1、htp:/ 1/9隔热保温技术隔热保温技术隔热保温技术隔热保温技术htp:/ 隔热 保温 与节 能在热能转换 、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 防制冷 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。 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 1/3。整 个 系 统 的 热 能 利 用 率 仅 为 30%左右 ， 每
2、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 34t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的裸体法兰， 一年将损失 10t以上标 煤的能 量 。 据 测 试 ， 一 般 由 于 管 道 输 热 而 引 起 的 热 损 失 为 总 输 热 量 的 12%22%，而 保
3、 温 良 好的管 网 ， 其 热 损 失 则 可 降 至 5%8%。 当 然 与 之 对 应 的 保 温 结 构 的 费 用 也 占 整 个 管 网 成 本 的25%40%， 由此可见采用先进的隔热保温技术不但能够节约大量的热能， 而 且也能够降低整 个热设备和管网的成本。例 如北京燕山石化公司曾在直径为 529mm长达 1619mm的管道上进行 了保温技术改造的工业试验， 由 于热损失减少， 每 年可节约燃料油 526t。 如 在燕山石化总公 司推广此项技术，则 每年可节约燃料油 1.6万 吨 。 虽然强化保温措施后管网初投资将有所增 加 ，但 由 于燃料费用的节约，初 投资将在短时间内收回
4、，视 工程情况一般 13年内即可收回投资。二 隔热 保温 的目 的隔热保温的目的并不仅仅在于节能，通常其 目的有以下三方面： 1.减少热损失，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。如图 1所示，对于选定的某 一种保温材料，随 着保温层厚度的增加，热损失费 用减少（ 曲线 A）；但 敷 设 保 温 的 费 用 却 增 加（ 曲 线 B） 。图上曲线 C表示总费用，总费用最小时所对应的 厚度 ，就是最经济的保温层的厚度。 2.满足用户工艺过程的要求此时保温设 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
5、工艺流程所要求的给定值；其次才考虑经济性。 图 1保温 层的 经济 厚度htp:/ 2/9热用户的工 艺要 求是 多方 面的 ，例 如在 许多 工程 中， 由于 化学 （或 燃烧 ）反 应后 排放的废气中含有腐蚀性物质， 废气的露点 （ 即冷凝温度） 要比环境空气温度高得多。 如 果管道 （ 或设备）尾部 隔热 较差 ，则 废气 温度 将降 至露 点， 腐蚀 性气 体将 在管 内壁 冷凝 ，从 而产 生腐蚀 作用。在这 种情 况下 ，隔 热体 的设 计就 要保 证气 体出 口温 度高 于废 气的 露点 。又 如制 冷工程 中，为防止 管外 壁结 露， 保温 设计 应保 证管 外壁 温度 高于
6、环境 温度 下空 气的 露点 温度 。此外 在某些情况 下保 温还 用于 管道 防冻 ，许 多场 合保 温材 料更 兼有 防火 和隔 离噪 声的 功能 ，这些在保温设计中都要充分予以考虑。 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， 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
7、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。 三 保温 材料隔热通常是 通过 在设 备或 管道 外包 上一 层保 温材 料（ 又称 热绝 缘材 料或 隔热 材料 ）而实现的。为了使保温材料长期可靠的使用，在保温层的外面还加了一层防护层。1.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
8、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。 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
9、， 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。2.对防护层的要求为了长期可靠，保温层外面通常还要加一层防护层，对防护层的要求如下： 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/(mk)。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%htp:/ 3/93.常用保温材料的热物理性能表 1给出了常用保温材料的热物理性质。更详细的资料可查阅有关的
10、手册。 表 1常用保温材料及其制品的热物理性质注： t为保温材料的平均温度（ ）四 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。 1.架空管道（ 1）基本公式如图 2所示，为简单起见，假设只包一层保温材料，其厚度为 。管子内直径为 d1，外直径材料 名称 密度 （ kg/m 3） 导热 系数 （ W/m K） 适用 温度 （ ）膨胀 珍珠 岩类 ： 散料 ：一 级 二级 三级水泥 珍珠 岩板水玻 璃珍 珠岩 板 憎水 珍珠 岩制 品 808015015025025040020030
11、0 0.0520.0520.0640.0640.0760.0580.0870.0560.0650.058200800 600 650普通 玻璃 棉类 ：中级 纤维 淀粉 粘结 制品 中级 纤维 酚醛 树脂 制品 玻璃 棉沥 青粘 结制 品 1001301201501001700.0400.0470.0410.058-35300-350-20250超细 玻璃 棉类 ： 超细 棉（ 原棉 ）超细 棉无 脂毡 缝合 垫 无碱 超细 棉 18306080 0.035 0.035-100450-120400-600石棉 类： 石棉 绳石棉 碳酸 镁管 硅藻 土石 棉灰 泡沫 石棉 59073036045
12、028038040500.0700.2090.064+0.00033t0.066+0.00015t0.038+0.00023t500300900500硅藻 土类 ：硅藻 土保 温管 和板 石棉 硅藻 土胶 泥 5506600.063+0.00014t0.151+900泡沫 混凝 土类 ： 水泥 泡沫 混凝 土粉煤 灰泡 沫混 凝土 5003007000.127+0.0003t0.150.163300硅酸 铝纤 维类 ： 硅酸 铝纤 维板 硅酸 铝纤 维毡硅酸 铝纤 维管 壳 1502001803003800.047+0.00012t0.0160.0470.047+0.00012t 1000 1
13、000泡沫 塑料可发 性聚 苯乙 烯泡 沫板可发 性聚 苯乙 烯泡 沫管 壳 硬质 聚氨 脂泡 沫塑 料制 品 软质 聚氨 脂泡 沫塑 料制 品 20503050420.0310.0470.0230.0290.023-8075-80100-50htp:/ 4/9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， 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 。假设管道各部分的分热阻为 Ri，则通过每米长管道的径向热损失（不包括管道附件的热损失）为： （ W/m ） (1)
14、( )= iffL RttQ /21其中各部分的分热阻为： 1）热介质与管内壁之间的对流换热热阻 R1(m K/W) （ 2）111/dR=式中， 为热介质对管壁的对流换热系数， W/（ m 2K）。12）管壁的热阻 R2 (m K/W) (3)( )pddR /ln122=式中， 为金属管壁的导热系数， /(m )。p3）保温层的热阻 R3 (m K/W) (4)( ) i ddR 2/2ln 223 +=式中， 为保温材料的导热系数， /(m K)。i4）保温层外表面对周围环境的对流换热热阻 R4(m K/W) (5)( )224/1 +=dR式中， 为保温层外表面对周围环境的对流换热系数
15、， W/（ m 2K）。2图 2管道 保温 计算 示意 图htp:/ 5/95）保温层外表面对天空的辐射热阻 R5(m K/W) （ 6）( )325/1 +=dR式中 , 为保温层外表面对天空的辐射换热系数， W/（ m 2K）。3在应用上述基本公式时有两点要注意： 1）保温材料的导热系数 i与温度有关，大多数情况下 i与温度成直线关系，即 （ 7）( ) 2/20 wwi ttb+=对于不同的保温材料， o和比例系数 b可由表 8 9或有关手册查到。2）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。（ 2）基本公式的简化为计算简单起见，从工程应用出发，常对基本公式进行
16、如下的简化：1） 因 为包上保温材料后， 管 内对流换热的阻 R1， 金 属管壁的导热热阻 R2， 相 对于 R3、 4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。2）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，即保温层外表面的总换热系数 ，可以用下面的简化公式进行计算。室内管道： W/（ m 2K） (8)( )2052.03.10fwtt+=室外管道： W/（ m2K） (9)w76.11+=式中， w为风速， m /s。由于采用总换热系数 ， R4和 R4可以合
17、并为 R6，即 （ 10）( )2/12546 +=+= dRRR由此得简化公式 (W/m ) (11)( )( ) 212ln2122263 2121 +=+= dddttRRttQ i ffffL或 (W/m ) (12)621 RttRttQ fwwfL =上述简化给保温计算带来很大的方便。 （ 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 它 情 况 ， 容 许 热 损 失 可 参 考 表 2和表 3。表 2室内保温管道表面容许的热损失（保温表面和周围空气的温差为 20 ）管 道外 径（ mm） 热介 质温 度6070
18、100125150160200225250容许 热损失 QL(W/m)2017.426.737.243.048.850.055.864.073.33231.434.944.251.258.262.869.877.987.24837.244.255.862.869.873384.993.0101.25743.050.062.868.675.679.193.0102.3110.5htp:/ 6/9表 3室外保温管道表面容许的热损失（当周围空气的计算温度为 5 时）（ 4）保温层厚度的计算方法保温层厚度 的计 算很 复杂 。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
19、先必须确定每米长管道所容许的热损失 QL。 L决定以后，还 不能由基本公式算出所需的保 温层的厚度 ，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 有关。 越 厚， tw越小。故只能采用试算法，其步骤如下：1）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；2）根据假定的 tw，由基本公式算出所需的保温层的厚度 ；3）根据 ，再由基本公式核算出保温层的外表面温度 tw；4） 若 tw与 tw相差很小， 则 算出的 即为所求的保温层的厚度； 若 相差很大， 则必须 重新设定 tw进行计算，直至结果满意为止。根据上述步骤和基本公式， 可以编一
20、计算程序， 利 用计算机就可以很快的得到计算结果 。（ 5）经济厚度保温层的经济厚度就是图 1上的0， 在 这个厚度下， 年总费用最低。 每年每米管道的 投7653.561.669.884.991.995.4110.8119.8130.38960.569.886.194.2102.3105.8118.6129.1139.510868.881.498.9108.2116.3119.8133.7144.2154.713381.498.9116.3125.6133.7137.2153.5164.0174.515993.0110.5127.9139.6151.2154.7168.6180.3191.9
21、194116.3133.7157.0168.6180.3183.8197.7209.3221.0219122.1145.4174.5183.8191.9196.5215.2226.8238.4273151.2180.3209.3218.6226.8231.4250.0261.7273.3325180.3215.2238.4250.0261.7265.3284.9296.6308.2377203.5238.4273.3284.9296.6301.2319.8334.9348.9426226.8273.3302.4314.0325.6331.5354.7369.8383.8管 道外 径（ mm）
22、热介 质温 度5070100125150160200225250容许 热损失 QL(W/m)2015.123.331.438.45.550.062.80.979.13217.426.736.144.253.557.072.180.289.64820.931.441.952.361.667.563.794.2104.75724.434.946.557.067.572.190.7101.2111.67629.140.752.364.076.881.4100.0112.8125.68932.644.258.269.882.687.2108.2119.8132.610836.150.064.077.9
23、89.695.4117.5131.4145.413340.755.869.886.198.9104.7129.1144.2158.215944.258.275.693.0109.3116.3139.6157.0172.119448.867.584.9102.3119.8125.6151.2169.8188.421953.569.890.7110.5127.9134.9162.8183.8203.527361.681.4101.2124.4145.4153.5186.1209.3230.332569.893.0116.3139.6162.8172.1209.3232.6255.937782.61
24、08.2132.6157.0181.4191.9231.4255.9279.142695.4122.1148.9174.5207.0210.5253.5279.1302.4htp:/ 7/9资、运行和维修的总费用 C为： 元 /(m h) (13)( )FcVcPbQC b+=0式中， Q为每米管道的热损失， 108kJ/(m h)； b为热量价格， 元 /108kJ； 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 （ 包括材料、 运输、 安装费等）， 元 /(m 3 m )；V为每米管道保温层体积， m3/m ； cb为每米管道防护层的投资费， 元 /（ m m 2）；
25、F为每米 管道保护层的面积， m 2。显然上式与防护层的厚度有关。对上式求导并令其等于零，即可求得最经济厚度。但为简化起见，常用下式来计算经济厚度： (m m ) (14)5.173.135.12.10 688.2 LwiQtd=对满足工艺要求的保温， 若 计算出的经济厚度 0大于所需保温层的厚度 ， 可 采用经 济 厚度；但若小于所需厚度，则仍应取计算的所需厚度，以保证工艺要求。 （ 6）保温管导热损失的计算及核算壁温热力管道包上保温后， 由于 已知， 由式 （ 1） 和式 （ 12）， 很容易算出管道的热损失 和保温层外表面的壁温。 2、无沟埋设的管道对直接埋于 土壤 中的 管道 ，在 计
26、算 热损 失时 ，除 了保 温层 的热 阻外 ，还 要考 虑土 壤的热阻，根据传热学理论，土壤热阻可用下式计算： (m K/W) (15) += 122ln21 2zztt dhdhR式中， t为土壤导热系数， 当 土壤温度为 1040 和通常湿度下， t=1.12.3W/(m K)， 对稍湿的土壤取低值， 对 潮湿的土壤取高值， 对 于干土壤可取 t=0.55W/(m K)； h为埋设 深度，即管道中心线到地表面的距离， m ； dX为与干土壤接触的管道外表面的直径， m 。当 h/dX 1.25时，式（ 15）可简化为：(m K/W) （ 16）ztt dhR 4ln21=此时无沟埋设的保
27、温管道的热损失为：（ W/m ） (17)tfL RRttQ+=301式中， t0为土壤的平均温度， 。3、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 7，沟 壁 的 导 热 热 阻 R8，土壤的热阻 Rt。其中 3、 4、 R7、 R8、 Rt均可采用前述的计算公式进行计算。计算地沟中铺设的管道的热损失可采用如下公式： （ W/m ） (18)tiL RRRRRttRttQ += 8743 00或htp:/ 8/9（ W/m ）
28、 (19)430RRttQgL +=式中， 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， 。从热平衡可求得地沟内的空气温度 tg0。令 R7=3+R4， R0=7+R8+t，则有（ ） （ 20）010010 1RRRtRttg +=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。 有了地沟内空气的平均温度，就可按常规的保温计算算出各管道的热损失。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这是指管道中的法兰、 阀 门、 接头、 分配器等所带来的热损失。 这部分热损失不易求得 ，一般按下面给出的值来估算。 1） 管道吊架： 采 用圆钢
29、或扁钢时， 总管长增加 10%15%； 采用大滑动轴承时增加 20%。2）法兰：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。 3）阀门：阀门的热损失可参考表 4表 4阀门热损失的相当长度（ 2）保温管道的敷设在设计热力 管道 时， 应根 据具 体情 况选 用合 适的 敷设 方式 ，并 考虑 不同 敷设 方式 对保温结构的要求。 如 管道架空时受自然环境的侵袭， 要求高强度的防护层， 为 了减轻支架的负担 ，保温层的重 量应 较轻 。对 于不 通行 的地 沟或 无沟 埋管 ，应 特
30、别 注意 保温 结构 的防 水及 防潮性 能。 保温结构可 根据 具体 情况 采用 涂抹 式、 预制 式、 填充 式或 捆扎 式。 包保 温材 料前 ，管道应涂防锈漆；包保温后，外表面应涂色漆和箭头，以示管内介质的种类和流动方向。阀门 情况 管子 内径 （ mm） 管温 100 管温 400热损 失的 相当 长度 （ m）室内 ：裸 露 1006 165009 261/4裸露 ， 3/4保温 1002.5 55003 7.51/3裸露 ， 2/3保温 100 65004 10室外 ：裸 露 10016 2250019 321/4裸露 ， 3/4保温 1004.565006 8.51/3裸露 ，
31、 2/3保温 100 85007 11htp:/ 9/五 隔热 保温 技术 的进 展 隔热保温技术的进步反映在以下几方面： 1.新型保温材料的不断出现新型保温材 料的 出现 极大 地增 强隔 热保 温的 效果 ，促 进技 术的 进步 。例 如低 温保 温材料聚氨酯及聚 氨脂 整体 发泡 工艺 出现 后， 由于 其密 度小 ，导 热系 数很 低， 而且 整体 发泡 后可以 和内护板及 外装 置板 构成 一个 整体 ，不 但保 冷性 能特 别好 ，而 且能 够提 高组 件强 度， 因此极大地促进了冰箱、冷柜、冷库的发展。 在高温保温材料方面最值得一提的是空心微珠和碳素纤维， 1976年美国首次发现
32、空心 微珠这种新型保温材料， 它 存在于火电厂的灰渣之中。 这 些微珠约占粉煤灰数量的 50% 70%。空心 微 珠 的 化 学 成 分 主 要 是 硅 和 铝 的 氧 化 物 。 它 颗 粒 微 小 、 球 形 、 质 轻 、 中 空 ， 具 有 隔 热 、电绝缘、耐高温、隔音、耐磨、强度高等特点，价格又便宜，有着非常广阔的用途。 作 为 节 能 材 料 的 空 心 微 珠 ， 其 密 度 一 般 仅 为 0.5 0.75g/cm3， 耐 火 度 为 1500 1730 ，导热系数仅为 0.08 0.1W/(m ),是一种非常优质的保温材料。例 如电阻炉采用它保温可以 节电 50%。碳素纤维
33、则是另一种既质轻隔热，又耐高温的热绝缘材料，只是由于价格太高，目前仅用于航天飞机、飞船等航天领域。 2.采用复合保温管道这种管道是 预先 将管 道保 温层 和防 护层 复合 成一 体， 保温 层通 常由 两层 组成 ，其 中内层耐温 好 ， 能 够 承 受 管 内 热 介 质 的 高 温 。 这 种 管 的 防 护 层 能 防 水 、 防 潮 。 因 此 不 但 使 用 方 便 ，安装简单， 而且 可以 直接 埋于 地下 而不 用地 沟， 且使 用寿 命长 ，代 表了 今后 管道 保温 的发展 方向。 3.管网设计和保温计算软件包大型 过 程 工 业 （ 如 动 力 、 冶 金 、 化 工 、 炼 油 企 业 ） 的 供 热 （ 包 括 供 冷 ） 管 网 十 分 复 杂 ，不但管线长 、管 径类 型多 、附 件多 ，而 且其 内热 （冷 ）介 质类 型和 温度 水平 都不 一样 ，其管 网设计和保 温计 算是 耗时 费力 的工 作。 由于 计算 技术 的进 步， 现在 已有 各种 管网 设计 和保温 计算的软件包，它不但提高了设计效率，而且其设计更加合理、节能和经济效益更加显著。htp:/ ：资 料部 分或 全部 来自 互联 网， 仅供参 考！）
