浅谈管道保温技术的应用

浅谈管道保温技术的应用
浅谈管道保温技术的应用
摘要：我国从80年代初提出保温经济厚度设计方法，但由于其计算涉及因素很多，从整体而言，我国保温技术水平和应用技术与国外差距较大，保温节能效益较发达国家还有相当大的差距。

管道保温技术是材料工程、热能动力工程等学科的交叉研究领域，以温度场的分析为基础，其它热补偿器的设置，保温材料类型选择，保温结构和厚度选择及保温材料的安全性都与温度场息息相关。

因此如何根据我国的实际现状，因地适宜地发展我国保温技术显得尤为重要；以温度场分析为基础，利用优化技术合理确定保温结构和最佳内、外保温层厚度，提高管道设计计算的科学性和准确性，发挥程序的设计效率，缩短设计周期，必将极有利于管道保温技术的推广，促进保温工程数字和信息化的工作开展。

本文对近几年一些常用管道保温材料技术的使用探讨以及存在的问题，还有常用保温材料的使用及其功能应用的介绍及使用情况。

关键词：管道保温技术；存在问题；性能指标；常用材料
一前言
节能是实现经济可持续发展战略的关键。

保温被称为第五能源，提高保温技术水平是企业节能、降耗增益的有效技术措施。

管道保温工程的应用范围很广，不仅在建筑领域要用到管道保温技术；在工业领域对保温技术的要求也很高。

供热系统的运行除遵循供需平衡关系外，供热管道保温厚度的计算是否合理，也直接影响着供热效果、能量节约、工程使用寿命等多方面效益。

实践证明，采取有效保温措施后，供热系统的热损失可减少90％以上，而良好保温的关键是选择合适的保温材料和经济保温厚度。

由于保温材料的性能直接影响冷冻、空调、热力系统的能耗、成本和防火等，所以，管道和设备究竟用什么样的保温材料，越来越引起人们的注意；另一方面在选用保温材料的过程中也存在一些误区，这些将会造成选材不当，近年来因保温材料燃烧而引起火灾的事例并
非罕见。

二管道保温存在问题的分析
在选择典型管道测试热损失的基础上，又对管道的保温状况进行了普查，确认造成热损超标的原因有以下几点。

1管道振动
在高温蒸汽管道的保温结构中，由于管道振动剧烈，导致软质材料下沉，从而导致保温结构失效。

管道振动的几个主要因素如下。

（1）压缩机参数不合理。

输送压力波动幅度超标，以及压缩机自身的振动，是造成管系振动过大的主要原因。

（2）各压缩机组启动相位不匹配，或不同步，相互影响产生明显的拍现象。

在实践中，管系振动明显时大时小。

（3）压缩机组运转台数不同导致管系振动变化。

一是运转台数不同，激振力个数不同，所以振动幅度不同，即振幅不同；二是台数不同，相位有变化，导致振幅变化。

（4）管线走向不合理，弯头多，导致激振力多。

在每个90°弯头的45°方向上都要受一个交变激振力的作用。

激振力越多引起管系振动越大。

（5）管线结构不合理，集管器与出口管管径不匹配。

集管器的流通面积应大于所有出口管流通面积总和的3倍，但现用的管系系统中，集管器直径和4个压缩机的出口管管径都是一样的，导致气流振动过大或激振力过大。

（6）管系支承刚度不合理。

有的支承已经松开，不再起支承作用；有的支承固定不紧，或支承刚度不够。

（7）管系支承位置不合理。

该支的地方没设支承，不该支的地方反而加了支承。

上述诸多因素的综合作用，使管系结构的固有频率和激振力频率相接近，产生共振现象，导致管系结构振动过大。

由于管道振动而造成的绝热材料的沉积问题有待解决。

2管道间歇运行
在管道中，由于管道间歇运行，造成保温材料处于冷热交替状况，
造成保温结构易于损坏，是造成保温涂料开裂的主要原因。

3保温材料选择不当
有的管道地处野外，不但经受冬冷夏热、日晒雨淋、风吹雨打、大气腐蚀、外力冲击及火烧等侵袭，而且由于管道内部水击及压力波动等影响，造成管道振动频繁。

测试结果表明，岩棉、玻璃棉、矿渣棉等软质材料做成的保温结构，突出的问题是保温材料滑移、下沉严重，致使管道顶部保温层很薄，底部很厚，失去保温功能，造成保温管道顶部热损失严重超过国家标准。

微孔硅酸钙是目前国内使用较好的硬质保温材料，但硬质保温材料的缝隙部分很难处理，振动后缝隙增大，缝隙部分漏热严重，使保温结构的导热系数增大，保温效果并不十分理想。

4保温结构不合理
保温结构不合理主要表现在：采用单一材料，难以保持结构稳定；保温层厚度普遍低于经济厚度；采用的周向等厚结构，违背热损非均匀分布规律。

保温结构不合理是热损超标的另一主要原因。

5保护层质量差
管道地处野外，自然条件恶劣。

目前用玻璃布刷漆作保护层，经过风吹日晒，2~3年即自然破坏，致使防水层及保护层很快损坏，雨水渗透进入保温层，保温效果急剧下降，保温结构寿命大大缩短。

6管道附件不保温或保温质量差
管托、阀门、卡箍、井口设备等管件不保温或保温差，是管道整体热损高的主要原因，是输汽管道保温工程中突出的薄弱环节。

7施工质量问题
由于保温属于隐蔽工程，保温材料搭接及缝隙处理等都很关键，部分施工单位不严格按国家标准施工，造成保温结构达不到预期效果。

三新型保温材料性能指标
(1)导热系数。

表示保温材料传递热量能力大小的系数称为导热系数，单位为w/(m·K)。

导热系数越小，材料的保温性越好。

(2)密度。

保温材料的密度定义同其他材料一样，这里要说明的是，
保温材料的密度对其保温性能有明显的影响。

(3)吸水率和透湿系数。

材料吸收水分的能力称为吸水率，单位为g/100 cm3。

透湿系数表示材料能透过水蒸气的能力，单位为g/(m2·S·Pa)。

吸水率和透湿系数是保温材料非常重要的性能指标，在比较潮湿的地方，应选用吸水率较低的保温材料。

如在较潮湿的地下暖气沟内，不应选用吸水率较高的岩绵作保温材料；而在冷冻、空调工程中，设备、管道的表面温度一般都在空气露点温度以下，选用有一定吸水能力和透湿能力的保温材料(如离心玻璃绵)的同时，还要增设防潮层(如铝箔)，并注意防潮层的严密，如果保温材料受潮，其保温性能则因此而恶化，甚至产生冷凝水污染环境。

(4)防火性能。

防火性能表示材料的阻燃性能，一般用氧指数表示，其值越大，表明其阻燃性能越好。

消防部门对不同部位的保温材料有不同的要求，如对暗装保温材料的阻燃性能要求高于明装的保温材料。

(5)吸声系数。

材料吸收的声能与入射声能的比值称为吸声系数，其值越大，表明该材料的吸声性能越好。

离心玻璃绵因其吸声性能极佳，近年来广泛用于空调工程，平均吸声系数在0.6～0.8之间。

(6)机械强度。

表示材料在外力作用下抵抗破坏的能力。

保温材料应具有一定的强度，以减少在运输和安装过程中的损失(在外力作用下易变形、破坏)。

(7)适用温度范围。

不同保温材料有不同的温度适用范围，故选用时应注意，如聚苯乙烯泡沫塑料的耐热只有80℃，所以不能用于热力工程中。

除考虑保温材料性能外，在选用时还要考虑其他因素。

保温材料应对人身体无害，如硬质聚氨酯泡沫塑料可预制或在现场发泡，施工非常方便，并能
与其他材料牢固黏结。

又如岩绵保温材料对人的皮肤有一定的刺激，选用一定要慎重。

综合考虑材料的性能与价格关系，广泛调查各家的产品，以较低的价格购入性能合适的保温材料。

四新型保温材料种类
1硬质聚氨酯泡沫塑料
(1)性能指标：密度为33 kg/m 3，导热系数为0.018 W/(m·K)，
吸水率为0.8 g/100 cm3，透湿系数为2.2×10-11g/(m2·S·Pa)，抗压强度为170kPa，抗弯强度为150 kPa，平均吸声系数为0.25，适用温度为-20～100℃。

参考价格为2200元/m2。

这种材料可燃，加阻燃剂后离开火2s即可自熄，烟浓、有毒，滴落物可使火势蔓延；抗老化能力一般，用紫外线照射72h后老化；抗腐蚀能力较强，遇硫酸、醋酸(98％浓度)、三氯乙烯仅体积稍有缩小，但遇37％浓度的盐酸即发生崩坏。

这种材料的工艺性极佳，可预制或现场发泡，与钢板黏结牢固。

(2)适用范围：硬质聚氨酯泡沫塑料的保温性能极好，工艺性极佳、强度高，适用于各种管道、设备的保温。

不足之处是成本太高。

2聚乙烯泡沫塑料
(1)性能指标：聚乙烯泡沫塑料的密度为22kg/m3，导热系数为0.031 w/(m·K)，吸水率0.05g/100 cm3，透湿系数 2.2×10-11g/(m2·s·Pa)，抗压强度为20 kPa，抗弯强度为350 kPa，平均吸声系数为0.32，适用温度为-190～90。

C。

参考价格为800元/m2。

这种材料可燃，加阻燃剂后离开火即可自熄，烟密度指数20，烟无毒，抗腐蚀能力较好，遇三氯乙烯体积增加25%，遇苯、苯乙烯、甲醇等体积缩小，抗老化能力强，可制成套管、平板，一次加工性好，易黏结。

(2)适用范围：聚乙烯泡沫塑料保温性好、防水性能极好、施工方便是该材料的最大优点，缺点是不耐高温，适用于80℃以下的管道、设备的保温。

3聚苯乙烯泡沫塑料
(1)性能指标：聚苯乙烯泡沫塑料的密度为35kg/m3，导热系数为0.038 w/(m·K)，吸水率为1g/100 cm3，透湿系数为2.2×10-11g/(m2·s·Pa)，抗压强度为160 kPa，抗弯强度为180 kPa，平均吸声系数为0.28，适用温度<80。

C。

参考价格800元/m2。

该材料可燃，加阻燃剂后离开火2s即可自熄，烟浓、有毒，滴落物可使火势蔓延；抗腐蚀能力一般，用有机胶类黏结会萎缩变形；抗老化能力一般，用紫外线照射200 h后老化；工艺性能与聚乙烯泡沫塑料一样。

(2)适用范围：该保温材料具有保温性能好、施工方便等优点，缺点是不耐高温，故适用于70℃以下的管道、设备保温。

4离心玻璃绵
(1)性能指标：离心玻璃绵密度48 kg/m3，导热系数0.031 W/(m·K)，吸水率25 g/100 cm3，透湿系数为4×10-6g/(m2·s·Pa)，平均吸声系数为0.62，抗压强度为5 kPa，适用温度<300°C。

参考价格为1 200元/m2。

这种材料不燃烧，抗化学腐蚀性能较好，但要避免与碱类、氧化剂、苯胺接触；抗老化能力强；可制成套管、平板、卷毯，施工方便，但不易黏结。

(2)适用范围：此材料保温性能良好，防火、吸声性能好，施工方便，适用于各种管道、设备保温。

5岩绵
(1)性能指标：岩绵密度100 g/m3，导热系数为0.038 W/(m.K)，吸水率83.3 g/100 cm3，透湿系数1.3×10-5g/(m2·s·Pa)，平均吸声系数为0.53，适用温度<400℃。

参考价格600元/m2。

(2)适用范围：这种材料保温性能良好，防火、吸声性能好，但防水性能差，对人的皮肤有刺激，不适用于冷冻、空调管道和设备的保温。

五结语
1882年美国就成立了世界第一个集中供热的纽约蒸汽公司，输配压力约为1MPa、温度212℃蒸汽；1978年美国最大的纽约联合爱迪生公司(Edison)向2300余家用户集中供热汽约1450万吨，但保温管道的泄漏量比较大且蒸汽损失约15.6％；上世纪80年代德国Brugg Rohrsysterme Gmbh公司开发了PN64型耐400℃管径DN20-1000高温保温管道，其经济效益更加明显，大幅降低了成本；近些年意大利高、中温蒸汽热管直埋也有所发展譬如Aereimplaltl的ReggioEmilia热网区等蒸汽管网均采用复合保温管供热。

不断创新的管道保温材料与结构是工业发达国家保温技术的最显著持点；目前管道保温技术的发展方向和趋势为保温的同时重视并考虑到结构的防腐和防水，保温结构从内至外为钢管、防腐层、保温层、防水层及保护
层如环氧树脂防腐层、聚氨醋泡沫保温层、聚乙烯夹克防水层结构，另如氯丁橡胶防腐层、聚氯乙烯泡沫保温层、氯丁橡胶粘结层、聚氨醋填充层、模制聚氨醋防水保护层结构等。

聚乙烯央克和模制聚氨醋等外防水保护层的开发应用，为整体保温结构提供了比较理想的外防水层，特别是英国、美国、日本等发达国家目前已成功开发出防水型保温材料，这种新型的保温结构使钢管、防腐层、保温层和保护层牢固合为一体，构成的“三防体系”极大地提高了管道的保温效果。

我国保温材料制品和施工工艺与工业发达国家都还存在相当差距，如保温材料生产工艺整体水平和管理水平有待进一步提高与完善，需要加大科研投入力度，确保保温材料产品质量的稳定性，提高保温材料性能，此外保温结构和施工工艺也存在不足之处。

都需要得到进一步的解决。

参考文献
[1] 马金.发展节能产品难在何处[J].世界标准信息,2006,(3):114-115
[2]中华人民共和国化学工业部.GB50264-97工业设备及管道绝热工程设计规范,北京:中国电力出版社,1997,132-133
[4]倪文,肖晋宜.国内外保温材料现状和发展趋势.全国暖通空调制冷2006学术年会,2006：360-363
[5]武应涛.海底输油管道保温技术现状及进展.中国聚氛醋工业协会第十四次年会2008年论文集,2008:416-419
[6]邹平华,贾晶,李艳杰,等.对《设备及管道保温技术通则》中允许最大散热损失值的探讨[J].暖通空调,2007，37(4)：41-45
[7]金樟其.合理选择蒸汽管道保温材料[J].新型建筑材料,2006(8):75-77.
[8]袁宏伟等.保温材料选择的经济性探讨[J].应用能源技术,2003(2):3-5.
[9]《热力管道保温结构》全国通用动力设施标准图集R401-l.
[10]《城市供热管网工程质量检验评定标准》CJJ38—90.。