隔熱保溫技術(shù)

隔熱保溫技術(shù)第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月隔熱保溫與節(jié)能隔熱保溫的目的保溫材料管道保溫計(jì)算隔熱保溫技術(shù)的進(jìn)展主要內(nèi)容第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

在熱能轉(zhuǎn)換、輸送和使用過程中，都需要對熱設(shè)備和輸熱管網(wǎng)進(jìn)行隔熱保溫，以減少熱能的損失。即使對于低溫設(shè)備和管道，如冷庫、制冷機(jī)組和空調(diào)管道也需要保溫，以防止冷量損失。隔熱保溫不但可以節(jié)約能源，而且可以保證生產(chǎn)工藝過程的實(shí)施。隔熱保溫與節(jié)能第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

以蒸汽管網(wǎng)的隔熱保溫為例，我國蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)的年耗煤量達(dá)３.１億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占全國燃煤總耗量的ｌ/３。整個系統(tǒng)的熱能利用率僅為３０％左右，每年由此而浪費(fèi)的煤資源高達(dá)８０００萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，即相當(dāng)于蒸汽系統(tǒng)總能耗的１/４以上。除了蒸汽泄漏，凝結(jié)水回收方面存在的問題外，管道保溫不善也是耗能大的主要原因。例如一根長為1ｍ，直徑為219mm的蒸汽管道，如果不隔熱，每年損失可達(dá)３~４ｔ標(biāo)煤，一個不隔熱的0.1524ｍｍ的低壓蒸汽閥門，一年的熱損失相當(dāng)于4ｔ標(biāo)煤的能量，一個直徑為529ｍｍ的裸露法蘭，一年將損失10ｔ以上標(biāo)煤的能量。隔熱保溫與節(jié)能第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月較少熱損失，節(jié)約燃料以減少熱損失，節(jié)約燃料為目的時，經(jīng)濟(jì)性是首先應(yīng)考慮的問題?？傎澯米钚r所對應(yīng)的厚度δ0，就是最經(jīng)濟(jì)的保溫層的厚度。臨界絕熱直徑：隔熱保溫的目的第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月滿足用戶工藝工程要求此時保溫設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)滿足工藝上的要求，如通過熱力管網(wǎng)送至某用戶的蒸汽溫度和壓力，不能低于工藝流程所要求的給定值；其次才考慮經(jīng)濟(jì)性。隔熱保溫的目的第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月滿足一定的勞動衛(wèi)生條件,保證人員安全對于熱設(shè)備和管道，為了防止工作人員被燙傷，保溫的目的是使熱設(shè)備或管道的表面溫度不超過某一溫度，例如對于供熱管道當(dāng)外表面包上金屬皮時，通常為５５℃，當(dāng)外表面為非金屬材料時保溫層為６０℃。對于某些特殊場合，如空分行業(yè)，由于液氮液氧的溫度很低，與之接觸也會引起嚴(yán)重的凍傷。因此對低溫設(shè)備和管道進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)時也應(yīng)考慮人員安全的因素。值得注意的是，對于工業(yè)爐窯的爐體外表面溫度允許較高，因?yàn)槿绻雍窳吮貙樱捎谏釡p少，爐壁耐火材料的工作溫度相應(yīng)增加，從而影響耐火材料的使用壽命。隔熱保溫的目的第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)慣上把導(dǎo)熱系數(shù)小的材料稱為保溫材料，又稱隔熱材料或絕熱材料。1992年的我國國家標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定凡平均溫度不高于350℃時導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12W/(m·K)的材料稱為保溫材料。保溫材料第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月原理：保溫隔熱材料通常是多孔材料，結(jié)構(gòu)上的基本特點(diǎn)是具有高的空隙率。材料中的氣孔尺寸一般在３～５ｍｍ范圍內(nèi)。保溫隔熱材料的結(jié)構(gòu)基本上可分為纖維狀結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。具有多孔結(jié)構(gòu)的材料中的孔一般為近似球形的封閉孔，而纖維狀結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)的材料內(nèi)部的孔通常是相互連通的。保溫材料第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月對保溫材料的要求１）保溫性能好。導(dǎo)熱系數(shù)是保溫材料最重要的性質(zhì)，作為保溫材料要求導(dǎo)熱系數(shù)越小越好。保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)主要取決于其內(nèi)所含空氣泡或空氣層的大小及其分布狀態(tài)，與構(gòu)成保溫材料的固體性質(zhì)關(guān)系較小。靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很低，約為0.025Ｗ／ｍ?ｋ，因此保溫材料中所含不流動的單獨(dú)小氣泡或氣層越多，其導(dǎo)熱系數(shù)就越低。保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)還與溫度和濕度有關(guān)。一般講，容重增加，導(dǎo)熱系數(shù)增加；水份增加，導(dǎo)熱系數(shù)也增高；溫度增高，導(dǎo)熱系數(shù)成直線地增加。保溫材料第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月２）耐溫性好，性能穩(wěn)定，能長期使用。注意：不同的保溫材料有不同的使用溫度范圍。３）容重小，一般不宜超過６００ｋｇ／ｍ３。容重小，不但導(dǎo)熱系數(shù)低，而且可以減輕保溫管道的支架。４）有一定的機(jī)械強(qiáng)度，能滿足施工的要求，一般其抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥0.3ＭＰａ。５）無毒，對金屬無腐蝕作用。６）可燃物和水分含量極少，易于加工成型。７）價格便宜。保溫材料第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月為了長期可靠，保溫層外面通常要加一層防護(hù)層。對防護(hù)層的要求１）好的防水性能。２）耐壓強(qiáng)度好，一般不低于８０ＭＰａ，不易燃燒。３）５０℃時的導(dǎo)熱系數(shù)不超過０．３３Ｗ／（ｍ?ｋ）。４）在溫度變化或振動的情況下，不易開裂或脫皮。５）含可燃物或有機(jī)物極少，一般應(yīng)不大于10%。保溫材料第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月常用保溫材料的物理性能保溫材料第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月保溫材料第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月目的管道保溫計(jì)算有兩個目的．一是計(jì)算所需保溫材料的厚度：二是計(jì)算每米長管道的熱損失或核算保溫材料的外表面溫度。管道保溫設(shè)計(jì)第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

（一）架空管道如圖所示．為簡單起見，假設(shè)只包一層保溫材料．其厚度為δ。管子內(nèi)直徑為ｄ1，外直徑為ｄ2

，管內(nèi)熱介質(zhì)的溫度為tf1，周圍環(huán)境的溫度為tf2：假設(shè)管內(nèi)壁的溫度為tw1，管外壁的溫度為tw2曲保溫層外表面的溫度為tw。天空的溫度為ts。該圖還給出了這一系統(tǒng)的串聯(lián)熱阻圖。管道保溫設(shè)計(jì)第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.基本公式假設(shè)管道各部分的分熱阻為Ri，則通過每米管道的徑向熱損失（不包括管道附件的熱損失）為管道保溫設(shè)計(jì)第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月熱介質(zhì)與管內(nèi)壁之間的對流換熱熱阻R1管壁熱阻R2保溫層熱阻R3管道保溫設(shè)計(jì)第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月保溫層外表面對周圍環(huán)境的對流熱阻R4保溫層外表面對天空的輻射熱阻R5管道保溫設(shè)計(jì)第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)λl與溫度有關(guān)，大多數(shù)情況下λl與溫度成線性關(guān)系，即如采用多層保溫材料，則保溫層的熱阻R3應(yīng)為各層保溫材料的熱阻之和。管道保溫設(shè)計(jì)第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2.基本公式的簡化因?yàn)楸Ｉ媳夭牧虾?，管?nèi)對流換熱的熱阻R1和金屬管壁的的導(dǎo)熱熱阻R2，相對于R3、R4和R5而言常小到可以忽略不計(jì)。這樣保溫層內(nèi)表面的溫度tw2就可以近似認(rèn)為等于熱介質(zhì)的溫度tf1.管道保溫設(shè)計(jì)第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一般保溫層外表面的溫度均不高，這時保溫層外表面的對流換熱系數(shù)α2和輻射換熱系數(shù)α3之和，級保溫層外表面的總換熱系數(shù)α，可以用下面的簡化公式計(jì)算。室內(nèi)管道：室外管道：式中：w為風(fēng)速，m/s。管道保溫設(shè)計(jì)第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月由于采用總換熱系數(shù)α，R4和R5可以合并為R6，即由此得到簡化公式或管道保溫設(shè)計(jì)第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3.容許熱損失的確定

為滿足工藝要求的容許熱損失，一般需要計(jì)算；對于其他情況，容許熱損失可參照下表。管道保溫設(shè)計(jì)第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月管道保溫設(shè)計(jì)第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月管道保溫設(shè)計(jì)第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4.保溫層厚度的計(jì)算方法要由上述一組基本公式或簡化公式計(jì)算出保溫層的厚度，首先必須確定每米長管道所容許的熱損失QL。QL決定以后還不能有基本公式計(jì)算出所需的保溫層的厚度δ，因?yàn)橛?jì)算中涉及保溫層外表面的溫度tw，而tw又與保溫層的厚度δ有關(guān)。Δ越大，tw越小。因此只能采用試算法，其步驟如下：管道保溫設(shè)計(jì)第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)算出或選定的容許熱損失QL，設(shè)定一保溫層的外表面溫度tw′。根據(jù)假定的tw′，有基本公式算出所需的保溫層的厚度δ′。根據(jù)δ′，再有基本公式核算處保溫層的外表面溫度tw。若tw與tw′相差很小，則算出的δ′即為所求的保溫層厚度；若相差很大，則必須重新設(shè)定tw′進(jìn)行計(jì)算，直至符合要求。管道保溫設(shè)計(jì)第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月5.經(jīng)濟(jì)厚度保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度如圖δ0，在這個厚度下，年總費(fèi)用最低。每年每米管道的投資、運(yùn)行和維護(hù)的總費(fèi)用C為Q為每米管道的熱損失；b為熱量價格；P為保溫結(jié)構(gòu)的年折舊率；c0為每米管道保溫材料的投資費(fèi)；V為每米管道保溫層體積；cb為每米管道防護(hù)層的投資費(fèi)；F為每米管道防護(hù)層面積。上式與防護(hù)層厚度有關(guān)，對上式求導(dǎo)并令其等于零，即可求的最經(jīng)濟(jì)厚度。管道保溫設(shè)計(jì)第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月6.保溫管導(dǎo)熱損失的計(jì)算及校核

根據(jù)保溫層厚度δ，算出管道的熱損失和保溫層外表面的壁溫。管道保溫設(shè)計(jì)第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）無溝埋設(shè)的管道對于直接埋于土壤中的管道，在計(jì)算熱損失時，除了保溫層的熱阻外，還要考慮土壤的熱阻Rt。

λt為土壤導(dǎo)熱系數(shù)；h為埋設(shè)深度，級管道中心線到地表面的距離；dz為與干土壤接觸的管道外表面的直徑。管道保溫設(shè)計(jì)第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月管道保溫設(shè)計(jì)（三）地溝中鋪設(shè)的管道地溝中鋪設(shè)的管道的總熱阻應(yīng)包括以下幾部分：保溫層的熱阻R3，保溫層外表面到地溝內(nèi)空氣的對流換熱熱阻R4，地溝內(nèi)空氣到地溝壁的對流換熱熱阻R7，溝壁的導(dǎo)熱熱阻R8，土壤的熱阻Rt。熱損失可采用如下公式：第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月管道保溫設(shè)計(jì)或t為管內(nèi)熱介質(zhì)的溫度；t0為土壤溫度；tg0為地溝內(nèi)的空氣溫度。對于可通行的地溝，還應(yīng)考慮通風(fēng)系統(tǒng)排熱對地溝內(nèi)空氣溫度的影響。第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月主要介紹幾種新型的隔熱保溫材料1.硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料2.聚乙烯泡沫塑3.聚苯乙烯泡沫塑料4.離心玻璃綿5.巖綿五.隔熱保溫技術(shù)的進(jìn)展

第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月1.硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料(1)性能指標(biāo)。密度為33kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.1018W/(m?K),吸水率為018g/100cm3,透濕系數(shù)為212×10-7g/(m2?s?Pa),抗壓強(qiáng)度為170kPa,抗彎強(qiáng)度為150kPa,平均吸聲系數(shù)為0.125,適用溫度為-20～100℃。參考價格為2200元/m2。這種材料可燃,加阻燃劑后離開火2s即可自熄,煙濃、有毒,滴落物可使火勢蔓延;抗老化能力一般,用紫外線照射72h后老化;抗腐蝕能力較強(qiáng),遇硫酸、醋酸(98%濃度)、三氯乙烯僅體積稍有縮小,但遇37%濃度的鹽酸即發(fā)生崩壞。這種材料的工藝性極佳,可預(yù)制或現(xiàn)場發(fā)泡,與鋼板黏結(jié)牢固。(2)適用范圍。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的保溫性能極好,工藝性極佳、強(qiáng)度高,適用于各種管道、設(shè)備的保溫。不足之處是成本太高。新型保溫材料種類第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月2聚乙烯泡沫塑(1)性能指標(biāo)。聚乙烯泡沫塑料的密度為22kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.1031W/(m?K),吸水率0105g/100cm3,透濕系數(shù)212×10-11g/(m2?s?Pa),抗壓強(qiáng)度為20kPa,抗彎強(qiáng)度為350kPa,平均吸聲系數(shù)為0.132,適用溫度為-190～90°C。參考價格為800元/m2。這種材料可燃,加阻燃劑后離開火即可自熄,煙密度指數(shù)20,煙無毒,抗腐蝕能力較好,遇三氯乙烯體積增加25%,遇苯、苯乙烯、甲醇等體積縮小,抗老化能力強(qiáng),可制成套管、平板,一次加工性好,易黏結(jié)。(2)適用范圍。聚乙烯泡沫塑料保溫性好、防水性能極好、施工方便是該材料的最大優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是不耐高溫,適用于80℃以下的管道、設(shè)備的保溫。新型保溫材料種類第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月3聚苯乙烯泡沫塑料(1)性能指標(biāo)。聚苯乙烯泡沫塑料的密度為35kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.1038W/(m?K),吸水率為1g/100cm3,透濕系數(shù)為212×10-7g/(m2?s?Pa),抗壓強(qiáng)度為160kPa,抗彎強(qiáng)度為180kPa,平均吸聲系數(shù)為0.128,適用溫度<80℃。參考價格800元/m2該材料可燃,加阻燃劑后離開火2s即可自熄,煙濃、有毒,滴落物可使火勢蔓延;抗腐蝕能力一般,用有機(jī)膠類黏結(jié)會萎縮變形;抗老化能力一般,用紫外線照射200h后老化;工藝性能與聚乙烯泡沫塑料一樣。(2)適用范圍。該保溫材料具有保溫性能好、施工方便等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是不耐高溫,故適用于70℃以下的管道、設(shè)備保溫。新型保溫材料種類第37頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月4離心玻璃綿(1)性能指標(biāo)。離心玻璃綿密度48kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)0.1031W/(m?K),吸水率25g/100cm3,透濕系數(shù)為4×10-6g/(m2?s?Pa),平均吸聲系數(shù)為0.162,抗壓強(qiáng)度為5kPa,適用溫度<300℃。參考價格為1200元/m2。這種材料不燃燒,抗化學(xué)腐蝕性能較好,但要避免與堿類、氧化劑、苯胺接觸;抗老化能力強(qiáng);可制成套管、平板、卷毯,施工方便,但不易黏結(jié)。(2)適用范圍。此材料保溫性能良好,防火、吸聲性能好,施工方便,適用于各種管道、設(shè)備新型保溫材料種類第38頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月5巖綿(1)性能指標(biāo)。巖綿密度100g/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.1038W/(m?K),吸