环境温度对露天球罐保冷的设计与施工影响
贵州渝富能源开发股份有限公司 高雁 贵州毕节
圣德宝（南京）防水防腐保温工程有限公司 王华 江苏南京
摘要：对GB/T11790-1996 《设备及管道保冷技术通则》中保冷层厚度设计存在的问题进行分析，强调太阳爆晒下露天设备保冷防晒的重要性。总结聚氨酯硬质板材现场粘贴、现场发泡浇注、现场发泡喷涂三种常用聚氨酯保冷施工方法的优缺点及现场发泡保冷施工方法的要点。
关键词：保冷设备外护层温度 保冷层厚度 聚氨酯现场发泡喷涂施工
一、概述
某年产30万吨合成氨装置有两台液氨球罐。单台球罐容积为5000M3；球罐直径21200mm；设计压力为0.65MPa﹙G﹚，顶部最高工作压力≤0.60MPa﹙G﹚；设计温度14℃，操作温度0-10℃。
项目所在地当地的气候条件为：
A：气温 ：历年平均气温5.9℃ ；历年日极端最高气温33.5℃ ；历年日极端最低气温-29.7℃ 。
B：湿度 ： 最高月相对湿度44% ；最低月相对湿度18% 。
C：气压 ：历年平均气压735.6mBar 。
D：日照：金属表面最高温度85℃（夏季下午 2 点~5 点）
E：其他 ：该地区有较强的盐雾和沙尘暴 。
由于该地属于青藏高原气候，夏天太阳曝晒。金属表面最高温度能达到85℃。因此夏天对液氨球罐保冷的要求很严格。
二、保冷温度和保冷厚度的确定
1、原设计根据GB/T11790-1996 《设备及管道保冷技术通则》的规范采用防凝露方法计算（环境温度为夏季空调温度28.2oC, ）设计管道和设备的绝热厚度。按此设计液氨球罐保冷厚度为50mm。原设计保冷层采用聚氨酯泡沫塑料板粘贴。防潮层采用聚氨酯阻燃防水卷材包扎粘贴。保护层采用0.8mm镀锌薄钢板咬合。
2、液氨饱和状态下氨的物理状态如下表：
温度/℃
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
压力/MP
0.2442
0.3005
0.3667
0.4437
0.5329
0.6354
0.7525
0.8875
1.036
从上表可以简单看出，随着温度的升高，球罐所承受的压力也随之上升。夏天太阳曝晒下金属表面最高温度可达85℃（夏季下午 2 点~5 点），而保温厚度设计取夏季空调温度28.2oC。没有考虑露天设备的日照因素，导致保温厚度不够，夏天太曝晒下存在很大的安全隐患。考虑到这一因素，设计修正后将聚氨酯保冷厚度从50mm修改为100mm来保证夏天球罐的安全。
三、液氨球罐保冷层材料施工方法的确定
聚氨酯保冷一般有模具预制砌块型、硬质板现场粘贴型、现场发泡浇注型、现场发泡喷涂型。
1、硬质板现场粘贴型。
下图为某公司年产18万吨合成氨装置球罐和氨冷器等设备保冷采用聚氨酯硬质板的保冷，由于是硬质板，在安装前必须进行切割成细条后捆扎、粘贴在设备上进行保冷，保冷效果很不理想。主要存在以下问题：
⑴粘贴时不可能百分百与罐体充分粘接。
⑵粘贴后的板缝要用单组分聚氨酯填充。
⑶粘贴剂与设备壳体和聚氨酯板不太相容。
⑷板、粘贴剂、罐体三种材料热胀冷缩系数不一致。会导致粘贴剂与罐体脱落、开裂，空气与冷后结冰水导致罐体生锈腐蚀。
⑸特殊部位如封头、弯头等施工难度大。块与块之间的粘接缝热胀冷缩后容量产生裂缝，形成冷桥。
2、现场发泡浇铸型。
优点是不受设备形状的影响，聚氨酯泡沫塑料可以填充到每一个角落，保冷材料和设备贴合粘接好，不易剥离，保冷层可以形成整体，没有缝隙，不易形成冷桥。缺点是：需要现场制作、安装发泡模具，有些部位﹙如平台、接管、支撑等的连接部位﹚模具安装难度大。施工周期长且施工费用较高。
3、现场发泡喷涂型。
⑴现场发泡喷涂型优点如下：
聚氨酯直接喷涂是将A料、B料两种材料在现场按设定比例调配,通过机器加温并通过A料泵、B料输送到喷枪,同时用压缩空气加压后喷射到物体表面而形成保温层的施工工艺。其优点有两方面,一是直接喷涂法不受工作面、保温体型、尺寸、几何形状的限制,适用于各种形状的保温体,二是喷涂后可与保温体形成整体,无拼接缝、不开裂且附着力强。
⑵下图为某公司年产30万吨合成氨装置聚氨酯硬质板现场粘贴型。
该公司在上述第一台液氨球罐保冷过程中，通过听取圣德宝（南京）防水防腐保温工程有限公司详细介绍，了解到聚氨酯现场发泡对球罐保冷优越性，因此第二台球罐直接采用现场发泡聚氨酯喷涂的施工方法。如下图。
通过上面的图片对比，不难看出第二台液氨球罐采用聚氨酯现场发泡喷涂的施工方法的优越性。
四、聚氨酯现场发泡喷涂施工准备
1、准备工作
⑴保温施工前应会同有关部门做好罐体结构验收的确认，罐体表面防避雷装置应安装到位，表面防锈应处理完毕，符合现行国家施工及验收规范要求。球罐施工单位应将所有工序安装完毕，保温前 保温施工后不得进行电焊等施工作业。
2、防锈漆施工
保温前球罐的防锈漆施工完毕。
3、聚氨酯硬泡球罐保温系统构成如图所示。
喷涂聚氨酯保冷系统示意图
1、罐体 2、防锈漆 3、 聚氨酯硬泡保温层 4、玛蹄酯 5、玻纤布
6、扎钢带 7、包铝皮或铁皮
4、球罐保冷施工分四个部分进行，即：1）基层防锈处理、2）分层喷涂硬泡聚氨酯、3）滚涂玛蹄脂2遍、包裹玻纤布2层、4）安装铝皮。
五、防潮层的设计
关于保冷防潮层，主要的一种是玛蹄脂，还有一种是CPU聚氨酯阻燃防水卷材。
1、阻燃玛蹄脂使用方法：
⑴将玛蹄脂涂在聚氨酯等隔热材料外表，涂层3mm，并在中间隔一层防水玻璃布或塑料窗纱。在第一遍玛蹄脂稍干后，方可涂抹第二遍玛蹄脂，干固后，总厚度达到5mm。
⑵滚涂质量要求：涂布均匀，光滑平整，表面无起泡。
⑶用量：每平方米约8kg。
2、CPU聚氨酯防水阻燃卷材使用方法：
⑴保冷层表面应清理干净，保持平整、干燥。
⑵将成品卷材剪切成一定规格的片状或条状采用平铺、包扎和螺旋形缠绕式2种方法施工，搭接宽度应不小于50mm。
⑶搭接处可用胶封平，接口处再涂一层CPU涂料，水平管道的纵向应布置在两侧搭接封口朝下，立式设备及垂直管道由下往上敷设，环向接封应上搭下，厚度和层次应根据介质温度和保冷层厚度满足设计要求。
⑷质量要求：防潮层所有接头及层次应密实、连续、无漏刷和机械损伤。
实际上采用聚氨酯现场发泡保冷，保冷层整体密封防潮效果好，涂刷防水涂料即可，可节省防潮层费用。
六、露天设备的保冷防晒的注意事项及采用聚氨酯现场发泡喷涂的优势
1、聚氨酯保冷层厚度的设计必须充分考虑设备使用环境是露天还是室内，充分考虑夏季高温日光曝晒等情况，合理设计保冷层厚度。
2、控制保冷工艺和质量的重要性：一般情况下设备保冷设计有防腐层、保冷层、防潮层、保护层等几个结构。施工中严把施工质量关，把保冷层和防潮层做好，密实，没有空气进入，不会产生冷凝水和冷量的损失，才能有效防止腐蚀。聚氨酯现场发泡喷涂法不受保温体结构、尺寸、工作面的限制,适用性广泛；喷涂后可与保温体形成整体,无拼接缝、不开裂、密闭性好且附着力强，无疑是球罐保冷露天设备防晒保冷的理想选择。
3、同样的道理，化工装置很多露天球罐受规范的影响没有考虑夏天日晒的影响，因此没有防晒保冷层，夏天日晒时是采用消防水喷淋降温。如充分考虑日晒影响因素设计防晒保冷层来避免罐体受日照引起的温度升高，防止冷量损失，罐体更安全，减少喷淋装置及冷却水消耗，维护费用降低。
七、聚氨酯现场发泡施工选材注意事项
采用聚氨酯材料进行保冷，需注意选用自熄材料。
2015年5月25日，河南省平顶山市鲁山县康乐园老年公寓发生火灾事故，造成38人死亡、6人受伤。事故暴露出生产经营单位违规采用易燃可燃材料为芯材的彩钢板，建筑耐火等级低；对此党中央、国务院高度重视，习近平总书记、李克强总理等党中央、国务院领导同志作出重要批示。2015年《国务院安委会办公室关于河南平顶山“5.25”特别重大火灾事故情况的通报》安委办明电〔2015〕13号要求 ： 各省、自治区、直辖市及新疆生产建设兵团安全生产委员会，国务院安委会有关成员单位严格消防执法，严禁违规使用聚苯乙烯、聚氨酯泡沫塑料等材料。 因此采用聚氨酯材料进行保冷，需注意选用阻燃自熄材料，防止低价中标后偷工减料采用易燃材料，留下事故隐患。
作者简介：
姓名：高雁 化工高级工程师。邮箱：xueyangygy@163.com