新型保温材料热盾毯的应用
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关键词：苯乙烯装置 管道 保温材料 热盾毯 节能
热盾毯作为气凝胶复合材料，具有独特的三维 纳米颗粒骨架（颗粒尺寸 2 ~ 5 nm）和纳米级孔隙结 构（20 nm），比表面积大（1 000 m2/g），密度较低， 因其特殊的微观结构，在热学方面具有独特性质 [1]， 能够有效的隔断热传导和热对流，是一种理想的保 温材料。
传热性能仅为传统保温材料的 1/5 ~ 1/3，是目前工业 实现的导热系数最低的绝热材料之一，可大幅度减 小保温体厚度，减少散热面积，降低热损失。
2）优异的整体防水性能。热盾毯憎水率≥ 98%， 质量吸湿率≤ 4%，不会受潮，更不会吸水腐蚀管 道，可确保隔热性能长期有效。
3）良好的机械性能。热盾毯中 Al2O3 质量分数 大于 25%，密度（220±20）kg/m3，质轻、柔韧， 有良好的抗压及抗拉强度；长期使用不沉降、不变 形，避免了传统保温材料长期受高温或振动影响而 产生形变堆积，保温性能下降的问题。
管道外径 /mm
图 1 热盾毯和常规保温材料用于不同口径管道 保温层表面积之比
式中：α 为管道表面换热系数；TW 为表面温度； TF 为环境温度；ω 为环境风速。
以 DN800 管道为例，采用 Testo905-T2 仪分 别对其两端进行测温，其中管道上游测量换热器
E-6301 出口附近，管道下游测量反应器 R-6301 进口 附近。每一端选取了 2 个管道截面，每个管道截面 测量上、中、下 3 个点。通过测量可得，当采用硅 酸铝针刺毯保温时，保温层的平均表面温度为 46℃ （在 TF 20℃，ω 0.2 m/s 下测定），其热流密度（q1） 为 383.8 W/m2。
绝热层表面热流密度（q）可用式（3）、式（4）进
行计算：
q ＝ α（TW －TF） α ＝ 11.63 ＋ 7.0 ω
（3） （4）
管道散热表面积之比，%
90
80
70 60
52%
60% 62%
66%
70%
73%
7wk.baidu.com%
77%
50 45% 56%
48%
40 30
38%42%
20
10
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
同理计算得到 800-P-30401 管道热盾毯保温层 表面积（S2）为 177.45 m2，小于硅酸铝针刺毯保温 层表面积 S1，比常规的硅酸铝针刺毯保温减少表面 积 22.7%。
将对比范围扩大到所有口径的管道，假定常规
保温层的 δ 均为 210 mm，由式（2）可计算出热盾
毯和常规保温材料用于不同口径管道保温层的表面
巴陵分公司 12 万 t/a 苯乙烯装置高温 800-P-30401 管道，保温材料采用常规的硅酸铝针刺毯，导热系 数大，散热量较大，外表面温度较高，造成了大量 热量损失。因此，2017 年采用新型材料热盾毯对该 管道进行了保温改造，改造后节能效果显著。
1 热盾毯保温原理和性能 1.1 热盾毯保温原理
- 68 -
石油石化绿色低碳
2019 年 . 第 4 卷
2 苯乙烯装置管道保温改造方案 苯乙烯装置 800-P-30401 管道内介质是乙苯和蒸
汽的混合气体，进口温度481℃，进口压力–0.02 MPa， 总长 59.3 m，外径 813 mm。
2017 年苯乙烯装置大修期间，利用热盾毯对管 道实施了节能优化改造。苯乙烯装置停车后，经过一 段时间自然冷却，使管道温度降至常温，拆除原有 硅酸铝针刺毯保温层，安装热盾毯。热盾毯厚度为 10 mm，包 7 层，保温层厚度总计 70 mm。每包完一 层，使用钢丝绑扎；第三层缠绕纤维铝箔，并用发 蓝钢带紧固；第七层缠绕玻璃丝布，并用不锈钢带 紧固。外保护层使用原保温的铝皮；最后填塞密封 材料，使用防水材料封堵。
3 热盾毯的应用效果及经济分析
3.1 散热面积
管道保温层表面积（S）根据下式计算：
S ＝ DL ＝ π（φ ＋ 2δ）L
（1）
式中：φ 为管道保温前的直径；D 为管道保温
后的周长；L 为管道长度；δ 为保温厚度。
常规保温下，硅酸铝针刺毯的厚度为 210 mm， 800-P-30401 管道保温层表面积（S1）为 229.59 m2。
4）易于现场加工、施工便捷。利用普通裁剪工 具即可加工成适合复杂部件所需的形状，轻巧方便， 安装简易。
5）使用寿命长。在正常使用条件下，持续使用 时间不低于 10 年。
收稿日期：2018-8-10 作者简介：李翔，工程师，学士。2009 年毕业于湖 南大学化工工程与工艺专业，目前主要从事炼化装置 项目施工管理工作。
在纳米热陶瓷材料中，98% 以上的纳米结构是 孔隙尺寸为 20 ~40 nm 左右的“真空”结构。空气 分子团在空间中的自由行程约为 70 nm，无法穿过 热陶瓷材料中的“真空”结构，因此该材料热量传 递损失较小 [2]。 1.2 热盾毯性能
1）热盾毯独特的纳米级结构能够有效阻止热 量传递。200℃时，热盾毯导热系数≤ 0.015 W/m·K， 小于静止空气，600℃时的导热系数≤ 0.055 W/m·K，
2019 年 6 月·第 4 卷·第 3 期
石油石化绿色低碳 Green Petroleum & Petrochemicals
>> 绿色低碳技术 <<
新型保温材料热盾毯的应用
李翔
（中国石化巴陵分公司，湖南岳阳 414014）
摘 要：针对苯乙烯装置乙苯 / 蒸汽管道散热量过大以及蒸汽过热炉 B 室超负荷运行的问 题，采用具有纳米技术的新型超级绝热材料热盾毯对高温管道进行了保温改造，对 比了热盾毯与硅酸铝针刺毯的保温效果。800-P-30401 管道采用热盾毯保温改造后 与硅酸铝针刺毯相比，表面散热面积减少了 22.7%，热流密度减少了 43.9%；年节 能量为 1 436.5 GJ，折合干气价值 6.51 万元，节能增效效果显著，同时解决了蒸汽 过热炉 B 室超负荷运行问题。
积之比，结果见图 1。
∑S2/∑S1 ＝（φ ＋ 0.14）/（φ ＋ 0.42）
（2）
由图 1 可以看出，管道口径较小时，使用热盾
毯对比常规保温材料，可以缩减更大比例的保温层
表面积。
3.2 热流密度
根据 GB/T 17357—2008《设备及管道绝热层表
面热损失现场测定热流计法和表面温度法》规定，
热盾毯作为气凝胶复合材料，具有独特的三维 纳米颗粒骨架（颗粒尺寸 2 ~ 5 nm）和纳米级孔隙结 构（20 nm），比表面积大（1 000 m2/g），密度较低， 因其特殊的微观结构，在热学方面具有独特性质 [1]， 能够有效的隔断热传导和热对流，是一种理想的保 温材料。
传热性能仅为传统保温材料的 1/5 ~ 1/3，是目前工业 实现的导热系数最低的绝热材料之一，可大幅度减 小保温体厚度，减少散热面积，降低热损失。
2）优异的整体防水性能。热盾毯憎水率≥ 98%， 质量吸湿率≤ 4%，不会受潮，更不会吸水腐蚀管 道，可确保隔热性能长期有效。
3）良好的机械性能。热盾毯中 Al2O3 质量分数 大于 25%，密度（220±20）kg/m3，质轻、柔韧， 有良好的抗压及抗拉强度；长期使用不沉降、不变 形，避免了传统保温材料长期受高温或振动影响而 产生形变堆积，保温性能下降的问题。
管道外径 /mm
图 1 热盾毯和常规保温材料用于不同口径管道 保温层表面积之比
式中：α 为管道表面换热系数；TW 为表面温度； TF 为环境温度；ω 为环境风速。
以 DN800 管道为例，采用 Testo905-T2 仪分 别对其两端进行测温，其中管道上游测量换热器
E-6301 出口附近，管道下游测量反应器 R-6301 进口 附近。每一端选取了 2 个管道截面，每个管道截面 测量上、中、下 3 个点。通过测量可得，当采用硅 酸铝针刺毯保温时，保温层的平均表面温度为 46℃ （在 TF 20℃，ω 0.2 m/s 下测定），其热流密度（q1） 为 383.8 W/m2。
绝热层表面热流密度（q）可用式（3）、式（4）进
行计算：
q ＝ α（TW －TF） α ＝ 11.63 ＋ 7.0 ω
（3） （4）
管道散热表面积之比，%
90
80
70 60
52%
60% 62%
66%
70%
73%
7wk.baidu.com%
77%
50 45% 56%
48%
40 30
38%42%
20
10
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
同理计算得到 800-P-30401 管道热盾毯保温层 表面积（S2）为 177.45 m2，小于硅酸铝针刺毯保温 层表面积 S1，比常规的硅酸铝针刺毯保温减少表面 积 22.7%。
将对比范围扩大到所有口径的管道，假定常规
保温层的 δ 均为 210 mm，由式（2）可计算出热盾
毯和常规保温材料用于不同口径管道保温层的表面
巴陵分公司 12 万 t/a 苯乙烯装置高温 800-P-30401 管道，保温材料采用常规的硅酸铝针刺毯，导热系 数大，散热量较大，外表面温度较高，造成了大量 热量损失。因此，2017 年采用新型材料热盾毯对该 管道进行了保温改造，改造后节能效果显著。
1 热盾毯保温原理和性能 1.1 热盾毯保温原理
- 68 -
石油石化绿色低碳
2019 年 . 第 4 卷
2 苯乙烯装置管道保温改造方案 苯乙烯装置 800-P-30401 管道内介质是乙苯和蒸
汽的混合气体，进口温度481℃，进口压力–0.02 MPa， 总长 59.3 m，外径 813 mm。
2017 年苯乙烯装置大修期间，利用热盾毯对管 道实施了节能优化改造。苯乙烯装置停车后，经过一 段时间自然冷却，使管道温度降至常温，拆除原有 硅酸铝针刺毯保温层，安装热盾毯。热盾毯厚度为 10 mm，包 7 层，保温层厚度总计 70 mm。每包完一 层，使用钢丝绑扎；第三层缠绕纤维铝箔，并用发 蓝钢带紧固；第七层缠绕玻璃丝布，并用不锈钢带 紧固。外保护层使用原保温的铝皮；最后填塞密封 材料，使用防水材料封堵。
3 热盾毯的应用效果及经济分析
3.1 散热面积
管道保温层表面积（S）根据下式计算：
S ＝ DL ＝ π（φ ＋ 2δ）L
（1）
式中：φ 为管道保温前的直径；D 为管道保温
后的周长；L 为管道长度；δ 为保温厚度。
常规保温下，硅酸铝针刺毯的厚度为 210 mm， 800-P-30401 管道保温层表面积（S1）为 229.59 m2。
4）易于现场加工、施工便捷。利用普通裁剪工 具即可加工成适合复杂部件所需的形状，轻巧方便， 安装简易。
5）使用寿命长。在正常使用条件下，持续使用 时间不低于 10 年。
收稿日期：2018-8-10 作者简介：李翔，工程师，学士。2009 年毕业于湖 南大学化工工程与工艺专业，目前主要从事炼化装置 项目施工管理工作。
在纳米热陶瓷材料中，98% 以上的纳米结构是 孔隙尺寸为 20 ~40 nm 左右的“真空”结构。空气 分子团在空间中的自由行程约为 70 nm，无法穿过 热陶瓷材料中的“真空”结构，因此该材料热量传 递损失较小 [2]。 1.2 热盾毯性能
1）热盾毯独特的纳米级结构能够有效阻止热 量传递。200℃时，热盾毯导热系数≤ 0.015 W/m·K， 小于静止空气，600℃时的导热系数≤ 0.055 W/m·K，
2019 年 6 月·第 4 卷·第 3 期
石油石化绿色低碳 Green Petroleum & Petrochemicals
>> 绿色低碳技术 <<
新型保温材料热盾毯的应用
李翔
（中国石化巴陵分公司，湖南岳阳 414014）
摘 要：针对苯乙烯装置乙苯 / 蒸汽管道散热量过大以及蒸汽过热炉 B 室超负荷运行的问 题，采用具有纳米技术的新型超级绝热材料热盾毯对高温管道进行了保温改造，对 比了热盾毯与硅酸铝针刺毯的保温效果。800-P-30401 管道采用热盾毯保温改造后 与硅酸铝针刺毯相比，表面散热面积减少了 22.7%，热流密度减少了 43.9%；年节 能量为 1 436.5 GJ，折合干气价值 6.51 万元，节能增效效果显著，同时解决了蒸汽 过热炉 B 室超负荷运行问题。
积之比，结果见图 1。
∑S2/∑S1 ＝（φ ＋ 0.14）/（φ ＋ 0.42）
（2）
由图 1 可以看出，管道口径较小时，使用热盾
毯对比常规保温材料，可以缩减更大比例的保温层
表面积。
3.2 热流密度
根据 GB/T 17357—2008《设备及管道绝热层表
面热损失现场测定热流计法和表面温度法》规定，