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【摘 要】本文以热媒管道为例，对常用保温材料、硅酸铝制品、岩棉制品、超细玻璃棉的性能进行了比较，并通过严格计算，选择出最佳保温材料，最适合的保温厚度，从而达到节约能源、节约资金的目的。
【关键词】管道保温；保温材料；对比；选择
在工农业生产中的设备及管道根据其工艺条件的要求需保持一定的温度，减少热温损失，进行必要的保温。随着社会可持续发展的意识形态的上升，对保温技术提出了更高的要求。这里针对热媒管道保温材料的选择，进行探讨，选择合理的保温材料，并对热媒管道保温层厚度合理的选择，达到减少散热损失的目的，这是企业节约能源及降低工程费用的一项重要措施。也是节能减排的要求，因此受到企业的高度重视。
1.热媒管保温材料的选择
1.1热媒管道保温的性能参数
目前市场上的保温材料品种繁多，性能及价格也存在着很大的差异。热媒管道常用的保温材料有：硅酸铝制品、岩棉制品、超细玻璃棉等，其性能及价格如下表：
表1 常用热媒管道保温材料的性能及价格
注：为保温材料内外表面温度平均值；价格主要参考20011年《上海建设工程-造价与交易信息》。
保温材料的选用是否经济合理，保温层厚度是否恰当，可以从保温结构外表面散热损失的数据得到验证。根据GB50264-1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》散热损失应控制在表2允许的范围内。
表2 保温结构外表面允许最大散热密度
1.2热媒管道保温材料的选择计算
影响热媒管道保温效果的主要因素有：热媒管道所处环境的平均气温ta及常年平均风速V，保温材料的导热系数λ，保温层表面放热系数a，保温层厚度δ及施工质量等。一般来说，平均气温ta和平均风速v可设为定值，影响保温效果的主要因素是保温材料的导热系数和保温层厚度。在同样散热损失的情况下，导热系数及保温层表面放热系数越大，保温层厚度就越厚。因此，合理选用保温材料，选择最佳的保温层厚度，可达到节约能源、降低费用的目的。
保温材料的选择，应结合工程实际进行必要的计算。现以涤纶布2#聚酯联合装为例：常见的?273mm热媒管道，热媒温度290℃，采用硅酸铝保温材料来计算。由于装置处于室内，风力主要来自于送风机和窗户的对流，故平均风速一般为1.9m/s。而平均气温约达到18.5℃。
（1）管道保温结构外表面放热系数a与保温材料的辐射传热系数an、对流传热系数ac有关，即a与风速、保温材料及材料黑度等因素有关。管道保温结构外表面放热系数a可按下式计算：
式中：ts—保温结构外表面温度，℃；
ta—常年平均环境温度，℃；
ε—保护层材料黑度，采用水泥砂浆网粉，按表2表0.93。
表3 保护层材料黑度ε
把数代入：
a=15.391W/（m2·K）
（2）计算导热系数λ，从表1中硅酸铝的导热系数λ=0.0615W/（m·K）。
（3）计算保温层厚度δ，先进行管道外保温层表面散热损失q计算，直至散热损失满足表2要求：
q=
式中：D0—管道外径；mm；
D1—管道保温层外径，mm；
T—管道外表面温度，℃。
试算结果：当保温层厚度δ为80mm时，q=171W/m2，满足要求。
（4）保溫结构外表面温度t，可按下式计算：
ts==29.37℃
采用上述方法，可对每种保温材料的散热损失进行计算，如散热损失大于表2所示时，则可适当降低管道表面温度，或采用导热系数更小的材料，直至散热损失控制在表2的范围内。表4是处于装置平均风速、平均气温状况下，对?273mm热媒管道使用常用保温材料的计算数值比较。
表4 常用热媒管道保温材料的计算数值比较
2.热媒管道保温材料的分析
2.1经济性分析
以2#聚酯联合装置为例。根据表4可以看出，超细玻璃棉的最高使用温度为400℃，与装置的热媒温度较为接近，暂不考虑。在散热损失基本相等的情况下，采用岩棉保温材料要比硅酸铝保温材料保温厚度少10mm，且岩棉的导热系数比硅酸铝低。参照表1，岩棉的价格只是硅酸铝的40%左右。高温管道采用性能较好的保温材料，低温管道采用性能合格，价格较低的保温材料，达到经济节能目的。对于装置300℃左右的热媒温度，岩棉的最高使用温度600℃完全符合要求。表5是某单位装置2010年热媒管道日常维修和4系列检修时调换?219mm以下热媒管道保温材料，所用硅酸铝制品与假设使用岩棉制品的数量和费用比较。
表5 硅酸品制品与岩棉制品的数量和费用比较
注：（1）保温厚度以硅酸铝制品80mm，岩棉制品70mm计算。
（2）费用仅算主材料费，未包括表面保护辅材及人工等。
2.2节能性分析
热媒管道的保温材料大部分为膨胀珍珠岩价格低廉，应用广泛。珍珠岩保温材料多出于珍珠岩与水泥结合体，吸水率与导热系数普遍较高，从而降低了材料的保温性能，因此国家建设部已下文限制使用膨胀珍珠岩作为内保温材料。岩棉来自天然矿物、无毒无害、防火性好、价格低廉，在满足保温隔热性能的同时还能起到隔音效果。必须注意的是，岩棉的质量相差很大，耐久性也相差很大。
根据测量，装置?273mm热媒管道使用的膨胀珍珠岩保温材料，外表面平均温度在40℃左右，保温层厚度为170mm。如能用岩棉保温材料进行整改施工，保温层厚度为70mm，考虑到管道支架、阀门等不可避免的散热损失，设定岩棉的外表面温度为33℃左右，则节能计算公式为：
Q=aπD1L（ts-ta）
W=0.86Q/1000
式中：Q—管道外保温层表面散热总量，W；
D1—管道保温层外径，m；
L—管道长度，m；
W—耗油量（标油），kg/h。
针对装置热媒管道的多样性。现通过等散热量的计算方式，全装置热媒管道相当于?273mm管线8000m，计算结果见表6。
表6 热媒管道的节能计算
从表6可以看出，如将保温结构外表面温度降低至35℃左右，可节约标油200kg/h。每小时装置产量40t计，可降低能耗5kg/t。而保温结构外表面温度降低1℃，至少可节约标油12kg/h，折合能耗为0.31kg/t。目前，装置的能耗由现在的101.1kg/t降至96.0kg/t，降低能耗有可能受到技术的限制，降低保温结构外表面温度可能更为有效。
3.结论
（1）热媒管道保温材料的选择，应结合装置实际情况，通过合理计算，选择合理的保温材料和最佳的保温层厚度。
（2）选择合理的保温材料，不仅能减少热损失，还起到保护环境的目的。
（3）选用合理的保温方法，能达到节约能源、降低施工费用，节省资金的目的。
【关键词】管道保温；保温材料；对比；选择
在工农业生产中的设备及管道根据其工艺条件的要求需保持一定的温度，减少热温损失，进行必要的保温。随着社会可持续发展的意识形态的上升，对保温技术提出了更高的要求。这里针对热媒管道保温材料的选择，进行探讨，选择合理的保温材料，并对热媒管道保温层厚度合理的选择，达到减少散热损失的目的，这是企业节约能源及降低工程费用的一项重要措施。也是节能减排的要求，因此受到企业的高度重视。
1.热媒管保温材料的选择
1.1热媒管道保温的性能参数
目前市场上的保温材料品种繁多，性能及价格也存在着很大的差异。热媒管道常用的保温材料有：硅酸铝制品、岩棉制品、超细玻璃棉等，其性能及价格如下表：
表1 常用热媒管道保温材料的性能及价格
注：为保温材料内外表面温度平均值；价格主要参考20011年《上海建设工程-造价与交易信息》。
保温材料的选用是否经济合理，保温层厚度是否恰当，可以从保温结构外表面散热损失的数据得到验证。根据GB50264-1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》散热损失应控制在表2允许的范围内。
表2 保温结构外表面允许最大散热密度
1.2热媒管道保温材料的选择计算
影响热媒管道保温效果的主要因素有：热媒管道所处环境的平均气温ta及常年平均风速V，保温材料的导热系数λ，保温层表面放热系数a，保温层厚度δ及施工质量等。一般来说，平均气温ta和平均风速v可设为定值，影响保温效果的主要因素是保温材料的导热系数和保温层厚度。在同样散热损失的情况下，导热系数及保温层表面放热系数越大，保温层厚度就越厚。因此，合理选用保温材料，选择最佳的保温层厚度，可达到节约能源、降低费用的目的。
保温材料的选择，应结合工程实际进行必要的计算。现以涤纶布2#聚酯联合装为例：常见的?273mm热媒管道，热媒温度290℃，采用硅酸铝保温材料来计算。由于装置处于室内，风力主要来自于送风机和窗户的对流，故平均风速一般为1.9m/s。而平均气温约达到18.5℃。
（1）管道保温结构外表面放热系数a与保温材料的辐射传热系数an、对流传热系数ac有关，即a与风速、保温材料及材料黑度等因素有关。管道保温结构外表面放热系数a可按下式计算：
式中：ts—保温结构外表面温度，℃；
ta—常年平均环境温度，℃；
ε—保护层材料黑度，采用水泥砂浆网粉，按表2表0.93。
表3 保护层材料黑度ε
把数代入：
a=15.391W/（m2·K）
（2）计算导热系数λ，从表1中硅酸铝的导热系数λ=0.0615W/（m·K）。
（3）计算保温层厚度δ，先进行管道外保温层表面散热损失q计算，直至散热损失满足表2要求：
q=
式中：D0—管道外径；mm；
D1—管道保温层外径，mm；
T—管道外表面温度，℃。
试算结果：当保温层厚度δ为80mm时，q=171W/m2，满足要求。
（4）保溫结构外表面温度t，可按下式计算：
ts==29.37℃
采用上述方法，可对每种保温材料的散热损失进行计算，如散热损失大于表2所示时，则可适当降低管道表面温度，或采用导热系数更小的材料，直至散热损失控制在表2的范围内。表4是处于装置平均风速、平均气温状况下，对?273mm热媒管道使用常用保温材料的计算数值比较。
表4 常用热媒管道保温材料的计算数值比较
2.热媒管道保温材料的分析
2.1经济性分析
以2#聚酯联合装置为例。根据表4可以看出，超细玻璃棉的最高使用温度为400℃，与装置的热媒温度较为接近，暂不考虑。在散热损失基本相等的情况下，采用岩棉保温材料要比硅酸铝保温材料保温厚度少10mm，且岩棉的导热系数比硅酸铝低。参照表1，岩棉的价格只是硅酸铝的40%左右。高温管道采用性能较好的保温材料，低温管道采用性能合格，价格较低的保温材料，达到经济节能目的。对于装置300℃左右的热媒温度，岩棉的最高使用温度600℃完全符合要求。表5是某单位装置2010年热媒管道日常维修和4系列检修时调换?219mm以下热媒管道保温材料，所用硅酸铝制品与假设使用岩棉制品的数量和费用比较。
表5 硅酸品制品与岩棉制品的数量和费用比较
注：（1）保温厚度以硅酸铝制品80mm，岩棉制品70mm计算。
（2）费用仅算主材料费，未包括表面保护辅材及人工等。
2.2节能性分析
热媒管道的保温材料大部分为膨胀珍珠岩价格低廉，应用广泛。珍珠岩保温材料多出于珍珠岩与水泥结合体，吸水率与导热系数普遍较高，从而降低了材料的保温性能，因此国家建设部已下文限制使用膨胀珍珠岩作为内保温材料。岩棉来自天然矿物、无毒无害、防火性好、价格低廉，在满足保温隔热性能的同时还能起到隔音效果。必须注意的是，岩棉的质量相差很大，耐久性也相差很大。
根据测量，装置?273mm热媒管道使用的膨胀珍珠岩保温材料，外表面平均温度在40℃左右，保温层厚度为170mm。如能用岩棉保温材料进行整改施工，保温层厚度为70mm，考虑到管道支架、阀门等不可避免的散热损失，设定岩棉的外表面温度为33℃左右，则节能计算公式为：
Q=aπD1L（ts-ta）
W=0.86Q/1000
式中：Q—管道外保温层表面散热总量，W；
D1—管道保温层外径，m；
L—管道长度，m；
W—耗油量（标油），kg/h。
针对装置热媒管道的多样性。现通过等散热量的计算方式，全装置热媒管道相当于?273mm管线8000m，计算结果见表6。
表6 热媒管道的节能计算
从表6可以看出，如将保温结构外表面温度降低至35℃左右，可节约标油200kg/h。每小时装置产量40t计，可降低能耗5kg/t。而保温结构外表面温度降低1℃，至少可节约标油12kg/h，折合能耗为0.31kg/t。目前，装置的能耗由现在的101.1kg/t降至96.0kg/t，降低能耗有可能受到技术的限制，降低保温结构外表面温度可能更为有效。
3.结论
（1）热媒管道保温材料的选择，应结合装置实际情况，通过合理计算，选择合理的保温材料和最佳的保温层厚度。
（2）选择合理的保温材料，不仅能减少热损失，还起到保护环境的目的。
（3）选用合理的保温方法，能达到节约能源、降低施工费用，节省资金的目的。