摘要： 目前直埋蒸汽保溫管道的應用越來越廣泛，本文針對直埋蒸汽管道隔熱環(huán)絕熱材料的選用作了相應的分析。首先介紹了隔熱環(huán)的設置、作用和技術要求，其次對隔熱環(huán)絕熱材料的選用進行了分析比較，并分別介紹了耐高溫隔熱鋼、石棉橡膠、納米絕熱材料和普通石棉板這四種絕熱材料的性能和優(yōu)缺點。
關鍵詞： 直埋蒸汽管道；隔熱環(huán)；絕熱材料；分析
中圖分類號：TU995.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）33-0026-02
0 引言
據記載顯示，直埋蒸汽保溫管道在我國已經應用了二十多年，隨著我國經濟的高速發(fā)展，各種基礎建設也越來越多，直埋蒸汽管道的投資范圍也越來越廣泛。與此同時，隨著直埋蒸汽管道的技術的不斷發(fā)展和完善，對絕熱材料的技術要求也越來越高。本文分析了有關直埋蒸汽管道隔熱環(huán)絕熱材料的選用，首先介紹了隔熱環(huán)的設置、作用和技術要求，其中具體介紹了隔熱環(huán)的五個方面的技術要求；其次對隔熱環(huán)絕熱材料的選用進行了分析比較，并分別介紹了耐高溫隔熱鋼、石棉橡膠、納米絕熱材料和普通石棉板這四種絕熱材料的性能和優(yōu)缺點。
1 有關隔熱環(huán)的相關特點
1.1 設置和作用 直埋蒸汽管道有一個非常重要的組件，即隔熱環(huán)，其性能與蒸汽管的使用壽命有著重要的關聯。隔熱環(huán)有幾種不同的類型，主要包括墊片型和半環(huán)型，前者是在應用于固定支架上，后者則是滑動支架。之所以在滑動支架和固定支架中安裝一個重要的隔熱環(huán)，是因為想要避免鋼管的使用壽命受到影響，如果不裝隔熱環(huán)，就會形成熱通道，使得外套鋼管因溫度過高而過度膨脹，并且還會使防腐層受到影響。
關于隔熱環(huán)的作用，主要包括支撐和隔熱兩個方面。在滑動支架和鋼管之間安裝一個半環(huán)型的隔熱環(huán)，能夠有效的進行隔熱，同時該隔熱環(huán)有較強的抗壓強度，能夠在多重的重壓下仍舊不會變形。這樣一來，便可以使得鋼管正常的工作而不會產生鋼管移位等問題。而墊片型的隔熱環(huán)則擁有更強的抗壓強度，以便承受較大的反彈力和內推力，反彈力是因為鋼管工作中由于補償器受到熱膨脹而產生的，而內推力則是由于管道內壓而形成的。
1.2 技術要求 隔熱環(huán)是直埋蒸汽管道的重要組成部分，而隔熱環(huán)本身也有兩個重要的指標，就是其熱導率和抗壓強度。一方面隔熱環(huán)的熱導率影響著管道的外防腐層的使用壽命，同時也與管道的保溫效果有著重要聯系；另一方面，在管道運行時對隔熱環(huán)的抗壓強度也有較高要求，影響著蒸汽管道的正常工作。此外，隔熱環(huán)還應該具備一定的防水性，這樣可以避免在保溫層進水后對隔熱環(huán)的工作性能產生影響，而且當隔熱環(huán)在吸水后其氯離子的滲出應該在一定標準以內，這樣可以避免蒸汽管道被腐蝕。在通過分析和論證之后可以發(fā)現，關于抗壓強度的技術要求，半環(huán)型隔熱環(huán)是大于或等于2Mpa即可，而墊片型隔熱環(huán)則是大于或等于5Mpa。關于熱導率的要求是越低就越好。由于管道在運行過程中的介質溫度有時可能會達到350℃，所以隔熱環(huán)也必須具有350℃以上的長期耐溫能力。
具體來說，隔熱環(huán)的技術要求包括以下幾個方面：
�、倏顾浴Ｋ^抗水性就是需要隔熱環(huán)能夠有憎水的性能，或者是材料不會汲水，對于那些容易進水而且又容易瀝水的材料，現在很難滿足直埋蒸汽管道的需求。因為材料一旦進水后，其導熱率會大大增加，從而使得界面溫度發(fā)生巨變，導致原本設計好的保溫結構遭到破壞，無法正常的工作。
�、诮^熱性。所謂絕熱性是指對隔熱環(huán)的的導熱性能有所要求，要求材料的導熱系數越小越好，當其導熱系數太高時，就會需要增加材料的外層的厚度，這樣不但會影響防腐層的功能還會加大成本的支出。
③工藝性能。對于隔熱環(huán)中的絕熱材料來說，生產工藝比較復雜，質量無法得到保證，同時在運輸途中或者是安裝的時候，容易出現碰撞，在外部受損后如果沒有得到修復就會形成潛在的隱患。因此，對絕熱材料的工藝性能也有一定要求。
④材料的使用壽命。對于絕熱材料一般要求其能夠耐高溫，盡管一些材料能夠耐高溫，但是其持久性卻有所欠缺。往往這些絕熱材料能夠在短時間內耐受高溫，但時間一長其性能就大大降低，一些材料會出現破裂或是粉化的現象，一些材料會因為粘接劑失去功效而導致保溫結構遭到破壞的現象。這些都表明材料的耐溫持久性較差，材料的使用壽命不能達到要求。 ⑤抗事故性能。一般由于一項工程的完成需要較長的時間，在此期間管道的保護層可能會遭到損壞，同時會有安裝時遭遇雷雨天氣、地下水出現滲透、內管出現漏氣等各種事故，這時就要求絕熱材料能夠具有相應的抗事故能力，那么就不會在發(fā)現事故時出現工程全線崩潰的現象。
2 隔熱環(huán)絕熱材料選用的分析比較
對于絕熱材料的選用，應該根據具體的材料性能和隔熱環(huán)的技術要求來選擇，現在絕熱材料有很多不同的種類。所謂絕熱材料是指在常溫下熱導率小于0.3W/（m·K）的材料，所以那些大于或等于該標準的材料就不能選用。在比較各種材料的絕熱性的時候，應該在抗壓強度和溫度相同的情況下進行比較，否則，就沒有任何意義。盡管現在的絕熱材料種類很多，但是目前主要采用的幾種分別是：耐高溫隔熱鋼、石棉橡膠、納米絕熱材料和普通石棉板。
2.1 普通石棉板 對于普通石棉板，這種絕熱材料屬于板材，所以包裹在管道上面的時候很難成型，而且很難與管道貼合在一起，此外還比較容易折斷。所以這種絕熱材料的絕熱效果較差，還會影響滑動支架的牢固性，缺乏較強的支撐能力。這種絕熱材料在前些年的應用較廣，后來由于其較差的絕熱性，使得外鋼管在工作中容易溫度過高，支架松動的現象時有發(fā)生，后來其應用逐漸減少。不過，其價格較為便宜，所以仍舊有一些地方采用這種絕熱材料，比如一些較小的生產直埋蒸汽管道的企業(yè)。
2.2 石棉橡膠 石棉橡膠不同于普通石棉板，它普遍應用于當前的直埋蒸汽管道行業(yè)領域中，它是利用石棉板和橡膠相結合，橡膠是能夠耐高溫的，而石棉板則是能耐高強度的。在橡膠中添加云母，可以提高橡膠的耐熱性和相應的絕熱性能。目前很多大城市的工程項目采用的絕熱材料都是石棉橡膠。當然，這種材料也具有其相應的優(yōu)點和缺點。關于石棉橡膠的優(yōu)點，主要包括成型好，有較強的耐壓強度，制作較為簡單等；而關于石棉橡膠的缺點，包括石棉不太環(huán)保，含有致癌的物質。此外，由于石棉導熱率較大，所以在制作隔熱環(huán)的時候必須增加其厚度，這樣便會使得成本付出有所增加。由于橡膠和石棉板是分別比較耐高溫和高強度的，因此它們的價格也比較昂貴。這樣一來隔熱環(huán)的整體造價就比較高。直埋蒸汽管道的使用年限要求是二十五到三十年，但是由于橡膠具有耐高溫卻容易老化的缺陷，目前還不能確定是否能夠達到該使用標準。
2.3 耐高溫隔熱鋼 耐高溫隔熱鋼是一種升級換代產品，它是針對石棉橡膠而研發(fā)的。原材料主要是鎂化合物，是幾種材料相互粘合而制成的一種層狀結構的材料，由內而外分別是硅酸鋁毯、復合隔熱鋼、玻璃纖維帶。其中中間層是由多種材料復合并采用模具澆注而成。這種材料的絕熱效果比較好，目前在很多城市的工程中得到了應用。對于耐高溫隔熱鋼的優(yōu)缺點主要有以下幾點，優(yōu)點包括能抗老化從而使用壽命較長，有較好的隔熱效果和抗壓效果，還比較環(huán)保；缺點在于復合隔熱鋼的生產較為復雜，由模具澆注制成，需要花費較長的時間才能完成，而且還需要進行養(yǎng)護以保證其物理性能能夠達標。
2.4 納米絕熱材料 納米絕熱材料是一種絕熱性較好的材料，其自身的納米填料熱導率較小，另外導熱的納米顆粒面積比較小，所以總體的絕緣效果非常好。納米孔硅微粉是一種多孔結構，這種結構超微細而且細密，使得氣體不易流動，也就能夠具有較低的熱導率。
根據傳熱學的知識可以知道，介質的尺度小到微納米級的時候，導熱體就會轉換成絕熱體，由于在孔隙之中，氣體是靜止的狀態(tài)，不能進行布朗運動，也無法進行導熱。幾乎所有的氣體分子都附在孔壁上，即使會有個別分子進行運動也會因與孔壁發(fā)生碰撞使得熱能量減少，同時孔壁為絕熱材料，導熱性非常低。納米孔硅微粉的孔隙較小，能夠對氣體分子的運動起到阻礙作用。
盡管納米絕熱材料是最新研制的絕熱材料，具有隔熱效果好的優(yōu)勢，然而在目前的直埋蒸汽管道生產中還沒有應用這種材料，主要是這種材料的價格相當的高昂，剛開始時沒有廠家選擇這種隔熱環(huán)絕熱材料進行生產。對于這種材料的優(yōu)缺點主要包括以下幾方面，優(yōu)點包括有良好的絕熱效果，能夠耐高溫；缺點在于生產工藝較復雜，生產周期長，需要花費時間進行養(yǎng)護，同時，高強度的納米絕熱材料的價格也是非常之貴。
3 絕熱試驗
對于以上四種絕熱材料，采取絕熱實驗，試樣的長度為80cm，寬度為40cm，高度為40cm，把這幾種材料放在溫度為21-25℃，相對濕度為45%-55%的條件下，持續(xù)大約二十四個小時。然后把這四種絕熱材料放在平板加熱器上面，設定加熱溫度為350℃，直到溫度達到350℃之后再繼續(xù)加熱三個小時，最后測量四個樣品材料的冷面溫度。根據實驗測得數據如下：普通石棉板的冷面溫度是140℃，石棉橡膠的冷面溫度是110℃、耐高溫隔熱鋼的冷面溫度是100℃，納米絕熱材料的冷面溫度是70℃�？梢钥闯觯{米材料的絕熱性是這幾種絕熱材料中最好的。
4 結語
在以上幾種絕熱材料中，納米絕熱材料的性能無疑是最好的，無論是耐溫性能、抗壓強性能還是綜合的使用壽命，它都是制作隔熱環(huán)最好的選擇，然而高昂的造價卻是不得不考慮的問題。隨著我國絕熱材料的技術的不斷發(fā)展和完善，在市場中已經形成了生產規(guī)�；�、性能越來越好、成本越來越低的狀況，無論是性能相對較落后的石棉橡膠、還是發(fā)展前景更好的納米絕熱材料，企業(yè)在選擇時都應該根據市場的實際情況，選擇性價比更好的絕熱材料來使用�？傊^熱材料是制作隔熱環(huán)的總要材料，而隔熱環(huán)是直埋蒸汽管道非常重要的組件，所以選擇好的絕熱材料是工程實施的重要環(huán)節(jié)。
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