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摘要：保温，是指为减少保温对象的内部热源向外部传递热量而采取的一种工艺措施。对管道进行保温主要目的是减少热损失，节约燃料，防止管道内液体凝结，延长管道的运行期限。根据稳定传热的基本原理，由管道保温表面单位长度散热损失计算公式可知，管内介质与环境的温差，保温材料的导热系数，保温层的厚度都可以影响到散热量的大小。对于保温层的厚度一般计算其经济厚度，以节省燃料的费用。基于此，本文主要对高温管道保温材料的选择及应用进行分析探讨。
关键词：高温管道；保温材料；选择；应用
1、前言
保温，是指为减少保温对象的内部热源向外部传递热量而采取的一种工艺措施。显然，对管道进行保温主要目的是减少热损失，节约电能或燃料。近年来由于电价的调整，热价大幅上升，热力管道散热所造成的经济损失也随着大幅上升，所以保温设计的好坏对企业能耗及经济效益有不可忽略的影响。
2、保温材料、保温层厚度和保温结构的选择
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表 1 常用保温材料的主要性能
根据《供暖通风设计手册》以及厂家产品情况，当选用玻璃纤维棉作保温材料时，保温层厚度可选用25mm。由于采用玻璃纤维棉作保温材料，为了便于管道拆卸维修，以及玻璃纤维棉的重复利用，保温结构采用铝箔作为保护层的保温结构。
3、经济效益计算
3.1理论经济效益计算
3.1.1管道规格
管道外径57mm，周长=3.14×57=178.98mm；保温层厚25mm，外周长=3.14×（57+25）=257.48mm；每台设备管道长为26m，则每台设备管道总面积=3.14×0.057×26=4.65m2。
3.1.2保温材料的安装方法及单价
（1）安装方法
用铝箔胶粘带把玻璃纤维棉固定（玻璃纤维棉刚好包裹管道一圈）在管道上。（2）管道单位面积需要投入保温费用计算玻璃纤维棉密度180kg/m3；玻璃纤维棉单价14元/kg；铝箔胶粘带5.5元/m2；人工安装费用31元/m2；1m2管道需要玻璃纤维棉质量0.025×1×180=4.5kg；1m2管道需要铝箔胶粘带面积（57+25）÷57=1.44m2；
因此，单位面积单价为14×4.5+5.5×1.44+31≈102元/m2。
3.1.3管道保温投入总费用合计
每台设备保温材料投入费用为102元/m2×4.65m2=474.3元；总共有7台设备需要保温，总投入费用为474.3元×7=3320.1元。
3.1.4热量损失计算
（1）安装保温层后的热量损失计算保温管道热损失计算公式为Qs=2π·λ（Tj－T0）/ln［（d+2δ）/d］。式中：Qs为每米管道实际散热量，W/m；Tj为介质维持温度，解吸电积设备温度维持在145℃左右；T0为环境温度，冬天室内平均温度10℃；λ为保温材料导热系数，145℃时玻璃纤维棉λ=0.0548W/（mK）；d为管道外径，57mm；δ为保温层厚度，25mm。经过上述公式计算得出：Qs=74W/m。
（2）没有安装保温层时的热量损失计算
热水管道热损失公式为Q=AKΔtβ。
式中：Q为管段热损失，W/m；A为每米管道的面积，m2/m；K为无保温管段传热系数，取K=15.2W/（m2k）；Δt为管道内热媒平均温度与室内温度之差，℃；β为修正系数1.25。则Q=3.14×0.057×15.2×（145－10）×1.25≈459W/m；即没有安装保温层时，每米管道热量损失为459W/m。
3.1.5节省的电能消耗量计算
通过以上计算得出：加保温层后每小时可减少热量损失
ΔQ=459－74=385W/m
热量损失减少率为：385÷459×100%=84%。以每台设备管道总长为26m计算，则单位时间内可减少热量损失：Q=26m×385W/m=10010W；每小时省电：10010÷1000=10.01kWh。即理论上每台设备每小时可节省10.01kWh电耗。由于解吸电积设备运行与停机时都是处于保温状态，所以保温时间以24h计算，则每塔次可节省电耗10.01×24≈240.2kWh。
3.2工业使用后的实际经济效益
以2012年11月份H号设备为例，保温前与保温后的电耗参数如表2所示。
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表 2 保温前与保温后电耗参数
实际节省的电耗计算如下：
开机升温节省电耗（5.67－5）×121.5=81.4kWh；
维持温度时节省电耗（36－27）×18=162kWh；
解吸一塔节省电耗81.4+162=243.4kWh。
因此，实际节省的电耗与理论节省的电耗是一致的。按每天解吸5.5塔次，全年生产340天，工业用电价格平均为0.68元/kWh计算，则全年可节省电耗费用为243.4×5.5×340×6.8≈31万元。
4、保温材料的发展趋势
4.1憎水性是保温材料的重要发展方向
材料的吸水率是选用保温材料时应该考虑的一个重要因素，常温下水的导热系数是空气的23.1倍。保温材料吸水后不但会大大降低其保温性能，而且会加速对金属的腐蚀，是十分有害的。目前大多数保温材料均不憎水，吸水率高，这样一来对外保护层的防水要求就十分严格，增加了保护层的费用。
“憎水性”广义上是指制品抵抗环境中水分对其主要性能产生不良影响的能力。目前改性有机硅类憎水剂是保温材料通用的一种高效憎水剂，它的憎水机理是利用有机硅化合物与无机硅酸盐材料之间较强的亲和力，来有效的改变硅酸盐材料的表面特性，使之达到憎水效果。它具有稳定性好、成本低、施工工艺简单等特点。例如：纤维类保温材料，如岩棉制品、玻璃棉制品等，基本均不憎水，但经憎水处理后，其憎水率可高达90%甚至更高。普通泡沫石棉制品不憎水，但经处理后，可以制成弹性憎水泡沫石棉制品，使用效果较普通石棉好得多。因此，提高保温材料的憎水性，降低吸水率是各类保温材料的主要发展方向之一。
4.2纳米孔绝热材料
导热系数是衡量保温材料性能优劣的主要指标。大部分保温材料的传热主要由以下4项组成：（1）气体分子的热传导；（2）气体的对流传导；（3）固体材料的热传导；（4）红外辐射传导。为降低保温材料的导热系数，需要从以上4个方面对材料进行改善。近期在研制的纳米孔硅质保温材料独特的结构和性能使其组成表观导热系数的4个分项导热系数均降到了很低的水平。因此纳米孔硅质保温材料在其使用温度范围（-190～1050℃）内具有优异的保温性能。
4.3石棉代用品的开发和应用
石棉曾由于成本低被广泛应用。近几年来，由于在低容重下粉尘飞扬严重危及环境，因而用量逐年减少。同时，石棉制品本身在强度、使用寿命和尺寸稳定性方面也存在不少缺陷。由此看来，石棉代用品的开发和应用势在必行。目前各国都在积极寻求石棉代用品，而最近市场上出现的一种名为“派斯萨莫”的新型耐热材料，由于完全不使用石棉而倍受关注。
5、总结
综上所述，选择玻璃纤维棉作为载金炭解吸电积设备高温管道的保温材料是成功的，玻璃纤维棉具有投入成本低、保温效果好等优点。管道经过保温后减少热量损失84%，全年可节约电耗费用约31万元。因此，该保温材料的应用具有一定的经济效益和环境效益。
参考文献
［1］菘杰光，刘勇华等.国内外绝热保温材料的研究现状分析及发展趋势［J］．材料导报，2010，24（15）：379－380.
［2］李文红，李中良.浅谈用于管道工程的新型保温材料［J］．中州煤炭，2009，（6）：50－51.
论文作者:杨中敏,李惠
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/14
标签：保温材料论文; 管道论文; 电耗论文; 玻璃纤维论文; 损失论文; 热量论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2018年第25期论文;