LNG真空多层绝热管道输送及安全性分析

陈鹏　罗丽勤

摘 要： 随着我国城市化进程的不断推进，天然气在公众生活、生产中的运用范围扩大，天然气输送事业也有了飞速的提升。传统的天然气输送是将液化天然气（LNG）液化后在通过管道进行输送，在天然气输送多元化及长距离化的背景下，液态管输方式应运而生，能够提高天然气的利用率，满足当前城市居民天然气需求量。同时，液态管输所需动力较小，能够节约资源及能源，继而推动天然气输送事业的健康、绿色、可持续发展。虽然液态管输具有诸多优势，但仍然需要考虑绝热形式的选择以及输送模型的建立，才能够保证天然气液态管输的安全性。

关键词： LNG;真空多层绝热管道;输送;安全性

【中图分类号】TE832 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）08-0248-01

引言：在LNG需求量日益增长的背景下，关于LNG低温流体管道输送技术的研究及应用也日趋成熟。在LNG输送过程中，为了能够保证LNG的液态管输，应防止冷量的损失，需要采取绝热措施。当前LNG输送中常用的两种绝热形式为真空绝热及非真空绝热，相对于非真空绝热中敷设绝热材料的方式，真空绝热的冷量损失更低，绝热效果更好，因此在LNG运输中具有广泛的应用前景。下文将阐释LNG真空多层绝热管道运输的原理。

1 LNG真空多层绝热管道输送原理

1.1 真空多层绝热管道概述

真空绝热是指保持管道夹层中的中控环境，尽量减少对流传热，继而达到绝热的目标。真空多层绝热是真空绝热的一种形式，此外还包括真空粉末绝热等。真空多层绝热的真空程度较高，虽然成本较大，但是能够在一定程度上保持管道夹层的真空环境，防止真空丧失后管道绝热性能急速下降。

真空多层绝热管道应用了瑞典科学家彼得逊的超级绝热技术，通过在管道夹层中设置多层平行于冷壁的辐射屏，有效提升辐射换热环节的辐射热阻，以减少辐射传热。真空多层绝热管道中辐射屏的材料及安装形式有多种，如金属格辐射屏、波纹状或凹凸形状金属的塑料膜。最常使用的材料为铝箔或镀铝涤纶薄膜等。辐射屏之间的填充材料也有较多要求，如需要选择厚度较小、导热系数较小的填充材料，安装时要保证填充材料与辐射屏之间有一定的距离。

不同绝热方式的绝热性能不同，其输送成本也有所差距，因此需要从多个层面综合考虑后进行选择。LNG输送过程中需要尽量避免冷量的流失，还要维持LNG的液态性质，因此需要选择真空程度高、绝热性能好的真空多层绝热管道输送方式。

1.2 真空多层绝热管道的传热机理

真空多层绝热管道的传热是一个复杂的过程，其中导热与辐射共存，因此需要对其传热机理进行综合分析。真空多层绝热管道传热过程中包含多层辐射屏之间的辐射换热、夹层中残余气体的导热、夹层中填充材料的导热。

2 LNG真空多层绝热管输规律

虽然真空多层绝热管道具有较好的绝热性能，能够有效避免冷量的损失，但由于LNG在长输过程中，LNG的温度与外界环境之间存在着较大的温度差异，在输送中仍然会因沿程摩擦阻力及局部摩擦阻力的损失导致压降，使LNG的温度升高，当达到气化温度时，会使LNG难以维持液态特性。因此，需要分析LNG真空多层绝热管输的规律，识别影响LNG管输效率的因素。

首先，真空多层绝热管内壁的热流密度越大，LNG温度升高的速度越快，主要原因在于在LNG管输过程中，随着管内壁热流密度的增大，径向上漏热量越多，LNG所吸收的热量越多，就会使沿程升温更加明显。

其次，LNG温度升高的速度会随着LNG流动速度的变化而变化，但两者并没有明显的线性相关关系，如LNG流速为1.39m/s下的温度升高速度低于流速1.86m/s，但LNG流速为1.63m/s下的温度升高速度低于0.70m/s。由此可见，可以确定LNG在真空多层绝热管道中最佳的换热流流速区间为1.0至2.0m/s。

最后，真空多层绝热管的管径也会影响LNG温度的升高速度，两者也没有明显的线性相关关系。在保证管道长度不变的情况下，真空多层绝热管道管内直径为46毫米时，LNG温度升高的速度最快;随着管内直径的增加，LNG温度升高速度有所降低;当管内直径达到103毫米以后，管内直径对于LNG温度升高速度的影响减弱。

在以上研究的基础上，分析LNG真空多层绝热管道的最远运输距离。增强管道的绝热性能以及加大管线入口压力是延长LNG最远运输距离的有效方法。

3 LNG真空多层绝热管道运输的安全性分析

如果在LNG管输过程中发生泄漏，不仅会增加LNG的输送成本，还会引发巨大的安全事故。因此，需要保证LNG真空多层绝热管道运输的安全性，准确识别影响输送安全性的因素。LNG管道被破空后，会发生真空丧失。如果破损的位置为管道的外避面上，管道周围的空气会迅速进入夹层空间;如果破损位置为管道内壁面的气相介质区，则会导致所贮存的LNG气相介质进入绝热夹层空间;如果破损位置在管道内壁面的液相介质区，则会导致所贮存的LNG液相介质进入绝热夹层空间。降低外管壁面的温度、增加绝热材料的层数、紧实爆炸、降低间隔物的热导热系数会有效降低管道破空后的漏热量。

结束语：LNG是一种清洁、高效的能源，也是公众生活生产中的必要资源。随着经济全球化的发展，LNG在国内外市场中的需求量明显提升。在此背景下，我国LNG输送事业获得了长足的发展，LNG真空多层绝热管道输送对提高LNG利用率具有重要的意义。真空多层绝热管道具有较高的绝热性能，能够降低LNG输送中的冷量损失。同时，LNG输送过程中，其温度升高速度会受到管内热流密度、管内直径、流速等影响。因此需要综合分析，以延长LNG的输送距离。此外，降低外管壁面的温度、增加绝热材料的层数、紧实爆炸、降低间隔物的热导热系数会有效降低管道破空后的漏热量。

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