管道保温材料发展及选择依据

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摘要：简述了我国近几十年来管道保温材料的发展历程，探讨了工程上已经广泛应用的保温材料的性能、技术要求以及存在的问题，并提出今后应不断优化并完善现有保温层厚度的计算方法。

关键词：管道；保温材料；性能；保温层厚度

能源为国家的经济发展提供了源源不断的动力，也保障了基本的民生。随着经济的飞速发展，对能源的需求和消耗也在不断增加，节约能源成为各行各业所面临的重要问题。而正确选择保温材料，有效减少热媒在输送过程中的散热损失、减少热能的损耗、节约燃料消耗、提高企业的经济效益，在很多领域起着重要的作用。例如，在石油、化工、化纤、冶金、印染、制药等生产领域，热流传输管道、阀门等高温部件都需要保温隔热。采用良好的保温技术与材料，往往能起到事半功倍的效果。保温材料一般是指导热系数小于或等于0.2的材料。保温材料种类繁多，常用的保温绝热材料按其材质成分可分为无机和有机两大类。无机绝热材料主要包括岩棉、玻璃纤维、泡沫玻璃、硅酸钙、珍珠岩、硅酸盐类涂料、气凝胶材料。这类材料适用于热力设备和管道；有机绝热材料主要包括EPS聚苯乙烯泡沫保温板、XPS挤塑聚苯乙烯保温板、聚氨酯泡沫塑料、软木。这类材料适用于天然气、冰箱等的保冷。保温材料按其形态又可分为多孔状、纤维状、粉末状等多种材料。其中多孔状材料主要有泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡胶、硅酸钙、酚醛板、轻质耐火材料；纤维状材料主要有石棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝陶瓷纤维、晶质氧化铝纤维；粉末状材料主要有硅藻土、膨胀珍珠岩、海泡石、玻化微珠。

1我国管道保温材料的发展历程

[1]我国的保温材料研发应用主要是从20世纪50年代开始的，当时的发展方向以模仿国外保温材料为主。例如，管道保温领域采用的保温材料主要包括硅藻土、石棉-碳酸镁以及石棉-白云石。保温材料的结构主要是采用砌块式保温，然后在外部采用钢丝网包裹，最后用保温灰浆抹面，干燥固化后包缠棉布。从20世纪60年代开始，又出现新一代的保温材料，例如以膨胀蛭石为原料制得的保温制品以及玻璃棉和泡沫混凝土制品，同时也兼顾使用硅藻土、轻型黏土砖和矿渣棉沥青制品等原料制成的保温制品，从而在管道保温材料领域得到了广泛应用。到了20世纪70年代，采用的保温材料以膨胀珍珠岩为主，同时膨胀蛭石、硅藻土制品、微孔硅酸钙和各种矿质纤维制品依然有部分应用。合成树脂泡沫塑料等有机高分子保温材料也开始出现。在国外新型保温材料开始引入我国的初期，我国的科技工作者也开始对这些保温材料进行大规模研制、开发和改进。如岩棉和泡沫陶瓷材料等，同时金属护壳、铝箔等新型保温外壳也开始不断出现并得到推广。在经历了20世纪60年代的发展阶段和20世纪70年代的改进阶段之后，我国的保温材料到目前为止已出现20余类，几十个品种。在热力设备及管道领域，人们常用的保温材料以无机材料为主。无机保温材料的特点是导热系数小、质量轻、耐腐蚀、不易燃烧等。这类材料主要包括岩棉、玻璃棉等。随着新的材料制备方法的出现以及新型材料加工技术的发展，出现了越来越多性能优良的保温材料，如复合保温材料石棉代用品以及纳米孔硅质保温材料等。岩棉是以玄武岩为主要原材料，经高温熔融加工而成的无机材料，1981年6月在英国量试成功的一种新型的保温、吸声材料，除此之外岩棉还具有防火性好、防潮、憎水等特殊功能，在多雨、潮湿环境下尤为适宜。不同厂家和工艺生产的岩棉质量差别很大。一般而言，保温性能好的岩棉管密度较低，但抗拉强度也低，耐久性比较差，另外，岩棉材料在施工过程中对施工人员有很大的伤害，因此岩棉保温材料不是施工人员的首选。玻璃棉是一种人造无机纤维，属于玻璃纤维的一种，它是将熔融的玻璃纤维化后制成的棉状材料，具有保温绝热、耐腐蚀、化学性能稳定的优点。玻璃棉的制备方法包括蒸汽吹制法、火焰吹制法和离心吹制法等。玻璃棉可以制成玻璃棉保温板、保温毡、管套、保温带等不同形式制品，其中玻璃棉套管的性能与岩棉管很类似，但价格高于岩棉管，对皮肤稍有刺激。在使用过程中，玻璃棉的保温层在受到不断的重力作用或短暂浸水时，保温层可能会出现下拽现象，导致管线上方保温层变薄，下方脱离管道。聚氨酯硬质泡沫塑料具有闭孔结构，具有绝热效果好、重量轻、比强度大等特性，因此近年来被广泛用于管道保温工程中。聚氨酯材料在发泡之后具有很强的附着力，因此管道表面只需进行简单的除锈处理，可不做防腐层，这样可以减少防腐材料费用和人工成本，塑料保护层同时还具有优良的防水能力，可以保护聚氨酯材料的完整性，使用寿命更长，因此可以大大降低保温材料的维修或更换费用。但聚氨酯硬质泡沫的缺陷也十分明显，如该材料为满足防火规范的要求，需要添加大量的阻燃剂，壳体保温材料聚乙烯也是一种易燃的有机高分子材料，为了阻燃，还必须在外部包覆镀锌铁皮护管。近年来，纳米技术发展迅猛，各类纳米材料日益受到人们的青睐。例如，纳米级多孔硅质保温材料，该材料在-190～1050℃内都具有优良的保温效果。二氧化硅气凝胶也是一种新型轻质纳米多孔材料，因其具有良好的保温隔热能力而受到各国科学家的关注，同传统的保温材料相比，二氧化硅气凝胶具有如下特点：1）更低的导热系数。二氧化硅气凝胶的导热系数约为传统材料的20%～33%，因此具有更高的空间利用率，也就是说只需原来20%～50%的厚度就可以达到传统材料相同的隔热效果。2）材料自身具备阻燃防水能力。3）化学性能惰性，对管道无腐蚀性。4）该材料加工方便，易于切割。

2管道保温材料的选择依据

依据GB50264—2013[2]对不同保温材料性能提出的要求，选择管道保温材料时应全面考虑下列因素：1）材料的导热系数要小；2）材料的密度要小；3）更加宽泛的使用温度范围；4）具有优良的机械性能，在外力作用下保持足够的强度并能承受生产时的震动；5）材料的阻燃性要好，最好是不燃或难燃材料；6）极低的吸水率，避免因材料吸水影响绝热效果以及对金属管道的腐蚀。除此之外，管道保温材料的选择还需考虑安装工艺、工程造价以及使用寿命等其他因素。

3结束语

发展保温材料符合国家节能环保的产业政策，管道保温是节能工作的重要组成部分，选择合适的保温材料并确定合理的保温层厚度是确保管道保温效果的关键，因此在利用现有管道保温层厚度设计方法的基础上，还需要不断优化并完善现有的保温层厚度设计方法。通过理论分析并结合保温层厚度测试的实验数据，来验证理论分析的合理性，从而为管道保温材料的研究发展指出新的方向。

参考文献：

［1］冉春雨.热水供热管道的温降及散热量计算[J].吉林建筑工程学院学报，1998（4）：29-32．

［2］GB50264—2013，工业设备及管道绝热工程设计规范[S].

作者：黄丽 单位：辽宁省石油化工规划设计院有限公司