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低溫液態(tài)二氧化碳貯罐的保冷措施

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第1期 ．25．
低溫液態(tài)二氧化碳貯罐的保冷措施
吳實’，董福輝
(1．銅陵金泰化工實業(yè)有限責任公司， 安徽銅陵244000)
(2．銅陵金泰防腐有限責任公司， 安徽銅陵244000)
[摘 要]對液態(tài)二氧化碳貯罐的絕熱方案進行了分析，制定了科學合理的冷保溫措施，施工實踐表明，該方案冷保溫效果
良好。
[關鍵詞]二氧化碳貯罐；冷保溫；聚氨酯；現(xiàn)場發(fā)泡
工業(yè)生產(chǎn)特別是煤化工生產(chǎn)排放出大量二氧
化碳，不僅造成碳資源的浪費，同時形成地球溫
室效應，破壞人類生存環(huán)境。但在銅陵金泰化工
實業(yè)有限責任公司，二氧化碳是合成碳酸丙烯酯
進而用酯交換法合成碳酸二甲酯等精細化工產(chǎn)品
的重要的大宗化工原料。該公司將二氧化碳變廢
為寶，2010年消耗二氧化碳2．3萬噸。隨著二期l0
萬噸碳酸二甲酯擴建工程于2010年底投產(chǎn)，預計
2011年全年消耗二氧化碳不低于5萬噸。
二氧化碳在常溫下是氣態(tài)，工業(yè)上一般以
液態(tài)貯存和運輸。我公司亦采取液態(tài)使用工藝。
30 m 以下小容積貯罐常采用雙層結(jié)構(gòu)立式容器，
夾層抽真空從而達到絕熱效果。但對于大容積貯
罐，由于每臺貯罐容積達~200m 以上，設計上采
用單層臥式結(jié)構(gòu)，外壁要求絕熱保溫。貯罐規(guī)格
133600×20000mm，封頭為橢圓形封頭，罐體材質(zhì)
為低溫壓力容器用16MnDR，采用鞍式支座，罐
內(nèi)介質(zhì)溫度．2l℃，氣相壓力2．1MPa，安全閥啟跳
壓力：2．5MPa。如果貯罐絕熱效果達不到要求，
液態(tài)CO 會氣化，導致安全閥啟跳泄壓，氣化過
快，泄壓來不及還有發(fā)生爆炸的危險：另外，二
氧化碳進入反應系統(tǒng)時，工藝上采用高壓柱塞泵
以10．0MPa壓力連續(xù)輸送注入合成塔，若管道中出
現(xiàn)氣態(tài)二氧化碳時，泵很難打上量，只得通過泵
出口處放空管道排凈氣態(tài)二氧化碳，直至管道中
出現(xiàn)液態(tài)二氧化碳。這一過程俗稱“排氣”，既
影響生產(chǎn)又造成二氧化碳浪費。因此，儲罐或管
道中氣態(tài)或局部氣化的二氧化碳都不利于二氧化
碳的低溫輸送和生產(chǎn)，無論是貯存還是工藝，都
要求二氧化碳必須達到良好的絕熱效果，以杜絕
安全隱患。
1冷保溫方案選擇
冷保溫與通常意義上的用巖棉、硅酸鋁保溫
不同，兩者雖然都稱絕熱工程，都是隔絕或減少
熱量傳遞，但冷保溫區(qū)別于一般的保溫主要有四
點：一是傳熱的方向相反，應避免熱源由外向里
傳導，因此保冷工程不僅受到外部熱量向內(nèi)傳遞
的影響，同時受到大氣及周圍空氣所含的水蒸氣
向內(nèi)滲透的影響，會產(chǎn)生凝結(jié)水或結(jié)冰；二是絕
熱結(jié)構(gòu)要在保冷層外敷設防潮層；三是施工工藝
不同，為保證結(jié)構(gòu)的致密性，完整性，施工采用
澆注法、噴涂法和粘結(jié)法的較多，使用纏繞法、
捆扎法的較少；四是選材不同，保冷要選擇導熱
系數(shù)低的材料，工程造價較高，一般為保溫造價
的2～3倍。
1．1選材
液態(tài)二氧化碳貯罐保冷材料選擇時首先考
慮冷保溫的目的，在于阻止周圍水汽向絕熱體滲
透，防止貯罐外層結(jié)露甚至產(chǎn)生冰層。絕熱材料
的特性和性能見表l，綜合分析后選擇聚氨酯發(fā)泡
料作為保溫材料。
聚氨酯保溫材料(發(fā)泡組合料)是聚氨酯
合成材料應用最廣的一種，施工使用的原料分為
A、B兩種組份，都以聚醚為主要成份，加上其它
輔料組合而成。發(fā)泡聚氨酯組合料具有優(yōu)異的理
化性能和便捷的施工工藝性能，其導熱系數(shù)僅為
0．016-0．030W／(m·k)，在已知的保溫材料中，導
熱系數(shù)是最低的，尤其是發(fā)泡組合料是一種天然
的膠粘材料，能形成連續(xù)的保溫層，保證了保溫
層與儲罐的粘結(jié)強度高，無需任何膠粘劑和錨固
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作者簡介：吳實(1972一)男，工程師，1996年山東工業(yè)大學
畢業(yè)，現(xiàn)任職于銅陵金泰化工實業(yè)有限責任公司，長期從事防腐
蝕和保溫工程管理工作。
一
26一 ■技術交流 2石0油和化工設備
12年第15卷
表1 保冷絕熱材料的特性和性能
材料名稱 適用溫度℃ 密度k 導熱系數(shù)
g／m3 (W／ 優(yōu)缺點
m．k)
超細泡沫玻璃棉制品
一25O～400 20 0．0326
導熱系數(shù)小，密度小，機械性能及化學性能好。多用作極低溫
(板材、殼材) 絕熱。因生產(chǎn)工藝不同，性能差異大，價格昂貴，施工不便。
聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料
一10O～ 50 3O～ 65 0．O16～ O．O3
目前絕熱材料中導熱系數(shù)最低的，密度小，強度高，能承壓
(發(fā)泡組合料) 0．2MPa，施工方便。缺點是阻燃性差。
柔性泡沫橡塑絕熱制
一4O～ 60 65～ 85 0．O3～ O．O41
又稱橡塑海棉，導熱系數(shù)低，柔性好，施工需粘膠水，吸濕
品(板材、殼材) 性大，抗老化性能差，塊材間接縫不易處理。
聚苯乙烯泡沫塑料制
一1O5～ 7O 24 0．0415
多用于冷庫墻壁，不耐腐蝕，吸水性強，成本較聚氨酯要
品(管殼、板) 低。
件，可有效阻斷冷橋形成，在施工中既可現(xiàn)場澆
注成型又可直接噴涂發(fā)泡，適宜在各種異形表面
制作保溫層，因而是一種性能優(yōu)異的低溫隔熱保
溫材料。
1．2施工方案
聚氨酯用作保溫時，可以由預制廠預制成板
狀或管殼狀等制品，還可在現(xiàn)場發(fā)泡。以下為現(xiàn)
場發(fā)泡的兩種方法。
1．2．1現(xiàn)場制模澆注法(手工發(fā)泡法)
步驟如下：
(1)先將聚氨酯制塊切割成lOOmm的條塊作
發(fā)泡模板，用聚氨酯發(fā)泡劑粘接于罐體的表面，
以便確定發(fā)泡的高度及發(fā)泡的空間；發(fā)泡模塊砌
筑完成后，用鍍鋅鐵皮作發(fā)泡擋板，在鍍鋅鐵皮
上涂刷脫模劑并固定鍍鋅鐵皮；
(2)將聚氨酯A、B發(fā)泡料以1：1的比例，充
分攪拌，在臨界發(fā)泡時倒入已經(jīng)制作好的發(fā)泡空
間內(nèi)，聚氨酯發(fā)泡料的數(shù)量按發(fā)泡空間計算；待
聚氨酯充分發(fā)泡反應固化定型后脫出發(fā)泡模板；
(3)發(fā)泡后如有多余發(fā)泡膨脹的邊角塊要切
割掉， 以保證表面平整；
(4)由于罐體的支撐為鋼結(jié)構(gòu)，支撐與罐體
連接處存在冷橋，所以需對罐體的支撐也要做聚
氨酯保溫；否則溫度極低的二氧化碳貯罐易吸收
空氣中的水份形成冰塊。
1．2．2現(xiàn)場直接噴涂法(機械發(fā)泡法)
噴涂發(fā)泡是利用空壓機產(chǎn)生的高壓壓縮空
氣，經(jīng)過噴槍混合室形成負壓，吸入聚氨酯A、B
料后以細小的霧狀液滴形式噴出，在專用噴槍的
端部或噴射的過程中反應，并在物體表面完成發(fā)
泡和凝膠的化學反應過程。
采用德國進口噴涂發(fā)泡設備進行現(xiàn)場噴涂
發(fā)泡的新型施工工藝，可一次性整體分層完成發(fā)
泡，更能增強保溫層的防水性能和牢固性，發(fā)泡
保溫層具有無接縫的優(yōu)點，避免了制作發(fā)泡模具
的繁瑣操作。
2液態(tài)二氧化碳貯罐外壁保冷工藝規(guī)程
整體冷保溫結(jié)構(gòu)設計成四層：防腐層、保溫
層、阻燃層和保護層。
防腐層施工(罐外壁機械除銹一涂刷防銹底
漆兩道)一聚氨酯保溫層施工(現(xiàn)場分層噴涂發(fā)
泡，總厚150mm)一阻燃層施工(刮涂第一道阻
燃防水瑪蹄脂一纏繞專用玻纖網(wǎng)格布一刮涂第二
道阻燃防水瑪蹄脂)一金屬保護層施工(鋁板安
裝)
2．1防腐層
罐體外壁采用機械除銹，除銹等級達到St3
級，除去油脂、污垢、氧化皮和鐵銹等，除銹結(jié)
束后，應盡快涂刷防銹底漆。兩道防銹漆總厚度
在70um。涂刷作業(yè)時，應涂刷均勻，防止發(fā)生流
掛、皺折、漏涂等。
2．2保溫層
本方案采用壓縮空氣把反應液噴出，并在
噴槍的混合室內(nèi)把各種原料混合均勻，噴到貯罐
表面后粘結(jié)在表面上同時發(fā)生化學反應并固化。
發(fā)泡工藝是一個比較重要的環(huán)節(jié)。發(fā)泡的均勻程
度、泡的大小都與保冷效果有直接關系。
噴涂作業(yè)應選擇無風或風力較小的天氣進
行，在噴涂過程中要隨時檢查泡沫質(zhì)量與外觀平
整度，發(fā)現(xiàn)脫落及發(fā)脆發(fā)軟現(xiàn)象，應立即停噴并
查明原因，進行處理。發(fā)泡后表面平整度偏差控
制在5mm以內(nèi)，保溫層最小厚度不得小于設計厚
度的5％。
噴涂作業(yè)中，一次噴涂量不宜過厚或過薄，
第1期 吳實等低溫液態(tài)二氧化碳貯罐的保冷措施 一27．
噴涂過薄會使泡沫體密度上升，費工費時；噴涂
過厚，發(fā)泡過程的熱熟化反應的放熱會引起燒
焦，且泡沫層內(nèi)密度較低甚至空心，影響保溫效
果及保溫層的強度。每次噴涂發(fā)泡厚度應控制在
30ram以下較為適宜。由于每層泡沫體表面均會自
動形成一個比較致密光滑的表皮層，為防止層與
層之間出現(xiàn)粘合不良，每層噴涂發(fā)泡間隔時間不
應超過1h，同時，必須保證每層表面清潔無污。
臥式儲罐兩頭鞍式支座連同混凝土基礎應一
同發(fā)泡保溫，以防結(jié)冰。整體發(fā)泡層的強度應不
低于支撐一個人在上面行走且有彈性。
2．3阻燃層
阻燃層由玻纖布和瑪蹄酯組成， 以達到阻
燃防潮保護保溫層的要求。由于聚氨酯屬易燃材
料，一旦燃燒會產(chǎn)生帶有劇毒氰化物的氣體，從
使用安全角度出發(fā)，必須設置阻燃層。
瑪蹄酯干固后整體厚度平均不小于5mm，施
工時要抹光壓實，做到阻燃層完整密實。炎熱天
氣時表面可能產(chǎn)生氣泡，需要在瑪蹄酯未干時，
割開氣泡并再次修補涂抹，使表面密封。
2．4外保護層
采用0．8mm鋁板作外保護層，在安裝鋁板前需
要在罐體上用厚1．0mm，寬60mm的鋁帶做固定腰
帶，以便固定鋁板。從下往上錯縫安裝，以防進
水，每塊鋁板的搭接不少于50mm，采用抽芯鋁鉚
釘連接，鉚釘間距200mm，鋁板固定在腰帶上，
鉚釘不可穿透發(fā)泡保溫層，以防出現(xiàn)直通冷橋。
鋁板安裝表面應平整美觀，無凹凸，連接牢固，
封頭應制作成西瓜皮片狀。
3結(jié)束語
液態(tài)二氧化碳貯罐冷保溫采用現(xiàn)場脫膜發(fā)泡
噴涂工藝，發(fā)泡保溫層與罐體基層直接粘接形成
整體結(jié)構(gòu)，發(fā)泡層密實、無接縫，應避免引起冷
橋效應，并具有一定強度。施工實踐表明，這種
方案冷保溫效果良好。
◆參考文獻
【1】莫理京，王致中等．絕熱工程技術手冊[M】．北京：中國石
化出版社，1997：78~87．
夠 劈 衡 i力 謄
(上接24頁)
4結(jié)論
在實驗的基礎上，本文得到如下結(jié)論：
(1)隨著壓縮空氣壓力的增大，超聲波油霧
發(fā)生器產(chǎn)生的油霧粒徑在明顯變小，霧化效果良
好，但當潤滑油流量變得越大，油霧粒徑變大；
當壓縮空氣壓力在0．4～0．6Mpa之間時，從噴嘴噴
出的高速氣流易與共振腔發(fā)生共振，產(chǎn)生的超聲
波作用于一次霧化后的液滴，對其進行了二次霧
化。
(2)隨著噴嘴與共振腔間距離逐漸加大，
超生波油霧發(fā)生器所產(chǎn)生的油霧粒徑也在逐漸變
小，但當噴嘴與共振腔間的距離變得越大時，油
霧粒徑開始變大；且當噴嘴與共振腔間的距離在
6~8mm之間時，從噴嘴噴出的高速氣流易與共振
腔發(fā)生共振，產(chǎn)生的超聲波作用于一次霧化后的
◆參考文獻
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