付現(xiàn)橋，陳玨伶，徐 敬，劉志田，賈光猛，付立欣，郭 旭

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062522）

國內(nèi)外關于LNG 管道保冷層厚度設計相關標準分析

付現(xiàn)橋，陳玨伶，徐 敬，劉志田，賈光猛，付立欣，郭 旭

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062522）

摘 要：分析了國內(nèi)外關于 LNG 管道保冷層厚度計算設計標準，并具體闡述了計算方法及參數(shù)選擇。經(jīng)分析：國內(nèi) GB 50264、SH/T 3010 等標準與國外 JIS A9501、ISO12241 等標準比，不但計算方法有區(qū)別，而且外表面換熱系數(shù)及其他參數(shù)取值也不相同，從實例計算結果可知，國內(nèi)標準與國外標準計算保冷層厚度結果稍微偏大，保冷效果較好。

關 鍵 詞：保冷層；絕熱計算；換熱系數(shù)；LNG

由于天然氣是一種清潔高效的能源，其充分燃燒后生成 CO2、H2O 等無害物質(zhì)，目前已經(jīng)受到人們的青睞。在華北地區(qū)，城市居民天然氣供應存在巨大峰谷差，為冬季天然氣供應帶來很大困難。LNG是通過冷凍將氣態(tài)天然氣制備成液態(tài)的一種能源產(chǎn)品，其體積只有氣態(tài)的六百分之一，加溫氣化后，能迅速補充管網(wǎng)內(nèi)的天然氣，彌補冬季用氣高峰時產(chǎn)生的巨大缺口。

LNG 管道承擔著液化天然氣的輸送作用，在進行管路設計中，管道絕熱保冷設計是一個非常重要的問題[1-4]。保冷層厚度設計不合適，不僅會造成投資浪費，還會影響到液化天然氣輸送。本文針對國內(nèi)外的LNG保冷層厚度計算相關標準進行了差異分析，給設計人員在引用規(guī)范時提供參考。

1 相關標準

1.1 國內(nèi)主要標準

GB 50264-2013《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》適用于工業(yè)設備及管道外表面溫度為-196℃～850℃的絕熱工程設計，并給出了三種算法包含經(jīng)濟厚度算法、防結露算法及最大允許冷損失算法等計算方法[5]。SH/T 3010-2013《石油化工設備和管道絕熱工程設計規(guī)范》適用于石油化工設備（塔、換熱器、容器、機泵等）和管道隔熱工程的設計和施工，并給出了經(jīng)濟厚度、表面溫度法計算及最大允許冷損失算法等計算方法。

GB/T 4272-2008《設備及管道絕熱技術通則》用于指導設備管道及其附件外表面溫度在-196℃～650℃的絕熱工程設計。GB 50126-2008《工業(yè)設備及管道絕熱工程施工規(guī)范》、GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》規(guī)范了保冷材料選擇原則、保冷層計算原則及幾種計算方法[6]。GB 50185-2010《工業(yè)設備及管道絕熱工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》規(guī)范了保冷層的安裝及驗收。

1.2 國外主要標準

英國標準 BS EN ISO12241-2008《建筑設備和工業(yè)裝置的絕熱計算規(guī)則》給出在穩(wěn)態(tài)條件下建筑和工業(yè)設備傳熱的計算規(guī)則，并給出了熱橋處理的簡化方法。日本標準 JIS A 9501-2006《絕熱保溫工程施工標準》主要適用于化學工業(yè)、燃料工業(yè)及熱利用動力裝置，空氣控溫及給排水等設備保溫保冷絕熱工程施工，不適用于冷藏庫、船舶、鐵路車輛等保溫保冷工程，適用溫度范圍-180～1 000 ℃。

美國標準 ASTM C680-2004《用計算機程序?qū)Ω魺岜馄健A柱和球狀系統(tǒng)熱增量或熱損失以及表面溫度的評定規(guī)程》提供了在野外環(huán)境中穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)傳熱條件下，用于實現(xiàn)一維表面溫度絕熱的計算方法。國外涉及到 LNG 保冷層厚度計算的標準還有：德國標準 VDI 2055-2007《在工業(yè)和建筑中保溫保冷絕熱計算規(guī)則》、ISO 9346《隔熱 質(zhì)量傳遞物理量和定義》等。

2 國內(nèi)外標準差異分析

2.1 保冷層厚度計算方法區(qū)別

由于 GB 50264-2013《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》、SH/T 3010-2013《石油化工設備和管道絕熱工程設計規(guī)范》、GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》等國內(nèi)標準，關于絕熱層進行經(jīng)濟厚度、最大允許冷損失下的厚度、表面放熱損失量和絕熱結構外表面溫度的計算的公式及參數(shù)相同。在討論與國外標準區(qū)別時，僅需要對比 GB 50264-2013《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》。

計算時應當使用防結露厚度

日本標準 JIS A9501-2006《絕熱保溫工程施工標準》里面規(guī)定保冷層厚度計算采用

以及經(jīng)濟厚度計算公式

當 F1取最小值時，（De-Di）/2 值為最經(jīng)濟的厚度。

英國標準 BS EN ISO12241-2008《建筑設備和工業(yè)裝置的絕熱計算規(guī)則》標準中

計算。

關于國內(nèi)外LNG保冷層厚度計算的標準中計算方法有很大區(qū)別，GB 50264 主要采用最大允許冷損失、經(jīng)濟厚度和防結露厚度計算方法，JIS A9501 主要采用與 GB 50264 的表面溫度法一致計算方法和經(jīng)濟厚度計算方法，ISO12241 主要采用與 GB 50264 的最大允許冷損失下的厚度計算相似計算方法。

2.2 保冷層厚度計算影響因子區(qū)別

進行計算。[Q]為以每平米絕熱層外表面積為單位的最大允許冷損失量（W/m2），當 Ta-Td≤4.5 時，[Q]=-（Ta-Td）αs，代入最大允許冷損失公式化簡得

如果使用經(jīng)濟厚度

計算時應當使用防結露厚度

式中 PE為能量價格（元/GJ），PT為絕熱結構單元造價（元/m3），t為年運行時間（h），常年運行的應按 8 000 h 計算，非常年運行的按照運行時間計算。S為絕熱工程投資年攤銷率（%），已在設計使用年限內(nèi)按復利率計算，Ts為保冷層外表面溫度（℃），在只防結露保冷厚度計算中，保冷層外表面溫度 Ts應為露點溫度 Td加 0.3 ℃[5]。

日本標準 JIS A9501-2006《絕熱保溫工程施工標準》里面規(guī)定保冷層厚度計算采用

式中 θsi為保冷層內(nèi)側溫度（℃），取為介質(zhì)的最低操作溫度。θse為保冷層外側溫度（℃）。θa為環(huán)境溫度（℃）。hse為絕熱層表面與周圍空氣的換熱系數(shù)[W/(m2·K)]，外表面換熱系數(shù)為表面材料的輻射放熱系數(shù)與對流放熱系數(shù)之和，hse=hr+hcv。其中，

垂直管道Δθ≥10K 時，

，ε為放射率，ω 為風速 m/s，σ 為史

蒂芬 -波爾茲曼常數(shù) 5.67×10-8W/(m2·K)[7,8]。

表 1 外部傳熱系數(shù)近似計算參數(shù)CH、CV取值Table 1 Coefficients CHand CVfor approximate calculation of total exterior thermal surface coefficient

綜上所述，GB 50264 與 JIS A9501、ISO12241相比簡化了外表面換熱的影響因素，與其它標準和方法的換熱系數(shù)計算值及其他參數(shù)間存在較大差值。

2.3 實例分析

某 LNG 管道所處位置在內(nèi)蒙古省，具體環(huán)境條件參數(shù)，詳見表 2。管內(nèi)介質(zhì)溫度 T0=-166 ℃，管材為 0Cr18Ni9Ti的無縫鋼管，管徑為 DN250×10，管道采用改性聚異氰脲酸酯（PIR）作為保冷材料，具體性能見表3。

表 2 某氣象站累年逐月平均氣象要素統(tǒng)計表（50 a）Table 2 The weather station monthly average meteorological statistics (50 years)

如采用日本標準 JIS A9501-2006《絕熱保溫工程施工標準》里面規(guī)定保冷層厚度計算采用

表 3 聚異氰脲酸酯（PIR）材料性能Table 3 Polyisocyanurate (PIR) material properties

通過實例計算可以看出 GB 50264-2013《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》中規(guī)定的圓筒型單層 允 許 冷 損 失 下 絕 熱 層 厚 度 計 算 結 果 與 JIS A9501-2006《絕熱保溫工程施工標準》的結果相差不大，和 ISO12241-2008《建筑設備和工業(yè)裝置的絕熱計算規(guī)則》計算結果相比偏大。

3 結 論

（1）關于國內(nèi)外 LNG 保冷層厚度計算的標準中計算方法有區(qū)別，GB 50264 主要采用最大允許冷損失、經(jīng)濟厚度和防結露厚度計算方法，JIS A9501主要采用與 GB 50264 的表面溫度法一致計算方法和經(jīng)濟厚度計算方法，ISO12241 主要采用與 GB 50264 的最大允許冷損失下的厚度計算相似計算方法。

（2）與 JIS A9501、ISO12241 等標準比，GB 50264 中大量簡化了外表面換熱系數(shù) αs 的影響因素，因而與其它標準的計算換熱系數(shù)計算值間存在誤差，其沒能較好地反映真實的傳熱過程特性，但從實例中看出，其保冷層厚度計算結果偏大，保冷效果較好。

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杭州開源以高新技術助力印染行業(yè)轉(zhuǎn)型升級

2013 年 12 月 5 日，由中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技發(fā)展部、中國印染行業(yè)協(xié)會、紡織之光科技教育基金會聯(lián)合舉辦的“面向數(shù)字化印染生產(chǎn)工藝檢測控制及自動配送的生產(chǎn)管理系統(tǒng)”現(xiàn)場推廣活動在浙江紹興舉行。中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技發(fā)展部主任李金寶、中國印染行業(yè)協(xié)會會長陳志華、紡織之光科技教育基金會秘書長張翠竹、杭州開源電腦技術有限公司董事長許光明、浙江新建紡織有限公司總經(jīng)理朱鳴英及眾多印染企業(yè)代表出席了本次活動。

中圖分類號：TE 083

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2014）03-0356-04

收稿日期：2014-02-10

作者簡介：付現(xiàn)橋（1984-），男，河北任丘人，工程師，研究方向：從事設備管道絕熱及腐蝕與防護研究。E-mail：1120421719@qq.com。

Research on Related Standards for LNG Pipe Cold Layer Thickness Design

FU Xian-qiao，CHEN Jue-ling，XU Jing，LIU Zhi-tian，JIA Guang-meng，F(xiàn)U Li-xin，GUO Xu
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Branch, Hebei Renqiu 062522, China）

Abstract:Related standards for design and calculation cold layer thickness of LNG pipe at home abroad were introduced as well as calculation methods and parameter selection. The results show that ,compared with the foreign standards ISO12241 and JIS A9501, domestic GB 50264 and SH/T 3010 standards are not only different in the calculation method, but also different in the parameter selection. The calculation result of cold layer thickness with domestic standards is slightly larger than that with foreign standards.

Key words:Cold layer; Adiabatic computing; Heat transfer coefficient; LNG