探究高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的應(yīng)用

柴海健

承德熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司 河北承德 067000

1 高效保溫材料氣凝膠的基本概述

1.1 氣凝膠的保溫原理與產(chǎn)品形態(tài)

在自然界當(dāng)中，熱量主要是通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流以及輻射這三種基本方式進(jìn)行傳遞的。當(dāng)這些熱量進(jìn)入到保溫材料之后，會(huì)通過(guò)其中的固體部分來(lái)完成熱傳導(dǎo)，通過(guò)氣體部分完成熱對(duì)聯(lián)，而熱輻射的傳遞不需要任何介質(zhì)就可以完成。當(dāng)前，二氧化硅氣凝膠是一種最為常見(jiàn)也是最為有效的高效保溫材料，它的孔隙數(shù)量比較多且尺寸比較小，通常低于常壓下空氣分子的平均自由程，可以有效避免孔隙的對(duì)流傳熱。與此同時(shí)，氣凝膠的體系和密度都比較小，其中納米網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的彎曲路徑可以有效阻止氣體和固體的熱傳導(dǎo)，其中的孔隙壁則可以將熱輻射的程度降至最低。通過(guò)這三個(gè)方面的共同作用，熱傳遞的所有途徑機(jī)會(huì)都被阻斷，這使得氣凝膠材料具有較強(qiáng)的保溫性能。

1.2 高效保溫材料氣凝膠的性能特點(diǎn)

高效保溫材料氣凝膠是世界上已知最輕的固體材料，具有獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有密度低、介電常數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)低、孔隙率高、比表面積高等特點(diǎn)。與此同時(shí)，氣凝膠還是A級(jí)防火保溫隔熱材料，它可以有效解決保溫材料低熱導(dǎo)率的問(wèn)題，兼具保溫與防火這兩種性能。具體來(lái)說(shuō)，高效保溫材料氣凝膠的性能特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)。第一是具有優(yōu)越的隔熱性能，即使在高溫環(huán)境下使用也可以滿(mǎn)足實(shí)際要求；第二是具有獨(dú)特的耐火焰燒穿性能，可以長(zhǎng)時(shí)間承受火焰的灼燒，面對(duì)使用上限溫度的火焰，氣凝膠材料的隔熱性能出現(xiàn)退化，但是不會(huì)出現(xiàn)隔熱材料熔斷穿孔或者斷裂破碎等問(wèn)題；第三是具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，在酸堿環(huán)境下可以保持不分解和不變質(zhì)，同時(shí)還可以長(zhǎng)時(shí)間耐受多種熱輻射和電磁輻射，在性能上保持不退化；第四是具有較好的力學(xué)性能，無(wú)論是拉伸機(jī)械強(qiáng)度還是彈性都比較優(yōu)越，材料還可以進(jìn)行鉆孔、切割等操作；第五是具有環(huán)保無(wú)毒的特點(diǎn)，即使是在高溫的環(huán)境下也不會(huì)釋放出任何的氣體和有機(jī)物。

2 高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的應(yīng)用

2.1 高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在管道保溫施工當(dāng)中所使用的氣凝膠材料主要是保溫氈。與其他保溫材料相比，它具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。從導(dǎo)熱系數(shù)的角度來(lái)說(shuō)，普通的巖棉保溫材料是0.035-0.047W/k?m、硅酸鋁保溫材料為0.087W/k?m、鋼管材料為48W/k?m，而納米氣凝膠材料為0.013-0.020W/k?m。與此同時(shí)，納米氣凝膠材料的最高使用溫度為1000℃，是所有材料里最高的。

高效保溫材料氣凝膠在其他方面也具有很多優(yōu)勢(shì)。在隔熱方面具有獨(dú)特的孔洞結(jié)構(gòu)，能夠有效阻止熱量的傳遞，是目前導(dǎo)熱系數(shù)最低的一種固體材料，只有傳統(tǒng)保溫材料的四分之一左右。與此同時(shí)，氣凝膠的保溫層厚度比較小，可以有效降低管道散熱的面積，進(jìn)而減少熱量的損耗。對(duì)于長(zhǎng)距離的輸送管道線路，在熱量散失比較少的情況下可以提高管道終端介質(zhì)的溫度、降低管道的含水量。除此之外，氣凝膠還可以有效降低管道保溫工程施工的造價(jià)，在直埋保溫管的情況下保溫性能更為優(yōu)越，熱量損失更少，可以實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的目標(biāo)。最后，氣凝膠還具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，它具有納米三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，隔熱的性能更為持久。

2.2 高效保溫材料氣凝膠在管道保溫施工中的具體應(yīng)用

當(dāng)前在管道保溫施工當(dāng)中所使用的納米氣凝膠保溫氈的隔熱性和疏水性都比較強(qiáng)，是目前最為高效的保溫材料。從結(jié)構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)，與管道緊密切合的是一層卷繞管道的氣凝膠保溫氈，它最大的功能是進(jìn)行保溫。在該層之外是玻纖帶和金屬保溫層，它的主要功能是防護(hù)，尤其是面對(duì)機(jī)械沖擊或者在戶(hù)外環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道和氣凝膠材料的保護(hù)。在施工的過(guò)程當(dāng)中如果需要多層保溫氈同時(shí)使用，需要采用對(duì)錯(cuò)搭接的方式進(jìn)行應(yīng)用，這樣可以最大程度地提高管道的保溫性能。與此同時(shí)，納米氣凝膠保溫氈還具有較強(qiáng)的抗拉性能和柔性，在使用的過(guò)程中可以根據(jù)管道的具體情況進(jìn)行靈活應(yīng)用。這需要施工人員能夠根據(jù)管道的具體情況和實(shí)際要求來(lái)制定合理的施工方案。

在施工作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，人們會(huì)根據(jù)管道保溫施工的實(shí)際要求，同時(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍鉁財(cái)?shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行有效的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的合理設(shè)置。具體來(lái)說(shuō)，在施工的過(guò)程當(dāng)中，需要將管道的外徑控制在813mm，外壁厚度控制在16mm，同時(shí)確保蒸汽溫度在300℃以上。在使用氣凝膠材料進(jìn)行管道保溫施工的過(guò)程中，對(duì)外界的溫度也有一定的要求。在確定管道的規(guī)格之后，施工人員需要截取一塊1m長(zhǎng)的管道來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算，確保管道外壁的風(fēng)速在2.9m/s左右。施工人員在使用雙層或者多層氣凝膠絕熱氈進(jìn)行施工的時(shí)候，需要將其進(jìn)行逐層的捆扎，然后運(yùn)用同層錯(cuò)縫、內(nèi)外層壓縫方式進(jìn)行敷設(shè)，還要避免搭縫的位置位于管道垂直中心線的45°范圍之內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在管道保溫施工當(dāng)中運(yùn)用高效保溫材料氣凝膠不僅可以達(dá)到隔熱效果，同時(shí)還可以增強(qiáng)管道的熱穩(wěn)定性，降低施工造價(jià)、提升整體性能。在施工的過(guò)程當(dāng)中，工作人員需要結(jié)合管道的特點(diǎn)和保溫要求，制定科學(xué)的氣凝膠應(yīng)用方案，并在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)氣凝膠材料進(jìn)行革新和優(yōu)化。在未來(lái)，氣凝膠的生產(chǎn)成本也將進(jìn)一步被降低，在建筑保溫領(lǐng)域當(dāng)中將有更為廣泛的發(fā)展前景。