绝热工程技术篇-设备与管道绝热结构材料

 浏览量:      发布于：2018-11-26
      学习绝热材料及其主要辅助材料的分类和特性，有助于确定与之相适应的材料存储要求、选择合适的安装方法、避免材料错用影响系统的技术经济性能及运行效果。本条的知识点是:绝热材料分类;常用绝热材料及制品;绝热材料的主要技术性能;绝热材料选择;保冷层施工用辅助材料性能要求;防潮层材料性能要求;外保护层材料性能要求。
（一）绝热材料分类
      通常把室温下导热系数低于O. 2W/(m. K) 的材料称为绝热材料。而对于设备及管道绝热，国家标准的界定是:当用于保温时，其绝热材料及制品在平均温度小于等于623K(350℃) 时，导热系数值不得大于O.12W/(m.K); 当用于保冷时，其绝热材料及制品在平均温度小于等于300K(27℃) 时，导热系数值不得大于O. 064W /(m • K) 。

1. 按材料基础原料划分，可分为无机类和有机类;
2. 按结构划分，可分为纤维类、颗粒类和发泡类;
3. 按产品形态划分，有板、块、管壳、毡、毯、棉、带、绳以及散料等;
4. 按密度划分，有特轻类(ρ=60-80kg/m³) 和轻质类(ρ=80-350kg/m³) ;
5. 按可压缩性划分，可分为硬质、半硬质和软质。

（二）常用绝热材料及制品

1. 矿(岩)棉制品

• 矿(岩)棉即矿渣棉和岩棉，是元机纤维。矿渣棉是以工业矿渣如高炉矿渣、粉煤灰等为主原料，经过重熔、纤维化而制成的一种无机纤维;岩棉则是以天然岩石如玄武岩、辉绿岩等为主原料，经熔化、纤维化而制成的一种元机纤维。
• 矿(岩)棉制品的特性。来源丰富，采购方便;适用温度低，寿命短;结合剂挥发污染环境;板材类产品用于管道施工不方便，接缝传热率高，绝热性能差。

2. 玻璃棉制品

• 玻璃棉。采用天然矿石如石英砂、石灰石等，配以其他化工原料如纯碱、棚酸等粉状玻璃原料，在熔炉内经高温熔化，然后借助离心力及火焰喷吹的双重作用，使熔融玻璃液纤维化，形成棉状材料，即所谓离心玻璃棉。
• 玻璃棉产品的特性。耐酸、化学稳定性好，价格便宜，施工方便，但对皮肤具有剌激作用。

3. 硅酸钙制品

• 硅酸钙绝热制品。以石英砂粉、硅藻土等氧化硅为主要成分的材料，消石灰、电石渣等氧化钙为主要成分的材料，以及石棉、玻璃纤维等增强纤维为主要原料，经过搅拌、加热、凝胶、成型、蒸压硬化、干燥等工序制成的一种高强、轻质的硬质绝热材料。
• 硅酸钙制品的特性。耐高温，最高使用温度可达到1000℃左右，但是硅酸钙绝热制品具有质脆、易碎、施工破损率高(约15%-30%) 、保温效果较差等缺点。

4. 膨胀珍珠岩制品

• 膨胀珍珠岩。是一种多孔的粒状物料，是以珍珠岩矿石为原料，经过破碎、分级、预热、高温蜡烧、瞬时急剧加热膨胀而成的一种轻质、多功能绝热材料。
• 膨胀珍珠岩的特性。该类产品密度小，热导率小，化学稳定性强，不燃、不腐蚀、元毒、无昧，价格便宜，适用范围广。

5. 泡沫玻璃制品

• 泡沫玻璃。是一种以磨细玻璃粉为主要原料，通过添加发泡剂，经烧熔、发泡、退火冷却、加工处理而制成的保温材料。
• 泡沫玻璃的特性。泡沫玻璃的基质为玻璃，故不吸水，是理想的保冷绝热材料。泡沫玻璃具有优良的抗压性能，较其他材料更能经受住外部环境的侵蚀和负荷。泡沫玻璃不会自燃也不会被烧毁，是优良的防火材料。

6. 硬质聚氨醋泡沫塑料

• 硬质聚氨醋泡沫塑料。是用聚酷或聚醋多元醇与多异氨酸醋为主要原料，再加胶类和有机物催化剂、有机硅油类泡沫稳定剂、低沸点氟炬类发泡剂等，经混合、搅拌产生化学反应而形成发泡体。
• 硬质聚氨醋泡沫塑料的特性。该类产品密度小，热导率小，施工方便(聚氨醋可现场发泡浇筑成型) ，不耐高温，可燃、防火性差。

7. 聚苯乙烯热固性泡沫塑料

• 聚苯乙烯泡沫塑料:是将聚苯乙烯原料以一定速度、蒸汽压力、温度在发泡机中预发泡，然后通过流化干燥床进行熟化处理，再注人模具中，通蒸汽发泡，冷却固化后制成成品。是一种封闭的多面体蜂窝结构。
• 聚苯乙烯泡沫塑料的特性:具有优异、持久的保温、隔热性能;独特的抗震缓冲性能;抗老化性能;防水性能。是发展前景最好的保温材料之一。

8. 绝热新材料

• 陶瓷纤维。它的所有性能均优于其他绝热材料。

（三）绝热材料的主要技术性能
      绝热材料的技术性能应符合《设备及管道绝热技术通则)) GB/T 4272一2008 等标准的规定。

1. 设备和管道的保温结构使用材料

• 设备和管道的保温结构应用非燃烧材料组成，保冷结构可由阻燃材料组成。设备和管道的隔热层除必须采用填充式结构外，宜选用隔热制品。

2. 绝热材料的最高(低)使用温度

• 保温材料的最高使用温度应高于被保温的设备或管道的外表面温度;保冷材料的使用温度范围应大于被保冷设备或管道的最低和最高表面温度。最高使用温度是指绝热材料长期安全可靠地工作所能承受的极限温度。当材料在超过最高使用温度下使用时，可能会产生着火、裂纹、松散，失去应有的机械强度和固形能力等。

3. 导热系数和材料的吸水率、吸湿率、含水率

• 导热系数：导热系数又称热导率，是衡量保温材料及制品保温性能的重要标志。当有数种保温材料可供选择时，应首选导热系数小、材料价格便宜的材料。即材料的导热系数乘以材料的单位价格(元/m³，其值越小越经济。导热系数是绝热材料最重要的性能指标之一。对于均质、各向同性的物体，在稳态一维热流情况下，导热系数是在ls 内通过两面温度差为l℃ 、厚度为1m 、表面积为1㎡ 的物体的热流量。
• 材料的吸水率、吸温率、含水率：吸水率表示材料对水的吸收能力，吸湿率是材料从环境空气中吸收水蒸气的能力，含水率是材料吸收外来的水分或湿气的性能。材料的含水率对材料的导热系数、机械强度、密度影响很大。材料吸附水分后，在材料的气孔里被水占据了相应的空气位置，而且水在蒸发时要吸收大量热量，材料的导热系数就会大大增加。由于保冷材料用于常温以下的保冷或O℃ 以上常温以下的防结露，它的热流方向与保温的热流方向相反。保冷层外侧蒸汽压大于内侧，蒸汽易于渗入保冷层，致使保冷层内产生凝结水或结冰。因此保冷材料应为闭孔型材料。保冷材料的吸水率应该符合要求，泡沫塑料及其制品的吸水率应不大于4% ，泡沫橡塑制品的真空吸水率应不大于4% ，泡沫玻璃及其制品的吸水率应不大于0.5% 。

4. 绝热材料的密度

• 绝热材料的密度是材料试样在105℃-110℃ 温度范围内干燥后单位体积的质量。密度是绝热材料重要的性能指标之一。一般情况下材料密度越小，导热系数就越小。但是，对纤维状材料，当密度小到一定值时，在材料的气孔中辐射、对流两种传热方式的影响加强了，反而使导热系数增加。
• 硬质保温制品的密度应不大于220kg/m³ ，半硬质保温制品的密度应不大于200kg/m³ ，软质保温制品的密度应不大于150kg/m³ 。用于保冷的泡沫塑料制品的密度应不大于60kg/m³时，泡沫橡塑制品的密度应不大于95kg/m³时，泡沫玻璃制品的密度应不大于180kg/m³ 。

5. 绝热材料的强度

• 材料的强度与其化学组成、构造、含水状态、温度等因素有关。
• 绝热材料在运输、储存、使用过程中，可能受到拉伸、挤压、弯曲、扭曲等荷载的作用，如果超过材料允许承受的极限，硬质和半硬质材料会发生塑性变形甚至破坏。因此必须要求材料具有一定的抗压强度、抗拉强度、抗折强度等。
• 保温材料:除软质、半硬质、散状材料外，硬质元机成型制品的抗压强度不应小于0.30MPa ，有机成型制品的抗压强度不应小于0.20MPa
• 保冷材料:泡沫塑料及其制品中的硬质无机成型制品的抗压强度不应小于0.30MPa 。

6. 材料的燃烧性能

• 1.按现行国家标准《工业设备及管道绝热工程设计规范)) GB 50264-2013 规定，被绝热的设备与管道外表温度大于100℃时，绝热层材料的燃烧性能应不低于《建筑材料及制品燃烧性能分级)) GB 8624-2012 中的A2 级。
• 2. 当温度小于或等于100℃时，绝热层材料不得低于C 级材料d性能要求;当选择《建筑材料及制品燃烧性能分级)) GB 8624-2012 中规定的B 级和C 级材料时，氧指数不应小于30% 。

7. 材料的化学性能

• 材料的化学性能。主要指材料的pH 值和氯离子含量。这是考虑绝热材料能否对绝热对象产生腐蚀;同时也要考虑一旦介质泄漏出来是否产生化学反应或腐蚀;还须考虑、环境气体对绝热材料的腐蚀等。
• 设备或管道的腐蚀。当保温的设备和管道在开始运行时，保温材料和非金属外保护层材料内所吸水分开始蒸发或从外保护层侵人的雨雪，将保温材料内的酸或碱溶解，引起设备或管道的腐蚀。尤其是铝制设备或管道，最容易被碱溶液腐蚀。为防止这种腐蚀，应采用泡沫塑料或防水纸等将保温材料与铝表面隔离开。

（四）绝热材料选择

1. 优先选用导热系数低、密度小，价格低廉、施工方便、便于维护的保温材料。保温层材料的选择在保温材料的物理、化学性能满足工艺要求的前提下，应优先选用导热系数低、密度小，价格低廉、施工方便、便于维护的保温材料。
2. 保冷层材料的选择

• 在物理、化学性能满足工艺要求的前提下，应先选用经济的保冷材料或制品，材料或制品宜为闭孔型吸水及吸湿率低，耐低温性能好，并具有阻燃性，氧指数应不小于30% 。
• 确需采用导热系数小、密度小、能在一定低温下使用的一般保温材料作为保冷层材料时，则对防水、潮的设计和施工更应严格要求，以免保冷层因吸水、吸潮而失效或破坏。

（五）保冷层施工用的胶粘剂、密封剂和耐磨剂性能要求

1. 胶粘剂、密封剂和耐磨剂的性能应与保冷材料和被保冷物表面的特性要求相适应。
2. 胶粘剂、密封剂和耐磨剂应能耐低温，对保冷材料不榕解，对金属表面不腐蚀。
3. 胶粘剂和密封剂应固化时间短、粘结力强、密封性好。
4. 耐磨剂(泡沫玻璃用)应在温度变化或机械振动的情况下，能防止保冷材料与金属外壁间和保冷材料相互接触面间发生磨损。
5. 根据选用的保冷层材料特性，采用与其特性相适应的胶粘剂、密封剂和耐磨剂(仅泡沫玻玻璃需用耐磨剂)配套使用。

（六）防潮层材料性能要求

1. 抗蒸汽渗透性好，防水、防潮能力强，且其吸水率不大于1% 。
2. 密封性能及粘结性能好。有一定的耐温性，软化温度不低于65 0C ，夏季不软化、不起泡、不流淌;有一定的抗冻性，冬期不脆化、不开裂、不脱落。
3. 化学稳定性好，使用时不挥发出有害气体，并不得对绝热层材料和保护层材料产生腐蚀或溶解作用。
4. 使用温度范围大。
5. 干燥时间较短，在常温下能够直接使用，施工方便。
6. 具有阻燃作用，氧指数不应小于30% 。

（七）外保护层材料性能要求

1. 密度小，化学稳定性好，不易燃烧。外保护层材料的燃烧性能应不低于国家标准《建筑材料及制品燃烧性能分级)) GB8624一2012 中的C 级。对于储存或输送易燃、易爆物料的设备及管道，以及其邻近的管道，其保护层材料的燃烧性能应不低于A2 级。
2. 防水、防潮、抗大气腐蚀性能良好。
3. 机械强度高，在温度变化及振动情况下不开裂，使用寿命长。
4. 安装方便，外表整体美观。