陳鵬　羅麗勤

摘 要： 隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，天然氣在公眾生活、生產(chǎn)中的運(yùn)用范圍擴(kuò)大，天然氣輸送事業(yè)也有了飛速的提升。傳統(tǒng)的天然氣輸送是將液化天然氣（LNG）液化后在通過管道進(jìn)行輸送，在天然氣輸送多元化及長距離化的背景下，液態(tài)管輸方式應(yīng)運(yùn)而生，能夠提高天然氣的利用率，滿足當(dāng)前城市居民天然氣需求量。同時，液態(tài)管輸所需動力較小，能夠節(jié)約資源及能源，繼而推動天然氣輸送事業(yè)的健康、綠色、可持續(xù)發(fā)展。雖然液態(tài)管輸具有諸多優(yōu)勢，但仍然需要考慮絕熱形式的選擇以及輸送模型的建立，才能夠保證天然氣液態(tài)管輸?shù)陌踩浴?/p>

關(guān)鍵詞： LNG;真空多層絕熱管道;輸送;安全性

【中圖分類號】TE832 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-3733（2020）08-0248-01

引言：在LNG需求量日益增長的背景下，關(guān)于LNG低溫流體管道輸送技術(shù)的研究及應(yīng)用也日趨成熟。在LNG輸送過程中，為了能夠保證LNG的液態(tài)管輸，應(yīng)防止冷量的損失，需要采取絕熱措施。當(dāng)前LNG輸送中常用的兩種絕熱形式為真空絕熱及非真空絕熱，相對于非真空絕熱中敷設(shè)絕熱材料的方式，真空絕熱的冷量損失更低，絕熱效果更好，因此在LNG運(yùn)輸中具有廣泛的應(yīng)用前景。下文將闡釋LNG真空多層絕熱管道運(yùn)輸?shù)脑怼?/p>

1 LNG真空多層絕熱管道輸送原理

1.1 真空多層絕熱管道概述

真空絕熱是指保持管道夾層中的中控環(huán)境，盡量減少對流傳熱，繼而達(dá)到絕熱的目標(biāo)。真空多層絕熱是真空絕熱的一種形式，此外還包括真空粉末絕熱等。真空多層絕熱的真空程度較高，雖然成本較大，但是能夠在一定程度上保持管道夾層的真空環(huán)境，防止真空喪失后管道絕熱性能急速下降。

真空多層絕熱管道應(yīng)用了瑞典科學(xué)家彼得遜的超級絕熱技術(shù)，通過在管道夾層中設(shè)置多層平行于冷壁的輻射屏，有效提升輻射換熱環(huán)節(jié)的輻射熱阻，以減少輻射傳熱。真空多層絕熱管道中輻射屏的材料及安裝形式有多種，如金屬格輻射屏、波紋狀或凹凸形狀金屬的塑料膜。最常使用的材料為鋁箔或鍍鋁滌綸薄膜等。輻射屏之間的填充材料也有較多要求，如需要選擇厚度較小、導(dǎo)熱系數(shù)較小的填充材料，安裝時要保證填充材料與輻射屏之間有一定的距離。

不同絕熱方式的絕熱性能不同，其輸送成本也有所差距，因此需要從多個層面綜合考慮后進(jìn)行選擇。LNG輸送過程中需要盡量避免冷量的流失，還要維持LNG的液態(tài)性質(zhì)，因此需要選擇真空程度高、絕熱性能好的真空多層絕熱管道輸送方式。

1.2 真空多層絕熱管道的傳熱機(jī)理

真空多層絕熱管道的傳熱是一個復(fù)雜的過程，其中導(dǎo)熱與輻射共存，因此需要對其傳熱機(jī)理進(jìn)行綜合分析。真空多層絕熱管道傳熱過程中包含多層輻射屏之間的輻射換熱、夾層中殘余氣體的導(dǎo)熱、夾層中填充材料的導(dǎo)熱。

2 LNG真空多層絕熱管輸規(guī)律

雖然真空多層絕熱管道具有較好的絕熱性能，能夠有效避免冷量的損失，但由于LNG在長輸過程中，LNG的溫度與外界環(huán)境之間存在著較大的溫度差異，在輸送中仍然會因沿程摩擦阻力及局部摩擦阻力的損失導(dǎo)致壓降，使LNG的溫度升高，當(dāng)達(dá)到氣化溫度時，會使LNG難以維持液態(tài)特性。因此，需要分析LNG真空多層絕熱管輸?shù)囊?guī)律，識別影響LNG管輸效率的因素。

首先，真空多層絕熱管內(nèi)壁的熱流密度越大，LNG溫度升高的速度越快，主要原因在于在LNG管輸過程中，隨著管內(nèi)壁熱流密度的增大，徑向上漏熱量越多，LNG所吸收的熱量越多，就會使沿程升溫更加明顯。

其次，LNG溫度升高的速度會隨著LNG流動速度的變化而變化，但兩者并沒有明顯的線性相關(guān)關(guān)系，如LNG流速為1.39m/s下的溫度升高速度低于流速1.86m/s，但LNG流速為1.63m/s下的溫度升高速度低于0.70m/s。由此可見，可以確定LNG在真空多層絕熱管道中最佳的換熱流流速區(qū)間為1.0至2.0m/s。

最后，真空多層絕熱管的管徑也會影響LNG溫度的升高速度，兩者也沒有明顯的線性相關(guān)關(guān)系。在保證管道長度不變的情況下，真空多層絕熱管道管內(nèi)直徑為46毫米時，LNG溫度升高的速度最快;隨著管內(nèi)直徑的增加，LNG溫度升高速度有所降低;當(dāng)管內(nèi)直徑達(dá)到103毫米以后，管內(nèi)直徑對于LNG溫度升高速度的影響減弱。

在以上研究的基礎(chǔ)上，分析LNG真空多層絕熱管道的最遠(yuǎn)運(yùn)輸距離。增強(qiáng)管道的絕熱性能以及加大管線入口壓力是延長LNG最遠(yuǎn)運(yùn)輸距離的有效方法。

3 LNG真空多層絕熱管道運(yùn)輸?shù)陌踩苑治?/p>

如果在LNG管輸過程中發(fā)生泄漏，不僅會增加LNG的輸送成本，還會引發(fā)巨大的安全事故。因此，需要保證LNG真空多層絕熱管道運(yùn)輸?shù)陌踩?，?zhǔn)確識別影響輸送安全性的因素。LNG管道被破空后，會發(fā)生真空喪失。如果破損的位置為管道的外避面上，管道周圍的空氣會迅速進(jìn)入夾層空間;如果破損位置為管道內(nèi)壁面的氣相介質(zhì)區(qū)，則會導(dǎo)致所貯存的LNG氣相介質(zhì)進(jìn)入絕熱夾層空間;如果破損位置在管道內(nèi)壁面的液相介質(zhì)區(qū)，則會導(dǎo)致所貯存的LNG液相介質(zhì)進(jìn)入絕熱夾層空間。降低外管壁面的溫度、增加絕熱材料的層數(shù)、緊實(shí)爆炸、降低間隔物的熱導(dǎo)熱系數(shù)會有效降低管道破空后的漏熱量。

結(jié)束語：LNG是一種清潔、高效的能源，也是公眾生活生產(chǎn)中的必要資源。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，LNG在國內(nèi)外市場中的需求量明顯提升。在此背景下，我國LNG輸送事業(yè)獲得了長足的發(fā)展，LNG真空多層絕熱管道輸送對提高LNG利用率具有重要的意義。真空多層絕熱管道具有較高的絕熱性能，能夠降低LNG輸送中的冷量損失。同時，LNG輸送過程中，其溫度升高速度會受到管內(nèi)熱流密度、管內(nèi)直徑、流速等影響。因此需要綜合分析，以延長LNG的輸送距離。此外，降低外管壁面的溫度、增加絕熱材料的層數(shù)、緊實(shí)爆炸、降低間隔物的熱導(dǎo)熱系數(shù)會有效降低管道破空后的漏熱量。

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