隔热保温技术

隔热保温技术第1页，共41页，2023年，2月20日，星期四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第2页，共41页，2023年，2月20日，星期四

在热能转换、输送和使用过程中，都需要对热设备和输热管网进行隔热保温，以减少热能的损失。即使对于低温设备和管道，如冷库、制冷机组和空调管道也需要保温，以防止冷量损失。隔热保温不但可以节约能源，而且可以保证生产工艺过程的实施。隔热保温与节能第3页，共41页，2023年，2月20日，星期四

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３.１亿吨标准煤，约占全国燃煤总耗量的ｌ/３。整个系统的热能利用率仅为３０％左右，每年由此而浪费的煤资源高达８０００万吨标准煤，即相当于蒸汽系统总能耗的１/４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1ｍ，直径为219mm的蒸汽管道，如果不隔热，每年损失可达３~４ｔ标煤，一个不隔热的0.1524ｍｍ的低压蒸汽阀门，一年的热损失相当于4ｔ标煤的能量，一个直径为529ｍｍ的裸露法兰，一年将损失10ｔ以上标煤的能量。隔热保温与节能第4页，共41页，2023年，2月20日，星期四较少热损失，节约燃料以减少热损失，节约燃料为目的时，经济性是首先应考虑的问题。总赞用最小时所对应的厚度δ0，就是最经济的保温层的厚度。临界绝热直径：隔热保温的目的第5页，共41页，2023年，2月20日，星期四满足用户工艺工程要求此时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。隔热保温的目的第6页，共41页，2023年，2月20日，星期四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，为了防止工作人员被烫伤，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，例如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℃。对于某些特殊场合，如空分行业，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。值得注意的是，对于工业炉窑的炉体外表面温度允许较高，因为如果加厚了保温层，由于散热减少，炉壁耐火材料的工作温度相应增加，从而影响耐火材料的使用寿命。隔热保温的目的第7页，共41页，2023年，2月20日，星期四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。1992年的我国国家标准中，规定凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料。保温材料第8页，共41页，2023年，2月20日，星期四原理：保温隔热材料通常是多孔材料，结构上的基本特点是具有高的空隙率。材料中的气孔尺寸一般在３～５ｍｍ范围内。保温隔热材料的结构基本上可分为纤维状结构、多孔结构、粒状结构或层状结构。具有多孔结构的材料中的孔一般为近似球形的封闭孔，而纤维状结构、粒状结构和层状结构的材料内部的孔通常是相互连通的。保温材料第9页，共41页，2023年，2月20日，星期四对保温材料的要求１）保温性能好。导热系数是保温材料最重要的性质，作为保温材料要求导热系数越小越好。保温材料的导热系数主要取决于其内所含空气泡或空气层的大小及其分布状态，与构成保温材料的固体性质关系较小。静止空气的导热系数很低，约为0.025Ｗ／ｍ・ｋ，因此保温材料中所含不流动的单独小气泡或气层越多，其导热系数就越低。保温材料的导热系数还与温度和湿度有关。一般讲，容重增加，导热系数增加；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。保温材料第10页，共41页，2023年，2月20日，星期四２）耐温性好，性能稳定，能长期使用。注意：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。保温材料第11页，共41页，2023年，2月20日，星期四为了长期可靠，保温层外面通常要加一层防护层。对防护层的要求１）好的防水性能。２）耐压强度好，一般不低于８０ＭＰａ，不易燃烧。３）５０℃时的导热系数不超过０．３３Ｗ／（ｍ・ｋ）。４）在温度变化或振动的情况下，不易开裂或脱皮。５）含可燃物或有机物极少，一般应不大于10%。保温材料第12页，共41页，2023年，2月20日，星期四常用保温材料的物理性能保温材料第13页，共41页，2023年，2月20日，星期四保温材料第14页，共41页，2023年，2月20日，星期四目的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。管道保温设计第15页，共41页，2023年，2月20日，星期四

（一）架空管道如图所示．为简单起见，假设只包一层保温材料．其厚度为δ。管子内直径为ｄ1，外直径为ｄ2

，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。天空的温度为ts。该图还给出了这一系统的串联热阻图。管道保温设计第16页，共41页，2023年，2月20日，星期四1.基本公式假设管道各部分的分热阻为Ri，则通过每米管道的径向热损失（不包括管道附件的热损失）为管道保温设计第17页，共41页，2023年，2月20日，星期四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管道保温设计第18页，共41页，2023年，2月20日，星期四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管道保温设计第19页，共41页，2023年，2月20日，星期四注意：保温材料的导热系数λl与温度有关，大多数情况下λl与温度成线性关系，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。管道保温设计第20页，共41页，2023年，2月20日，星期四2.基本公式的简化因为保上保温材料后，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.管道保温设计第21页，共41页，2023年，2月20日，星期四一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α2和辐射换热系数α3之和，级保温层外表面的总换热系数α，可以用下面的简化公式计算。室内管道：室外管道：式中：w为风速，m/s。管道保温设计第22页，共41页，2023年，2月20日，星期四由于采用总换热系数α，R4和R5可以合并为R6，即由此得到简化公式或管道保温设计第23页，共41页，2023年，2月20日，星期四3.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，容许热损失可参照下表。管道保温设计第24页，共41页，2023年，2月20日，星期四管道保温设计第25页，共41页，2023年，2月20日，星期四管道保温设计第26页，共41页，2023年，2月20日，星期四4.保温层厚度的计算方法要由上述一组基本公式或简化公式计算出保温层的厚度，首先必须确定每米长管道所容许的热损失QL。QL决定以后还不能有基本公式计算出所需的保温层的厚度δ，因为计算中涉及保温层外表面的温度tw，而tw又与保温层的厚度δ有关。Δ越大，tw越小。因此只能采用试算法，其步骤如下：管道保温设计第27页，共41页，2023年，2月20日，星期四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δ´。根据δ´，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δ´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。管道保温设计第28页，共41页，2023年，2月20日，星期四5.经济厚度保温层的经济厚度如图δ0，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。管道保温设计第29页，共41页，2023年，2月20日，星期四6.保温管导热损失的计算及校核

根据保温层厚度δ，算出管道的热损失和保温层外表面的壁温。管道保温设计第30页，共41页，2023年，2月20日，星期四（二）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。

λt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。管道保温设计第31页，共41页，2023年，2月20日，星期四管道保温设计（三）地沟中铺设的管道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：第32页，共41页，2023年，2月20日，星期四管道保温设计或t为管内热介质的温度；t0为土壤温度；tg0为地沟内的空气温度。对于可通行的地沟，还应考虑通风系统排热对地沟内空气温度的影响。第33页，共41页，2023年，2月20日，星期四主要介绍几种新型的隔热保温材料1.硬质聚氨酯泡沫塑料2.聚乙烯泡沫塑3.聚苯乙烯泡沫塑料4.离心玻璃绵5.岩绵五.隔热保温技术的进展

第34页，共41页，2023年，2月20日，星期四1.硬质聚氨酯泡沫塑料(1)性能指标。密度为33kg/m3,导热系数为0.1018W/(m・K),吸水率为018g/100cm3,透湿系数为212×10-7g/(m2・s・Pa),抗压强度为170kPa,抗弯强度为150kPa,平均吸声系数为0.125,适用温度为-20～100℃。参考价格为2200元/m2。这种材料可燃,加阻燃剂后离开火2s即可自熄,烟浓、有毒,滴落物可使火势蔓延;抗老化能力一般,用紫外线照射72h后老化;抗腐蚀能力较强,遇硫酸、醋酸(98%浓度)、三氯乙烯仅体积稍有缩小,但遇37%浓度的盐酸即发生崩坏。这种材料的工艺性极佳,可预制或现场发泡,与钢板黏结牢固。(2)适用范围。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。新型保温材料种类第35页，共41页，2023年，2月20日，星期四2聚乙烯泡沫塑(1)性能指标。聚乙烯泡沫塑料的密度为22kg/m3,导热系数为0.1031W/(m・K),吸水率0105g/100cm3,透湿系数212×10-11g/(m2・s・Pa),抗压强度为20kPa,抗弯强度为350kPa,平均吸声系数为0.132,适用温度为-190～90°C。参考价格为800元/m2。这种材料可燃,加阻燃剂后离开火即可自熄,烟密度指数20,烟无毒,抗腐蚀能力较好,遇三氯乙烯体积增加25%,遇苯、苯乙烯、甲醇等体积缩小,抗老化能力强,可制成套管、平板,一次加工性好,易黏结。(2)适用范围。聚乙烯泡沫塑料保温性好、防水性能极好、施工方便是该材料的最大优点,缺点是不耐高温,适用于80℃以下的管道、设备的保温。新型保温材料种类第36页，共41页，2023年，2月20日，星期四3聚苯乙烯泡沫塑料(1)性能指标。聚苯乙烯泡沫塑料的密度为35kg/m3,导热系数为0.1038W/(m・K),吸水率为1g/100cm3,透湿系数为212×10-7g/(m2・s・Pa),抗压强度为160kPa,抗弯强度为180kPa,平均吸声系数为0.128,适用温度<80℃。参考价格800元/m2该材料可燃,加阻燃剂后离开火2s即可自熄,烟浓、有毒,滴落物可使火势蔓延;抗腐蚀能力一般,用有机胶类黏结会萎缩变形;抗老化能力一般,用紫外线照射200h后老化;工艺性能与聚乙烯泡沫塑料一样。(2)适用范围。该保温材料具有保温性能好、施工方便等优点,缺点是不耐高温,故适用于70℃以下的管道、设备保温。新型保温材料种类第37页，共41页，2023年，2月20日，星期四4离心玻璃绵(1)性能指标。离心玻璃绵密度48kg/m3,导热系数0.1031W/(m・K),吸水率25g/100cm3,透湿系数为4×10-6g/(m2・s・Pa),平均吸声系数为0.162,抗压强度为5kPa,适用温度<300℃。参考价格为1200元/m2。这种材料不燃烧,抗化学腐蚀性能较好,但要避免与碱类、氧化剂、苯胺接触;抗老化能力强;可制成套管、平板、卷毯,施工方便,但不易黏结。(2)适用范围。此材料保温性能良好,防火、吸声性能好,施工方便,适用于各种管道、设备新型保温材料种类第38页，共41页，2023年，2月20日，星期四5岩绵(1)性能指标。岩绵密度100g/m3,导热系数为0.1038W/(m・K