蒸汽管道常見保溫問題解析和改進(jìn)

王瑩

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津300074）

1 引言

自從我國將節(jié)能減排納入長期國策之后，許多熱電行業(yè)紛紛響應(yīng)國家這一基本國策的號(hào)召，推行并實(shí)施了“上大壓小”“集中整合”的制度，因此，大力發(fā)展集中供熱就顯得尤為重要。為了更好地應(yīng)對(duì)不斷延伸的供熱半徑，許多電廠開始從原有的老管道著手，開展了一系列的老管道利舊工作，例如，保溫管道改造、保溫材料更換等舉措，以此來提高管道的熱量保留能力，降低管道的熱量損耗，從而更好地完成長距離熱負(fù)荷輸送任務(wù)。

2 蒸汽管道常見的保溫問題及原因

2.1 由于重力引起管道的脫空現(xiàn)象

蒸汽管道常見的保溫問題種類繁多，其中問題表現(xiàn)較為突出的是由重力引起的管道脫空問題[1]。此類問題根據(jù)管道布置方式的不同，主要可以分為兩大類：一是管道的下部脫空（如圖1 所示），這類管道脫空現(xiàn)象主要存在于水平布置的蒸汽管道之中；二是管道保溫下沉、直管段無保溫，該問題主要多發(fā)于垂直管道當(dāng)中。

圖1 管道的脫空現(xiàn)象

2.2 保溫材料受潮或吸潮

在一些地區(qū)的蒸汽管道改造和鋪設(shè)項(xiàng)目中，由于事先沒有明確項(xiàng)目工期，許多保溫材料在沒有開工之前就提前進(jìn)入施工現(xiàn)場，再加上相關(guān)人員對(duì)材料的管控和維護(hù)工作不到位，因此，造成了部分保溫材料出現(xiàn)嚴(yán)重的受潮或吸潮現(xiàn)象，極大程度上影響了保溫材料的保溫性能，尤其是對(duì)于一些南方氣候濕熱地區(qū)而言，這種情況更為嚴(yán)重。保溫材料內(nèi)部出現(xiàn)水分殘留，不僅會(huì)使氣體空間受到侵占，影響保溫材料的隔熱性能，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致保溫材料出現(xiàn)濕遷移和相變傳熱現(xiàn)象，使蒸汽管道的導(dǎo)熱性系數(shù)大打折扣。有實(shí)驗(yàn)表明，保溫材料含水時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨之成倍地增加，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的上升直接導(dǎo)致了蒸汽管道的熱量流失，大大降低了蒸汽管道的保溫性能。除此之外，還有部分蒸汽管道的保溫材料在遇到水份時(shí)，一旦受潮或是吸潮還會(huì)出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，表現(xiàn)為受熱后逐漸變?yōu)榉勰?，這種現(xiàn)象也在一定程度上影響著保溫材料的保溫性能。

2.3 保溫材料隨熱位移受擠，造成部分管道無保溫

在整個(gè)蒸氣管道網(wǎng)中，補(bǔ)償器段和管道熱位移較大部位都是易出現(xiàn)保溫問題的管段，熱位移較大的情況下會(huì)導(dǎo)致管道位移反方向部位管道保溫材料受到擠壓，從而導(dǎo)致該部位保溫缺失，管道熱損失增加（如圖2 所示）[2]。除此之外，還有的管道附件部位也存在著保溫工作不到位的問題。

3 蒸汽管道常見保溫問題解析和改進(jìn)

圖2 保溫材料隨熱位移受擠

造成上述問題的根本原因無外乎三個(gè)方面，分別是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、材料質(zhì)量控制環(huán)節(jié)以及施工環(huán)節(jié)上的不足，設(shè)計(jì)是根本、選材是保證、施工是關(guān)鍵，以下針對(duì)蒸汽管道常見保溫問題的改進(jìn)提出建議。

3.1 保溫設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的根本

3.1.1 保溫材料的使用溫度

蒸汽管道保溫材料在使用溫度的設(shè)計(jì)上是具有一定要求的，使用溫度的設(shè)計(jì)必須保證保溫材料在使用溫度范圍之內(nèi)，經(jīng)過長時(shí)間的反復(fù)使用之后，仍能符合最初的設(shè)計(jì)需求和運(yùn)行技術(shù)要求，即為保溫材料的使用溫度。例如，歐文斯·科寧的高溫玻璃棉保溫材料，該材料的最高耐熱溫度為538℃，而在長期使用的情況下，該材料實(shí)際的耐熱溫度則是300℃。張家港某運(yùn)行溫度為280～300℃的熱網(wǎng)項(xiàng)目就采用了這種保溫材料，使用初年管道頂部可見積雪，證明保溫效果良好，次年則出現(xiàn)了保溫性能下降的現(xiàn)象，管道保溫層高溫玻璃棉粉化現(xiàn)象較為明顯。

3.1.2 保溫材料的最佳容重

蒸汽管道的保溫設(shè)計(jì)中，如果對(duì)保溫材料容重方面的設(shè)計(jì)和選擇不合理，選用了較輕容重保溫材料，那么在重力和使用時(shí)間的雙重作用下，水平管道保溫層極易出現(xiàn)上薄下厚的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致管道下部脫空，使蒸汽管道保溫性能急劇下降。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)盡量選擇最佳容重的保溫材料，具體可以依照以下幾點(diǎn)進(jìn)行選擇：首先，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)當(dāng)相對(duì)較低；其次，保溫材料在抗震性能、機(jī)械強(qiáng)度以及彈性恢復(fù)系數(shù)等方面必須表現(xiàn)良好；再次，利用包裝運(yùn)輸和安裝的過程，觀察保溫材料的外形穩(wěn)定性是否符合標(biāo)準(zhǔn)，尤其要注意材料的厚度變化是否穩(wěn)定；最后，對(duì)于一些礦纖材料及其制品而言，最佳容重的選擇和設(shè)計(jì)更加具有實(shí)際意義，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)著重對(duì)此類保溫材料的最佳容重進(jìn)行控制，例如，巖棉制品的容重應(yīng)當(dāng)以90～150kg/m3為最佳，超細(xì)玻璃棉的容重應(yīng)當(dāng)以50～80kg/m3為最佳，硅酸鋁的最佳容重和導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系可參考GB/T 16400—2015《絕熱用硅酸鋁棉及其制品》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 材料質(zhì)量是工程質(zhì)量實(shí)現(xiàn)的保證

為了有效地解決蒸汽管道中常見的保溫問題，相關(guān)單位在施工前就應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)保溫材料采購環(huán)節(jié)的管控，確保所采購的保溫材料無論是在導(dǎo)熱系數(shù)、最佳容重方面，還是在保溫材料的厚度等方面均符合管道保溫設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和使用需求。許多業(yè)主單位盲目地相信保溫材料生產(chǎn)廠家所提供的檢測報(bào)告，沒有對(duì)保溫材料進(jìn)行實(shí)地考察和后續(xù)的抽查，認(rèn)為只要檢測報(bào)告中反映出的數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求就可以進(jìn)行采購，因此，對(duì)材料質(zhì)量的審核放松警惕，從而為后續(xù)的使用埋下了嚴(yán)重的問題隱患。為此，相關(guān)單位必須從源頭上加強(qiáng)對(duì)保溫材料的質(zhì)量控制，加大對(duì)保溫材料生產(chǎn)和運(yùn)輸全過程的監(jiān)督和管理力度，堅(jiān)決杜絕不符合標(biāo)準(zhǔn)的材料進(jìn)場。

3.3 施工是工程保溫效果實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵

3.3.1 保溫材料的保管

保溫材料的合理保管也是有效解決蒸汽管道常見保溫問題的重要措施之一，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)正確認(rèn)識(shí)到保溫材料保管工作的重要性，意識(shí)到保溫材料的保養(yǎng)情況直接關(guān)系著后期的蒸汽管道保溫效果。因此，要求相關(guān)單位要從保溫材料進(jìn)場開始，認(rèn)真做好保溫材料的防水保管工作，并一直持續(xù)到施工階段。同時(shí)，對(duì)于保溫材料的堆放而言，要求相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮庫房堆放的方式，將材料盡量置于室內(nèi)，如果不具備庫房堆放條件，相關(guān)人員也可采用底部墊高和頂部覆蓋的方式進(jìn)行保溫材料防水，避免雷雨臺(tái)風(fēng)天氣材料受到雨淋或者雨水浸泡，出現(xiàn)受潮或吸潮現(xiàn)象。

3.3.2 保溫材料的施工

除了上述方式之外，蒸汽管道常見保溫問題的改進(jìn)還可以從保溫材料的施工方面入手。相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格規(guī)范施工人員的施工行為，雨水天氣禁止開展一切保溫材料施工活動(dòng)，堅(jiān)決杜絕施工中出現(xiàn)使用受潮保溫材料的行為。同時(shí)，還要嚴(yán)格控制保溫層和外護(hù)層的施工順序，要以由上至下的順序進(jìn)行施工[5]。此外，每一段保溫管施工完成之后，施工人員還要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成外護(hù)層或防水層的包扎工作，最晚不得超過第二天。

4 結(jié)語

綜上所述，蒸汽管道的保溫工作意義重大，直接關(guān)系著熱網(wǎng)工程的熱損控制效果。因此，保溫工作也可以看作是整個(gè)熱網(wǎng)工程建設(shè)成敗的決定因素之一，并且也是熱網(wǎng)工程質(zhì)量控制中的一大難題，不論是對(duì)于架空管道而言，還是對(duì)于埋地管道而言，都需要引起相關(guān)人員的高度重視，確保每一個(gè)保溫施工環(huán)節(jié)的合理性，這樣才能夠有效地避免一些常見的蒸汽管道保溫問題的出現(xiàn)。