石化裝置中常用保溫材料的介紹

邢 芳

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266061)

保溫是使熱量的散發(fā)傳導(dǎo)速度減慢的方法，是一種科學(xué)、高效的節(jié)能技術(shù)措施。隨著石化裝置的規(guī)模的擴(kuò)大，設(shè)備和管道的散熱量損失也越大，因此選擇合適的保溫材料也是提高企業(yè)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。本方主要就石化裝置中常用的保溫材料性能及特點(diǎn)進(jìn)行介紹，并通過(guò)案例分析過(guò)程，介紹保溫材料的選擇方法。

1 保溫材料的種類

1.1 巖棉

巖棉是指以天然巖石、工業(yè)礦渣等為主要原料制成的。巖棉可加入酚醛樹(shù)脂制成，或者直接貼面縫合成氈、板、帶、管殼、縫氈、貼面氈等各種制品。巖棉的生產(chǎn)量大，采購(gòu)方便，具有良好的保溫和防火功能，但是耐溫低，結(jié)合劑易揮發(fā)污染環(huán)境，有害健康。

1.2 玻璃棉

玻璃棉是采用天然礦石如石英砂、白云石、蠟石等為主要原料，配以其它如純堿、硼酸等化工原料熔制成玻璃，在熔融狀態(tài)下借助外力拉制、吹制或甩成極細(xì)的纖維狀材料，纖維之間為立體交叉，互相纏繞，形成許多細(xì)小的孔隙，起到保溫隔熱、吸聲降噪及安全防護(hù)等作用。玻璃棉的化學(xué)成分屬玻璃類，是一種人造無(wú)機(jī)纖維，具有抗菌防霉、耐老化、抗腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定的特性。

1.3 硅酸鈣絕熱制品

硅酸鈣絕熱材料是以氧化硅、氧化鈣和增強(qiáng)纖維(如石棉、玻璃纖維)為主要原料而制成的一種保溫材料。硅酸鈣絕熱材料具有容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫的特點(diǎn)，是無(wú)機(jī)硬質(zhì)絕熱材料中強(qiáng)度最高的保溫材料。硅酸鈣保溫制品主要有兩種，一種是托貝莫來(lái)石為主要成分，一種是硬硅鈣石為主要成分，根據(jù)原料和反應(yīng)條件不同，最高使用溫度前者為650℃，后者為1050℃左右，是工業(yè)保溫材料中使用最多的材料。

1.4 復(fù)合硅酸鹽保溫制品

復(fù)合硅酸鹽(鎂鋁)制品是一種新型輕質(zhì)高效保溫材料，是由天然礦物質(zhì)硅酸鎂鋁、海泡石、珍珠鹽填料為主，再輔以填料、助劑、粘結(jié)劑等按一定比例復(fù)合而成的新型保溫隔熱材料。集封閉微孔結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)為一體，具有涂料與保溫材料的雙重性?？砷L(zhǎng)期使用、不易老化、不變質(zhì)、無(wú)毒無(wú)味、可塑性強(qiáng)。復(fù)合硅酸鋁鎂高溫配方成分中加有特種原料，其高溫絕熱性能高、導(dǎo)熱系數(shù)小，被廣泛用于石油化工裝置上的設(shè)備、管道、閥門(mén)工程，是各種熱力罐體、管道等設(shè)備的保溫隔熱、耐高溫、節(jié)約能源的理想材料。

2 保溫材料性能對(duì)比

2.1 施工性能

巖棉類制品：因含有有機(jī)樹(shù)脂，韌性差，在管道保溫施工時(shí)不好處理，接縫處易形成倒“V”型散熱口，影響保溫絕熱效果。由于結(jié)合劑使用過(guò)程中不斷揮發(fā)，發(fā)出難聞的氣味，有害人身體健康，不利于環(huán)保。

玻璃棉制品：可長(zhǎng)期使用，不易老化，不變質(zhì)，無(wú)毒無(wú)味，但由于纖維較短小，添加結(jié)合劑，所以韌性差，抗拉強(qiáng)度小，不宜施工大管道和保溫設(shè)備。

硅酸鈣保溫材料：屬于半硬質(zhì)或硬質(zhì)保溫材料，平直管道施工性良好，但在管道或設(shè)備異型部位，比較難于處理，易于形成縫隙，收縮變形，影響工程美觀。并且破損率高、回收率低，施工難度較大。硅酸鎂/鋁保溫卷毯：幅面大，強(qiáng)度高，柔韌性好，可隨意造型、噴涂，特別適用于適宜于任意曲面形狀施工，且冷熱施工皆宜。良好的附著性，使用中不需要捆扎，從而減少施工工序，降低原材料的消耗。

2.2 使用壽命

巖棉和玻璃棉制品中，均含有樹(shù)脂結(jié)合劑，超過(guò)200℃時(shí)有機(jī)樹(shù)脂開(kāi)始慢慢揮發(fā)，降低保溫材料的強(qiáng)度，使得保溫材料慢慢松軟變形，制品整體性喪失，出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，喪失保溫效果。一般巖棉保溫材料壽命在3～5年，玻璃棉保溫材料的使用壽命在2～3年。

硅酸鈣制品的高溫型，最高使用溫度雖然可達(dá)到1000℃左右，但是制品的體積密度較大，導(dǎo)熱系數(shù)較高；再者由于容易吸潮變質(zhì)，影響使用壽命。硅酸鋁/鎂保溫卷毯為純干法制品，不含任何結(jié)合劑等有機(jī)成分，耐溫度高，耐酸堿環(huán)境，在大氣環(huán)境中使用壽命一般在10年以上。

2.3 保溫性能

《熱能工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》P490頁(yè)常用保溫材料的傳熱系數(shù)(單位為)計(jì)算公式：

巖棉和礦渣棉：λ=0.047+0.00018(Tm-70)；

玻璃棉： λ=0.044+0.00023(Tm-70)；

硅酸鈣： λ=0.064+0.00011(Tm-70)；

硅酸鋁： λ=0.046+0.00015(Tm-70)；

硅酸鎂： λ=0.012+0.0002Tm；

結(jié)果如表1。

表1 保溫結(jié)果

由此可以看出，在不同溫度下，硅酸鎂保溫材料的傳熱系數(shù)最小，保溫效果最好。

2.4 其他技術(shù)性能

絕熱材料及其制品應(yīng)具有安全使用溫度和耐燃燒性能(不燃性、難燃性、可燃性)數(shù)據(jù)。必要時(shí)，尚應(yīng)提供防潮性能(吸水性、吸濕性、防水性)、線膨脹率或收縮率、抗壓強(qiáng)度、腐蝕 或抗腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、渣球含量、纖維直徑等的測(cè)試報(bào)告，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 其他性能測(cè)試結(jié)果

3 保溫材料的使用

設(shè)備和管道的保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用非燃燒材料組成，設(shè)備和管道的絕熱層除必須采用填充式結(jié)構(gòu)外，宜選用絕熱材料制品。按《設(shè)備及管道保溫效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)》(GB 8174)規(guī)定：(1)凡設(shè)備、管道及附件的保溫結(jié)構(gòu)外表溫度高于323K(50℃)時(shí)視為不合格，應(yīng)進(jìn)行保溫技術(shù)改造；(2)防燙傷保溫的設(shè)備、管道及附件外表面溫度高于333K(60℃)時(shí)視為易引起燙傷，應(yīng)予改造。

根據(jù)多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，舉例說(shuō)明保溫材料的使用效果。

某廠加氫裝置中，一根由加氫精制反應(yīng)器到加氫反應(yīng)加熱爐管線，管徑DN300，介質(zhì)加氫脫硫反應(yīng)物設(shè)計(jì)壓力2.31MPa，設(shè)計(jì)溫度321℃，管道材質(zhì)06Cr18Ni11Ti。保溫材料采用憎水型高溫離心玻璃棉管殼。環(huán)境溫度18℃時(shí)檢測(cè)該管線，外壁溫度平均在23℃，最高處溫度低于25℃，溫升小于10℃，完全滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

某廠中壓蒸汽管線項(xiàng)目于2006年建成投用，運(yùn)行良好。一根中壓蒸汽管線，管徑DN500，過(guò)熱蒸汽設(shè)計(jì)壓力4.3MPa，長(zhǎng)度6000m，蒸汽流量80～160t，入口設(shè)計(jì)壓力P1=4.3MPa，設(shè)計(jì)溫度t1=430℃；出口設(shè)計(jì)壓力P2=3.8MPa，設(shè)計(jì)溫度t2=390℃。保溫材料采用硅酸鎂纖維毯。環(huán)境溫度30℃時(shí)檢測(cè)該管線，外壁溫度平均在34℃，最高處溫度低于40℃，溫升小于10℃，完全滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

有多種可供選擇的絕熱材料時(shí)，應(yīng)首先選用導(dǎo)熱系數(shù)小、密度小、強(qiáng)度相對(duì)高、無(wú)腐蝕性、損耗少、價(jià)格低、運(yùn)輸距離短、施工條件好、有利于健康和環(huán)保的材料或制品。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，及當(dāng)前環(huán)保節(jié)能的嚴(yán)格要求，每一種材質(zhì)的保溫材料制品都應(yīng)緊跟時(shí)代的發(fā)展，不斷改進(jìn)、創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，回收利用工業(yè)廢料，積極開(kāi)發(fā)新型的保溫材料產(chǎn)品種類，彌補(bǔ)產(chǎn)品的不足之處，加強(qiáng)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，加強(qiáng)市場(chǎng)宣傳，加強(qiáng)企業(yè)之間的溝通，努力促進(jìn)保溫材料行業(yè)的快速發(fā)展。總之，降低成本、提高性能、增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力是促進(jìn)保溫制品行業(yè)不斷發(fā)展的最有效途徑。

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