淺談泡沫玻璃在LNG項目中的應用

O王功亮（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

淺談泡沫玻璃在LNG項目中的應用

O王功亮
（海洋石油工程股份有限公司 天津 300461）

本文總結歸納了泡沫玻璃的發(fā)展簡史，對其生產(chǎn)所使用的原材料及輔料的情況進行概括，對國內(nèi)外泡沫玻璃的生產(chǎn)工藝進行對比，對各流派的生產(chǎn)技術進行描述，概括生產(chǎn)設備的發(fā)展，并對生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題提出解決方案；再對LNG項目的特性進行闡述，結合LNG管道及倉儲設備的保冷性能要求，對泡沫玻璃應用在LNG項目中的優(yōu)勢做出論證。

泡沫玻璃工藝；泡沫玻璃特性；LNG項目

一、前言

LNG是液化天然氣的英文縮寫，（Liquefied Natural Gas）是將天然氣經(jīng)過超低溫（-162℃）常壓液化就形成液化天然氣。對于LNG項目來說，防止外界熱量進入儲罐對其安全至關重要，因此，必須采用隔熱保溫性能好的材料來做為儲罐的主材，而泡沫玻璃由于其優(yōu)異的隔熱保溫性能及較高的性價比，越來越被LNG行業(yè)所接受。本文就泡沫玻璃的特性及生產(chǎn)工藝的類別等一系列信息進行闡述，并結合LNG工業(yè)的特點，對泡沫玻璃應用在LNG項目的優(yōu)勢進行研究。

二、泡沫玻璃的歷史及發(fā)展現(xiàn)狀

泡沫玻璃于1935年首先由一家法國公司發(fā)明，當時主要使用碎玻璃為主材料，將玻璃粉碎后加以發(fā)泡劑等輔助進行加熱與發(fā)泡處理，冷卻后形成多孔玻璃。前蘇聯(lián)于1939年研制成功了泡沫玻璃，并發(fā)明了“一步法”生產(chǎn)工藝。美國于20世紀40年代開始研制泡沫玻璃，并一直在此項領域的研究水平上保持世界領先，其中以美國匹茲堡—康寧公司為代表，該公司為世界上最大的泡沫玻璃生產(chǎn)商。我國的泡沫玻璃生產(chǎn)始于20世紀50年代，歷經(jīng)5代技術革新，在泡沫玻璃領域已取得巨大的成就，并將其廣泛應用于建筑及液化天然氣存儲中。

三、泡沫玻璃的生產(chǎn)原料及輔助材料

1.泡沫玻璃生產(chǎn)主原料

泡沫玻璃的生產(chǎn)主料主要為回收的玻璃，也有以熔巖性火山灰物質(zhì)、粉煤灰、赤泥等為原材料。

其中，回收的玻璃的來源多為各類回收的玻璃瓶及平板玻璃。在選擇回收玻璃的原則上，為了能夠獲得均勻的發(fā)泡體，應盡量選擇軟化溫度低、玻璃在燒成溫度后粘度變化小、燒成溫度的范圍寬的玻璃；為了縮短玻璃的冷卻退火時間，應選擇膨脹系數(shù)低的回收玻璃，這樣既能提高泡沫玻璃的生產(chǎn)效率，又可以節(jié)約消耗，降低成本。由于泡沫玻璃具有耐腐蝕性的特點，在選擇原材料上也應注意其的化學耐久性。待原材料選擇完成后進行玻璃的粉碎，將粉碎后的玻璃粉末進行篩選試驗，選擇其中粗細適中的粉末進入到下一步的生產(chǎn)加工。

2.泡沫玻璃生產(chǎn)中的輔助材料

泡沫玻璃在生產(chǎn)制造的過程中，除了要使用以回收玻璃為主的原材料做為基本生產(chǎn)原料之外，還需要添加其他輔助劑，才能生產(chǎn)出泡沫玻璃成品。主要的輔助劑有發(fā)泡劑、助熔劑、穩(wěn)泡劑、促進劑。發(fā)泡劑加熱后可產(chǎn)生大量CO2，其主要作用是與泡沫玻璃原料充分融合，在加熱膨脹的過程中起到使玻璃起泡，并使玻璃氣泡均勻。發(fā)泡劑宜選擇成本低、容易得到且在玻璃軟化溫度可控范圍內(nèi)就可產(chǎn)生大量CO2的樣本。碳酸鹽、硫酸鹽和碳黑均可做為發(fā)泡劑使用。助熔劑的作用是使玻璃的熔點溫度降低，由于泡沫玻璃的熔點通常高于發(fā)泡劑產(chǎn)生CO2時的熔點，因此需加入助熔劑降低熔點溫度，且助溶劑可降低玻璃粘度，使泡沫玻璃的成品低密度。助溶劑通常采用Na2CO3、Na2、SiF6等。穩(wěn)泡劑是為了克服泡沫玻璃的制造過程中產(chǎn)生的大量泡沫造成的氣孔不穩(wěn)定而使用的，通常使用硫酸鈉、硼酸等做為穩(wěn)泡劑。促進劑主要是為增加泡沫玻璃表面光澤、提高其強度所使用的輔助劑，使用頻率不多，主要使用的促進劑為硫酸鈉、硫酸鈣等。

3.我國泡沫玻璃的生產(chǎn)設備的發(fā)展

我國第一代泡沫玻璃生產(chǎn)設備誕生于1975年，是在“中國嘉興工藝”的基礎上形成的，采用干法粉磨工藝，使用單罐式球磨機，發(fā)泡窯借鑒電子陶瓷生產(chǎn)所用的推板窯。退火爐采用車板式隧道爐。

我國第二代泡沫玻璃生產(chǎn)線始于1995年，其磨粉工藝依舊采用干法磨粉工藝，使用第一代的單罐式球磨機。延長了發(fā)泡窖的長度，并在發(fā)泡窖前端加裝了柴油燃燒加熱室，使配合料入爐后能夠提高加熱速度。

從2005年開始到2008年，在第二代泡沫玻璃生產(chǎn)線的基礎上，經(jīng)過技術改進，誕生了我國第三代泡沫玻璃生產(chǎn)線。粉磨工藝依然采用前兩代工藝，內(nèi)襯采用氧化鋁材質(zhì)，將發(fā)泡窯的冷卻定型段改成輥棒傳動機構，發(fā)泡窖和退火爐長度則繼續(xù)延長。

第四代泡沫玻璃生產(chǎn)線從2009年開始研發(fā)，第四代生產(chǎn)線完全不同于前三代，采用和借鑒了陶瓷行業(yè)廣泛采用的輥道式傳動機構，開始接受并使用一體化模具替代原有的分體式模具，在泡沫玻璃切割方面，使用鋸帶式切割流水線替代原有的高速盤式切割。

第五代泡沫玻璃生產(chǎn)線是在引進的美國匹茲堡康寧生產(chǎn)線的基礎上升級改造而成，采用高自動化生產(chǎn)設備，可以使用玻璃廢料做為生產(chǎn)原材料。

4.泡沫玻璃的生產(chǎn)技術的主要類別

泡沫玻璃的主要生產(chǎn)技術分為匹茲堡—康寧法、有模回收法、無?；厥辗?、顆粒法、浮法—帶狀法。匹茲堡—康寧法是美國康寧公司所使用的“兩步法”工藝，是目前業(yè)界主要施工的生產(chǎn)工藝。此種工藝采用原材料需為較為純凈的玻璃?！皟刹椒ā笔侵冈诨旌狭显诎l(fā)泡窖中發(fā)泡完成后，將模具從發(fā)泡窖中取出，將模具從土坯上去下，只將土坯放入到退火爐中進行退火。此種施工方法的優(yōu)點在于，可以將發(fā)泡跟退火兩個工序分開進行，既可及時調(diào)整發(fā)泡時間和溫度以控制發(fā)泡質(zhì)量，生產(chǎn)出不同規(guī)格及密度的產(chǎn)品，又可提高模具的使用效率，從而節(jié)約生產(chǎn)成本。顆粒法的主要原材料還是廢棄玻璃，將其在球磨機中粉碎后與輔助劑混合，在放入爐膛進行加熱及發(fā)泡，待其定型后成為連續(xù)泡沫玻璃土坯，等待其固化后進行碾壓拉引，形成顆粒。浮法—帶狀法首創(chuàng)與英國，其發(fā)泡劑主要采用Na2SO4。即使用履帶式輸送機將混合料送入工作槽中，在槽中加熱發(fā)泡，并進行冷卻。加熱與冷卻的區(qū)間在槽內(nèi)被分開，先將混合料傳送加熱區(qū)加熱至850度以上，待發(fā)泡并具有一定強度后，送至退火爐降溫。

四、泡沫玻璃在LNG項目中的應用

1.LNG項目的特性及存儲要求

LNG即液化天然氣的英文簡稱，是經(jīng)過冷卻處理而形成。由于其必須保持在低溫下，否則LNG會由于外界熱量流入使溫度上升進而氣化膨脹，有爆炸的危險。這就要求儲罐的材質(zhì)必須具有隔熱、保溫、密封性好、強度高等特點。而泡沫玻璃由于絕熱性能好，密封強度高且較為經(jīng)濟性等特點，是目前LNG儲罐最常用的材質(zhì)。

2.泡沫玻璃磚在LNG存儲中的應用及優(yōu)勢

LNG儲罐中采用泡沫玻璃為保冷層，用礦棉做為伸縮縫，最后在最外層鋪上一層防潮層。在施工時，先將泡沫玻璃將要拼裝的面層，清理干凈，避免出現(xiàn)異物或不平整影響泡沫玻璃使用后的密封性。在鋪設拼裝前，應先在儲罐內(nèi)尋找一塊非關鍵部位進行泡沫玻璃的試拼裝，并將每塊拼裝的泡沫玻璃都進行編號標注。拼裝前應確定粘黏劑是否與泡沫玻璃材質(zhì)相容。拼裝完成后，觀察玻璃間是否有縫隙，如出現(xiàn)問題立即將所有產(chǎn)品全部返廠修改。待確定拼裝后的泡沫玻璃符合密封性及隔熱保溫等要求后，正式對儲罐內(nèi)部進行泡沫玻璃拼裝。拼裝時應注意拼接密實，兩塊玻璃間的縫隙應用密封膠封實。鋪設時應注意上下相鄰兩圈的玻璃之間的拼接縫應錯開。在鋪設泡沫玻璃時，應注意保證施工環(huán)境的干燥通風，避免由于空氣潮濕而造成玻璃粘貼不牢固。在所有泡沫玻璃鋪設完成之后，整體覆蓋保護膜進行養(yǎng)護，保證粘粘劑達到最大強度后方可投入使用。

關于LNG存儲安全性中的各項要求中，對溫度的恒溫控制的要求最高，這就使得所選用的材料必須確保外界熱量不會傳導進室內(nèi)，這就要求其密封性必須極好。泡沫玻璃的最大優(yōu)點就是密封性高，因此致使使用泡沫玻璃的構筑物能夠很好地將外界的溫度與室內(nèi)的溫度隔絕開，避免外界溫度影響室內(nèi)，形成很好的隔熱保溫效果。泡沫玻璃的另一大優(yōu)點在于其導熱系數(shù)低，在零下100度時，泡沫玻璃的導熱系數(shù)低于0．2，并會隨著溫度降低而進一步下降，充分保證儲罐的絕熱性。長600mm、寬450mm、高120mm質(zhì)量為4000g的泡沫玻璃磚最低密度為123．6kg/m3，且泡沫玻璃的原材料較易尋找且來源廣泛，制造技術也已十分成熟，因此成本較其他同類產(chǎn)品也更低，高性價比更高。泡沫玻璃為綠色無污染產(chǎn)品，符合國家對化工項目的環(huán)保要求。且泡沫玻璃耐高溫、不易老化、防潮濕，也降低了后期維護費用，降低了LNG項目的運營成本。

五、結論

LNG項目是當前最熱門的工業(yè)項目，我國各地許多城市均建有或在建LNG項目。其對安全性的高要求，必將使泡沫玻璃在此領域的應用更為廣泛，也會推動泡沫玻璃工藝升級改造，以提供品質(zhì)更好的產(chǎn)品，確保LNG項目安全順利的進行與發(fā)展。

[1]于喬，姜研彥，王承遇．泡沫玻璃與固體廢棄物的循環(huán)利用[J]．材料導報，2009，23(1)：93—95．

[2]田英良，張磊，顧振華等．國內(nèi)外泡沫玻璃發(fā)展概況和生產(chǎn)工藝[J]．玻璃與搪瓷．2010，38(1)：37-41．

[3]田英良，孫詩兵，張磊．泡沫玻璃氣泡缺陷與解決方案[J]．玻璃與搪瓷，2009，37(4)：33-36．

[4]李玨，低溫管道的保冷設計石油化工設計配管技術2009，26(1).

Brief Discussion on the Application of Foam Glass in LNG Project

Wang Gongliang
（Offshore Oil Engineering co., LTD, Tianjing, 300461）

This paper concludes the brief history of foam glass, summarizes the situation of used raw material and auxiliary material in the p roduction course, takes comparison on foam glass from home and abroad, makes description on various kinds of production technology,concludes the development history of production equipment and puts forward solution for the possible quality problems in production procedure. Next, take analysis on the properties of LNG project combining LNG pipeline and cooling keeping properties request of storage facilities to make advantages demonstrat ion on the application of foam glass in LNG project.

foam glass craft；foam glass character；LNG project

T

A