摘要：本文主要介绍了核电站金属反射型保温层的保温原理和结构特点，对保温层内的三种保温形式做了概述，分析了核电站金属反射型保温层的功能和特殊要求。
关键词：核电站；金属反射型；保温层
1引言
金属反射型保温层有如下优点：（1）耐辐照：经长期的核辐射不会变成粉末，不会污染周围环境，不会产生固体废物；（2）耐腐蚀：保温材料选用不锈钢制作而成，对酸碱溶液具有很强的耐蚀性，并可以在较高的温度下长期使用；（3）抗变形性能好，有一定的结构强度；（4）易清洗：由于外壳是不锈钢材料，玷污的物质可以用水洗掉；（5）易拆装：保温层由多个金属反射式保温盒组成，通常用卡扣等进行块状拼装，方便拆装，便于在役检查和设备的检修。[1]
2金属反射型保温层的隔热保温原理
金属反射型保温层与热源相隔一定空间，传热过程有三种基本方式：辐射，对流和导热。而金属反射型保温层的隔热作用就在于阻止和减少这三种基本方式的热量传递。
反应堆压力容器金属反射型保温层是由多种金属反射型保温块组合而成的，单个保温块由两部分组成：外面是金属壳体，内有多层呈一定形状的金属箔充填而成，它的基本隔热原理是利用金属壳体（热面）及金属箔的反射作用将来自压力容器的辐射热多次反射以减少辐射传热；利用被分割的空腔减少保温层内空气的对流，从而减少对流传热；在结构设计上尽可能延长热的传递路线以增加金属传导的热阻，达到缓慢向外传热的目的。[2]
2.1辐射传热
从热传递的角度出发，辐射传热（热辐射）是指物体因热的原因以电磁波的形式向外辐射热量的过程。这种过程伴随着能量形式的转换，即从热能转换为辐射能，再转换为热能；还伴随着辐射能的吸收、反射和穿透。
在两个温度不等的物体（灰体）热辐射能量的传递过程中，这种过程同时存在着相互辐射能量和相互吸收能量的过程。高温物体向低温物体辐射，此间辐射多于吸收；而低温物体也向高温物体辐射，每次是辐射少于吸收，结果是高温物体向低温物体转移了热量。
在任何情况下，投向物体表面的辐射力可被物体反射、吸收或穿透。可用下式表示：
α+ρ+τ=1
式中：α——吸收率 ρ——反射率 τ——穿透率
一般固体穿透率为0，所以α+ρ=1，可见吸收率大的物体其反射律小；反之吸收率小的物体则反射率大。工程上使用的金属反射型保温材料，要求能把热辐射来的能量尽可能多的反射回去，以提高隔热效果。因此要选取吸收率小，反射率大的镜面材料作为基本组成单元的。
2.2对流传热
对流传热是指空气在空腔内各部分发生相对位移而引起热量的传递，同时伴随着空气本身的导热作用。其传热过程是空气的对流与导热联合作用的结果。因为空气对流传热要比空气的导热大很多，所以要在结构设计上使金属箔之间的空腔尽可能减少空气的对流传热。
2.3传导传热
金属反射型保温层的传导传热是指热能（主要由辐射热转换而来）由金属直接向外传递能量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其导热量可由下式估算：
Q= kcal/h
式中：λ——金属箔的导热系数kcal/m•h•K
F——金属箔之间的接触面积m2
Δt——温差 K
L——热量传递路线的长度m
由以上公式可见，当λ与Δt一定时，金属箔之间以及金属箔与外壳板之间接触面积F越小，并且他们之间向外传热路线L越长，则其接触传导的热量损失越小，因此金属之间的接触面积和延长向外传热路线作是为金属保温层结构设计的基本原则之一。
3结构与性能
AP1000核电站金属反射型保温层为封闭式的光亮镜面反射型金属保温块结构，其外壳由不锈钢内面板、外面板、端板和环板组成，内部为整齐层叠的不锈钢金属箔。不锈钢金属箔重叠组合起来具有多层气隙结构的保温制品，它是利用金属箔的反射特性使其辐射热在空隙中被多次反射以减少辐射传热，利用空隙给对流造成热阻而起保温作用的。在有热源的情况下，反射型保温结构同时发生着辐射、对流和传导三种基本传热方式。利用金属的反射特性进行保温是很有效的，例如在空气夹层的平壁中平行放置铝箔进行试验。
由前述传热分析可见，要使金属反射型保温结构有较好的保温性能，必须具备三个基本条件：（1）高反射、低辐射率的组合材料；（2）对流传热极小的空腔层距；（3）热传导极小的组合结构。
金属反射型保温结构一般有两种基本结构形式：一是压纹箔式，它是在金属板之间重叠多层压成波纹的金属箔而组成；另一种是平行板式，它是在金属板之间把平行板的金属箔按等距离的方式排列，层与层之间用导热系数小的多块衬垫把金属箔分隔开而组成的。近年又发展了一种突起式，它是在金属板之间重叠多层压制成突起样式的金属箔组成的，金属反射型保温结构的内板是厚度为0.6~1.0mm的抛光不锈钢板，其作用是反射从热源来的辐射热和维持一定的机械强度。外板的材料、厚度和作用均与内板相同。金属箔反射板在内板和外板之间，它的厚度为0.05~0.1mm的抛光不锈钢箔或铝箔，其主要作用是反射辐射热以减少热量的传出。一般平行板式的金属箔的厚度比压纹箔式的厚。侧板和端面板同内板和外板一样使用0.6~1.0mm厚度的不锈钢板，其作用是保持内板和外板之间的距离（保温结构厚度）和一定的机械强度。为了增加热阻，侧板和端面板可制成幅条形或冲孔形的样式。内、外板与侧板和端面板之间用点焊或铆钉连接。
无论以上哪一种结构形式，用于核电站保温的反射型保温结构全部用不锈钢材料组成。反射型保温制品既能制成板状的，也能制成适用于直管、弯管接头、T形管接头和阀、泵、压力容器及其它场合下使用的形状。
AP1000核电站安全壳内的设备与管道大部分采用奥氏体不锈钢制造，保温材料对奥氏体不锈钢应力腐蚀问题，是核电保温材料选用的首要问题。采用金属反射式保温，在保温筒与管道外壁之间留有空气层的结构形式，可以避免应力腐蚀问题，如图5所示。
保温筒的内外壳为厚1mm的金属薄板，里面为厚0.05mm波纹状金属箔，如图6所示。为减少管壳接缝部位的导热，将管壳所有侧面及短头开出一些小孔，并将夹层板做成辐条状，以消除管壳及管壳之间产生面接触的可能。考虑管道的制造公差、焊缝堆层及热膨胀，而在金属保温内壳与管道壁面之间装置Z形弹性衬垫，留出13mm高的空气间隙，同时每个保温筒都带有把手，安装、拆卸都很方便，环向对缝和轴向对缝分别采用带搭扣的箍带和活动搭扣进行固定。
4结论
综上所述，金属反射型保温层具有优良的保温性能，由于它具有的独特优点，在国内外正广泛地用于商业核电站和工业管道的保温。在AP1000核电站中对金属反射型保温层的需求量会很多，因此对于金属反射型保温层的研制、应用和推广是十分必要的。
参考文献：
[1]林诚格 非能动安全先进核电厂AP1000 [M] 北京 原子能出版社 2008
[2]冉崇富 反射型保温结构 《核动力工程》北京 原子能出版社 2002
[3]吴川林 金属反射型保温材料的性能与应用 《节能技术》哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2005
作者简介：
徐淼，，男，1983年7月生，黑龙江人，毕业于大连理工大学工程热物理专业，研究生学历，硕士学位，中级工程师，现主要从事核岛内机械设备及模块采购技术工作。
论文作者:徐淼
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：金属论文; 反射论文; 结构论文; 保温层论文; 物体论文; 核电站论文; 空气论文; 《电力设备》2019年第2期论文;