隔热保温技术

,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,隔热保温技术,小组成员：,赵树男,曾胜龙,严 斌,程 珂,吕 田,彭 燕,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,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,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仅为左右，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,，直径为,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,。,隔热保温与节能,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,0,，,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,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,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，当外表面为非金属材料时保温层为,。,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,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/(mK),的材料称为保温材料。,保温材料,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,对保温材料的要求,）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,0.025,，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,）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。,）容重小，一般不宜超过。容重小，不但导热系数低，而且可以减轻保温管道的支架。,）有一定的机械强度，能满足施工的要求，一般其抗压强度应,0.3,。,）无毒，对金属无腐蚀作用。,）可燃物和水分含量极少，易于加工成型。,）价格便宜。,保温材料,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,%,。,保温材料,常用保温材料的物理性能,保温材料,保温材料,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,（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,。,管子内直径为,1,，,外直径,为,2,，,管内热介质的温度,为,t,f1,，,周围环境的温度,为,t,f2,：,假设管内壁的温度,为,t,w1,，,管外壁的温度,为,t,w2,曲,保温层外表面的温度,为,t,w,。天空,的温度,为,t,s,。,该图还给出了这一系统的,串联热阻图。,管道保温设计,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,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,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,注意：,保温材料的导热系数,l,与温度有关，大多数情况下,l,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,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,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。,室内管道：,室外管道：,式中：,w,为风速，,m/s,。,管道保温设计,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,管道保温设计,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,管道保温设计,管道保温设计,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,，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。,越大，,tw,越小。因此只能采用试算法，其步骤如下：,管道保温设计,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。,管道保温设计,5.,经济厚度,保温层的经济厚度如图,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。,管道保温设计,6.,保温管导热损失的计算及校核,根据保温层厚度,，算出管道的热损失和保温层外表面的壁温。,管道保温设计,（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,。,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。,管道保温设计,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：,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。,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,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,21210-7g/(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,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,21210-11g/(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,-190,90C,。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,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,21210-7g/(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,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,410-6g/(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,5,岩绵,(1),性能指标。岩绵密度,100g/m3,导热系数为,0.1038W/(m,K),吸水率,831