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鋼套鋼蒸汽管道隔熱環(huán)絕熱材料的選用分析

據(jù)記載顯示，直埋蒸汽保溫管道在我國已經(jīng)應(yīng)用了二十多年，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各種基礎(chǔ)建設(shè)也越來越多，直埋蒸汽管道的投資范圍也越來越廣泛。與此同時，隨著直埋蒸汽管道的技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，對絕熱材料的技術(shù)要求也越來越高。本文分析了有關(guān)直埋蒸汽管道隔熱環(huán)絕熱材料的選用，首先介紹了隔熱環(huán)的設(shè)置、作用和技術(shù)要求，其中具體介紹了隔熱環(huán)的五個方面的技術(shù)要求；其次對隔熱環(huán)絕熱材料的選用進(jìn)行了分析比較，并分別介紹了耐高溫隔熱鋼、石棉橡膠、納米絕熱材料和普通石棉板這四種絕熱材料的性能和優(yōu)缺點。

   1 有關(guān)隔熱環(huán)的相關(guān)特點

   1.1 設(shè)置和作用 直埋蒸汽管道有一個非常重要的組件，即隔熱環(huán)，其性能與蒸汽管的使用壽命有著重要的關(guān)聯(lián)。隔熱環(huán)有幾種不同的類型，主要包括墊片型和半環(huán)型，前者是在應(yīng)用于固定支架上，后者則是滑動支架。之所以在滑動支架和固定支架中安裝一個重要的隔熱環(huán)，是因為想要避免鋼管的使用壽命受到影響，如果不裝隔熱環(huán)，就會形成熱通道，使得外套鋼管因溫度過高而過度膨脹，并且還會使防腐層受到影響。

   關(guān)于隔熱環(huán)的作用，主要包括支撐和隔熱兩個方面。在滑動支架和鋼管之間安裝一個半環(huán)型的隔熱環(huán)，能夠有效的進(jìn)行隔熱，同時該隔熱環(huán)有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，能夠在多重的重壓下仍舊不會變形。這樣一來，便可以使得鋼管正常的工作而不會產(chǎn)生鋼管移位等問題。而墊片型的隔熱環(huán)則擁有更強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，以便承受較大的反彈力和內(nèi)推力，反彈力是因為鋼管工作中由于補償器受到熱膨脹而產(chǎn)生的，而內(nèi)推力則是由于管道內(nèi)壓而形成的。

   1.2 技術(shù)要求 隔熱環(huán)是直埋蒸汽管道的重要組成部分，而隔熱環(huán)本身也有兩個重要的指標(biāo)，就是其熱導(dǎo)率和抗壓強(qiáng)度。一方面隔熱環(huán)的熱導(dǎo)率影響著管道的外防腐層的使用壽命，同時也與管道的保溫效果有著重要關(guān)系；另一方面，在管道運行時對隔熱環(huán)的抗壓強(qiáng)度也有較高要求，影響著蒸汽管道的正常工作。此外，隔熱環(huán)還應(yīng)該具備一定的防水性，這樣可以避免在保溫層進(jìn)水后對隔熱環(huán)的工作性能產(chǎn)生影響，而且當(dāng)隔熱環(huán)在吸水后其氯離子的滲出應(yīng)該在一定標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，這樣可以避免蒸汽管道被腐蝕。在通過分析和論證之后可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于抗壓強(qiáng)度的技術(shù)要求，半環(huán)型隔熱環(huán)是大于或等于2Mpa即可，而墊片型隔熱環(huán)則是大于或等于5Mpa。關(guān)于熱導(dǎo)率的要求是越低就越好。由于管道在運行過程中的介質(zhì)溫度有時可能會達(dá)到350℃，所以隔熱環(huán)也必須具有350℃以上的長期耐溫能力。

  鋼套鋼蒸汽管道隔熱環(huán)絕熱材料的選用分析

 具體來說，隔熱環(huán)的技術(shù)要求包括以下幾個方面：

   ①抗水性。所謂抗水性就是需要隔熱環(huán)能夠有憎水的性能，或者是材料不會汲水，對于那些容易進(jìn)水而且又容易瀝水的材料，現(xiàn)在很難滿足直埋蒸汽管道的需求。因為材料一旦進(jìn)水后，其導(dǎo)熱率會大大增加，從而使得界面溫度發(fā)生巨變，導(dǎo)致原本設(shè)計好的保溫結(jié)構(gòu)遭到破壞，無法正常的工作。

   ②絕熱性。所謂絕熱性是指對隔熱環(huán)的的導(dǎo)熱性能有所要求，要求材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小越好，當(dāng)其導(dǎo)熱系數(shù)太高時，就會需要增加材料的外層的厚度，這樣不但會影響防腐層的功能還會加大成本的支出。

   ③工藝性能。對于隔熱環(huán)中的絕熱材料來說，生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，質(zhì)量無法得到保證，同時在運輸途中或者是安裝的時候，容易出現(xiàn)碰撞，在外部受損后如果沒有得到修復(fù)就會形成潛在的隱患。因此，對絕熱材料的工藝性能也有一定要求。

   ④材料的使用壽命。對于絕熱材料一般要求其能夠耐高溫，盡管一些材料能夠耐高溫，但是其持久性卻有所欠缺。往往這些絕熱材料能夠在短時間內(nèi)耐受高溫，但時間一長其性能就大大降低，一些材料會出現(xiàn)破裂或是粉化的現(xiàn)象，一些材料會因為粘接劑失去功效而導(dǎo)致保溫結(jié)構(gòu)遭到破壞的現(xiàn)象。這些都表明材料的耐溫持久性較差，材料的使用壽命不能達(dá)到要求。

   ⑤抗事故性能。一般由于一項工程的完成需要較長的時間，在此期間管道的保護(hù)層可能會遭到損壞，同時會有安裝時遭遇雷雨天氣、地下水出現(xiàn)滲透、內(nèi)管出現(xiàn)漏氣等各種事故，這時就要求絕熱材料能夠具有相應(yīng)的抗事故能力，那么就不會在發(fā)現(xiàn)事故時出現(xiàn)工程全線崩潰的現(xiàn)象。

    2 隔熱環(huán)絕熱材料選用的分析比較

   對于絕熱材料的選用，應(yīng)該根據(jù)具體的材料性能和隔熱環(huán)的技術(shù)要求來選擇，現(xiàn)在絕熱材料有很多不同的種類。所謂絕熱材料是指在常溫下熱導(dǎo)率小于0.3W/（m·K）的材料，所以那些大于或等于該標(biāo)準(zhǔn)的材料就不能選用。在比較各種材料的絕熱性的時候，應(yīng)該在抗壓強(qiáng)度和溫度相同的情況下進(jìn)行比較，否則，就沒有任何意義。盡管現(xiàn)在的絕熱材料種類很多，但是目前主要采用的幾種分別是：耐高溫隔熱鋼、石棉橡膠、納米絕熱材料和普通石棉板。

        2.1 普通石棉板 對于普通石棉板，這種絕熱材料屬于板材，所以包裹在管道上面的時候很難成型，而且很難與管道貼合在一起，此外還比較容易折斷。所以這種絕熱材料的絕熱效果較差，還會影響滑動支架的牢固性，缺乏較強(qiáng)的支撐能力。這種絕熱材料在前些年的應(yīng)用較廣，后來由于其較差的絕熱性，使得外鋼管在工作中容易溫度過高，支架松動的現(xiàn)象時有發(fā)生，后來其應(yīng)用逐漸減少。不過，其價格較為便宜，所以仍舊有一些地方采用這種絕熱材料，比如一些較小的生產(chǎn)直埋蒸汽管道的企業(yè)。

        2.2 石棉橡膠 石棉橡膠不同于普通石棉板，它普遍應(yīng)用于當(dāng)前的直埋蒸汽管道行業(yè)領(lǐng)域中，它是利用石棉板和橡膠相結(jié)合，橡膠是能夠耐高溫的，而石棉板則是能耐高強(qiáng)度的。在橡膠中添加云母，可以提高橡膠的耐熱性和相應(yīng)的絕熱性能。目前很多大城市的工程項目采用的絕熱材料都是石棉橡膠。當(dāng)然，這種材料也具有其相應(yīng)的優(yōu)點和缺點。關(guān)于石棉橡膠的優(yōu)點，主要包括成型好，有較強(qiáng)的耐壓強(qiáng)度，制作較為簡單等；而關(guān)于石棉橡膠的缺點，包括石棉不太環(huán)保，含有致癌的物質(zhì)。此外，由于石棉導(dǎo)熱率較大，所以在制作隔熱環(huán)的時候必須增加其厚度，這樣便會使得成本付出有所增加。由于橡膠和石棉板是分別比較耐高溫和高強(qiáng)度的，因此它們的價格也比較昂貴。這樣一來隔熱環(huán)的整體造價就比較高。直埋蒸汽管道的使用年限要求是二十五到三十年，但是由于橡膠具有耐高溫卻容易老化的缺陷，目前還不能確定是否能夠達(dá)到該使用標(biāo)準(zhǔn)。

        2.3 耐高溫隔熱鋼 耐高溫隔熱鋼是一種升級換代產(chǎn)品，它是針對石棉橡膠而研發(fā)的。原材料主要是鎂化合物，是幾種材料相互粘合而制成的一種層狀結(jié)構(gòu)的材料，由內(nèi)而外分別是硅酸鋁毯、復(fù)合隔熱鋼、玻璃纖維帶。其中中間層是由多種材料復(fù)合并采用模具澆注而成。這種材料的絕熱效果比較好，目前在很多城市的工程中得到了應(yīng)用。對于耐高溫隔熱鋼的優(yōu)缺點主要有以下幾點，優(yōu)點包括能抗老化從而使用壽命較長，有較好的隔熱效果和抗壓效果，還比較環(huán)保；缺點在于復(fù)合隔熱鋼的生產(chǎn)較為復(fù)雜，由模具澆注制成，需要花費較長的時間才能完成，而且還需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以保證其物理性能能夠達(dá)標(biāo)。

        2.4 納米絕熱材料 納米絕熱材料是一種絕熱性較好的材料，其自身的納米填料熱導(dǎo)率較小，另外導(dǎo)熱的納米顆粒面積比較小，所以總體的絕緣效果非常好。納米孔硅微粉是一種多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)超微細(xì)而且細(xì)密，使得氣體不易流動，也就能夠具有較低的熱導(dǎo)率。

        根據(jù)傳熱學(xué)的知識可以知道，介質(zhì)的尺度小到微納米級的時候，導(dǎo)熱體就會轉(zhuǎn)換成絕熱體，由于在孔隙之中，氣體是靜止的狀態(tài)，不能進(jìn)行布朗運動，也無法進(jìn)行導(dǎo)熱。幾乎所有的氣體分子都附在孔壁上，即使會有個別分子進(jìn)行運動也會因與孔壁發(fā)生碰撞使得熱能量減少，同時孔壁為絕熱材料，導(dǎo)熱性非常低。納米孔硅微粉的孔隙較小，能夠?qū)怏w分子的運動起到阻礙作用。

        盡管納米絕熱材料是較新研制的絕熱材料，具有隔熱效果好的優(yōu)勢，然而在目前的直埋蒸汽管道生產(chǎn)中還沒有應(yīng)用這種材料，主要是這種材料的價格相當(dāng)?shù)母甙?，剛開始時沒有廠家選擇這種隔熱環(huán)絕熱材料進(jìn)行生產(chǎn)。對于這種材料的優(yōu)缺點主要包括以下幾方面，優(yōu)點包括有良好的絕熱效果，能夠耐高溫；缺點在于生產(chǎn)工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，需要花費時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，同時，高強(qiáng)度的納米絕熱材料的價格也是非常之貴。

        3 絕熱試驗

        對于以上四種絕熱材料，采取絕熱實驗，試樣的長度為80cm，寬度為40cm，高度為40cm，把這幾種材料放在溫度為21-25℃，相對濕度為45%-55%的條件下，持續(xù)大約二十四個小時。然后把這四種絕熱材料放在平板加熱器上面，設(shè)定加熱溫度為350℃，直到溫度達(dá)到350℃之后再繼續(xù)加熱三個小時，后測量四個樣品材料的冷面溫度。根據(jù)實驗測得數(shù)據(jù)如下：普通石棉板的冷面溫度是140℃，石棉橡膠的冷面溫度是110℃、耐高溫隔熱鋼的冷面溫度是100℃，納米絕熱材料的冷面溫度是70℃?？梢钥闯?，納米材料的絕熱性是這幾種絕熱材料中較好的。

        4 結(jié)語

        在以上幾種絕熱材料中，納米絕熱材料的性能無疑是較好的，無論是耐溫性能、抗壓強(qiáng)性能還是綜合的使用壽命，它都是制作隔熱環(huán)較好的選擇，然而高昂的造價卻是不得不考慮的問題。隨著我國絕熱材料的技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，在市場中已經(jīng)形成了生產(chǎn)規(guī)?；⑿阅茉絹碓胶?、成本越來越低的狀況，無論是性能相對較落后的石棉橡膠、還是發(fā)展前景更好的納米絕熱材料，企業(yè)在選擇時都應(yīng)該根據(jù)市場的實際情況，選擇性價比更好的絕熱材料來使用?？傊?，絕熱材料是制作隔熱環(huán)的總要材料，而隔熱環(huán)是直埋蒸汽管道非常重要的組件，所以選擇好的絕熱材料是工程實施的重要環(huán)節(jié)。