新型柔性保冷材料在化肥企业的应用实践

张本峰，吴 培，王相令，郭存彪

（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡 453731）

近几年，新型柔性保冷材料在石油化工领域局部有所应用，但在化肥行业内尚未进行规模化使用。该种材料主要由二烯烃、丁腈橡胶等材料发泡制作而成，与传统硬质保冷材料相比，其吸湿系数较低，在保冷层施工后不需要再进行防潮层的施工，大大节省了施工时间和费用；另外柔性材料还可以根据保冷设备或管道任意进行弯折，不需要由厂家提前预制，且现场裁剪比较方便，大大降低了传统硬质保冷材料规格型号统计及加工的繁琐以及现场施工的难度。

河南心连心化学工业集团股份有限公司（简称河南心连心公司）“45·80”装置年产45 万t 合成氨、80 万t 尿素，采用水煤浆气化技术。2019 年6 月，在该装置低温甲醇洗、液氮洗工段对新型柔性保冷材料的性能进行了试验验证（局部试验），之后于2020 年6 月进行了柔性保冷材料的工业化应用。局部试验结果及工业化应用情况证明柔性保冷材料在化肥行业内可以使用，且使用效果要优于传统硬质保冷材料。现将新型柔性保冷材料的局部性能验证和工业化应用情况介绍如下，以供参考。

1 新型柔性保冷材料的性能验证

2019 年6 月河南心连心公司对“45·80”装置区低温甲醇洗、液氮洗工段进行了新型柔性材料保冷试验，6 月18 日开始对试验区域的原保冷材料进行拆除，6 月20 日开始在试验区域进行新型柔性保冷材料的施工，根据被保冷设备或管道进行保冷材料的裁剪、包覆、涂胶、密封胶带密封对接缝隙，6 月21 日完成了新型保冷材料的安装工作，7 月6 日开始收集现场测量数据并进行分析。试验选取两个有代表性的位置进行：1#试验点为低温甲醇洗1#甲醇泵进口管道（介质温度-61 ℃，部位为甲醇泵进口过滤器及异径管）、2#试验点为液氮洗外送液氮管线（介质温度-190 ℃）。

1.1 柔性保冷材料的保冷效果

2#试验点保冷材料表面温度与环境温度对比见表1。由表1 可知，柔性保冷材料能够满足-196 ℃的低温环境的保温要求。

表1 2#试验点保冷材料表面温度与环境温度对比 ℃

1.2 柔性保冷材料的施工优势

保冷材料施工过程中，需对材料进行裁剪，柔性材料用剪刀及美工刀即可完成材料切割成型，与传统硬质保冷材料聚氨酯和泡沫玻璃对比，切割过程无扬尘、粉末，对施工现场无污染，对交叉作业无影响，现场垃圾易清理。

1.3 柔性保冷材料的封闭

柔性材料对接缝隙的处理：第一步采用黏接剂封闭，第二步采用密封胶进行二次封闭，因柔性材料易变形，凝固过程中易因活动出现缝隙，第三步采用铝箔自黏胶带覆盖整个接缝。

1.4 柔性保冷材料与原保冷材料保冷效果对比

1#试验点（介质温度-61 ℃）原保冷材料采用聚氨酯，保冷材料厚度120 mm；采用新型柔性保冷材料进行试验时，保冷材料厚度100 mm（4 层材料，1 层二烯烃材料+3 层丁腈橡胶材料，单层厚度25 mm）。采用不同保冷材料时1#试验点温度见图1。

图1 采用不同保冷材料时1#试验点温度

从图1 可以看出，新型保冷材料与聚氨酯材料保冷效果相差不大，但新型保冷材料的厚度较聚氨酯材料厚度低20 mm，且新型保冷材料保冷处均为异形件，未发现冷量泄漏现象，而聚氨酯材料在此次拆除过程中存在一定的漏冷情况。

1.5 柔性保冷材料与原保冷材料投资对比

聚氨酯材料与新型柔性保冷材料投资对比见表2。由表2 可知，采用新型柔性保冷材料后，其价格优势在使用的第5 年至10 年之间便能够体现出来，即在聚氨酯更换一次后综合成本要远远高于新型保冷材料成本。

表2 聚氨酯与新型柔性保冷材料投资对比

通过此次保冷试验，初步证明该新型柔性保冷材料在环保性、施工难易程度以及长久的性价比方面均优于常规保冷材料。

2 新型柔性保冷材料与传统保冷材料的对比

2.1 性能参数对比

新型柔性保冷材料与传统保冷材料性能参数对比[1]见表3。通过表3 对比发现，新型柔性保冷材料在密度上与聚氨酯及三聚酯（PIR）相差不大，但远低于泡沫玻璃，在深冷环境下采用新型柔性保冷材料可以降低管线及设备的自重；同时，新型柔性保冷材料的水蒸气透湿率远远低于聚氨酯与泡沫玻璃，自身具有防潮、防水功能，不需要防潮层，在施工方面要优于传统硬质保冷材料。

表3 新型柔性保冷材料与传统保冷材料性能参数对比[1]

2.2 施工对比

2.2.1 施工时，柔性保冷材料不需要防潮层，与传统硬质材料相比减少一道工序，提高了施工效率，缩短了施工周期。此外，传统硬质材料使用的防潮层一般为玛蹄脂，属于可燃物，且气味较大，在施工现场与安装工程交叉施工的情况下，容易造成火灾，影响工人人身安全和身体健康。

2.2.2 柔性材料可根据管道、阀门、三通或设备形状进行现场下料制作和尺寸调整，而传统硬质材料需要提前根据材料表在材料制造厂家进行预制管壳或板材，不同规格的管壳及板材规格型号较多，对工人的素质要求较高，同时对图纸的准确度要求也较高，难以保证施工进度，往往会富裕较多的废料，损耗较大。

2.2.3 施工效率方面，柔性材料施工工序较少，且不受防潮层干透的时间限制，大大节省了施工时间。

2.2.4 异形件施工方面，由于异形件不可能全部在厂家进行制作，且没有专门的模具（专门制作模具周期较长，费用较高，难度较大），为此在使用传统硬质保冷材料时，对于异形件一般采用现场发泡的方法进行处理，而受现场环境、发泡时间、组分等因素的影响，现场发泡的聚氨酯或PIR 的品质要远远低于成品管壳，其保冷效果及导热系数均达不到设计要求；而新型柔性材料可在施工现场根据异型件的实际规格尺寸进行裁剪，施工方便，且保冷材料与构件贴合度高，保冷效果好。

3 新型柔性保冷材料的工业化应用情况

前期的局部性能验证试验结果表明，该种新型柔性保冷材料可以代替传统硬质保冷材料在化肥行业内进行应用，为此，2020 年6 月河南心连心公司在产业升级改造装置的保冷施工过程中进行了柔性保冷材料的工业化应用，该装置于2020 年9 月投产运行，目前保冷效果良好。

3.1 低温甲醇洗高塔地面保冷

低温甲醇洗工段施工过程中需要对洗涤塔、H2S浓缩塔进行保冷施工[2]，塔体最高的洗涤塔高87 m，正常情况下，保冷施工需要搭设与塔体同高的脚手架，一般搭设脚手架需要15 d，塔体保冷施工时间45 d左右，后续完善需要20 d，且由于塔体较高，施工过程受天气的影响较大，存在较大的安全隐患。如果能在地面上实施保冷工作，一是可以大大降低施工难度，二是可以提高施工效率，确保整体项目的工期进度。

低温甲醇洗塔器采用新型柔性保冷材料保冷时的质量情况见表4。由表4 可知，保冷材料质量占设备净重的比例在5%以内，对设备整体吊装的机械选择及吊装方案几乎无影响，可在地面对塔本体进行保冷完成后吊装，不再需要从地面开始搭设脚手架至塔顶，仅需根据后续要完善的支架、接管处进行局部搭设脚手架，可以大大降低人工消耗，提高工作效率。

表4 低温甲醇洗塔器采用新型保冷材料保冷时的质量情况

3.2 柔性材料结合聚氨酯发泡保冷

对于保冷设备及管道连接过程中存在冷紧环节的情况，保冷管线有法兰螺栓连接的地方不能提前进行保冷，需要在冷态下重新进行螺栓紧固，这就需要在螺栓紧固后立即进行发泡保冷。但在发泡模具制作安装的同时，阀门本体及法兰部位就会结霜，导致发泡效果较差，为此利用柔性材料将阀门本体及法兰外环进行提前保冷，将螺栓预留出来，当紧固过后，再进行发泡，将柔性材料与螺栓一块包裹进去，这样仅有螺栓及其周围局部有结霜，对整体的保冷效果影响不大。

3.3 柔性材料结合保冷管托施工

在保冷管道施工过程中存在较多的保冷管托，一般采用高密度聚氨酯材料制作而成，无论是采用硬质聚氨酯还是采用泡沫玻璃材料，均存在材料与保冷管托连接部位的处理问题：两种硬质材料均已成型，无法实现各保冷层之间的错缝处理，同时也无法对对接缝隙进行封闭处理，导致在该接缝处发生导冷，引起结冰。在正常保冷施工过程中，保冷材料在两层以上即可进行错层施工，使保冷材料没有垂直贯穿性断面，水分不容易进入内部而引起结冰，但在保冷管托与地面接触的部位不可避免地形成了贯穿性断面，该部位也成为了保冷施工过程中的一个薄弱环节。在采用柔性材料施工时，为解决该问题，尝试在保冷管托外部增加25 mm 的柔性材料进行保冷，保冷的轴向长度为超过管托两侧接缝处100 mm，这样就避免了外界水分沿垂直贯穿缝进入保冷材料内部。

3.4 边角废料的利用

硬质保冷材料在装卸、运输、施工过程中很容易破碎，破碎之后重复利用时保冷效果较差，原则上不建议使用，同时其施工过程中切除的边角废料没有重复利用的价值；而柔性保冷材料由于其材料弹性较强，不容易破损，且其在施工过程中产生的较大的边角废料可以重复利用在较小的异形件上，减少了材料的整体损耗量。

4 结论和建议

新型柔性保冷材料在河南心连心公司的局部保冷试验及工业化应用实践表明，以二烯烃及丁腈橡胶为主要原料的柔性材料可以用于深冷环境，且保冷效果与传统硬质保冷材料相似，可以作为化肥行业的保冷材料使用。但由于新型柔性材料质轻、弹性大、收缩性大，建议在实际施工过程中根据温度设定材料的预留量，避免装置运行过程中因为材料收缩较大，造成材料与外护层脱离，进而带来一定的问题。