供熱管道保溫材料分析及選擇

張平嬋

中國飛行試驗(yàn)研究院

1 引言

供熱管道是指在生產(chǎn)或生活中用于輸送熱媒介質(zhì)的管道，管材一般選用鋼管，管內(nèi)熱媒介質(zhì)為蒸汽或熱水。供熱管道之所以要進(jìn)行保溫處理，主要是為了保持正常生產(chǎn)和生活的最佳溫度范圍，減少熱載體在輸送、使用過程中熱量散失，提高熱效率，減低能源消耗和產(chǎn)品成本。鋼制管道表面進(jìn)行防腐處理是為了防止管道在使用過程中，因腐蝕造成跑冒滴漏，影響設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、影響安全生產(chǎn)，延長管道使用壽命。

2 供熱管道保溫的目的

2.1 減少熱損失，節(jié)約熱能。當(dāng)管道內(nèi)的介質(zhì)溫度高于周圍環(huán)境溫度時(shí)，熱量將通過金屬壁傳到周圍空氣中，造成熱量損失，影響供熱效果。經(jīng)過合理保溫后，熱量損失可以減少80—90%，從而可以減少大量的燃料消耗，亦可保證供熱質(zhì)量。

2.2 改善勞動(dòng)條件，保證操作人員安全。當(dāng)管道表面溫度高于65℃時(shí)，雖然從生產(chǎn)工藝上不需要保溫，但為了保證操作人員的安全，在需要人經(jīng)常走動(dòng)或觸及的范圍內(nèi)，應(yīng)做防燙保溫處理。

2.3 防止管道內(nèi)液體凍結(jié)。在寒冷的冬季，在室外、非采暖房間、或間歇性運(yùn)行的管道，為防止管道內(nèi)的水凍結(jié)，也應(yīng)進(jìn)行保溫。

3 對保溫材料的要求

3.1 導(dǎo)熱系數(shù)小。這是保溫材料選擇的首要條件。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)不大于0.12W/m·k。導(dǎo)熱系數(shù)在0.05 W/m·k以下的材料，為高效保溫材料。導(dǎo)熱系數(shù)越小，熱傳遞的越慢，熱損失越小，管道在輸送過程中的溫降就越低，才能更好保證供暖質(zhì)量。

3.2 吸水率小。由于水的導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的23.75倍(比如在30℃的情況下，水的導(dǎo)熱系數(shù)是0.62W/m·k，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.0261W/m·k)，因此保溫材料若吸水后絕熱性能將破壞。所以在選用保溫材料時(shí)，吸水性也是重點(diǎn)考慮的因素之一。

3.3 密度小。一般密度應(yīng)低于600kg/m3。選用密度小的保溫材料，對于架空敷設(shè)的管道可以減輕支架的載荷，節(jié)約工程費(fèi)用。

3.4 機(jī)械強(qiáng)度高。抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于0.3MPa，保證保溫材料本身在自重及外力作用下不產(chǎn)生變形和破壞，滿足使用及施工要求。

3.5 可燃性小。是指保溫材料燃點(diǎn)高，不易著火燃燒，使用安全。

3.6 不腐蝕金屬。保溫材料需要和鋼制的供熱管道直接緊密接觸，若其本身對金屬有腐蝕作用，將大大減低管道的使用安全和使用壽命，所以保溫材料本身應(yīng)對金屬管道不構(gòu)成腐蝕。

3.7 易施工，成本低。主要是為了減少管道施工的難度和工程投資。

4 保溫材料的分類

常用的保溫材料有：泡沫混凝土、石棉、礦渣棉、蛭石、硅藻土、膨脹珍珠巖、巖棉、玻璃棉、硅酸鋁纖維、微孔硅酸鈣、聚氨酯硬質(zhì)泡沫等。我院近三十年使用的管道保溫材料主要有：蛭石、巖棉、玻璃棉、聚氨酯硬質(zhì)泡沫。蛭石因?qū)嵯禂?shù)大(0.14W/m·k)，密度大(350 kg/m3)，絕熱效果差，加重管道載荷，施工不方便，容易破損等缺點(diǎn)，二十年前已經(jīng)淘汰，目前使用最多的是巖棉、玻璃棉和聚氨酯硬質(zhì)泡沫。

5 三種保溫材料的性能比較(巖棉、玻璃棉、聚氨酯硬質(zhì)泡沫)

從表1可以看出，聚氨酯硬質(zhì)泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)是最低的，比巖棉低63%，比玻璃棉低38.5%；密度最小，容量最輕，采用支架敷設(shè)時(shí)增加給支架的載荷最低；吸水率比巖棉小很多，與玻璃棉差不多，但產(chǎn)品吸水后外形尺寸的穩(wěn)定性比玻璃棉好，玻璃棉吸水后體積很容易膨脹，約為10%；但聚氨酯硬質(zhì)泡沫的耐高溫性不如巖棉和玻璃棉；

6 三種保溫材料的綜合比較

以直徑200mm的鋼管為例，管內(nèi)介質(zhì)溫度75℃。

從表2可以看出，聚氨酯硬質(zhì)泡沫的經(jīng)濟(jì)保溫厚度最小，單位熱損失最小，最節(jié)能，經(jīng)測量，130℃熱水輸送40km以外，溫降僅1℃左右；但初次投資較高，然而按照使用壽命折算，聚氨酯硬質(zhì)泡沫的年平均費(fèi)用是最少的，而且只要安裝規(guī)范，日常幾乎沒有維護(hù)費(fèi)用。另外，聚氨酯硬質(zhì)泡沫的比較環(huán)保，對工人沒有傷害，巖棉的纖維有刺激性，接觸后會引起皮膚過敏，玻璃棉稍好些，但也有些刺癢。

表1

表2

7 硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管的其它優(yōu)點(diǎn)

7.1 敷設(shè)方式多樣，可架空、可管溝敷設(shè)或直埋。尤其是直埋方式，是巖棉和玻璃棉無法實(shí)現(xiàn)的。

7.2 保溫材料與鋼管粘接緊密，防腐，不吸水。硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管在制作時(shí)，鋼管外表面進(jìn)行拋丸處理，保溫管外套管(聚乙烯塑料)內(nèi)表面進(jìn)行電暈處理，提高了保溫管的粘接性能，保證了三位一體。保溫材料與鋼管緊密結(jié)合，不留空隙，可以有效阻止空氣和水汽進(jìn)入，避免管道腐蝕。

7.3 外保護(hù)層完整、嚴(yán)密，防潮性好。硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管外保護(hù)層采用聚乙烯塑料管，整體性好，搭接部分處理嚴(yán)密，沒有空隙，可以防止外部的水蒸氣、雨水以及潮濕泥土中的水分進(jìn)入保溫層。外套管不受生物和化學(xué)的腐蝕影響，低溫條件下有良好的耐腐蝕性和耐沖擊力，可直接埋入凍土層。

7.4 施工工藝簡單，可預(yù)制，提高工程施工速度。硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管可在工廠或施工現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)制，大大縮短了施工時(shí)間，而且施工工藝簡單，操作方便，管接頭處可直接在現(xiàn)場進(jìn)行發(fā)泡聯(lián)接。

8 硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管接頭處的保溫施工

硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管管接頭處的保溫，必須在管道完成焊接，水壓試驗(yàn)合格后，進(jìn)行現(xiàn)場發(fā)泡完成。管道水壓試驗(yàn)分為：1)穩(wěn)壓試驗(yàn)。灌水排凈空氣，穩(wěn)壓10分鐘無滲漏。2)強(qiáng)度試驗(yàn)。把管道中的壓力升至工作壓力的1.5倍后，用1kg的小錘在焊縫周圍對焊縫逐個(gè)進(jìn)行敲打檢查。3)嚴(yán)密性試驗(yàn)。把管道壓力降至工作壓力時(shí)，穩(wěn)壓30分鐘無滲漏，且壓降不超過0.02MPa為合格。現(xiàn)場發(fā)泡不能出現(xiàn)環(huán)形空間、開裂、脫層等缺陷，保護(hù)層接頭必須保持整體性、嚴(yán)密性、防水性。

9 供熱管道滲漏報(bào)警

供熱管道在使用過程中，不可能做到百分百防水，一旦有水進(jìn)入管壁與保溫層之間，隨著時(shí)間的推移，就會出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，造成管道滲漏，影響運(yùn)行安全。隨著硬質(zhì)聚氨酯泡沫保溫管技術(shù)的成熟和其良好的粘接性能，現(xiàn)在可以在保溫管預(yù)制時(shí)，在靠近鋼管的保溫層中，埋設(shè)報(bào)警線，一旦管道發(fā)生滲漏，通過警報(bào)線的傳導(dǎo)，便可在專用檢查儀表上報(bào)警并顯示出漏水的準(zhǔn)確位置和滲漏程度的大小。便于快速檢修，保證熱網(wǎng)安全運(yùn)行。

10 結(jié)束語

通過以上對保溫材料的分析可以發(fā)現(xiàn)，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)要低，以減少管道熱損失，減少熱介質(zhì)的溫降，保證供暖質(zhì)量；保溫材料吸水性要低，少量吸水后材料本身的變形要小，要能承受短時(shí)間、少量水浸泡的惡劣工作狀況；要環(huán)保、安全，施工簡單；還要能匹配實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的技術(shù)措施。總之，隨著科技的進(jìn)步，技術(shù)的創(chuàng)新，相信會有花更多、更好的保溫材料服務(wù)于社會。

[1]陸耀慶《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊》。

[2]鄭慶紅、劉雄、趙啟哲《管道工程》。

[3]《區(qū)域供熱》中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會。