1、納米氣凝膠氈簡介

寒區(qū)某長距離輸油管道輸送的是溫度為-10℃的原油，由于夏季環(huán)境溫度明顯高于油溫，如果站場內(nèi)管道與空氣直接接觸，壁面將凝結(jié)出一層水膜，容易出現(xiàn)管道腐蝕、儀表失靈等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響站內(nèi)管道的安全運行，因為需要對管道進(jìn)行保溫，原來管道保溫采用的材料是聚氨酯發(fā)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(fā)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(hù)等特點，廣泛應(yīng)用于石油行業(yè)，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(nèi)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(lǐng)域也有廣泛應(yīng)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(yīng)用效果比較。

2、不同保溫材料保溫方案對比

根據(jù)管道具體運行工況及該地區(qū)夏季氣溫記錄數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場條件進(jìn)行設(shè)定：管道外徑813mm，壁厚16mm，油溫為-10℃，環(huán)境溫度為35℃（取為該地區(qū)夏季近兩年較高溫度），取管道長度為1m進(jìn)行計算，管道外壁風(fēng)速為2m/s。結(jié)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(jìn)行包覆；方案2采用25mm保溫橡塑對管道進(jìn)行包覆；方案3采用17mm聚氨酯發(fā)泡保溫材料對管道進(jìn)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(fā)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(jìn)行對比分析。分析后得出以下結(jié)果：

裸管模擬結(jié)果：根據(jù)現(xiàn)場情況，鋼管導(dǎo)熱系數(shù)取44.5W/（m.k）。根據(jù)模擬結(jié)果，當(dāng)沒有采取任何保溫措施時，在設(shè)定現(xiàn)場條件下，管壁外側(cè)溫度為-9.24℃，表明鋼管基本沒有保溫作用。

方案1模擬結(jié)果：按納米氣凝膠氈導(dǎo)熱系數(shù)取0.016W/（m.k）計算，得到的模擬結(jié)果表明，當(dāng)采取方案1時，在設(shè)定現(xiàn)場條件下，管道外側(cè)溫度為30.624℃，低于環(huán)境溫度4.376℃，保溫效果良好。管道外側(cè)溫度高于空氣露點溫度，不會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

方案2模擬結(jié)果：按保溫橡塑導(dǎo)熱系數(shù)取0.035W/（m.k）計算，得到的模擬結(jié)果表明，當(dāng)采取方案2時，在設(shè)定現(xiàn)場條件下，管道外側(cè)溫度為30.803℃，低于環(huán)境溫度4.197℃，在此溫度下，不會出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。

方案3模擬結(jié)果：按聚氨酯發(fā)泡材料導(dǎo)熱系數(shù)取0.025W/（m.k）計算，得到的模擬結(jié)果表明，當(dāng)采取方案3時，在設(shè)定現(xiàn)場條件下，管道外側(cè)溫度為30.610℃，低于環(huán)境溫度4.390℃，17mm厚的聚氨酯發(fā)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(nèi)流體溫度十分接近，因為管道在夏季經(jīng)常出現(xiàn)“出汗”現(xiàn)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(huán)境溫度為30℃、35℃、40℃，按照設(shè)定的現(xiàn)場條件對在以上4種工況下管道外壁溫度的計算結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)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(tài)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(xiàn)結(jié)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(jù)3種保溫材料的施工性能及經(jīng)濟(jì)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(yōu)勢，由于其造價較高，盡管經(jīng)濟(jì)性略顯不足，但較長的使用壽命及較少的維護(hù)費用在一定程度上彌補(bǔ)了這一缺點。

4、結(jié)論

對采用3種保溫材料的保溫方案模擬分析及對比結(jié)果表明，按照設(shè)定的現(xiàn)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(fā)泡保溫材料相當(dāng)，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(hù)寒區(qū)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(shù)方面并沒有很高的要求，由于其質(zhì)輕、容易裁剪、縫制，可以適應(yīng)各種不同形狀的管道、設(shè)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(nèi)管道應(yīng)用領(lǐng)域普及。