保温节能技术.ppt

保温节能技术 隔热保温与节能隔热保温的目的保温材料管道保温计算隔热保温技术的进展 主要内容 1 保温 为减少设备 管道及其附件向周围环境散热 在其外表面采取的增设保温层的措施 或 对常温以上至1000 以下的设备或管道 进行外保护或涂装以减少散热或降低其表面温度为目的的措施 2 保冷 为防止或减少周围环境中的热量传入低温设备和管道内部 及防止低温设备和管道外壁表面结露而采取的低温绝热措施 或 对常温以下的设备或管道进行保护或涂装以减少外部热量向内部的侵入 并使表面温度保持在露点以上 不使外表面结露为目的而采取的措施 对0 以上 常温下的设备或管道 为防止其表面结露而采取的措施 保温和保冷的定义 1 隔热保温与节能 以蒸汽管网的隔热保温为例 我国蒸汽管网系统的年耗煤量达 亿吨标准煤 约占全国燃煤总耗量的 整个系统的热能利用率低 每年由此而浪费的煤资源高达 万吨标准煤 即相当于蒸汽系统总能耗的 以上 除了蒸汽泄漏 凝结水回收方面存在的问题外 管道保温不善也是耗能大的主要原因 例如一根长为1 直径219mm的蒸汽管道 如果不隔热 每年损失可达 标煤 一个不隔热的0 1524 的低压蒸汽阀门 一年的热损失相当于4 标煤的能量 一个直径为529 的裸露法兰 一年将损失10 以上标煤的能量 1 隔热保温与节能 表1 每米长裸露与保温管道散热损失比较 保温保冷与节能的关系 表2 每米裸露阀门与保温阀门散热损失比较 表3 每对裸露法兰与保温法兰散热损失比较 2 保温与保冷的目的 1 减少设备 管道及其附件在工作过程中的散热损失 节约能量 注意 以减少散热损失 节约燃料为目的时 经济性是首先考虑的问题 2 满足用户工艺过程的要求 保温设计首先应当满足工艺上的要求 如通过热力管网送至某用户的蒸汽温度和压力 不能低于工艺流程所要求的给定值 其次才考虑经济性 热用户工艺方面很多 a 化学燃烧反应的废气中含有腐蚀性物质 废气的沸点要比环境空气高得多 例如 b 防止外壁温度低于周围环境温度的设备和管道外表面结露而破坏保冷结构 以延长保冷结构的使用寿命 3 满足一定的劳动卫生条件 保证人员安全 对于热设备和管道 改善劳动条件 防止因热表面导致火灾和防止操作人员烫伤 保温的目的是使热设备或管道的表面温度不超过某一温度 a 对于供热管道当外表面包上金属皮时 通常为55 当外表面为非金属材料时保温层为60 例如 b 空分行业 由于液氮液氧的温度很低 与之接触也会引起严重的冻伤 因此对低温设备和管道进行保温设计时也应考虑人员安全的因素 3 保温材料 习惯上把导热系数小的材料称为保温材料 又称隔热材料或绝热材料 为了是保温材料能够长期可靠使用 在保温层的外面加一层防护层 保温材料 以减少热量损失为目的 在平均温度等于或小于623K 350 时 其导热系数不得大于0 12w m k并有明确的随温度变化的导热系数方程式或图表的材料称为保温材料 保冷材料 以减少冷量损失为目的 在平均温度小于300K 27 时 导热系数值不得大于0 064w m k并有明确的随温度变化的导热系数方程式或图表的材料 称为保冷材料 3 1定义 3 2对保温材料的要求 1 保温性能好 导热系数小 空气含量多 静止空气的导热系数很低 约为0 025W m k 保温材料的导热系数还与温度和湿度有关 水份增加 导热系数也增高 温度增高 导热系数成直线地增加 2 耐温性好 性能稳定 能长期使用 不同的保温材料有不同的使用温度范围 3 容重小 一般不宜超过600kg m3 容重小 不但导热系数低 而且可以减轻保温管道的支架 4 有一定的机械强度 能满足施工的要求 一般其抗压强度应 0 3MPa 5 无毒 对金属无腐蚀作用 6 可燃物和水分含量极少 易于加工成型 7 价格便宜 常用保温材料的热物理性能 3 3常用保温材料的热物理性质 常用保温材料的热物理性能 密度 容重 一般规定 保温材料的密度是材料试样在110 时经烘干呈松散状态的单位体积的重量 玻璃棉和岩棉的密度约为60 100kg m3时 其导热系数最小 生产密度 保温材料厂在一定生产工艺和检验方法下所确定的出厂产品密度 即称为生产密度 使用密度 材料在使用状态下的实际密度叫作使用密度 最佳密度 材料在该密度下具有较小的导热系数 较高的机械强度 弹性恢复和抗震性能 在包装运输 安装过程中材料的外形 厚度稳定性等性能 该密度为最佳密度 岩棉制品最佳密度为90 150kg m3 一般用于保温的绝热材料及其制品 其容重不得大于600kg m3 用于保冷的绝热材料及其制品 其容重不得大于220kg m3 3 4保温与保冷材料的基本性能 气孔率保温材料一般为多孔性材料 用来衡量材料体积被气体充实程度的指标成为气孔率或孔隙率 吸水率 吸湿率 含水率吸水率 表示材料对水的吸收能力 吸湿率 材料从环境空气中吸收水蒸气的能力含水率 一般材料吸收外来的水分或湿气的性质一般纤维状保温材料 当含水率达10 15 其导热系数主值增加约13 22 材料吸附水分后 材料气孔被水占据了相应的空气位置 常温下水的导热系数约为空气的25倍 而且水在蒸发时要吸收大量热量 因此材料的导热系数就大大增加 这也是保温材料要妥善保管 不能被雨淋的主要原因 抗压强度材料受到压缩力作用而破坏时每单位原始横截面积上的最大压力荷载 抗折强度材料受到使其弯曲荷载作用下破坏时 单位面积上所受的力 导热系数它与材料的密度 含水率 内部结构形式密切相关 导热系数是保温材料最重要的性能之一 它不是独立存在的 物性 而是说明材料 输运特性 即在能量运输 传递 过程中才能显示的特性 PH值由于保温材料的化学成分不纯 并且大多数材料具有一定的吸水性 都能对金属产生腐蚀 要求保温材料必须属于中性或PH值不小于7 8 不得含有可溶性氯化物 硫氧化物的含量不允许大于0 06 卤族元素用于奥氏体不锈钢设备和管道及其组成件上的保温层材料 制品中所含卤族元素量 必须严格控制 勿使产生应力腐蚀 一般规定氯离子含量不得大于25ppm 3 5对防护层的要求 为了长期可靠 保温层外面通常要加一层防护层 对防护层的要求 好的防水性能 耐压强度好 一般不低于 不易燃烧 时的导热系数不超过 在温度变化或振动的情况下 不易开裂或脱皮 含可燃物或有机物极少 一般应不大于10 外保护层材料应具有的主要技术性能防止外力损坏绝热层防止雨水的侵袭对保冷结构尚有防潮隔汽的作用美化结构的外观 因此 保护层应具有严密的防水 防湿性能 良好的化学稳定性和不燃性 强度高 不易开裂 不易老化等性能 常用保护层材料对软质 半硬质材料的绝热层 保护层宜选用0 5mm镀锌或不镀锌薄钢板 对硬质材料绝热层宜选用0 5 0 8mm合金铝或铝 用于火灾危险性不属于甲 乙 丙类生产装置或设备以及不划爆炸危险区域的非燃烧性介质的公用工程管道的绝热层材料可用0 5 0 8mm阻燃型带铝箔玻璃钢板 防潮层材料应具有的主要技术性能抗蒸汽渗透性好 防潮 吸水率不大于1 应具有阻燃性 自熄性 粘结及密封性能好 20 时粘结强度不低于0 15mpa 安全使用温度范围大 有一定的耐火性 软化温度不低于65 夏季不软化 不起泡 不流淌 有一定的抗冻性 冬季不脆化 不开裂 不脱落 化学稳定性好 挥发物不大于30 干燥时间短 在常温下能使用 施工方便 常用的防潮材料防潮层材料除应具有规定的技术性能外 还应不腐蚀绝热层和保护层 也不应与绝热层产生化学反应 一般选择下述材料 石油沥青或改质沥青玻璃布石油沥青玛蹄脂玻璃布油毡玻璃布聚乙烯薄膜复合铝箔CPU 一种聚氨酯橡胶体 新型防水防腐敷面材料 用作设备和管道的防潮层或保护层 埋地管道的防腐层 4 管道保温计算 管道保温计算有两个目的 一是计算所需保温材料的厚度 二是计算每米长管道的热损失或核算保温材料的外表面温度 以一层保温材料为例 其厚度为 管子内直径为 1 外直径为 2 管内热介质的温度为tf1 周围环境的温度为tf2 假设管内壁的温度为tw1 管外壁的温度为tw2曲保温层外表面的温度为tw 环境的温度为ts 该图还给出了这一系统的串联热阻图 4 1架空管道 1 计算保温管道各个热阻的值 假设管道各部分的分热阻为Ri 则通过每米管道的径向总热损失 包括管道附件的热损失 为 热阻计算 热介质与管内壁之间的对流换热热阻R1 管壁热阻R2 保温层热阻R3 保温层外表面对周围环境的对流热阻R4 保温层外表面对天空的辐射热阻R5 保温材料的导热系数 i与温度有关 大多数情况下 i与温度成性关系 即 如采用多层保温材料 则保温层的热阻R3应为各层保温材料的热阻之和 注意 2 热阻简化 包上保温材料后 管内对流换热的热阻R1和金属管壁的的导热热阻R2 相对于R3 R4和R5而言常小到可以忽略不计 这样保温层内表面的温度tw2就可以近似认为等于热介质的温度tf1 一般保温层外表面的温度均不高 这时保温层外表面的对流换热系数 2和辐射换热系数 3之和 级保温层外表面的总换热系数 可以用下面的简化公式计算 室外管道 式中 w为风速 m s 室内管道 室外管道 式中 w为风速 m s 室内管道 由于采用总换热系数 R4和R5可以合并为R6 即 由此得到简化公式 或 3 容许热损失的确定 为满足工艺要求的容许热损失 一般需要计算 对于其他情况 容许热损失可参照表5 6和表5 7 4 保温厚度的计算方法 根据表5 6和表5 7确定出容许的热损失QL 保温材料传热系数 室外管道 式中 w为风速 m s 室内管道 根据算出或选定的容许热损失QL 设定一保温层的外表面温度tw 根据假定的tw 有基本公式算出所需的保温层的厚度 根据 再有基本公式核算处保温层的外表面温度tw 若tw与tw 相差很小 则算出的 即为所求的保温层厚度 若相差很大 则必须重新设定tw 进行计算 直至符合要求 5 经济厚度 保温层的经济厚度如图5 20 0在这个厚度下 年总费用最低 每年每米管道的投资 运行和维护的总费用C为Q为每米管道的热损失 b为热量价格 P为保温结构的年折旧率 c0为每米管道保温材料的投资费 V为每米管道保温层体积 cb为每米管道防护层的投资费 F为每米管道防护层面积 上式与防护层厚度有关 对上式求导并令其等于零 即可求的最经济厚度 但是工程应用中常用以下公式计算经济厚度 4 2无沟埋设的管道 对于直接埋于土壤中的管道 在计算热损失时 除了保温层的热阻外 还要考虑土壤的热阻Rt t 为土壤导热系数 h 为埋设深度 级管道中心线到地表面的距离 dz 为与干土壤接触的管道外表面的直径 根据传热学理论 土壤热阻可用下式计算 当h dx 1 25 土壤热阻可简化成为 无沟埋设保温管道热损失为 t0 为土壤平均温度 4 3地沟中铺设的管道 地沟敷设造价高 检修维护方便 将管道置于沟内 再盖上盖板 盖板是可以随时掀开的 直埋造价低 容易被破坏 直埋不需要砌筑地沟 土方量及土建工程量大大减少 管道可以在工厂预制 现场安装工作量减少 施工简单快捷 可节省供热管网的投资费用 另外占地小 容易与其他地下管道的设施相协调 将管道置于沟内 再盖上盖板 盖板是可以随时掀开的 与直埋管道比较 地沟中铺设的管道的总热阻应包括以下几部分 保温层的热阻R3 保温层外表面到地沟内空气的对流换热热阻R4 地沟内空气到地沟壁的对流换热热阻R7 沟壁的导热热阻R8 土壤的热阻Rt 热损失可采用如下公式 或 t 管内介质温度 t0 为土壤平均温度 tg0 地沟内的平均温度 4 4热力管道保温设计中的一些问题 1 保温管道的附加热损失 附加损失指的是管道中的法兰 阀门 接头 分配器等所带来的损失 这部分损失不易求得 一般按下面给出的值来估算 a 采用圆钢或者扁钢时候 总管长增加10 15 采用大滑动轴承时 总管长增加20 b 裸露法兰的热损失大致与法兰表面积相等 直径相当的光管的热损失相等 当管道保温材料的外径与法兰外径相等时 不必增加附加的热损失 c 阀门热损失的相当长度参照表5 8 1 隔热保温技术的进展 隔热保温技术进步主要反映在以下几个方面 1 新型保温材料的不断涌现 硬质聚氨酯泡沫塑料的保温性能极好 工艺性极佳 强度高 适用于各种管道 设备的保温 不足之处是成本太高 a 硬质聚氨酯泡沫塑料 b 空心微珠 空心微珠外观为灰白色 是一种松散 流动性好的粉体材料 灰白空心玻璃微珠特点为 隔热 隔音性 阻燃性 电绝缘性好 密度小 吸油率低 并且强度高 广泛用于油墨 胶粘剂 工程塑料 改性橡胶 电器绝缘件中 由于其性能稳定 耐候性好