气凝胶绝热材料助力海洋油气开发

2022年6月8日是第十四个“世界海洋日”，其主题是“保护海洋生态系统，人与自然和谐共生”。

地球上71%的面积被海洋占据，海洋之下还蕴含着大量的石油、天然气、可燃冰资源，在陆地油气资源日益枯竭的今天，海洋油气资源的开发前景极为广阔。

从海洋开采油气与陆地相比，工艺大体相当，但实施的难度却大得多。油气经过采集、初步加工处理、短时间储存后再装船运输或经海底管道输送，这一整套过程是通过海洋工程平台、浮式储油和卸油工程船（FSPO）或海底油气沉管等完成的，称为海洋油气集输工程。

平台是离岸油气开采的核心装备，是进行采油采气、油气分离净化、简单加工、储存的主要装备，FSPO是负责运输油气的专用装备。海洋工程平台和FPSO上的装备需要满足陆地油气开采和储运的一切功能，包括水处理和循环利用、蒸汽生产和输送、蒸汽伴热和电伴热、放空燃烧火炬、甚至天然气压缩储存设备等一应俱全，可谓“麻雀虽小、五脏俱全”。而在海洋工程平台和FPSO上的空间极其有限，设备布置必须非常紧凑；而油气的开采和储存面临高温或深冷环境，必要的绝热层厚度势必占用已经很有限的空间，因此导热系数低、轻薄省空间的绝热材料需求迫切，气凝胶材料是最佳选择。

海洋环境是高湿度、高盐雾、高风力的，传统的无机纤维绝热材料的使用寿命大打折扣；传统绝热材料甚至要使用直升飞机运输，狭小的空间不利于绝热材料替换施工，海洋工程装备的绝热材料维护和更换成本会比陆地上高几倍，需要选用更耐久、更长寿的绝热材料。同时气凝胶绝热材料完全不含任何腐蚀性元素，是非常适合海洋工程装备的完美绝热材料。

海底沉管是将海洋中开采的油气从海底向陆地输送的管道。原油的储运需要防止石蜡凝固造成原油分层变质，原油的储存和运输温度都要保持在石蜡的凝固温度以上。管道的温度明显高于周围的海水和海底砂石，管道散热还会造成原油的粘度升高，流速变慢，严重的可能造成管道堵塞。一般海底油气管道的输送距离都超出15公里，蒸汽伴热不能维持这么长的输送距离，所以，海底油气管道都配有自限温电伴热带。

海底油气沉管保温是气凝胶材料的主要应用场景之一。首先，通过电伴热转化来的热能成本是比较高的，使用气凝胶绝热材料能将管道与海水的接触面积降到非常小，并最大限度的控制热损失。其次，沉管的绝热层在海底会面临管道震动、海流冲击的力学破坏等极端环境，抗冲击、耐挤压的柔性绝热材料更适合海底工况。因此综合长寿命、防腐蚀、憎水性等特殊要求，气凝胶绝热材料相较其他绝热材料优势显著。