国内外关于LNG 管道保冷层厚度设计相关标准分析

付现桥，陈珏伶，徐 敬，刘志田，贾光猛，付立欣，郭 旭

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062522）

国内外关于LNG 管道保冷层厚度设计相关标准分析

付现桥，陈珏伶，徐 敬，刘志田，贾光猛，付立欣，郭 旭

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062522）

摘 要：分析了国内外关于 LNG 管道保冷层厚度计算设计标准，并具体阐述了计算方法及参数选择。经分析：国内 GB 50264、SH/T 3010 等标准与国外 JIS A9501、ISO12241 等标准比，不但计算方法有区别，而且外表面换热系数及其他参数取值也不相同，从实例计算结果可知，国内标准与国外标准计算保冷层厚度结果稍微偏大，保冷效果较好。

关 键 词：保冷层；绝热计算；换热系数；LNG

由于天然气是一种清洁高效的能源，其充分燃烧后生成 CO2、H2O 等无害物质，目前已经受到人们的青睐。在华北地区，城市居民天然气供应存在巨大峰谷差，为冬季天然气供应带来很大困难。LNG是通过冷冻将气态天然气制备成液态的一种能源产品，其体积只有气态的六百分之一，加温气化后，能迅速补充管网内的天然气，弥补冬季用气高峰时产生的巨大缺口。

LNG 管道承担着液化天然气的输送作用，在进行管路设计中，管道绝热保冷设计是一个非常重要的问题[1-4]。保冷层厚度设计不合适，不仅会造成投资浪费，还会影响到液化天然气输送。本文针对国内外的LNG保冷层厚度计算相关标准进行了差异分析，给设计人员在引用规范时提供参考。

1 相关标准

1.1 国内主要标准

GB 50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》适用于工业设备及管道外表面温度为-196℃～850℃的绝热工程设计，并给出了三种算法包含经济厚度算法、防结露算法及最大允许冷损失算法等计算方法[5]。SH/T 3010-2013《石油化工设备和管道绝热工程设计规范》适用于石油化工设备（塔、换热器、容器、机泵等）和管道隔热工程的设计和施工，并给出了经济厚度、表面温度法计算及最大允许冷损失算法等计算方法。

GB/T 4272-2008《设备及管道绝热技术通则》用于指导设备管道及其附件外表面温度在-196℃～650℃的绝热工程设计。GB 50126-2008《工业设备及管道绝热工程施工规范》、GB/T 8175-2008《设备及管道绝热设计导则》规范了保冷材料选择原则、保冷层计算原则及几种计算方法[6]。GB 50185-2010《工业设备及管道绝热工程施工质量验收规范》规范了保冷层的安装及验收。

1.2 国外主要标准

英国标准 BS EN ISO12241-2008《建筑设备和工业装置的绝热计算规则》给出在稳态条件下建筑和工业设备传热的计算规则，并给出了热桥处理的简化方法。日本标准 JIS A 9501-2006《绝热保温工程施工标准》主要适用于化学工业、燃料工业及热利用动力装置，空气控温及给排水等设备保温保冷绝热工程施工，不适用于冷藏库、船舶、铁路车辆等保温保冷工程，适用温度范围-180～1 000 ℃。

美国标准 ASTM C680-2004《用计算机程序对隔热扁平、圆柱和球状系统热增量或热损失以及表面温度的评定规程》提供了在野外环境中稳态或准稳态传热条件下，用于实现一维表面温度绝热的计算方法。国外涉及到 LNG 保冷层厚度计算的标准还有：德国标准 VDI 2055-2007《在工业和建筑中保温保冷绝热计算规则》、ISO 9346《隔热 质量传递物理量和定义》等。

2 国内外标准差异分析

2.1 保冷层厚度计算方法区别

由于 GB 50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》、SH/T 3010-2013《石油化工设备和管道绝热工程设计规范》、GB/T 8175-2008《设备及管道绝热设计导则》等国内标准，关于绝热层进行经济厚度、最大允许冷损失下的厚度、表面放热损失量和绝热结构外表面温度的计算的公式及参数相同。在讨论与国外标准区别时，仅需要对比 GB 50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》。

计算时应当使用防结露厚度

日本标准 JIS A9501-2006《绝热保温工程施工标准》里面规定保冷层厚度计算采用

以及经济厚度计算公式

当 F1取最小值时，（De-Di）/2 值为最经济的厚度。

英国标准 BS EN ISO12241-2008《建筑设备和工业装置的绝热计算规则》标准中

计算。

关于国内外LNG保冷层厚度计算的标准中计算方法有很大区别，GB 50264 主要采用最大允许冷损失、经济厚度和防结露厚度计算方法，JIS A9501 主要采用与 GB 50264 的表面温度法一致计算方法和经济厚度计算方法，ISO12241 主要采用与 GB 50264 的最大允许冷损失下的厚度计算相似计算方法。

2.2 保冷层厚度计算影响因子区别

进行计算。[Q]为以每平米绝热层外表面积为单位的最大允许冷损失量（W/m2），当 Ta-Td≤4.5 时，[Q]=-（Ta-Td）αs，代入最大允许冷损失公式化简得

如果使用经济厚度

计算时应当使用防结露厚度

式中 PE为能量价格（元/GJ），PT为绝热结构单元造价（元/m3），t为年运行时间（h），常年运行的应按 8 000 h 计算，非常年运行的按照运行时间计算。S为绝热工程投资年摊销率（%），已在设计使用年限内按复利率计算，Ts为保冷层外表面温度（℃），在只防结露保冷厚度计算中，保冷层外表面温度 Ts应为露点温度 Td加 0.3 ℃[5]。

日本标准 JIS A9501-2006《绝热保温工程施工标准》里面规定保冷层厚度计算采用

式中 θsi为保冷层内侧温度（℃），取为介质的最低操作温度。θse为保冷层外侧温度（℃）。θa为环境温度（℃）。hse为绝热层表面与周围空气的换热系数[W/(m2·K)]，外表面换热系数为表面材料的辐射放热系数与对流放热系数之和，hse=hr+hcv。其中，

垂直管道Δθ≥10K 时，

，ε为放射率，ω 为风速 m/s，σ 为史

蒂芬 -波尔兹曼常数 5.67×10-8W/(m2·K)[7,8]。

表 1 外部传热系数近似计算参数CH、CV取值Table 1 Coefficients CHand CVfor approximate calculation of total exterior thermal surface coefficient

综上所述，GB 50264 与 JIS A9501、ISO12241相比简化了外表面换热的影响因素，与其它标准和方法的换热系数计算值及其他参数间存在较大差值。

2.3 实例分析

某 LNG 管道所处位置在内蒙古省，具体环境条件参数，详见表 2。管内介质温度 T0=-166 ℃，管材为 0Cr18Ni9Ti的无缝钢管，管径为 DN250×10，管道采用改性聚异氰脲酸酯（PIR）作为保冷材料，具体性能见表3。

表 2 某气象站累年逐月平均气象要素统计表（50 a）Table 2 The weather station monthly average meteorological statistics (50 years)

如采用日本标准 JIS A9501-2006《绝热保温工程施工标准》里面规定保冷层厚度计算采用

表 3 聚异氰脲酸酯（PIR）材料性能Table 3 Polyisocyanurate (PIR) material properties

通过实例计算可以看出 GB 50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》中规定的圆筒型单层 允 许 冷 损 失 下 绝 热 层 厚 度 计 算 结 果 与 JIS A9501-2006《绝热保温工程施工标准》的结果相差不大，和 ISO12241-2008《建筑设备和工业装置的绝热计算规则》计算结果相比偏大。

3 结 论

（1）关于国内外 LNG 保冷层厚度计算的标准中计算方法有区别，GB 50264 主要采用最大允许冷损失、经济厚度和防结露厚度计算方法，JIS A9501主要采用与 GB 50264 的表面温度法一致计算方法和经济厚度计算方法，ISO12241 主要采用与 GB 50264 的最大允许冷损失下的厚度计算相似计算方法。

（2）与 JIS A9501、ISO12241 等标准比，GB 50264 中大量简化了外表面换热系数 αs 的影响因素，因而与其它标准的计算换热系数计算值间存在误差，其没能较好地反映真实的传热过程特性，但从实例中看出，其保冷层厚度计算结果偏大，保冷效果较好。

参考文献：

［1］谢刚, 王天明, 邵拥军, 等. LNG 管路保冷厚度的计算[J]. 石油与天然气化工, 2007, 36(5): 373-376.

［2］尹少慰,杨 洋,曾从滔. LNG 管输保冷层厚度优化设计[J]. 管道技术与设备, 2011( 1):12-13.

［3］张月静, 阎振奎. LPG 低温管道经济保冷层厚度的计算[J] . 油气储运, 1999, 18( 1) : 18- 191.

［4］梁光川, 郑云萍, 李又绿. 液化天然气( LNG) 长距离管道输送技术[J]. 天然气与石油, 2003, 21(2):8-10.

［5］GB 50264- 2013，工业设备及管道绝热工程设计规范[S]．北京:中国计划出版社，2013．

［6］GB /T 8175-2008，设备及管道绝热设计导则]S]． 北京:中国标准出版社，2008．

［7］丁玉栋, 王强, 王宏, 等. 工业设备及管道绝热结构外表面换热系数取值的探讨[J]. 化工设计, 2011, 21(4):37-45.

［8］Japanese Industrial Standards Committee，JIS A 9501: 2006 Stand ard practice for thermal insulation works[S]．Japanese Standards As sociation，2006．

［9］British Standards Institution，BS EN ISO 12241: 2008 Thermal insul ation for building equipment and industrial installations—Calculation rules[S]. Europe: European Committee for Standardization，2009．

杭州开源以高新技术助力印染行业转型升级

2013 年 12 月 5 日，由中国纺织工业联合会科技发展部、中国印染行业协会、纺织之光科技教育基金会联合举办的“面向数字化印染生产工艺检测控制及自动配送的生产管理系统”现场推广活动在浙江绍兴举行。中国纺织工业联合会科技发展部主任李金宝、中国印染行业协会会长陈志华、纺织之光科技教育基金会秘书长张翠竹、杭州开源电脑技术有限公司董事长许光明、浙江新建纺织有限公司总经理朱鸣英及众多印染企业代表出席了本次活动。

中图分类号：TE 083

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2014）03-0356-04

收稿日期：2014-02-10

作者简介：付现桥（1984-），男，河北任丘人，工程师，研究方向：从事设备管道绝热及腐蚀与防护研究。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，FU 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