納米氣凝膠氈與其它保溫材料在石油管道保溫效果方面的對比

1、納米氣凝膠氈簡介

寒區某長距離輸油管道輸送的是溫度為-10℃的原油，由于夏季環境溫度明顯高于油溫，如果站場內管道與空氣直接接觸，壁面將凝結出一層水膜，容易出現管道腐蝕、儀表失靈等現象，嚴重影響站內管道的安全運行，因為需要對管道進行保溫，原來管道保溫采用的材料是聚氨酯發泡保溫材料，但是這種材料具有壽命短、易損壞且不易拆卸等一系列缺點，近幾年來新研發的納米氣凝膠氈很好的解決了這一問題，納米氣凝膠氈是一種新型絕熱保溫材料，保溫性能良好，且具有很疏水、壽命長、抗壓、易安裝維護等特點，廣泛應用于石油行業，目前國外的很多大的石油公司都在使用，如：美孚石油公司美東管道保溫、道康寧公司160℃容器保溫、日本住友化工、埃索石油新加坡成品油罐保溫等，國內中國石油克拉瑪依油田也嘗試用了該材料，此外，納米氣凝膠氈在航空航天、溢油處理等領域也有廣泛應用，本文主要是探討一下納米氣凝膠氈和其他幾種保溫材料在石油管道方面的應用效果比較。

2、不同保溫材料保溫方案對比

根據管道具體運行工況及該地區夏季氣溫記錄數據，對現場條件進行設定：管道外徑813mm，壁厚16mm，油溫為-10℃，環境溫度為35℃（取為該地區夏季近兩年較高溫度），取管道長度為1m進行計算，管道外壁風速為2m/s。結合管道常用保溫材料，給出3種保溫方案，方案1采用10mm納米氣凝膠氈對管道進行包覆；方案2采用25mm保溫橡塑對管道進行包覆；方案3采用17mm聚氨酯發泡保溫材料對管道進行包覆，其中厚度為25mm和17mm為該溫差下保溫橡塑和聚氨酯發泡保溫材料的推薦值，將該3種方案，與裸管一起形成4種工況，在保溫性能方面進行對比分析。分析后得出以下結果：

裸管模擬結果：根據現場情況，鋼管導熱系數取44.5W/（m.k）。根據模擬結果，當沒有采取任何保溫措施時，在設定現場條件下，管壁外側溫度為-9.24℃，表明鋼管基本沒有保溫作用。

方案1模擬結果：按納米氣凝膠氈導熱系數取0.016W/（m.k）計算，得到的模擬結果表明，當采取方案1時，在設定現場條件下，管道外側溫度為30.624℃，低于環境溫度4.376℃，保溫效果良好。管道外側溫度高于空氣露點溫度，不會出現結露現象。

方案2模擬結果：按保溫橡塑導熱系數取0.035W/（m.k）計算，得到的模擬結果表明，當采取方案2時，在設定現場條件下，管道外側溫度為30.803℃，低于環境溫度4.197℃，在此溫度下，不會出現結露現象。

方案3模擬結果：按聚氨酯發泡材料導熱系數取0.025W/（m.k）計算，得到的模擬結果表明，當采取方案3時，在設定現場條件下，管道外側溫度為30.610℃，低于環境溫度4.390℃，17mm厚的聚氨酯發泡保溫材料在不損壞的前提下，同樣可以獲得較好的保溫效果。

對比以上4種模擬工況，管道在無保溫措施情況下，管道外壁溫度與管內流體溫度十分接近，因為管道在夏季經常出現“出汗”現象，要獲得同樣的保溫效果，方案1所需的厚度較小，方案2所需的厚度較大。

3、保溫性能對比

由于管輸油溫存在一定的浮動，按照仿真模擬方法，分別取油溫為-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃，環境溫度為30℃、35℃、40℃，按照設定的現場條件對在以上4種工況下管道外壁溫度的計算結果進行對比，結果表明：裸管基本不具有保溫性能；方案1、方案2、方案3在理論狀態下具有同樣的保溫效果（表1）；在此3種保溫方案下，管道夏季均不會出現結露問題；若需獲得同樣保溫效果，納米氣凝膠氈所需的厚度較小。

根據3種保溫材料的施工性能及經濟性對比情況（表2），在施工性能方面，納米氣凝膠氈具有很大的優勢，由于其造價較高，盡管經濟性略顯不足，但較長的使用壽命及較少的維護費用在一定程度上彌補了這一缺點。

4、結論

對采用3種保溫材料的保溫方案模擬分析及對比結果表明，按照設定的現場條件，在保溫性能方面，10mm厚的納米氣凝膠氈所起的保溫作用與25mm保溫橡塑或17mm聚氨酯發泡保溫材料相當，能很好地解決管道“出汗”問題。另外，在埋地管道表面包覆納米氣凝膠氈，可以有效減少管道熱量散失，保護寒區凍土地基，保障管道的長期安全運行。

納米氣凝膠氈在施工技術方面并沒有很高的要求，由于其質輕、容易裁剪、縫制，可以適應各種不同形狀的管道、設備保溫，且安裝所需時間及人力較少，運輸成本較低，未來會在國內管道應用領域普及。