管道保溫技術的應用

發布:2015-03-22 19:43      點擊:
管道保溫技術的應用
摘要:我國從80年代初提出保溫經濟厚度設計方法,但由于其計算涉及因素很多,從整體而言,我國保溫技術水平和應用技術與國外差距較大,保溫節能效益較發達國家還有相當大的差距。管道保溫技術是材料工程、熱能動力工程等學科的交叉研究領域,以溫度場的分析為基礎,其它熱補償器的設置,保溫材料類型選擇,保溫結構和厚度選擇及保溫材料的安全性都與溫度場息息相關。因此如何根據我國的實際現狀,因地適宜地發展我國保溫技術顯得尤為重要;以溫度場分析為基礎,利用優化技術合理確定保溫結構和最佳內、外保溫層厚度,提高管道設計計算的科學性和準確性,發揮程序的設計效率,縮短設計周期,必將極有利于管道保溫技術的推廣,促進保溫工程數字和信息化的工作開展。本文對近幾年一些常用管道保溫材料技術的使用探討以及存在的問題,還有常用保溫材料的使用及其功能應用的介紹及使用情況。
關鍵詞:管道保溫技術;存在問題;性能指標;常用材料
前言
節能是實現經濟可持續發展戰略的關鍵。保溫被稱為第五能源,提高保溫技術水平是企業節能、降耗增益的有效技術措施。管道保溫工程的應用范圍很廣,不僅在建筑領域要用到管道保溫技術;在工業領域對保溫技術的要求也很高。供熱系統的運行除遵循供需平衡關系外,供熱管道保溫厚度的計算是否合理,也直接影響著供熱效果、能量節約、工程使用壽命等多方面效益。實踐證明,采取有效保溫措施后,供熱系統的熱損失可減少90%以上,而良好保溫的關鍵是選擇合適的保溫材料和經濟保溫厚度。
由于保溫材料的性能直接影響冷凍、空調、熱力系統的能耗、成本和防火等,所以,管道和設備究竟用什么樣的保溫材料,越來越引起人們的注意;另一方面在選用保溫材料的過程中也存在一些誤區,這些將會造成選材不當,近年來因保溫材料燃燒而引起火災的事例并非罕見。
管道保溫存在問題的分析
在選擇典型管道測試熱損失的基礎上,又對管道的保溫狀況進行了普查,確認造成熱損超標的原因有以下幾點。
1管道振動
在高溫蒸汽管道的保溫結構中,由于管道振動劇烈,導致軟質材料下沉,從而導致保溫結構失效。管道振動的幾個主要因素如下。
(1)壓縮機參數不合理。輸送壓力波動幅度超標,以及壓縮機自身的振動,是造成管系振動過大的主要原因。
(2)各壓縮機組啟動相位不匹配,或不同步,相互影響產生明顯的拍現象。在實踐中,管系振動明顯時大時小。
(3)壓縮機組運轉臺數不同導致管系振動變化。一是運轉臺數不同,激振力個數不同,所以振動幅度不同,即振幅不同;二是臺數不同,相位有變化,導致振幅變化。
(4)管線走向不合理,彎頭多,導致激振力多。在每個90°彎頭的45°方向上都要受一個交變激振力的作用。激振力越多引起管系振動越大。
(5)管線結構不合理,集管器與出口管管徑不匹配。集管器的流通面積應大于所有出口管流通面積總和的3倍,但現用的管系系統中,集管器直徑和4個壓縮機的出口管管徑都是一樣的,導致氣流振動過大或激振力過大。
(6)管系支承剛度不合理。有的支承已經松開,不再起支承作用;有的支承固定不緊,或支承剛度不夠。
(7)管系支承位置不合理。該支的地方沒設支承,不該支的地方反而加了支承。
上述諸多因素的綜合作用,使管系結構的固有頻率和激振力頻率相接近,產生共振現象,導致管系結構振動過大。由于管道振動而造成的絕熱材料的沉積問題有待解決。
2管道間歇運行
在管道中,由于管道間歇運行,造成保溫材料處于冷熱交替狀況,造成保溫結構易于損壞,是造成保溫涂料開裂的主要原因。
3保溫材料選擇不當
有的管道地處野外,不但經受冬冷夏熱、日曬雨淋、風吹雨打、大氣腐蝕、外力沖擊及火燒等侵襲,而且由于管道內部水擊及壓力波動等影響,造成管道振動頻繁。測試結果表明,巖棉、玻璃棉、礦渣棉等軟質材料做成的保溫結構,突出的問題是保溫材料滑移、下沉嚴重,致使管道頂部保溫層很薄,底部很厚,失去保溫功能,造成保溫管道頂部熱損失嚴重超過國家標準。微孔硅酸鈣是目前國內使用較好的硬質保溫材料,但硬質保溫材料的縫隙部分很難處理,振動后縫隙增大,縫隙部分漏熱嚴重,使保溫結構的導熱系數增大,保溫效果并不十分理想。
4保溫結構不合理
保溫結構不合理主要表現在:采用單一材料,難以保持結構穩定;保溫層厚度普遍低于經濟厚度;采用的周向等厚結構,違背熱損非均勻分布規律。保溫結構不合理是熱損超標的另一主要原因。
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管道地處野外,自然條件惡劣。目前用玻璃布刷漆作?;げ?,經過風吹日曬,2~3年即自然破壞,致使防水層及?;げ愫蕓燜鴰?,雨水滲透進入保溫層,保溫效果急劇下降,保溫結構壽命大大縮短。
6管道附件不保溫或保溫質量差
管托、閥門、卡箍、井口設備等管件不保溫或保溫差,是管道整體熱損高的主要原因,是輸汽管道保溫工程中突出的薄弱環節。
7施工質量問題
由于保溫屬于隱蔽工程,保溫材料搭接及縫隙處理等都很關鍵,部分施工單位不嚴格按國家標準施工,造成保溫結構達不到預期效果。
三 新型保溫材料性能指標
(1)導熱系數。表示保溫材料傳遞熱量能力大小的系數稱為導熱系數,單位為w/(m·K)。導熱系數越小,材料的保溫性越好。
(2)密度。保溫材料的密度定義同其他材料一樣,這里要說明的是,保溫材料的密度對其保溫性能有明顯的影響。
(3)吸水率和透濕系數。材料吸收水分的能力稱為吸水率,單位為g/100 cm3。透濕系數表示材料能透過水蒸氣的能力,單位為g/(m2·S·Pa)。吸水率和透濕系數是保溫材料非常重要的性能指標,在比較潮濕的地方,應選用吸水率較低的保溫材料。如在較潮濕的地下暖氣溝內,不應選用吸水率較高的巖綿作保溫材料;而在冷凍、空調工程中,設備、管道的表面溫度一般都在空氣露點溫度以下,選用有一定吸水能力和透濕能力的保溫材料(如離心玻璃綿)的同時,還要增設防潮層(如鋁箔),并注意防潮層的嚴密,如果保溫材料受潮,其保溫性能則因此而惡化,甚至產生冷凝水污染環境。
(4)防火性能。防火性能表示材料的阻燃性能,一般用氧指數表示,其值越大,表明其阻燃性能越好。消防部門對不同部位的保溫材料有不同的要求,如對暗裝保溫材料的阻燃性能要求高于明裝的保溫材料。
(5)吸聲系數。材料吸收的聲能與入射聲能的比值稱為吸聲系數,其值越大,表明該材料的吸聲性能越好。離心玻璃綿因其吸聲性能極佳,近年來廣泛用于空調工程,平均吸聲系數在0.6~0.8之間。
(6)機械強度。表示材料在外力作用下抵抗破壞的能力。保溫材料應具有一定的強度,以減少在運輸和安裝過程中的損失(在外力作用下易變形、破壞)。
(7)適用溫度范圍。不同保溫材料有不同的溫度適用范圍,故選用時應注意,如聚苯乙烯泡沫塑料的耐熱只有80℃,所以不能用于熱力工程中。除考慮保溫材料性能外,在選用時還要考慮其他因素。保溫材料應對人身體無害,如硬質聚氨酯泡沫塑料可預制或在現場發泡,施工非常方便,并能與其他材料牢固黏結。又如巖綿保溫材料對人的皮膚有一定的刺激,選用一定要慎重。綜合考慮材料的性能與價格關系,廣泛調查各家的產品,以較低的價格購入性能合適的保溫材料。
四 新型保溫材料種類
1硬質聚氨酯泡沫塑料
(1)性能指標:密度為33 kg/m 3,導熱系數為0.018 W/(m·K),吸水率為0.8 g/100 cm3,透濕系數為2.2×10-11g/(m2·S·Pa),抗壓強度為170kPa,抗彎強度為150 kPa,平均吸聲系數為0.25,適用溫度為-20~100℃。參考價格為2200元/m2。這種材料可燃,加阻燃劑后離開火2s即可自熄,煙濃、有毒,滴落物可使火勢蔓延;抗老化能力一般,用紫外線照射72h后老化;抗腐蝕能力較強,遇硫酸、醋酸(98%濃度)、三氯乙烯僅體積稍有縮小,但遇37%濃度的鹽酸即發生崩壞。這種材料的工藝性極佳,可預制或現場發泡,與鋼板黏結牢固。
(2)適用范圍:硬質聚氨酯泡沫塑料的保溫性能極好,工藝性極佳、強度高,適用于各種管道、設備的保溫。不足之處是成本太高。
2聚乙烯泡沫塑料
(1)性能指標:聚乙烯泡沫塑料的密度為22kg/m3,導熱系數為0.031 w/(m·K),吸水率0.05g/100 cm3,透濕系數2.2×10-11g/(m2·s·Pa),抗壓強度為20 kPa,抗彎強度為350 kPa,平均吸聲系數為0.32,適用溫度為-190~90。C。參考價格為800元/m2。這種材料可燃,加阻燃劑后離開火即可自熄,煙密度指數20,煙無毒,抗腐蝕能力較好,遇三氯乙烯體積增加25%,遇苯、苯乙烯、甲醇等體積縮小,抗老化能力強,可制成套管、平板,一次加工性好,易黏結。
(2)適用范圍:聚乙烯泡沫塑料保溫性好、防水性能極好、施工方便是該材料的最大優點,缺點是不耐高溫,適用于80℃以下的管道、設備的保溫。
3聚苯乙烯泡沫塑料
(1)性能指標:聚苯乙烯泡沫塑料的密度為35kg/m3,導熱系數為0.038 w/(m·K),吸水率為1g/100 cm3,透濕系數為2.2×10-11g/(m2·s·Pa),抗壓強度為160 kPa,抗彎強度為180 kPa,平均吸聲系數為0.28,適用溫度<80。C。參考價格800元/m2。該材料可燃,加阻燃劑后離開火2s即可自熄,煙濃、有毒,滴落物可使火勢蔓延;抗腐蝕能力一般,用有機膠類黏結會萎縮變形;抗老化能力一般,用紫外線照射200 h后老化;工藝性能與聚乙烯泡沫塑料一樣。
(2)適用范圍:該保溫材料具有保溫性能好、施工方便等優點,缺點是不耐高溫,故適用于70℃以下的管道、設備保溫。
4離心玻璃綿
(1)性能指標:離心玻璃綿密度48 kg/m3,導熱系數0.031 W/(m·K),吸水率25 g/100 cm3,透濕系數為4×10-6g/(m2·s·Pa),平均吸聲系數為0.62,抗壓強度為5 kPa,適用溫度<300°C。參考價格為1 200元/m2。這種材料不燃燒,抗化學腐蝕性能較好,但要避免與堿類、氧化劑、苯胺接觸;抗老化能力強;可制成套管、平板、卷毯,施工方便,但不易黏結。
(2)適用范圍:此材料保溫性能良好,防火、吸聲性能好,施工方便,適用于各種管道、設備保溫。
5巖綿
(1)性能指標:巖綿密度100 g/m3,導熱系數為0.038 W/(m.K),吸水率83.3 g/100 cm3,透濕系數1.3×10-5g/(m2·s·Pa),平均吸聲系數為0.53,適用溫度<400℃。參考價格600元/m2。
(2)適用范圍:這種材料保溫性能良好,防火、吸聲性能好,但防水性能差,對人的皮膚有刺激,不適用于冷凍、空調管道和設備的保溫。
五 結語
1882年美國就成立了世界第一個集中供熱的紐約蒸汽公司,輸配壓力約為1MPa、溫度212℃蒸汽;1978年美國最大的紐約聯合愛迪生公司(Edison)向2300余家用戶集中供熱汽約1450萬噸,但保溫管道的泄漏量比較大且蒸汽損失約15.6%;上世紀80年代德國Brugg Rohrsysterme Gmbh公司開發了PN64型耐400℃管徑DN20-1000高溫保溫管道,其經濟效益更加明顯,大幅降低了成本;近些年意大利高、中溫蒸汽熱管直埋也有所發展譬如Aereimplaltl的ReggioEmilia熱網區等蒸汽管網均采用復合保溫管供熱。不斷創新的管道保溫材料與結構是工業發達國家保溫技術的最顯著持點;目前管道保溫技術的發展方向和趨勢為保溫的同時重視并考慮到結構的防腐和防水,保溫結構從內至外為鋼管、防腐層、保溫層、防水層及?;げ閎緇費跏髦欄?、聚氨醋泡沫保溫層、聚乙烯夾克防水層結構,另如氯丁橡膠防腐層、聚氯乙烯泡沫保溫層、氯丁橡膠粘結層、聚氨醋填充層、模制聚氨醋防水?;げ憬峁溝?。聚乙烯央克和模制聚氨醋等外防水?;げ愕目⒂τ?,為整體保溫結構提供了比較理想的外防水層,特別是英國、美國、日本等發達國家目前已成功開發出防水型保溫材料,這種新型的保溫結構使鋼管、防腐層、保溫層和?;げ憷喂毯銜惶?,構成的“三防體系”極大地提高了管道的保溫效果。
我國保溫材料制品和施工工藝與工業發達國家都還存在相當差距,如保溫材料生產工藝整體水平和管理水平有待進一步提高與完善,需要加大科研投入力度,確保保溫材料產品質量的穩定性,提高保溫材料性能,此外保溫結構和施工工藝也存在不足之處。都需要得到進一步的解決。
 
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