熱媒管道保溫材料選擇的經(jīng)濟(jì)性探討

劉從儉

【摘 要】本文以熱媒管道為例，對(duì)常用保溫材料、硅酸鋁制品、巖棉制品、超細(xì)玻璃棉的性能進(jìn)行了比較，并通過(guò)嚴(yán)格計(jì)算，選擇出最佳保溫材料，最適合的保溫厚度，從而達(dá)到節(jié)約能源、節(jié)約資金的目的。

【關(guān)鍵詞】管道保溫；保溫材料；對(duì)比；選擇

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備及管道根據(jù)其工藝條件的要求需保持一定的溫度，減少熱溫?fù)p失，進(jìn)行必要的保溫。隨著社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)形態(tài)的上升，對(duì)保溫技術(shù)提出了更高的要求。這里針對(duì)熱媒管道保溫材料的選擇，進(jìn)行探討，選擇合理的保溫材料，并對(duì)熱媒管道保溫層厚度合理的選擇，達(dá)到減少散熱損失的目的，這是企業(yè)節(jié)約能源及降低工程費(fèi)用的一項(xiàng)重要措施。也是節(jié)能減排的要求，因此受到企業(yè)的高度重視。

1.熱媒管保溫材料的選擇

1.1熱媒管道保溫的性能參數(shù)

目前市場(chǎng)上的保溫材料品種繁多，性能及價(jià)格也存在著很大的差異。熱媒管道常用的保溫材料有：硅酸鋁制品、巖棉制品、超細(xì)玻璃棉等，其性能及價(jià)格如下表：

表1 常用熱媒管道保溫材料的性能及價(jià)格

注：為保溫材料內(nèi)外表面溫度平均值；價(jià)格主要參考20011年《上海建設(shè)工程-造價(jià)與交易信息》。

保溫材料的選用是否經(jīng)濟(jì)合理，保溫層厚度是否恰當(dāng)，可以從保溫結(jié)構(gòu)外表面散熱損失的數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證。根據(jù)GB50264-1997《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》散熱損失應(yīng)控制在表2允許的范圍內(nèi)。

表2 保溫結(jié)構(gòu)外表面允許最大散熱密度

1.2熱媒管道保溫材料的選擇計(jì)算

影響熱媒管道保溫效果的主要因素有：熱媒管道所處環(huán)境的平均氣溫ta及常年平均風(fēng)速V，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ，保溫層表面放熱系數(shù)a，保溫層厚度δ及施工質(zhì)量等。一般來(lái)說(shuō)，平均氣溫ta和平均風(fēng)速v可設(shè)為定值，影響保溫效果的主要因素是保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和保溫層厚度。在同樣散熱損失的情況下，導(dǎo)熱系數(shù)及保溫層表面放熱系數(shù)越大，保溫層厚度就越厚。因此，合理選用保溫材料，選擇最佳的保溫層厚度，可達(dá)到節(jié)約能源、降低費(fèi)用的目的。

保溫材料的選擇，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行必要的計(jì)算?，F(xiàn)以滌綸布2#聚酯聯(lián)合裝為例：常見(jiàn)的?273mm熱媒管道，熱媒溫度290℃，采用硅酸鋁保溫材料來(lái)計(jì)算。由于裝置處于室內(nèi)，風(fēng)力主要來(lái)自于送風(fēng)機(jī)和窗戶的對(duì)流，故平均風(fēng)速一般為1.9m/s。而平均氣溫約達(dá)到18.5℃。

（1）管道保溫結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)a與保溫材料的輻射傳熱系數(shù)an、對(duì)流傳熱系數(shù)ac有關(guān)，即a與風(fēng)速、保溫材料及材料黑度等因素有關(guān)。管道保溫結(jié)構(gòu)外表面放熱系數(shù)a可按下式計(jì)算：

式中：ts—保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度，℃；

ta—常年平均環(huán)境溫度，℃；

ε—保護(hù)層材料黑度，采用水泥砂漿網(wǎng)粉，按表2表0.93。

表3 保護(hù)層材料黑度ε

把數(shù)代入：

a=15.391W/（m2·K）

（2）計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)λ，從表1中硅酸鋁的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.0615W/（m·K）。

（3）計(jì)算保溫層厚度δ，先進(jìn)行管道外保溫層表面散熱損失q計(jì)算，直至散熱損失滿足表2要求：

q=

式中：D0—管道外徑；mm；

D1—管道保溫層外徑，mm；

T—管道外表面溫度，℃。

試算結(jié)果：當(dāng)保溫層厚度δ為80mm時(shí)，q=171W/m2，滿足要求。

（4）保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度t，可按下式計(jì)算：

ts==29.37℃

采用上述方法，可對(duì)每種保溫材料的散熱損失進(jìn)行計(jì)算，如散熱損失大于表2所示時(shí)，則可適當(dāng)降低管道表面溫度，或采用導(dǎo)熱系數(shù)更小的材料，直至散熱損失控制在表2的范圍內(nèi)。表4是處于裝置平均風(fēng)速、平均氣溫狀況下，對(duì)?273mm熱媒管道使用常用保溫材料的計(jì)算數(shù)值比較。

表4 常用熱媒管道保溫材料的計(jì)算數(shù)值比較

2.熱媒管道保溫材料的分析

2.1經(jīng)濟(jì)性分析

以2#聚酯聯(lián)合裝置為例。根據(jù)表4可以看出，超細(xì)玻璃棉的最高使用溫度為400℃，與裝置的熱媒溫度較為接近，暫不考慮。在散熱損失基本相等的情況下，采用巖棉保溫材料要比硅酸鋁保溫材料保溫厚度少10mm，且?guī)r棉的導(dǎo)熱系數(shù)比硅酸鋁低。參照表1，巖棉的價(jià)格只是硅酸鋁的40%左右。高溫管道采用性能較好的保溫材料，低溫管道采用性能合格，價(jià)格較低的保溫材料，達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能目的。對(duì)于裝置300℃左右的熱媒溫度，巖棉的最高使用溫度600℃完全符合要求。表5是某單位裝置2010年熱媒管道日常維修和4系列檢修時(shí)調(diào)換?219mm以下熱媒管道保溫材料，所用硅酸鋁制品與假設(shè)使用巖棉制品的數(shù)量和費(fèi)用比較。

表5 硅酸品制品與巖棉制品的數(shù)量和費(fèi)用比較

注：（1）保溫厚度以硅酸鋁制品80mm，巖棉制品70mm計(jì)算。

（2）費(fèi)用僅算主材料費(fèi)，未包括表面保護(hù)輔材及人工等。

2.2節(jié)能性分析

熱媒管道的保溫材料大部分為膨脹珍珠巖價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。珍珠巖保溫材料多出于珍珠巖與水泥結(jié)合體，吸水率與導(dǎo)熱系數(shù)普遍較高，從而降低了材料的保溫性能，因此國(guó)家建設(shè)部已下文限制使用膨脹珍珠巖作為內(nèi)保溫材料。巖棉來(lái)自天然礦物、無(wú)毒無(wú)害、防火性好、價(jià)格低廉，在滿足保溫隔熱性能的同時(shí)還能起到隔音效果。必須注意的是，巖棉的質(zhì)量相差很大，耐久性也相差很大。

根據(jù)測(cè)量，裝置?273mm熱媒管道使用的膨脹珍珠巖保溫材料，外表面平均溫度在40℃左右，保溫層厚度為170mm。如能用巖棉保溫材料進(jìn)行整改施工，保溫層厚度為70mm，考慮到管道支架、閥門(mén)等不可避免的散熱損失，設(shè)定巖棉的外表面溫度為33℃左右，則節(jié)能計(jì)算公式為：

Q=aπD1L（ts-ta）

W=0.86Q/1000

式中：Q—管道外保溫層表面散熱總量，W；

D1—管道保溫層外徑，m；

L—管道長(zhǎng)度，m；

W—耗油量（標(biāo)油），kg/h。

針對(duì)裝置熱媒管道的多樣性?，F(xiàn)通過(guò)等散熱量的計(jì)算方式，全裝置熱媒管道相當(dāng)于?273mm管線8000m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 熱媒管道的節(jié)能計(jì)算

從表6可以看出，如將保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度降低至35℃左右，可節(jié)約標(biāo)油200kg/h。每小時(shí)裝置產(chǎn)量40t計(jì)，可降低能耗5kg/t。而保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度降低1℃，至少可節(jié)約標(biāo)油12kg/h，折合能耗為0.31kg/t。目前，裝置的能耗由現(xiàn)在的101.1kg/t降至96.0kg/t，降低能耗有可能受到技術(shù)的限制，降低保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度可能更為有效。

3.結(jié)論

（1）熱媒管道保溫材料的選擇，應(yīng)結(jié)合裝置實(shí)際情況，通過(guò)合理計(jì)算，選擇合理的保溫材料和最佳的保溫層厚度。

（2）選擇合理的保溫材料，不僅能減少熱損失，還起到保護(hù)環(huán)境的目的。

（3）選用合理的保溫方法，能達(dá)到節(jié)約能源、降低施工費(fèi)用，節(jié)省資金的目的。