氣凝膠絕熱粘在施工過程中的應用

喬棟 宋騰 胡小明 孫培敬

摘 要：納米氣凝膠絕熱粘是工程施工中重要的保溫材料，本文以氣凝膠絕熱粘為研究對象，對其在煙管保溫施工中的應用進行分析，供一線施工人員參考借鑒。

關鍵詞：氣凝膠絕熱粘;施工;煙管保溫

引言：氣凝膠絕熱粘作為一種新的保溫方式，與傳統保溫方式相比，保溫效果十分良好，且具有較強的憎水性、綠色環保等特征，在煙管保溫、蒸汽管道保溫等施工中得到廣泛應用。

1. 氣凝膠絕熱粘簡介

氣凝膠絕熱粘屬于一種高耐溫、憎水型柔性保溫材料，它的納米絕熱功能主體是介孔二氧化硅氣凝膠，結構增強材料為無機纖維針刺毯，可用于650℃以下的高溫區域，是實現高效隔熱與最低能耗的最佳產品。目前，氣凝膠絕熱粘已經在多個領域得到廣泛應用，它的主要優點體現在：

（1）保溫性能較強，絕熱效果為傳統石棉繩保溫的3-5倍。

（2）保溫層厚度較薄，與傳統材料絕熱性能相比更強，熱損失或冷損失更小，空間利用率更高。

（3）憎水性較強，具有強大的整體憎水性能，在隔絕液態水的同時又允許水蒸汽通過。

（4）柔性、抗拉、抗壓強度較好，可有效抵抗暴力施工，長期使用也不會出現不沉降、變形等問題。

（5）抗震性較大，不但設備具有良好的保溫效果，還具有吸聲降噪、緩沖震動等功能，可提高環境質量，保護設備。

（6）安全環保，不含對人體有害物質，廢棄物可通過填埋進行處理。

2.煙道保溫材料的應用對比

柴油機安裝在工程施工中是必不可少的一項重要任務，每個工地都不離開柴油機的支持。而柴油機排煙管作為柴油機安裝的重要一環，其能否正常使用關乎柴油機效能的發揮。煙管直徑一般在DN600以上，體積較大，具有一定的安裝難度，且費時費力。而氣凝膠絕熱粘的應用無論在安裝效率還是保溫效果上都具有較大的應用優勢。

2.1傳統的柴油機排煙管保溫

1.柴油機排煙管采用石棉繩保溫，保溫總厚度為55mm。保溫層外設金屬保護層。

2.保溫前，應將石棉繩涼干;保溫時，將φ25的石棉繩在煙管外纏裹兩層，纏繞層應均勻、密實。石棉繩纏好后，用25×25×0.5的鍍鋅鐵絲網包扎牢固。

3.采用石棉灰、石棉絨、普通水泥加水混和攪拌制成的石棉水泥漿抹面，石棉灰、石棉絨、普通水泥的體積配和比為3：2：1，抹面應均勻、光滑，厚度為10mm—15mm。

4.待石棉水泥層完全干燥后，采用0.5mm—0.7mm厚鍍鋅鋼板包裹煙管，作為保護層。

5.法蘭、閥門及補償器不做保溫處理，法蘭兩側應留出1.2倍螺栓長度，并在其端部抹出600—700的斜坡。

2.2新型的柴油機排煙管保溫

為了達到節約能源的目標，對各類供熱設備、管道的保溫材料提出了新的要求。現階段，工業上使用的保溫材料主要有玻璃棉、石棉繩、硅酸鋁纖維制品、納米氣凝膠絕熱粘。在新型柴油機排煙管保溫工程中，采用納米氣凝膠絕熱粘進行保溫處理，與傳統材料相比保溫效果更加理想，且應用方法也更加精簡、方便，具體如下。

1.采用納米氣凝膠絕熱粘保溫，保溫總厚度為40mm。保溫層外設金屬保護層;從物理性能上看，氣凝膠絕熱粘的密度為180—200kg/m3，傳統硅酸鋁的密度僅為120—150kg/m3;在防水性上，氣凝膠的憎水率超過99%，在應用中無需采用其他防水措施作為復制，而傳統保溫材料則不具備較強的防水性，需要在防護板表面噴涂金屬密封膠實現防水;

2.保溫時，將φ20的氣凝膠絕熱粘在煙管外纏裹兩層，每層氣凝膠絕熱粘纏好后，用鋼打包帶包扎牢固，纏繞層應均勻、密實即可，具有較強的抗壓強度，可達到120KPa，而傳統的粘狀制品壓縮形變較大、板狀制品又較脆，容易碎;在使用壽命上，氣凝膠絕熱粘更具優勢，使用期限超過20年，而傳統保溫材料僅為3—5年便需要更換[1]。

3.氣凝膠絕熱粘在煙管保溫中的應用實例

在某電廠煙管保溫工程中，管道外包彩鋼板，鋼管規格為OD516，環境溫度為20℃，介質溫度為610℃，基本的保溫要求為外層設計溫度不超過45℃，熱損失量不超過最大規定值。分別采用石棉繩、納米氣凝膠絕熱粘作為保溫材料，保溫結構表面散熱損失量的計算公式為：

式中，Q代表的是每平方米絕熱層外表面積熱損失量，單位為W/m2;T0代表的是管道外表面溫度，單位為℃;Ta代表的是環境溫度，單位為℃;D0代表的是管道外徑，單位為mm;D1代表的是絕熱層外徑，單位為mm;as代表的是絕熱層外表面與空氣換熱系數，單位為W/（m2·k）;

在沒有特殊工藝要求的情況下，可根據GB 50264—2013中的規定，對保溫層的厚度進行計算，當經濟厚度過小、無法符合最大熱損失要求時，應采用最大允許熱損失下的厚度，經濟厚度的計算方式如下：

式中，t代表年運行時間，單位為h，通常按照每年8000h的量計算，特殊情況根據實際運行計算;Ta代表環境溫度，單位為℃，在以人為參考，對防燙傷厚度進行計算時，以最熱月的平均溫度為準，在以管道內介質結冰為參考時，以最冷月的最低溫度為準[2];在對煙管保溫結構單位長度散熱損失量進行計算時，公式為：

將相關數據代入到上述公式中后，可得出以下結果，對兩種保溫方案進行對比，如下表1所示。

由上表1可知，兩種方案中的保溫計算結果均與設計要求（不超過45℃）相符合，相比之下，納米氣凝膠絕熱粘在用料、節能方面具有更大優勢。當表面溫度在41±0.5℃條件下，與傳統保溫方式相比，納米氣凝膠絕熱粘的材料用量僅為35.4%。由此可見，采用納米氣凝膠絕熱粘能夠在很大程度上減少保溫材料的用量，縮小材料占用的面積，這些優勢在一些空間限制較高的工程，如管道管廊、直埋管道等工程中優勢更加突顯。雖然上述兩種方案在表面問題上較為接近，但由于納米氣凝膠絕熱粘的保溫層厚度較小，因此散熱面積相對較小，單位長度內熱損失量較低，節能效果更加理想，與傳統保溫方式相比，在節能率上節省了25.2%，具有明顯的節能優勢[3]。

結論：綜上所述，柴油機煙管保溫采用納米氣凝膠絕熱粘替代石棉繩，既能有效提高煙管保溫的進度，同時又能降低施工難度，提高施工安全系數，提升煙管保溫的質量標準，成為工程施工中柴油機煙管保溫的最佳材料，未來將在更多的領域得到廣泛應用。

參考文獻：

[1]李智， 李建平， 任富建，等. 氣凝膠復合絕熱氈在蒸汽管道保溫中的應用[J]. 建筑技術， 2017， 48（10）：1112-1113.

[2]孫登科. 硅氣凝膠保溫材料的絕熱機理研究[J]. 科技資訊， 2015， 13（5）：1-1.

[3]何棟. 納米氣凝膠絕熱氈在蒸汽熱網管道上的應用[J]. 浙江電力， 2018， 06（5）：93-96.