者按：2017年9月14日晚，“天然氣行業(yè)微信群”和重慶市石油與天然氣學會共同開展第69期“天然氣之夜”空中論壇。主題是：LNG 低溫絕熱技術以及真空的應用，本次邀請行業(yè)嘉賓劉柏均做專題分享，并與群友進行了互動，本期論壇主持人：李慎玉，記錄整理：吳秦。（群友討論看法，不代表本公號觀點）

【嘉賓介紹】

劉柏均，男，山東臨沂人，北京和華騰真空泵壓縮機有限公司創(chuàng)始人，先后為各大低溫裝備生產(chǎn)廠家提供真空系統(tǒng)設備以及抽真空工藝，擁有六項核心專利技術。2016年投資成立了中能慧達（北京）新能源有限責任公司，重點發(fā)展低溫裝備貿(mào)易以及物聯(lián)網(wǎng)技術。

【嘉賓分享】

前言：感謝人類的偉大智慧，他實現(xiàn)了天然氣600多倍的氣液相體積比，創(chuàng)造了零下162℃，創(chuàng)造出了Liquefied NaturalGas（液化天然氣）。讓天然氣的應用更有商業(yè)價值。

LNG的應用也改變了這個世界，它帶來了溫暖的嚴冬，靜謐的爐火和愜意的熱水。

LNG的應用讓天空更藍，天然氣是唯一清潔的基礎能源，經(jīng)過凈化的LNG則更是環(huán)保之星。

LNG的是人類歷史上最安全的能源，在人類能源應用的歷史上，LNG的事故率“比它的溫度還要低”。

LNG的應用對中國有特殊的意義。LNG的低價、清潔、靈活性以及諸多優(yōu)越性是中國經(jīng)濟發(fā)展所需要的，LNG的國際化是中國能源戰(zhàn)略安全所需要的，而LNG本身，正在為中國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、合理新布局發(fā)揮著巨大的作用。

一、絕熱的目的和方法

低溫絕熱的目的主要是為了減少由環(huán)境與LNG的熱傳導，即減少冷損。對于低溫液體儲運設備來說，可以減小氣化損失，或為長時間儲存及遠距離運送創(chuàng)造條件。特別是對于LNG液化裝置及LNG儲存容器，如果沒有良好的絕熱，液化和儲存都難以實現(xiàn)。因此，低溫絕熱不僅具有經(jīng)濟意義，而且具有技術意義。除此之外，對設備、管道進行絕熱還可以避免在外表面上結(jié)露、結(jié)霜，也可以避免人的皮膚與之接觸時有冷的感覺甚至凍傷。這對改善工作條件及防止意外事故的發(fā)生都是有必要的。

零下162攝氏度的液體如何保存？——LNG低溫絕熱技術

二、絕熱方法的分類

低溫絕熱分為普通絕熱和真空絕熱。

1、普通（堆積）絕熱

普通絕熱是一種使用較早的傳統(tǒng)的絕熱方法，它是在設備、容器，管道的外側(cè)敷設固體的多孔性絕熱材料，而在絕熱材料的空隙中充滿著大氣壓力下的空氣（或其它氣體）。這種絕熱方法的絕熱性能較差，但其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，故在絕熱要求不高的情況下普遍使用。現(xiàn)在LNG加液站的管道多采用這種絕熱方法。

（大型接收站低溫輸送管）

2、真空絕熱

真空絕熱是將絕熱結(jié)構(gòu)做成密閉的夾層，內(nèi)部空間抽至一定的真空度，以減少熱量的傳入。真空絕熱有三種基本類型：高真空絕熱、真空多孔絕熱及真空多層絕熱。

2.1、高真空絕熱

亦稱單純真空絕熱，它只是單純地將夾層空間抽至1.38*10-3Pa(1.0*10-5mmHg)1的真空。常見的真空保溫杯即采用這種絕熱方式。在真空夾層中，只有兩個壁面之間的輻射傳熱及夾層內(nèi)殘余氣體的導熱。如果將夾層內(nèi)表面拋光，或者涂上一層反射性物質(zhì)，就形成反射性能良好的真空夾層，輻射傳熱量即可減小。這種絕熱結(jié)構(gòu)因有輻射熱交換，故絕熱性能不是很好；但它的結(jié)構(gòu)最簡單，重量輕，熱容量小，故自上世紀初以來它一直應用很普遍。

2.2、真空多孔絕熱

它是在夾層中充填多孔性絕熱材料，然后再抽至一定的真空。從工藝的方便性考慮，一般都是充填粉末材料或纖維材料，故這種絕熱方式也稱為真空粉末絕熱或真空纖維絕熱。真空夾層中的絕熱材料削弱了壁面之間的輻射換熱，所以它的絕熱性能比高真空絕熱要好，對真空的要求可以降低，一般達1.33Pa（10-2mmHg）左右即可。如果向粉末或纖維材料中加入一定比例的反射性強的金屬粉末，例如鋁粉或銅粉，以減小材料內(nèi)粉?；蚶w維之間的輻射換熱稱為阻光作用，則可使絕熱性能大為提高。真空粉末及真空纖維絕熱現(xiàn)在廣泛用于LNG液體的貯存及運輸設備。

2.3、真空多層絕熱

它是在真空夾層中裝入許多輻射屏，用來減少壁面之間的輻射換熱。多層絕熱有兩種基本形式，一種是用金屬箔作輻射屏，屏間填入導熱性能低的間隔材料；一種是用單面噴鋁的滌綸薄膜作輻射屏，且壓制成波紋形成凹凸形，以減少屏間的接觸傳熱。真空多層絕熱要求真空達1.3*10-2Pa左右（10－4mmHg）左右即可。真空多層絕熱是當前絕熱性能最好的絕熱方式之一，常稱為“超級絕熱”，多用于LNG/液氫及液氦儲運容器，現(xiàn)也用于小型液氧、液氮容器。真空多層絕熱的缺點是施工比較麻煩，造價比較高，且絕熱性能隨施工質(zhì)量而變。

美國蓋茨基金支持的生命之桶也是這種絕熱方式，只是真空度更高、隔斷輻射效果更好，成品為綠色桶，可以在酷熱的沙漠中以干冰保持0℃一個月之久！

三、絕熱性能的評定分級

絕熱結(jié)構(gòu)的絕熱性能可用其有效導熱系數(shù)（或稱表觀導熱系數(shù)，包括對流及輻射換熱在內(nèi)）來評定，它的數(shù)值越小，則絕熱性能越好。在圖4-2中示出各種絕熱方式有效導熱系數(shù)的變化范圍。由圖可以看出，多層絕熱比其它絕熱方式具有高得多的絕熱性能，而非真空絕熱方式的絕熱性能最差。

四、絕熱材料及LNG常用低溫絕熱技術

在各種絕熱方式中，除高真空絕熱外都要應用絕熱材料。絕熱材料是用來增強絕熱結(jié)構(gòu)的絕熱性能，以減小通過絕熱結(jié)構(gòu)的傳熱量。對絕熱材料性質(zhì)的了解是設計絕熱結(jié)構(gòu)的基礎。

1、絕熱材料的種類及一般特性

絕熱材料的品種較多，它們的性質(zhì)相互差別也較大。絕熱材料按材質(zhì)可分為礦物質(zhì)材料及有機質(zhì)材料兩類。在低溫裝置中多應用礦物質(zhì)材料。絕熱材料按其組織結(jié)構(gòu)可分為泡沫狀材料、粉末狀材料及纖維狀材料三類，它們的組織結(jié)構(gòu)不同，在其中所進行的傳熱過程的機理不同，用它們構(gòu)成的絕熱結(jié)構(gòu)的型式也不完全一樣。

1.1 泡沫塑料

以聚合物或合成樹脂為原料，加發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑經(jīng)加熱發(fā)泡而成。泡沫塑料用作絕熱材料的優(yōu)點是密度和導熱系數(shù)都較小，能適用于低溫，吸水性小，能抗酸堿的侵蝕，燃燒性差（離開火源后能自熄），易于切割和施工，因而它們的應用日益廣泛。

（泡沫塑料）

1.2 礦棉

礦棉或稱礦渣棉，是將熔鐵爐渣（也可用泥灰?guī)r）在熔融狀態(tài)時用高壓水蒸汽吹成的礦質(zhì)纖維（纖維中往往含有玻璃狀小球），它耐火耐凍、無味不霉、密度及導熱系數(shù)都較小，價格低廉，故是一種較好的絕熱材料。礦棉常用于空分裝置及運輸式設備。

礦棉

1.3 珠光砂

珠光砂也稱膨脹珍珠巖。珍珠巖是一種火山噴出的酸性玻璃質(zhì)熔巖，其主要成分為SiO2和AlO2。當巖漿流出地表時，由于急劇冷卻，水分來不及完全逸出，因而巖石中便含有一定量的結(jié)晶水。將巖石粉碎成細粒后，迅速加熱至700~1000°C，結(jié)晶水急速汽化，巖石體積可增大4~20倍，便得到色白質(zhì)輕的珠光砂，其尺寸大部分在0.3~0.6mm之間。珠光砂的密度和導熱系數(shù)都很小，故是一種良好的絕熱材料。珠光砂不燃燒、不霉爛、無毒無味、不會腐蝕；它的流動性好，可用風壓輸送；此外，還具有隔音和防輻射線的性能，加之來源較廣，故應用較多。珠光砂主要用于空分裝置及氣體液化裝置中，其缺點是吸水率較高，且有下沉現(xiàn)象。珠光砂還具有吸附氣體的能力，當它吸附有可燃氣體時，在檢修施工前應予置換，以確保施工安全。

珠光砂

1.4 碳酸鎂

粉末狀碳酸鎂的絕熱性能良好，價格較低，故以往多用于低溫裝置及設備的真空絕熱。但碳酸鎂在易結(jié)塊（且結(jié)塊后較難再生），又其中常含有一定量的水分，使抽真空較困難，因而逐漸被其他材料代替。

碳酸鎂

1.5 氣凝膠及硅膠粉

氣凝膠也稱硅酸氣凝膠，它是用從硅酸凝膠中除去液體而不明顯壓縮其骨架的方法得到的材料，是目前已知的最有效的絕熱材料。氣凝膠的導熱系數(shù)小，流動性好，稍具有彈性，第一次裝填之后不會因震動而下沉，且在真空絕熱中易于抽空。但氣凝膠很貴，且浸入水中后即形成硅酸凝膠，密度增大將近十倍，不能用再作絕熱材料。硅膠粉是由二氧化硅構(gòu)成的粉末，其密度及導熱系數(shù)均較氣凝膠大。

氣凝膠

2、目前常用的LNG低溫絕熱技術

2.1 真空多孔絕熱，多采用珠光砂作為填充介質(zhì)。

代表產(chǎn)品為LNG固定式儲罐，如下圖：

2.2 真空多層絕熱：

多采用鋁箔復合材料纏繞內(nèi)膽，夾層抽成高真空以獲得最優(yōu)絕熱效果。代表產(chǎn)品為：杜瓦瓶，車載瓶，快易冷，低溫槽車，罐箱等。