氣凝膠絕熱粘在施工過(guò)程中的應(yīng)用

喬棟 宋騰 胡小明 孫培敬

摘 要：納米氣凝膠絕熱粘是工程施工中重要的保溫材料，本文以氣凝膠絕熱粘為研究對(duì)象，對(duì)其在煙管保溫施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，供一線施工人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：氣凝膠絕熱粘;施工;煙管保溫

引言：氣凝膠絕熱粘作為一種新的保溫方式，與傳統(tǒng)保溫方式相比，保溫效果十分良好，且具有較強(qiáng)的憎水性、綠色環(huán)保等特征，在煙管保溫、蒸汽管道保溫等施工中得到廣泛應(yīng)用。

1. 氣凝膠絕熱粘簡(jiǎn)介

氣凝膠絕熱粘屬于一種高耐溫、憎水型柔性保溫材料，它的納米絕熱功能主體是介孔二氧化硅氣凝膠，結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料為無(wú)機(jī)纖維針刺毯，可用于650℃以下的高溫區(qū)域，是實(shí)現(xiàn)高效隔熱與最低能耗的最佳產(chǎn)品。目前，氣凝膠絕熱粘已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：

（1）保溫性能較強(qiáng)，絕熱效果為傳統(tǒng)石棉繩保溫的3-5倍。

（2）保溫層厚度較薄，與傳統(tǒng)材料絕熱性能相比更強(qiáng)，熱損失或冷損失更小，空間利用率更高。

（3）憎水性較強(qiáng)，具有強(qiáng)大的整體憎水性能，在隔絕液態(tài)水的同時(shí)又允許水蒸汽通過(guò)。

（4）柔性、抗拉、抗壓強(qiáng)度較好，可有效抵抗暴力施工，長(zhǎng)期使用也不會(huì)出現(xiàn)不沉降、變形等問(wèn)題。

（5）抗震性較大，不但設(shè)備具有良好的保溫效果，還具有吸聲降噪、緩沖震動(dòng)等功能，可提高環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)設(shè)備。

（6）安全環(huán)保，不含對(duì)人體有害物質(zhì)，廢棄物可通過(guò)填埋進(jìn)行處理。

2.煙道保溫材料的應(yīng)用對(duì)比

柴油機(jī)安裝在工程施工中是必不可少的一項(xiàng)重要任務(wù)，每個(gè)工地都不離開(kāi)柴油機(jī)的支持。而柴油機(jī)排煙管作為柴油機(jī)安裝的重要一環(huán)，其能否正常使用關(guān)乎柴油機(jī)效能的發(fā)揮。煙管直徑一般在DN600以上，體積較大，具有一定的安裝難度，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而氣凝膠絕熱粘的應(yīng)用無(wú)論在安裝效率還是保溫效果上都具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.1傳統(tǒng)的柴油機(jī)排煙管保溫

1.柴油機(jī)排煙管采用石棉繩保溫，保溫總厚度為55mm。保溫層外設(shè)金屬保護(hù)層。

2.保溫前，應(yīng)將石棉繩涼干;保溫時(shí)，將φ25的石棉繩在煙管外纏裹兩層，纏繞層應(yīng)均勻、密實(shí)。石棉繩纏好后，用25×25×0.5的鍍鋅鐵絲網(wǎng)包扎牢固。

3.采用石棉灰、石棉絨、普通水泥加水混和攪拌制成的石棉水泥漿抹面，石棉灰、石棉絨、普通水泥的體積配和比為3：2：1，抹面應(yīng)均勻、光滑，厚度為10mm—15mm。

4.待石棉水泥層完全干燥后，采用0.5mm—0.7mm厚鍍鋅鋼板包裹煙管，作為保護(hù)層。

5.法蘭、閥門(mén)及補(bǔ)償器不做保溫處理，法蘭兩側(cè)應(yīng)留出1.2倍螺栓長(zhǎng)度，并在其端部抹出600—700的斜坡。

2.2新型的柴油機(jī)排煙管保溫

為了達(dá)到節(jié)約能源的目標(biāo)，對(duì)各類(lèi)供熱設(shè)備、管道的保溫材料提出了新的要求?，F(xiàn)階段，工業(yè)上使用的保溫材料主要有玻璃棉、石棉繩、硅酸鋁纖維制品、納米氣凝膠絕熱粘。在新型柴油機(jī)排煙管保溫工程中，采用納米氣凝膠絕熱粘進(jìn)行保溫處理，與傳統(tǒng)材料相比保溫效果更加理想，且應(yīng)用方法也更加精簡(jiǎn)、方便，具體如下。

1.采用納米氣凝膠絕熱粘保溫，保溫總厚度為40mm。保溫層外設(shè)金屬保護(hù)層;從物理性能上看，氣凝膠絕熱粘的密度為180—200kg/m3，傳統(tǒng)硅酸鋁的密度僅為120—150kg/m3;在防水性上，氣凝膠的憎水率超過(guò)99%，在應(yīng)用中無(wú)需采用其他防水措施作為復(fù)制，而傳統(tǒng)保溫材料則不具備較強(qiáng)的防水性，需要在防護(hù)板表面噴涂金屬密封膠實(shí)現(xiàn)防水;

2.保溫時(shí)，將φ20的氣凝膠絕熱粘在煙管外纏裹兩層，每層氣凝膠絕熱粘纏好后，用鋼打包帶包扎牢固，纏繞層應(yīng)均勻、密實(shí)即可，具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，可達(dá)到120KPa，而傳統(tǒng)的粘狀制品壓縮形變較大、板狀制品又較脆，容易碎;在使用壽命上，氣凝膠絕熱粘更具優(yōu)勢(shì)，使用期限超過(guò)20年，而傳統(tǒng)保溫材料僅為3—5年便需要更換[1]。

3.氣凝膠絕熱粘在煙管保溫中的應(yīng)用實(shí)例

在某電廠煙管保溫工程中，管道外包彩鋼板，鋼管規(guī)格為OD516，環(huán)境溫度為20℃，介質(zhì)溫度為610℃，基本的保溫要求為外層設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)45℃，熱損失量不超過(guò)最大規(guī)定值。分別采用石棉繩、納米氣凝膠絕熱粘作為保溫材料，保溫結(jié)構(gòu)表面散熱損失量的計(jì)算公式為：

式中，Q代表的是每平方米絕熱層外表面積熱損失量，單位為W/m2;T0代表的是管道外表面溫度，單位為℃;Ta代表的是環(huán)境溫度，單位為℃;D0代表的是管道外徑，單位為mm;D1代表的是絕熱層外徑，單位為mm;as代表的是絕熱層外表面與空氣換熱系數(shù)，單位為W/（m2·k）;

在沒(méi)有特殊工藝要求的情況下，可根據(jù)GB 50264—2013中的規(guī)定，對(duì)保溫層的厚度進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)經(jīng)濟(jì)厚度過(guò)小、無(wú)法符合最大熱損失要求時(shí)，應(yīng)采用最大允許熱損失下的厚度，經(jīng)濟(jì)厚度的計(jì)算方式如下：

式中，t代表年運(yùn)行時(shí)間，單位為h，通常按照每年8000h的量計(jì)算，特殊情況根據(jù)實(shí)際運(yùn)行計(jì)算;Ta代表環(huán)境溫度，單位為℃，在以人為參考，對(duì)防燙傷厚度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，以最熱月的平均溫度為準(zhǔn)，在以管道內(nèi)介質(zhì)結(jié)冰為參考時(shí)，以最冷月的最低溫度為準(zhǔn)[2];在對(duì)煙管保溫結(jié)構(gòu)單位長(zhǎng)度散熱損失量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，公式為：

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到上述公式中后，可得出以下結(jié)果，對(duì)兩種保溫方案進(jìn)行對(duì)比，如下表1所示。

由上表1可知，兩種方案中的保溫計(jì)算結(jié)果均與設(shè)計(jì)要求（不超過(guò)45℃）相符合，相比之下，納米氣凝膠絕熱粘在用料、節(jié)能方面具有更大優(yōu)勢(shì)。當(dāng)表面溫度在41±0.5℃條件下，與傳統(tǒng)保溫方式相比，納米氣凝膠絕熱粘的材料用量?jī)H為35.4%。由此可見(jiàn)，采用納米氣凝膠絕熱粘能夠在很大程度上減少保溫材料的用量，縮小材料占用的面積，這些優(yōu)勢(shì)在一些空間限制較高的工程，如管道管廊、直埋管道等工程中優(yōu)勢(shì)更加突顯。雖然上述兩種方案在表面問(wèn)題上較為接近，但由于納米氣凝膠絕熱粘的保溫層厚度較小，因此散熱面積相對(duì)較小，單位長(zhǎng)度內(nèi)熱損失量較低，節(jié)能效果更加理想，與傳統(tǒng)保溫方式相比，在節(jié)能率上節(jié)省了25.2%，具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)[3]。

結(jié)論：綜上所述，柴油機(jī)煙管保溫采用納米氣凝膠絕熱粘替代石棉繩，既能有效提高煙管保溫的進(jìn)度，同時(shí)又能降低施工難度，提高施工安全系數(shù)，提升煙管保溫的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，成為工程施工中柴油機(jī)煙管保溫的最佳材料，未來(lái)將在更多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]李智， 李建平， 任富建，等. 氣凝膠復(fù)合絕熱氈在蒸汽管道保溫中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)， 2017， 48（10）：1112-1113.

[2]孫登科. 硅氣凝膠保溫材料的絕熱機(jī)理研究[J]. 科技資訊， 2015， 13（5）：1-1.

[3]何棟. 納米氣凝膠絕熱氈在蒸汽熱網(wǎng)管道上的應(yīng)用[J]. 浙江電力， 2018， 06（5）：93-96.