探究高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的應用

柴海健

承德熱力集團有限責任公司 河北承德 067000

1 高效保溫材料氣凝膠的基本概述

1.1 氣凝膠的保溫原理與產品形態

在自然界當中，熱量主要是通過傳導、對流以及輻射這三種基本方式進行傳遞的。當這些熱量進入到保溫材料之后，會通過其中的固體部分來完成熱傳導，通過氣體部分完成熱對聯，而熱輻射的傳遞不需要任何介質就可以完成。當前，二氧化硅氣凝膠是一種最為常見也是最為有效的高效保溫材料，它的孔隙數量比較多且尺寸比較小，通常低于常壓下空氣分子的平均自由程，可以有效避免孔隙的對流傳熱。與此同時，氣凝膠的體系和密度都比較小，其中納米網格結構的彎曲路徑可以有效阻止氣體和固體的熱傳導，其中的孔隙壁則可以將熱輻射的程度降至最低。通過這三個方面的共同作用，熱傳遞的所有途徑機會都被阻斷，這使得氣凝膠材料具有較強的保溫性能。

1.2 高效保溫材料氣凝膠的性能特點

高效保溫材料氣凝膠是世界上已知最輕的固體材料，具有獨特的納米多孔結構，同時還具有密度低、介電常數低、導熱系數低、孔隙率高、比表面積高等特點。與此同時，氣凝膠還是A級防火保溫隔熱材料，它可以有效解決保溫材料低熱導率的問題，兼具保溫與防火這兩種性能。具體來說，高效保溫材料氣凝膠的性能特點主要包括以下幾個。第一是具有優越的隔熱性能，即使在高溫環境下使用也可以滿足實際要求；第二是具有獨特的耐火焰燒穿性能，可以長時間承受火焰的灼燒，面對使用上限溫度的火焰，氣凝膠材料的隔熱性能出現退化，但是不會出現隔熱材料熔斷穿孔或者斷裂破碎等問題；第三是具有較強的化學穩定性，在酸堿環境下可以保持不分解和不變質，同時還可以長時間耐受多種熱輻射和電磁輻射，在性能上保持不退化；第四是具有較好的力學性能，無論是拉伸機械強度還是彈性都比較優越，材料還可以進行鉆孔、切割等操作；第五是具有環保無毒的特點，即使是在高溫的環境下也不會釋放出任何的氣體和有機物。

2 高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的應用

2.1 高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的應用優勢

在管道保溫施工當中所使用的氣凝膠材料主要是保溫氈。與其他保溫材料相比，它具有明顯的應用優勢。從導熱系數的角度來說，普通的巖棉保溫材料是0.035-0.047W/k?m、硅酸鋁保溫材料為0.087W/k?m、鋼管材料為48W/k?m，而納米氣凝膠材料為0.013-0.020W/k?m。與此同時，納米氣凝膠材料的最高使用溫度為1000℃，是所有材料里最高的。

高效保溫材料氣凝膠在其他方面也具有很多優勢。在隔熱方面具有獨特的孔洞結構，能夠有效阻止熱量的傳遞，是目前導熱系數最低的一種固體材料，只有傳統保溫材料的四分之一左右。與此同時，氣凝膠的保溫層厚度比較小，可以有效降低管道散熱的面積，進而減少熱量的損耗。對于長距離的輸送管道線路，在熱量散失比較少的情況下可以提高管道終端介質的溫度、降低管道的含水量。除此之外，氣凝膠還可以有效降低管道保溫工程施工的造價，在直埋保溫管的情況下保溫性能更為優越，熱量損失更少，可以實現能源節約的目標。最后，氣凝膠還具有較強的熱穩定性，它具有納米三維網格結構，隔熱的性能更為持久。

2.2 高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的具體應用

當前在管道保溫施工當中所使用的納米氣凝膠保溫氈的隔熱性和疏水性都比較強，是目前最為高效的保溫材料。從結構的角度來說，與管道緊密切合的是一層卷繞管道的氣凝膠保溫氈，它最大的功能是進行保溫。在該層之外是玻纖帶和金屬保溫層，它的主要功能是防護，尤其是面對機械沖擊或者在戶外環境下可以實現對管道和氣凝膠材料的保護。在施工的過程當中如果需要多層保溫氈同時使用，需要采用對錯搭接的方式進行應用，這樣可以最大程度地提高管道的保溫性能。與此同時，納米氣凝膠保溫氈還具有較強的抗拉性能和柔性，在使用的過程中可以根據管道的具體情況進行靈活應用。這需要施工人員能夠根據管道的具體情況和實際要求來制定合理的施工方案。

在施工作業的過程當中，人們會根據管道保溫施工的實際要求，同時結合當地的氣溫數據來進行有效的分析，進而實現對環境的合理設置。具體來說，在施工的過程當中，需要將管道的外徑控制在813mm，外壁厚度控制在16mm，同時確保蒸汽溫度在300℃以上。在使用氣凝膠材料進行管道保溫施工的過程中，對外界的溫度也有一定的要求。在確定管道的規格之后，施工人員需要截取一塊1m長的管道來進行精準的計算，確保管道外壁的風速在2.9m/s左右。施工人員在使用雙層或者多層氣凝膠絕熱氈進行施工的時候，需要將其進行逐層的捆扎，然后運用同層錯縫、內外層壓縫方式進行敷設，還要避免搭縫的位置位于管道垂直中心線的45°范圍之內。

3 結語

綜上所述，在管道保溫施工當中運用高效保溫材料氣凝膠不僅可以達到隔熱效果，同時還可以增強管道的熱穩定性，降低施工造價、提升整體性能。在施工的過程當中，工作人員需要結合管道的特點和保溫要求，制定科學的氣凝膠應用方案，并在這個基礎上對氣凝膠材料進行革新和優化。在未來，氣凝膠的生產成本也將進一步被降低，在建筑保溫領域當中將有更為廣泛的發展前景。