绝热材料的空隙中充满着大气压力下的空气（或其它气体）。这种绝热方法的绝热性能较差，但其结构简单、造价低廉，故在绝热要求不高的情况下普遍使用。现在，天然气液化装置、空气分离装置及大容量的液氧、液氮及液化天然气储槽多采用这种绝热方法。 * * 真空绝热 真空绝热是将绝热结构做成密闭的夹层，内部空间抽至一定的真空度，以减少热量的传入。真空绝热有三种基本类型：高真空绝热、真空多孔绝热及真空多层绝热 。 * * 1）高真空绝热 亦称单纯真空绝热，它只是单纯地将夹层空间抽至1.33mPa（10-5mmHg）的真空。常见的杜瓦瓶即采用这种绝热方式。在真空夹层中，只有两个壁面之间的辐射传热及夹层内残余气体的导热。如果将夹层内表面抛光，或者涂上一层反射性物质，就形成反射性能良好的真空夹层，辐射传热量即可减小。这种绝热结构因有辐射热交换，故绝热性能不是很好；但它的结构最简单，重量轻，热容量小，故自上世纪初以来它一直应用很普遍。 * * 2）真空多孔绝热 它是在夹层中充填多孔性绝热材料，然后再抽至一定的真空。从工艺的方便性考虑，一般都是充填粉末材料或纤维材料，故这种绝热方式也称为真空粉末绝热或真空纤维绝热。真空夹层中的绝热材料削弱了壁面之间的辐射换热，所以它的绝热性能比高真空绝热要好，对真空的要求可以降低，一般达1Pa左右（10－2mmHg）即可。如果向粉末或纤维材料中加入一定比例的反射性强的金属粉末，例如铝粉或铜粉，以减小材料内粉粒或纤维之间的辐射换热称为阻光作用，则可使绝热性能大为提高。真空粉末及真空纤维绝热现在广泛用于低温液体的贮存及运输设备和管道。 * * 3）真空多层绝热 它是在真空夹层中装入许多辐射屏，用来减少壁面之间的辐射换热。多层绝热有两种基本型式，一种是用金属箔作辐射屏，屏间填入导热性能低的间隔材料；一种是用单面喷铝的涤纶薄膜作辐射屏，且压制成波纹形成凹凸形，以减少屏间的接触传热。真空多层绝热要求真空达15mPa左右（10－4mmHg）即可。真空多层绝热是当前绝热性能最好的绝热方式之一，常称为“超级绝热”，多用于液氢及液氦储运容器，现也用于小型液氧、液氮容器。真空多层绝热的缺点是施工比较麻烦，造价比较高，且绝热性能随施工质量而变。 * * 4.1.2 绝热性能的评定 绝热结构的绝热性能可用其有效导热系数（或称表观导热系数，包括对流及辐射换热在内）来评定，它的数值越小，则绝热性能越好。在图4-2中示出各种绝热方式有效导热系数的变化范围。由图可以看出，多层绝热比其它绝热方式具有高得多的绝热性能，而非真空绝热方式的绝热性能最差。 * * 4.2 低温装置用绝热材料 在各种绝热方式中，除高真空绝热外都要应用绝热材料。绝热材料是用来增强绝热结构的绝热性能，以减小通过绝热结构的传热量。对绝热材料性质的了解是设计绝热结构的基础。 4.2.1绝热材料的种类及一般特性 绝热材料的品种较多，它们的性质相互差别也较大。绝热材料按材质可分为矿物质材料及有机质材料两类。在低温装置中多应用矿物质材料。绝热材料按其组织结构可分为泡沫状材料、粉末状材料及纤维状材料三类，它们的组织结构不同，在其中所进行的传热过程的机理不同，用它们构成的绝热结构的型式也不完全一样。 * * 1）泡沫塑料 以聚合物或合成树脂为原料，加发泡剂和稳定剂经加热发泡而成。泡沫塑料用作绝热材料的优点是密度和导热系数都较小，能适用于低温，吸水性小，能抗酸碱的侵蚀，燃烧性差（离开火源后能自熄），易于切割和施工，因而它们的应用日益广泛。 2）矿棉 或称矿渣棉，是将熔铁炉渣（也可用泥灰岩）在熔融状态时用高压水蒸汽吹成的矿质纤维（纤维中往往含有玻璃状小球），它耐火耐冻、无味不霉、