蒸汽管道保溫材料與保溫結構優(yōu)化研究

楊世杰

摘 要：對蒸汽管道保溫材料與其保溫結構的優(yōu)化問題已經逐漸成為當前行業(yè)內集中探討與深入研究的熱點課題。本文從對蒸汽管道保溫性能存在問題的原因分析入手，分別針對蒸汽管道保溫材料的類型選擇、材質選擇以及保溫層結構的設計思路兩個角度進行分析研究，嘗試提出蒸汽管道保溫材料選擇及保溫層結構設計的優(yōu)化方案，以期對蒸汽管道保溫性能優(yōu)化的相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：蒸汽管道;保溫材料;保溫結構;優(yōu)化研究

引言

作為熱力供應相關工程中管道系統(tǒng)的一個重要組成部分，蒸汽管道在實踐中的應用十分普遍。對蒸汽管道保溫材料與其保溫結構優(yōu)化的分析研究成為當前行業(yè)內研究的熱點課題。探索優(yōu)化蒸汽管道保溫性能的有效措施，能夠大幅度提高蒸汽管道的作業(yè)效率，降低能量損耗，維護生態(tài)環(huán)境，穩(wěn)定工程的基本經濟效益和社會效益。

1 蒸汽管道保溫性能優(yōu)化的現(xiàn)實意義分析

蒸汽管道，是由具備耐高溫性能的基礎材質以及其他相應的具備熱量隔絕材料組合而成的管道系統(tǒng)類型。蒸汽管道能夠適用于各種需要冷熱水、高低溫環(huán)境下的熱力供應、溫度保障等工程作業(yè)中，具備良好的機械性能以及隔熱性能，單一材質的蒸汽管道能夠適應一百二十度的高溫環(huán)境，通過與其他隔熱材質組合制作而成的蒸汽管道則能夠適應一百八十度的高溫環(huán)境。對蒸汽管道保溫性能進行一定優(yōu)化，在實踐中的現(xiàn)實意義主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，蒸汽管道保溫性能優(yōu)化是減少能源浪費的關鍵。在我國當前的工業(yè)生產、熱力工程實踐中，蒸汽管道的應用十分普遍。而在蒸汽管道的使用過程中，其保溫性能的保障是至關重要的。在不同的工程系統(tǒng)中，蒸汽管道系統(tǒng)都是能量損耗相對較大的環(huán)節(jié)，如果蒸汽管道保溫性能無法得到保障，將會造成巨大的能源損耗與浪費，對于工程本身的經濟效益影響也是不容忽視的。

第二，蒸汽管道保溫性能優(yōu)化是綠色生態(tài)文明建設的重要基礎。傳統(tǒng)類型的蒸汽管道保溫材料大多無法實現(xiàn)二次重復使用，會不斷造成工業(yè)垃圾廢物，嚴重污染周邊生態(tài)環(huán)境，會同時影響相關工業(yè)工程的經濟效益與社會效益。與此同時，優(yōu)化保溫性能，可以大幅度減少能源供應，大大縮減能源供給支出，也在很大程度上削弱了對大氣環(huán)境的污染。

2 蒸汽管道保溫性能存在問題的原因分析

通過對我國當前工程的實踐情況分析，我們可以看到，蒸汽管道在工程作業(yè)中存在一定的能量損耗問題，而且問題的產生則主要源于蒸汽管道系統(tǒng)自身保溫性能的降低。蒸汽管道保溫性能降低，可能是以下幾個方面的原因導致：第一，蒸汽管道系統(tǒng)建設中所選擇的保溫材料在其種類以及結構設計上存在較大的單一性，在系統(tǒng)建設中，保溫結構在軟質結構部分普遍存在松垮下沉問題，在硬質結構部分則普遍存在局部溫度過高、出現(xiàn)“熱通道”現(xiàn)象等問題;第二，在系統(tǒng)建設中，保溫材料進行選購之前，對于所需材料厚度的范圍測算較為模糊，具體厚度數(shù)據(jù)的參考范圍過大，進而導致蒸汽管道保溫層材料的厚度無法達標這一問題;第三，蒸汽管道保溫材料還會出現(xiàn)保溫層開裂、防水性能下降等問題，進而造成管道內散熱超標，造成能源浪費。

3 蒸汽管道保溫材料的優(yōu)化選擇分析

3.1蒸汽管道保溫材料的優(yōu)化選擇應當遵循的基本原則

在蒸汽管道保溫材料的選擇中，首先應當嚴格遵循材料本身在性能要求上的基本原則，具體包括以下幾個方面：第一，蒸汽管道保溫材料的導熱系數(shù)應當相對較低;第二，蒸汽管道保溫材料應當具備良好的耐熱性能，同時還應當具備不因工程周圍作業(yè)環(huán)境溫度的突然性、急劇性變化而導致性能喪失的材料優(yōu)勢;第三，蒸汽管道保溫材料的密度應當相對較小，并且具備符合具體工程中所要求的孔隙率;第四，蒸汽管道保溫材料應當具備良好的機械強度與性能。

3.2蒸汽管道保溫材料種類的優(yōu)化選擇

在當前的國內市場中，蒸汽管道保溫材料的選擇主要有以下幾種：第一，玻璃棉質保溫材料;第二，硅酸鋁制保溫材料;第三，硅酸鈣制保溫材料;第四，巖棉制保溫材料;第五，氣凝膠氈制保溫材料等等。在這幾種材料中，氣凝膠氈是近些年來在市場中出現(xiàn)的一種新型保溫材料，被廣泛應用于工業(yè)類工程中，與其他幾種保溫材料性能相比較而言，氣凝膠氈具有更為優(yōu)良的導熱性能，同時，在具備相同的保溫效果基礎上，氣凝膠氈材質的蒸汽管道保溫層的厚度要相對較小，在生產運行實踐中能夠有效提高蒸汽管道的排布效率。氣凝膠氈材質的保溫材料與其他幾種保溫材料在性能以及價格上的對比見表1。

4 蒸汽管道保溫層結構的優(yōu)化選擇分析

4.1蒸汽管道保溫層結構的優(yōu)化選擇應當滿足的基本要求

蒸汽管道保溫層結構的優(yōu)化選擇，應當滿足以下幾個方面的基本要求：第一，蒸汽管道保溫層應當在滿足工程所要求的能量損耗標準范圍內的基礎上，制作越薄越好;第二，蒸汽管道的保溫層結構應當具備良好的機械強度要求;第三，蒸汽管道的保溫層結構應當具備良好的防水性、防腐蝕性;第四，蒸汽管道的保溫層結構設計應當滿足施工環(huán)節(jié)的便利，在施工作業(yè)的基礎操作環(huán)節(jié)以及日常的養(yǎng)護維修環(huán)節(jié)等操作要保證簡單便捷。

4.2蒸汽管道保溫層結構的基本分類

蒸汽管道保溫層結構的基本分類主要有兩種，一種是軟質保溫層結構;另一種是硬質保溫層結構。不同的保溫層結構與所選擇的蒸汽管道保溫材料的種類是相關聯(lián)的。軟質保溫層結構與硬質保溫層結構在實踐中的優(yōu)缺點對比見表2。

5 蒸汽管道保溫材料選擇及保溫層結構設計的優(yōu)化方案

5.1選擇雙層異材保溫層結構優(yōu)化蒸汽管道保溫結構設計

結合以上對常見蒸汽管道保溫材料以及保溫層結構的優(yōu)化選擇分析，我們可以看到，蒸汽管道保溫層的設計，可以通過對不同材質性能與市場價格的綜合考量，進而材料的優(yōu)化組合，通過蒸汽管道保溫層的異材設計提高其保溫效能，有效節(jié)省成本支出，同時還能夠大幅度避免由于保溫材質單一容易出現(xiàn)的材料下沉、形成“熱通道”等常見問題。現(xiàn)初步提出以下兩種保溫結構的優(yōu)化設計方案：

第一，根據(jù)保溫材料及市場價格綜合對比，可以使用硅酸鋁與巖棉制保溫材料組合而成的雙層異材保溫層結構，能夠節(jié)省大量的成本支出，同時也能夠滿足對于溫度以及熱流密度等的適應標準要求，保證蒸汽管道系統(tǒng)運行的經濟性與安全性。

第二，選擇性能更有優(yōu)良的氣凝膠氈保溫材料，在對比市場價格因素的基礎上，選擇采取氣凝膠氈保溫材料以及巖棉制保溫材料相組合的雙層異材保溫結構，這樣的蒸汽管道保溫層的厚度可以更薄，能夠進一步提升蒸汽管道系統(tǒng)作業(yè)運行中的排布效率，同時相應地減小成本，經濟效益會更高。

5.2選擇氣凝膠氈保溫材料逐步取代傳統(tǒng)材料以提高蒸汽管道保溫性能

氣凝膠氈保溫材料的主要成分是二氧化硅，通過表1不同保溫材料性能的對比可以很清楚地看到，當前市場中氣凝膠氈保溫材料當屬保溫性能最佳的材料選擇。根據(jù)相關部門所進行的試驗檢測結果顯示，在四百攝氏度高溫的蒸汽管道環(huán)境下，120毫米厚度的巖棉制保溫材料所達到的保溫效果，選擇氣凝膠氈保溫材料厚度僅達到30毫米即可實現(xiàn)，氣凝膠氈保溫材料相較于巖棉制保溫材料，其節(jié)能效率可以高達48%，氣凝膠氈保溫材料的平均使用壽命通常可以達到二十年以上。而在蒸汽管道進行日常養(yǎng)護和維修時，可以直接將氣凝膠氈拆下，在維修完畢后可以再次安裝進行重復使用，避免了傳統(tǒng)保溫材料需要進行頻繁換新、無法二次重復利用的問題，可以大大縮減保溫材料成本，也減少了工業(yè)垃圾廢物，有利于對周邊生態(tài)環(huán)境的保護，踐行可持續(xù)發(fā)展的基本發(fā)展戰(zhàn)略。

6 結束語

綜上所述，蒸汽管道的熱量損失，在我國當前工業(yè)生產、熱力工程實踐中都是亟待解決的現(xiàn)實問題，對蒸汽管道保溫材料進行科學的優(yōu)化設計是十分必要的。本文通過對保溫材料材質、保溫層結構的分析，初步提出了在蒸汽管道中使用雙層異材型結構設計、廣泛推廣使用氣凝膠氈保溫材料等方案，同時進一步明確了氣凝膠氈保溫材料的使用是優(yōu)化蒸汽管道保溫性能的重要關鍵點。隨著未來新興技術的不斷發(fā)展，對于保溫材料的開發(fā)研究也會逐步優(yōu)化，可以在復合型保溫材料的領域實現(xiàn)新突破，融入納米孔絕熱材料技術等等，在進一步壓縮成本的基礎上實現(xiàn)保溫性能的高度提升。圍繞這一領域，未來還可以在做進一步的全新探索。

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