作为海运业绿色转型的关键支撑,液化天然气(LNG)动力船舶正在快速发展。而在这些船舶上,专门设计的LNG液货罐扮演着至关重要的角色。其中,隔热材料是确保LNG液货罐安全高效运行的关键所在。LNG液货罐对隔热性能的要求
LNG液货罐需要将天然气冷却至约-162°C(-260°F)的极低温度,以保持其液态状态。这对罐体的隔热性能提出了严格的要求:
1.极低温度承受能力:隔热材料必须能够在极低温度下保持良好的绝热性能,防止热量从外部传导进入罐内。LNG液货罐所处的环境温度可能高达40°C,而罐内温度则低至-162°C,这种巨大的温差对隔热材料提出了极大的挑战。
2.热量传导最小化:隔热材料的热导率应尽可能低,最大限度减少热量从外部传导到罐内,降低LNG的蒸发损失。即使是微小的热量渗透,也会导致LNG的持续蒸发,从而影响船舶的航行里程和燃料效率。
3.机械强度和耐久性:隔热材料需要具备足够的机械强度,以承受罐体的自重、外部载荷和振动等因素,确保长期稳定运行。LNG液货罐在恶劣的海洋环境中工作,需要隔热材料具有出色的抗压缩性和抗疲劳性能。
4.防火和防爆性能:隔热材料应具有良好的防火和防爆性能,以确保LNG液货罐在发生事故时也能最大限度地降低危害。一旦发生泄漏或火灾,隔热材料必须能够阻止火势蔓延,保护罐体免受损坏。
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LNG液货罐对隔热材料提出了苛刻的性能要求,只有满足这些标准,才能确保LNG在储存和运输过程中保持最佳状态,为海运业的绿色转型贡献力量。
- 特性：聚氨酯是一种常见的泡沫型隔热材料，具有质量轻、导热系数低、隔热性能良好等优点。它的闭孔结构能够有效阻止热量的传导，并且具有一定的机械强度，能够承受一定的压力和冲击力。 - 应用场景：在船用 LNG 液货罐中，聚氨酯通常被用于填充在内外罐之间的夹层中，作为主要的隔热层材料。其良好的隔热性能可以大大降低 LNG 的气化率，减少能源的损失。- 特性：聚苯乙烯也是一种泡沫型材料，具有良好的隔热性能和耐水性。它的密度较低，重量轻，便于施工和安装。然而，聚苯乙烯的机械强度相对较低，耐高温性能较差，在长期的低温环境下可能会出现脆化现象。 - 应用场景：在一些小型的船用 LNG 液货罐或者对隔热要求不是特别高的部位，聚苯乙烯可以作为辅助的隔热材料使用。例如，在罐体的一些角落或者连接处，聚苯乙烯可以起到补充隔热的作用。- 特性：玻璃棉属于纤维型绝热材料，由玻璃纤维制成。它具有优异的隔热性能、防火性能和抗腐蚀性能。玻璃棉的纤维结构可以形成大量的微小孔隙，这些孔隙能够阻碍热量的传递，从而达到良好的隔热效果。此外，玻璃棉还具有良好的吸声性能，可以降低罐体内部的噪音。 - 应用场景：船用 LNG 液货罐的吊顶部分通常会采用玻璃棉作为隔热材料，因为吊顶部分需要承受较小的压力，而玻璃棉的轻质和良好的隔热性能能够满足这一要求。同时，玻璃棉的防火性能也能够提高罐体的安全性。- 特性：岩棉也是一种纤维型隔热材料，主要由天然岩石经过高温熔融后制成。它具有良好的隔热性能、耐高温性能和防火性能，并且具有较高的机械强度，能够承受较大的压力和冲击力。然而，岩棉的密度较大，重量较重，施工和安装相对较为困难。 - 应用场景：在一些大型的船用 LNG 液货罐中，岩棉可以作为主要的隔热材料使用，特别是在罐体的底部和侧壁等需要承受较大压力的部位。岩棉的高强度能够保证隔热层的稳定性和可靠性。- 特性：陶瓷纤维是一种新型的纤维型隔热材料，具有优异的耐高温性能、隔热性能和化学稳定性。它的熔点高，能够在高温环境下保持良好的性能，并且不易受到化学物质的侵蚀。陶瓷纤维的纤维结构非常细小，能够形成更加致密的隔热层，提高隔热效果。 - 应用场景：对于一些对隔热性能和耐高温性能要求极高的船用 LNG 液货罐，陶瓷纤维是一种理想的隔热材料。例如，在一些特殊的船舶上，如 LNG 运输船的核心液货罐部位，陶瓷纤维可以作为关键的隔热材料使用。- 特性：珠光砂是一种粉末型绝热材料，由珍珠岩矿砂经过特殊处理后制成。它具有极低的导热系数、良好的隔热性能和较高的孔隙率。珠光砂的颗粒细小，能够填充在各种复杂的空间中，形成均匀的隔热层。此外，珠光砂还具有良好的吸湿性，能够吸收罐体内部的水分，保持隔热层的干燥。 - 应用场景：在船用 LNG 液货罐中，珠光砂通常被用于填充在内外罐之间的夹层中，与其他隔热材料配合使用，以提高隔热效果。例如，在聚氨酯或聚苯乙烯泡沫隔热层的基础上，再添加一层珠光砂，可以进一步降低热量的传递。- 特性：泡沫玻璃砖是以玻璃为原材料，加入适量发泡剂制作而成的新型无机绝热材料。它具有均匀的独立密闭气隙结构，导热系数低，隔热性能好。泡沫玻璃砖还具有良好的吸声、防潮、防火、防腐等性能，并且具有较高的机械强度，能够承受较大的压力。 - 应用场景：泡沫玻璃砖通常被用于船用 LNG 液货罐的底部和侧壁等部位，作为主要的隔热材料之一。它的铺砌方式能够使罐体内部温度更加恒定，并且能够有效地防止热量的传递。8.真空绝热板:
真空绝热板利用真空状态来阻隔热量传导,是一种高性能的绝热材料。它的热导率极低,通常只有聚氨酯泡沫的1/10左右,是目前最优秀的绝热材料之一。但真空绝热板的成本相对较高,通常只用于一些特殊场合,如LNG运输船的货舱等。
9.多层绝热系统:
现代LNG液货罐通常采用多层绝热系统,将上述不同类型的隔热材料组合使用,形成更加可靠的绝热结构。这种设计能够最大限度地降低热量传导,确保LNG的稳定储存。例如,可以在罐体内壁涂覆一层聚氨酯泡沫,外层再加上珍珠岩或真空绝热板,形成多重屏障,进一步提高整体的绝热性能。
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船用 LNG 液货罐的隔热材料种类繁多，每种材料都有其独特的性能和应用场景。在实际的设计和制造中，需根据液货罐的具体要求和使用环境，选择合适的隔热材料，并进行合理的组合和施工，以确保液货罐的隔热效果和安全性。在选择LNG液货罐的隔热材料时,需要重点关注以下几个关键性能指标:1. 低导热系数 - LNG液货罐内的LNG储存温度约为 -162℃，隔热材料必须具有极低的导热系数，以最大限度地减少外界热量传入罐内，防止LNG蒸发气化。例如，优质的隔热材料导热系数可低至0.02 - 0.05W/(m·K)，从而有效维持罐内的低温环境。2. 耐低温性能
- 能够在 -162℃的超低温环境下长期稳定工作，不会因低温而脆化、变形或丧失隔热性能。材料在低温下应保持良好的柔韧性和结构完整性。3. 高隔热效率
- 除了低导热系数外，隔热材料应具备高效的隔热能力，能够在复杂的海洋环境下，如高温、高湿度、风浪等条件下，依然保持稳定的隔热效果，确保LNG的储存质量和安全。材料应具有良好的防火性能,以确保LNG液货罐在发生火灾时能够最大限度地降低危害。隔热材料的燃烧性能应符合相关安全标准的要求。4. 良好的机械性能
- 要具有一定的抗压强度、抗拉伸强度等机械性能，以承受液货罐在运行过程中产生的压力、振动和冲击。在船舶航行中，液货罐会受到海浪冲击、船舶晃动等外力作用，隔热材料需要保持结构稳定。材料在低温下需要承受罐体自重和外部载荷,必须具备足够的压缩强度。一般要求压缩强度不低于200 kPa,以确保隔热层不会发生永久性变形。5. 化学稳定性
- 不与LNG以及周围环境中的化学物质发生反应。LNG中可能含有少量杂质，如硫化氢、二氧化碳等，隔热材料应能抵抗这些杂质的侵蚀，同时也要耐海水、盐雾等海洋环境中的化学物质腐蚀。6. 低吸水性
- 吸水性低的隔热材料能够避免因水分吸收而增加导热系数，降低隔热效果。水分在低温下还可能结冰膨胀，破坏隔热材料的结构，所以良好的隔热材料应具有防水或疏水的特性。7.环保性
-隔热材料的生产和使用应符合环保要求,尽量选用环保型材料。一些传统的隔热材料可能含有对环境不利的成分,因此未来的发展趋势是向更加环保的材料过渡。
