关于新型保温材料应用在动力系统节能降耗研究

姜天文；公茂金；姜锐赢

摘要：蒸汽管网具有输送介质温度高、用量大的特点,在管线散热损失方面存在较大的优化空间,选用先进高效的保温材料和先进的保温技术是企业节能创效的有效途径。本文结合某企业现有动力装置蒸汽管网实际情况与“双碳”要求及法律法规，进行了新型保温材料进行了选择,实施后不仅达到了节能减排的目的，又为企业产生了经济效益，可谓意义重大。

关键词：蒸汽管网；保温材料；节能减排

1  某企业基本情况

某企业外供蒸汽管网由高压9.0MPa、中压4.0MPa、低压1.0MPa组成，正常天气时，管线外表平均温度60℃，最高达106℃，雨雪天气时，蒸汽起始到末端温差超40℃。目前蒸汽管道大部分采用传统绝热材料，远高于《设备及管道绝热技术通则》（GB/T4272-2008）、《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-2013）、《石油化工绝热工程节能监测预评价》（Q/SY 09193-2019）有关规范或标准外表面温度不高于 50℃要求，由于蒸汽管线保温破损导致热损失严重超标，不仅浪费大量热能，使蒸汽消耗量逐年增加，经济性下降，由于绝热层外表面温度较高，对巡检人员的安全造成威胁。

2  保温工艺技术介绍

2.1  材料方案比选

2.2.1  高温蒸汽管线保温层材料方案比选

目前电力、石油化工等行业高温管道及设备常用保温材料多为复合硅酸盐、硅酸铝纤维棉、陶瓷纤维类绝热制品、气凝胶复合绝热制品等，针对这几种材料的特性分别说明如下。

1）复合硅酸盐

复合硅酸盐保温材料是一种固体质联结的封闭孔网状结构材料，是由硅酸铝纤维、海泡石等耐火高温材料，与分散剂、粘结剂、渗透剂等复合制造而成，该产品质地柔软、密度低、导热系数小，防水性能好，耐酸碱性能好，使用温度高、无毒、无腐蚀、无污染，施工简便。

2）硅酸铝纤维棉

硅酸铝保温材料是以硬质粘土熟料为原料经电阻炉熔融，喷吹而成的絮状纤维保温材料，具有优良的热稳定性、化学稳定性、低导热率、低热容量等优点。

3）陶瓷纤维类绝热制品

陶瓷纤维以玻璃纤维和陶瓷纤维等多种纤维为骨架， 采用胶体法和超临界强化工艺将陶瓷材料制备成为材料，粒径小于 40nm 的陶瓷粉体占 98%以上，形成真空结构，从而在工业工程领域实现了真空保温结构，使被保温体表面散热量减少50%以上。

4）气凝胶复合绝热制品

气凝胶复合绝热制品是一种新型绝热材料，它是以多种无机纤维、二氧化硅气凝胶填料等材料为主体，通过溶胶凝胶法，将增强材料与溶胶复合，然后用一定的干燥方式，是气体取代凝胶中的液相形成级多孔复合制品。该产品具有优良的绝热性能、化学性能和防水性能，与常规绝热材料相比，具有导热系数低、结构强度高、氯离子含量低等优点。

通过上述比对，陶瓷纤维类绝热制品、气凝胶复合绝热制品作为新型保温材料，其性能基本相似，市场上也有大量应用业绩。针对高温管道长期高温运行情况，优先选择气凝胶绝热制品进行设计。

2.2.2  中低温管道保温层材料方案比选

中低温管道及设备常用保温材料多为岩棉、高温离心玻璃棉、橡塑海绵、聚氨酯英制泡沫等，橡塑海绵和聚氨酯管壳的适用温度多在-40～120℃，低压蒸汽管道的温度在230℃左右，因此仅针对岩棉和高温离心玻璃棉两种常用材料的特性对比，二者均为A级不燃材料。

1）产品性能不同

岩棉管壳和高温离心玻璃棉管壳是通用型材料，适用各种管道的保温使用，常常用于石油行业、电力行业、供暖行业等。

相比岩棉来讲，离心玻璃棉容重更加低、渣球含量更少、导热系数更低、使用年限更长、纤维韧性更大，但是在防火性能方面，岩棉更占优势，它的的最高使用温度为600℃左右，而高温离心玻璃棉只有450℃左右。

2）使用环境不同
　　离心玻璃棉的使用环境一般在200℃以下的保温部位，多用于一般建筑物或低温管道的保温，岩棉的使用环境一般在500摄氏度以下，对温度不高于500摄氏度的保温部位，多见于高温热力管道或电力设备的保温。
3）生产工艺不同
　　岩棉制品主要原料是玄武岩，经高温熔融后由高速离心设备制成人造无机纤维，同时加入特制的粘结剂和防尘油，经加温固化制成各种规格、不同要求的岩棉保温制品。离心玻璃棉是玻璃纤维的一个类别，是人造无机纤维，具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热性能稳定的特点。为玻璃纤维。

4）容重不同

岩棉容重40kg/m3-200kg/m3，高温离心玻璃棉容重为10-64kg/m3，容重小可以减轻保温管道的支架。

5）憎水性能

高温离心玻璃棉具有憎水功能，本身不吸水，不从周围空气中吸水，被水浸泡后易自行干燥，回弹好，保温性能稳定。岩棉不含憎水剂，无憎水功能，被水浸泡后马上软塌，干燥后回弹效果差，导致保温性能丧失很多。

从上述对比中可以看出，高温离心玻璃棉的性能更由于岩棉，低温管道适合选择高温离心玻璃棉绝热制品。

2.2.3  防护层方案比选

按照《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-2013）中规定，保温管道常用防护层为镀锌薄钢板（铁皮）、铝合金薄板、不锈钢薄板、镀铝锌板。

1）镀锌薄钢板（铁皮）

镀锌薄钢板（铁皮）广泛用于保温管道防护层等领域。镀锌薄钢板优点是具有优良的涂漆性、装饰性以及良好的成形性。近年来世界各国均在研究如何扩大镀锌薄钢板的品种、规格，改进镀层工艺进而提高镀层质量，即耐蚀性、抗粉化剥落、涂敷性、焊接性。

2）铝合金薄板

目前铝合金薄板广泛应用在管道保温方面，其比重是2.71，每平方米的重量较轻，能够为企业节省大量原料，降低成本。由于铝合金薄板具有铝的特性，外表光洁美观，耐腐蚀强，不易出现锈斑。

3）不锈钢薄板

不锈钢板自本世纪初问世，其发展为现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础。不锈钢板种类很多，性能各异，一般分为马氏体不锈钢板、铁素体不锈钢板、奥氏体不锈钢板、双相不锈钢板和沉淀硬化型不锈钢板等（或分为铬不锈钢板和镍不锈钢板两大类）。

4）镀铝锌板

镀铝锌板具有良好的耐腐蚀性，当受到磨损时，铝会形成一层致密的氧化铝，阻止耐腐蚀性物质进一步的腐蚀内部。具有良好的耐热性，可以承受 300℃的高温，热反射率很高，是镀锌钢板的两倍。

结合四种材料的耐腐蚀性能：

不锈钢薄板＞铝合金薄板＞镀铝锌板＞镀锌薄钢板。

价格：不锈钢薄板＞铝合金薄板＞镀铝锌板＞镀锌薄钢板。

综合造价和耐腐蚀性，选择镀铝锌板作为外保护层材料最优。

3  结论

通过上述对保温层材料和保护层材料的对比，中、高温蒸汽管道拟选用气凝胶保温层、镀铝锌板保护层，低温管道拟选用高温离心玻璃棉、镀铝锌板保护层。按照《石油化工设备和管道隔热技术规范》中4.1.2条第5款的规定：设备和管道表面温度高于或等于450℃时，宜采用复合隔热结构或选用耐高温的隔热材料。温度超过450℃的设备和管道采用复合材料，即内层采用硅酸铝，外层采用气凝胶，即保证了保温的效果，又可确保气凝胶长期使用温度小于550℃，延长使用寿命，还可节省投资。

4  结束语

在当前大气污染物排放控制形势下，选择合适的新型保温材料技术路线对企业投资和设备选型至关重要。使用气凝胶复合绝热毡改造传统蒸汽管道的保温结构，保温效果更好，材料的耐久性能得到了提升，同时绿色环保。本文探讨分析了新型保温材料在蒸汽管道的应用情况，旨在为类似的工程提供参考，这对企业发展有良好价值。

参考文献：

[1] 芦泽龙. 蒸汽管网保温技术研究进展[J]. 电站系统工程,2021.

[2] 朱道强. 新型保温材料气凝胶在蒸汽管道保温中的应用[J]. 工程施工技术,2021.

作者简介：姜天文，男，1982年出生，2012年毕业于东北电力大学热能与动力工程专业，现从事生产技术和项目建设管理，高级工程师。