石油管道保温用纳米气凝胶毡节能保温材料

寒区某长距离输油管道输送的是温度为-10℃的原油，由于夏季环境温度明显高于油温，如果站场内管道与空气直接接触，壁面将凝结出一层水膜，容易出现管道腐蚀、仪表失灵等现象，严重影响站内管道的安全运行，因为需要对管道进行保温，原来管道保温采用的材料是聚氨酯发泡保温材料，但是这种材料具有寿命短、易损坏且不易拆卸等一系列缺点，近几年来新研发的纳米气凝胶毡很好的解决了这一问题，纳米气凝胶毡是一种新型绝热保温材料，保温性能良好，且具有超疏水、寿命长、抗压、易安装维护等特点，广泛应用于石油行业，目前国外的很多大的石油公司都在使用，如：美孚石油公司美东管道保温、道康宁公司160℃容器保温、日本住友化工、埃索石油新加坡成品油罐保温等，国内中国石油克拉玛依油田也尝试用了该材料，此外，纳米气凝胶毡在航天、溢油处理等领域也有广泛应用，本文主要是探讨一下纳米气凝胶毡和其他几种保温材料在石油管道方面的应用效果比较。

2、不同保温材料保温方案对比

根据管道具体运行工况及该地区夏季气温记录数据，对现场条件进行设定：管道外径813mm，壁厚16mm，油温为-10℃，环境温度为35℃（取为该地区夏季近两年较高温度），取管道长度为1m进行计算，管道外壁风速为2m/s。结合管道常用保温材料，给出3种保温方案，方案1采用10mm纳米气凝胶毡对管道进行包覆；方案2采用25mm保温橡塑对管道进行包覆；方案3采用17mm聚氨酯发泡保温材料对管道进行包覆，其中厚度为25mm和17mm为该温差下保温橡塑和聚氨酯发泡保温材料的*值，将该3种方案，与裸管一起形成4种工况，在保温性能方面进行对比分析。分析后得出以下结果：

裸管模拟结果：根据现场情况，钢管导热系数取44.5W/（m.k）。根据模拟结果，当没有采取任何保温措施时，在设定现场条件下，管壁外侧温度为-9.24℃，表明钢管基本没有保温作用。

方案1模拟结果：按纳米气凝胶毡导热系数取0.016W/（m.k）计算，得到的模拟结果表明，当采取方案1时，在设定现场条件下，管道外侧温度为30.624℃，低于环境温度4.376℃，保温效果良好。管道外侧温度高于空气露点温度，不会出现结露现象。

方案2模拟结果：按保温橡塑导热系数取0.035W/（m.k）计算，得到的模拟结果表明，当采取方案2时，在设定现场条件下，管道外侧温度为30.803℃，低于环境温度4.197℃，在此温度下，不会出现结露现象。

方案3模拟结果：按聚氨酯发泡材料导热系数取0.025W/（m.k）计算，得到的模拟结果表明，当采取方案3时，在设定现场条件下，管道外侧温度为30.610℃，低于环境温度4.390℃，17mm厚的聚氨酯发泡保温材料在不损坏的前提下，同样可以获得较好的保温效果。

对比以上4种模拟工况，管道在无保温措施情况下，管道外壁温度与管内流体温度十分接近，因为管道在夏季经常出现“出汗”现象，要获得同样的保温效果，方案1所需的厚度较小，方案2所需的厚度较大。

 3、保温性能对比

由于管输油温存在一定的浮动，按照仿真模拟方法，分别取油温为-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃，环境温度为30℃、35℃、40℃，按照设定的现场条件对在以上4种工况下管道外壁温度的计算结果进行对比，结果表明：裸管基本不具有保温性能；方案1、方案2、方案3在理论状态下具有同样的保温效果（表1）；在此3种保温方案下，管道夏季均不会出现结露问题；若需获得同样保温效果，纳米气凝胶毡所需的厚度较小。