乙烯球罐保冷工程设计技术浅析

12 -论文广场石油和化工设备 2012年第15卷表1 常用绝热材料的性能乙烯球罐保冷工程设计技术浅析耿永丰1，顾永干1，徐松林2，窦万波1（1.合肥通用机械研究院， 安徽 合肥 230088） （2.中国科学技术大学， 安徽 合肥 230026）[摘 要] 工业乙烯存储温度为-45℃～34℃，与环境温度60℃之间存在较大温差，因而低温保冷技术十分重要本文对乙烯 球罐保冷工程设计技术进行了分析，包括保冷材料的选择、保冷厚度的计算、保冷结构的施工方法等，可为其它大型设备的 系统保冷工程设计提供参考[关键词] 乙烯球罐；保冷工程；设计；应用作者简介：耿永丰（1979—），女，河南南阳人，硕士，工程 师研究方向为化工设备乙烯的储存形式以球形储罐为主乙烯 球罐多为露天建设，其外壳在夏季阳光直射下 最高温度可达60℃，而乙烯本身的存储温度 为-45℃～-35℃乙烯存储温度和环境温度之间的 较大温差使得乙烯球罐的保冷技术成为乙烯储存 的重要环节乙烯球罐保冷工程包括保冷层材料选择、保 冷厚度计算及保冷结构施工本文对乙烯球罐系 统保冷工程的几个问题进行探讨1 保冷材料目前，工程中常用的绝热材料有泡沫玻璃、 聚氨酯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料、聚苯乙烯泡 沫、玻璃棉及复合硅酸盐等多种材料。

需要进行 筛选，以得到适合乙烯球罐保冷的绝热材料1.1 保冷材料性能选择保冷材料，要从材料的综合性能及经济 性考虑隔热材料的性能包括导热系数、吸水率 及使用温度几种常用材料的性能如表1所示序号名称常温导热系数吸水率%（体积）密度kg/m3使用温度 ℃1泡沫玻璃0.041≤5140～180-200～1502聚氨酯泡沫塑料0.027≤430～60-100～1103酚醛泡沫塑料0.033≤1030～150-180～1504聚苯乙烯泡沫0.041≤630～60-80～805玻璃棉0.042≤2430～120-120～4006复合硅酸盐0.04≤1540～80-50～8001.2 保冷材料分析1.2.1 保冷材料的最低使用温度与介质存储温度 之间需留至少10℃的余量，乙烯球罐的最低介 质存储温度为-45℃，从表1可知，复合硅酸盐的 使用温度为-50～800℃，其最低使用温度与最低 介质存储温度之差只有5℃，该材料不适用于乙 烯球罐保冷1.2.2 保冷材料的导热系数会随着保冷材料的吸 水而迅速升高，因而绝热材料的吸水率成为衡 量保冷材料的重要指标，从表1可看出，吸水率 最低的聚氨酯泡沫塑料，其次是泡沫玻璃，再次是聚苯乙烯泡沫，酚醛泡沫塑料、玻璃棉及 复合硅酸盐的吸水率较高。

绝热材料在保冷场 合下极易吸水吸湿，因而，聚氨酯泡沫塑料、 泡沫玻璃及聚苯乙烯泡沫较适用于乙烯球罐的 保冷1.2.3 绝热材料的选用需考虑其与可能接触环境 的相容性乙烯属于石油化工产品，用于乙烯 球罐上的保冷材料需同乙烯及整个罐区的介质 相容表1中的绝热材料，聚苯乙烯泡沫可被石- 13 -第12期 耿永丰等 乙烯球罐保冷工程设计技术浅析油系的溶剂所侵蚀，从而不适用于乙烯球罐的 保冷1.2.4 绝热材料的导热系数是选取保冷材料最重 要的性能指标，在相同冷损失的情况下，导热 系数越大则保冷层厚度越厚从表1可看出导热 系数最低的是聚氨酯泡沫塑料，其次是酚醛泡 沫塑料，而泡沫玻璃、聚苯乙烯泡沫、玻璃棉 及复合硅酸盐的导热系数较高1.3 保冷材料选用从1.2.1，1.2.2及1.2.3的分析中可得出最适用 于乙烯球罐的保冷材料是泡沫玻璃和聚氨酯泡沫 塑料，从1.2.4可看出采用泡沫玻璃的保冷层厚度 比采用聚氨酯泡沫塑料的厚度要大得多，目前市 场上泡沫玻璃的价格是聚氨酯泡沫塑料的1.5倍左 右，因此，聚氨酯泡沫塑料是乙烯球罐保冷材料 中性价比最高的材料。

2 保冷厚度计算保冷厚度的计算方法有经济厚度计算、防结 露厚度计算及允许冷损失厚度计算经济厚度计 算采用投用后年冷损失费用与保冷投资年分摊费 用之和的最小值得到的厚度，采用该厚度确实是 最经济的，但是该厚度的计算需要投资方提供大 量的预算数据，而大部分的乙烯球罐业主都无法 提供这些数据因而，工程上常用的方法是防结 露厚度计算，再根据情况决定是否进行允许冷损 失厚度计算2.1 球罐防结露厚度计算式为  10101 tttt DDa其中：D1-保冷结构外径，m；D0-球罐外 径，m；δ-保冷层厚度，m；λ-保冷材料导热系 数，W/（m·℃）；聚氨酯泡沫塑料的常温导热 系数为0.027 W/（m·℃）；α-外表面换热系数， W/（m2·℃）；依据GB/T 8175-2008《设备及管 道绝热设计导则》取值为8.14 W/（m2·℃）；t1- 保冷结构外表面温度，℃；t0-保冷结构内表面温 度，℃；ta-环境温度，℃2.2 平壁防结露厚度由于乙烯球罐的直径一般都在10m以上，保冷 层的厚度如果小于100mm，采用式（1）的计算结 果与平壁的厚度计算结果大致相同，可直接采用平壁的计算式进行计算。

平壁防结露厚度计算式 为  101 tttta2.3 最大冷损失厚度SH3010-2000《石油化工设备和管道隔热技术 规范》规定，当环境温度ta和露点温度td之差大于 4.5时，最大允许冷损失量为[Q]=4.5α由最大冷 损失量计算的保冷层厚度为  10 Qtta(2)(3)(1)以新疆地区2000m3乙烯球罐为例保冷结 构外表面温度t1取露点温度td+2℃，新疆地区最 热月平均相对湿度约为42%，夏季室外大气压力 931.3hpa，且环境温度为26℃，从而查焓湿图得 到在以上条件下的露点温度td为17℃，则t1=19℃； 保冷结构内表面温度t0，即球罐的外表面温度，取 介质温度t0=-35℃；环境温度ta取年最热月平均气 温26℃；则依据式（2）得出该乙烯球罐的防结露 保冷厚度为22mm，小于100mm，不必再采用式 （1）进行计算3 保冷结构及施工在乙烯球罐本体制造安装完毕，压力试验、 管道吹扫完成后方可进行球罐的保冷施工乙烯球罐保冷结构由内至外，按功能和层次 由防锈层、保冷层、防潮层、外保护层及识别层 组成3.1 防锈层防锈层是乙烯球罐保冷结构的内层，将防锈 材料涂敷在乙烯球罐外表面，防止其因受潮而腐 蚀生锈。

防锈层应在球罐外表面除锈工作完成后 进行球罐外表面可采用喷砂或采用手工和动力 工具进行除锈除锈时应防止对容器表面造成损 伤，应清除可见的油脂和污垢；除锈后，应清 除浮灰和碎屑除锈后的钢材表面，应至少达到 GB/8923-1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈 等级》中St3级或Sa2.5级要求为合格除锈完成后方可涂敷防锈层，防锈层可采用 冷底子油或防锈底漆涂敷防腐涂料前金属表面 应保持清洁干燥，对表面凹凸不平及划痕应采用 磨削方法去除并使之圆滑过渡，不允许打腻子 14 -论文广场石油和化工设备 2012年第15卷除锈与涂漆间隔时间一般不应超过12h，厚度不小 于80μm3.2 保冷层保冷层施工可采用粘贴法或喷涂法进行3.2.1 粘贴法采用粘贴法的乙烯球罐保冷结构如图1所示1-外保护层；2-防潮层马蹄脂；3-防潮层玻璃布；4-不锈 钢捆扎带；5-活动环；6-保冷层；7-固定环； 8-塑料销钉；9-防锈层图1 乙烯球罐粘贴法保冷结构图采用粘贴法进行保冷层施工时，应先在球 面上粘贴塑料销钉，其长度应小于保冷层厚度 10mm，且最小不得小于20mm塑料销钉用粘结 剂粘贴，粘贴时间12h以上，经检查合格后，方可 进行保冷层的粘贴。

保冷层施工前，用硬质闭孔型材料将聚氨酯 塑料预制成600mm×600mm的适合球罐外表面 曲率的球面弧形保冷块球面弧形保冷块应有最 小的现场接缝，并与球罐表面的轮廓曲线紧密配 合减少在现场的保冷块剪切球罐保冷应先在赤道带粘贴一圈定位带，然 后向上向下按顺序粘贴；公称直径较大时也可以 在上、下温带各粘贴一圈定位带，还应在球罐上 粘贴一条纵向定位带，如图2所示1-球体；2-赤道定位带；3-上温带定位带； 4-下温带定位带；5-纵向定位带图2 球罐保冷定位带示意图保冷材料的粘接剂应涂满制品的结合面，厚 度保持2.5～3mm接缝处应挤紧，缝外被挤出的 粘结剂应立即刮去保冷层相邻分带的保冷制品 应错缝粘贴球罐的两极使用浮动环，用¢ 10mm的碳钢 预制浮动环应放在两极中央，以避免碰到管口 和其它金属在球罐的赤道附近设置固定环，用 ¢ 10mm的碳钢预制保冷层应用尺寸为19mm× 0.5mm的不锈钢带捆扎，捆扎带的一端固定在浮动 环上，另一端固定在赤道处的固定环上，呈辐射 状捆扎，由赤道带分别对称向两极拉紧在赤道 带处捆扎间距应不大于300mm，如图3所示捆扎 后保冷层表面应平整1-上极活动支撑环；2-球体；3-赤道带固定支撑环； 4-下极活动支撑环；5-捆扎带图3 球罐保冷支撑环及捆扎带示意图- 15 -第12期 3.2.2 喷涂法喷涂法施工环境温度和待喷涂物体表面温度 应达到15℃以上，环境湿度应小于85%，风力应在 3级以下。

待喷球罐表面应无水珠，无粉尘，无油 污和潮气，如不能达到要求，不得施工如保冷 层施工过程中断且环境温度低于15℃时，必须进 行保温维护并采取措施防潮，以防止泡沫收缩开 裂喷涂法施工前应按正式喷涂工艺及条件进行 试喷，以便将机械动力参数、配合料比例、喷射 速度和喷涂距离调整到最佳状态正式喷涂时，应在球罐表面先喷0.5mm的底 层，之后按每层厚度20mm多次进行喷涂，使聚氨 酯泡沫形成多层发泡，最终使其厚度达到所需保 冷层厚度试喷和正式喷涂施工中，应同时喷涂试块， 每当更换配比时须另作试块，以便测试对比，控制 施工质量在喷涂中，如有发泡不良、脱落、发酥 发脆、发软、开裂、孔径过大等缺陷时，要查清原 因，再次试喷，直到合格，方可继续施工3.3 防潮层在进行防潮层施工前，保冷层外表面应清 理干净，保持干燥，并应平整、均匀，不得有凸 角、凹坑等现象施工不宜在雨雪天或夏日曝晒 中进行保冷层的所有外表面都应涂有马蹄脂防潮 层，中间采用中碱粗格平纹玻璃布强化加固第 一层马蹄脂应采用合适的方法均匀涂于表层，胶 膜在湿状时大约厚度为1.5mm加强玻璃布应平直 张紧，嵌入仍然成粘状的第一层马蹄脂并应有最小长度75mm的搭接。

贴好的玻璃布应无明显的皱 纹和气泡环向接缝应从上搭下待粘贴的玻璃 布干燥后，在布外表涂抹第二层马蹄脂，第二层 马蹄脂应形成3mm的湿式胶膜防潮层干燥后胶膜最小厚度应为2～3mm 防潮层应自保冷层表面伸展到未保冷的钢结构 部分附件上的防潮层应额外伸出未保冷表面 150mm玻璃布应完全被马蹄脂覆盖且防潮层不能有 任何裂纹、微孔、小污点或开孔连接点安装金 属保护层前防潮层马蹄脂应根据厂商推荐要求自 行干燥所有接头及层次应密实连续，无漏设和机 械损伤防潮层表面应平整、无气泡、翘口、脱 层、开裂斑点和针孔等缺陷，不合格的区域应进 行修补防潮层表面平整度偏差不得大干5mm 干燥后防潮层的总厚度不得小于3mm3.4 保护层保护层可采用铝合金板或镀锌钢板，保护层 接缝宜用咬合或钢带捆扎结构，不得使用钢制螺 钉或铆钉连接保护层应具有整体防水功能对 水易渗透进保冷层的部位，应用马蹄脂合缝安 装金属保护层时不能破坏防潮层如防潮层遭到 破坏必须进行修补保护层不能有任何裂纹、穿 孔、斑点或开口接头◆参考文献[1] 李鸿发. 设备及管道的保冷与保温[M].北京：化学工业出版社，2002.收稿日期：2012-09-11；修回日期：2012-10-24耿永丰等 乙烯球罐保冷工程设计。