供热管道保温材料分析及选择

张平婵

中国飞行试验研究院

1 引言

供热管道是指在生产或生活中用于输送热媒介质的管道，管材一般选用钢管，管内热媒介质为蒸汽或热水。供热管道之所以要进行保温处理，主要是为了保持正常生产和生活的最佳温度范围，减少热载体在输送、使用过程中热量散失，提高热效率，减低能源消耗和产品成本。钢制管道表面进行防腐处理是为了防止管道在使用过程中，因腐蚀造成跑冒滴漏，影响设备连续运转、影响安全生产，延长管道使用寿命。

2 供热管道保温的目的

2.1 减少热损失，节约热能。当管道内的介质温度高于周围环境温度时，热量将通过金属壁传到周围空气中，造成热量损失，影响供热效果。经过合理保温后，热量损失可以减少80—90%，从而可以减少大量的燃料消耗，亦可保证供热质量。

2.2 改善劳动条件，保证操作人员安全。当管道表面温度高于65℃时，虽然从生产工艺上不需要保温，但为了保证操作人员的安全，在需要人经常走动或触及的范围内，应做防烫保温处理。

2.3 防止管道内液体冻结。在寒冷的冬季，在室外、非采暖房间、或间歇性运行的管道，为防止管道内的水冻结，也应进行保温。

3 对保温材料的要求

3.1 导热系数小。这是保温材料选择的首要条件。我国国家标准规定，保温材料导热系数应不大于0.12W/m·k。导热系数在0.05 W/m·k以下的材料，为高效保温材料。导热系数越小，热传递的越慢，热损失越小，管道在输送过程中的温降就越低，才能更好保证供暖质量。

3.2 吸水率小。由于水的导热系数是空气的23.75倍(比如在30℃的情况下，水的导热系数是0.62W/m·k，而空气的导热系数是0.0261W/m·k)，因此保温材料若吸水后绝热性能将破坏。所以在选用保温材料时，吸水性也是重点考虑的因素之一。

3.3 密度小。一般密度应低于600kg/m3。选用密度小的保温材料，对于架空敷设的管道可以减轻支架的载荷，节约工程费用。

3.4 机械强度高。抗压强度不应小于0.3MPa，保证保温材料本身在自重及外力作用下不产生变形和破坏，满足使用及施工要求。

3.5 可燃性小。是指保温材料燃点高，不易着火燃烧，使用安全。

3.6 不腐蚀金属。保温材料需要和钢制的供热管道直接紧密接触，若其本身对金属有腐蚀作用，将大大减低管道的使用安全和使用寿命，所以保温材料本身应对金属管道不构成腐蚀。

3.7 易施工，成本低。主要是为了减少管道施工的难度和工程投资。

4 保温材料的分类

常用的保温材料有：泡沫混凝土、石棉、矿渣棉、蛭石、硅藻土、膨胀珍珠岩、岩棉、玻璃棉、硅酸铝纤维、微孔硅酸钙、聚氨酯硬质泡沫等。我院近三十年使用的管道保温材料主要有：蛭石、岩棉、玻璃棉、聚氨酯硬质泡沫。蛭石因导热系数大(0.14W/m·k)，密度大(350 kg/m3)，绝热效果差，加重管道载荷，施工不方便，容易破损等缺点，二十年前已经淘汰，目前使用最多的是岩棉、玻璃棉和聚氨酯硬质泡沫。

5 三种保温材料的性能比较(岩棉、玻璃棉、聚氨酯硬质泡沫)

从表1可以看出，聚氨酯硬质泡沫的导热系数是最低的，比岩棉低63%，比玻璃棉低38.5%；密度最小，容量最轻，采用支架敷设时增加给支架的载荷最低；吸水率比岩棉小很多，与玻璃棉差不多，但产品吸水后外形尺寸的稳定性比玻璃棉好，玻璃棉吸水后体积很容易膨胀，约为10%；但聚氨酯硬质泡沫的耐高温性不如岩棉和玻璃棉；

6 三种保温材料的综合比较

以直径200mm的钢管为例，管内介质温度75℃。

从表2可以看出，聚氨酯硬质泡沫的经济保温厚度最小，单位热损失最小，最节能，经测量，130℃热水输送40km以外，温降仅1℃左右；但初次投资较高，然而按照使用寿命折算，聚氨酯硬质泡沫的年平均费用是最少的，而且只要安装规范，日常几乎没有维护费用。另外，聚氨酯硬质泡沫的比较环保，对工人没有伤害，岩棉的纤维有刺激性，接触后会引起皮肤过敏，玻璃棉稍好些，但也有些刺痒。

表1

表2

7 硬质聚氨酯泡沫保温管的其它优点

7.1 敷设方式多样，可架空、可管沟敷设或直埋。尤其是直埋方式，是岩棉和玻璃棉无法实现的。

7.2 保温材料与钢管粘接紧密，防腐，不吸水。硬质聚氨酯泡沫保温管在制作时，钢管外表面进行抛丸处理，保温管外套管(聚乙烯塑料)内表面进行电晕处理，提高了保温管的粘接性能，保证了三位一体。保温材料与钢管紧密结合，不留空隙，可以有效阻止空气和水汽进入，避免管道腐蚀。

7.3 外保护层完整、严密，防潮性好。硬质聚氨酯泡沫保温管外保护层采用聚乙烯塑料管，整体性好，搭接部分处理严密，没有空隙，可以防止外部的水蒸气、雨水以及潮湿泥土中的水分进入保温层。外套管不受生物和化学的腐蚀影响，低温条件下有良好的耐腐蚀性和耐冲击力，可直接埋入冻土层。

7.4 施工工艺简单，可预制，提高工程施工速度。硬质聚氨酯泡沫保温管可在工厂或施工现场进行预制，大大缩短了施工时间，而且施工工艺简单，操作方便，管接头处可直接在现场进行发泡联接。

8 硬质聚氨酯泡沫保温管接头处的保温施工

硬质聚氨酯泡沫保温管管接头处的保温，必须在管道完成焊接，水压试验合格后，进行现场发泡完成。管道水压试验分为：1)稳压试验。灌水排净空气，稳压10分钟无渗漏。2)强度试验。把管道中的压力升至工作压力的1.5倍后，用1kg的小锤在焊缝周围对焊缝逐个进行敲打检查。3)严密性试验。把管道压力降至工作压力时，稳压30分钟无渗漏，且压降不超过0.02MPa为合格。现场发泡不能出现环形空间、开裂、脱层等缺陷，保护层接头必须保持整体性、严密性、防水性。

9 供热管道渗漏报警

供热管道在使用过程中，不可能做到百分百防水，一旦有水进入管壁与保温层之间，随着时间的推移，就会出现电化学腐蚀，造成管道渗漏，影响运行安全。随着硬质聚氨酯泡沫保温管技术的成熟和其良好的粘接性能，现在可以在保温管预制时，在靠近钢管的保温层中，埋设报警线，一旦管道发生渗漏，通过警报线的传导，便可在专用检查仪表上报警并显示出漏水的准确位置和渗漏程度的大小。便于快速检修，保证热网安全运行。

10 结束语

通过以上对保温材料的分析可以发现，保温材料的导热系数要低，以减少管道热损失，减少热介质的温降，保证供暖质量；保温材料吸水性要低，少量吸水后材料本身的变形要小，要能承受短时间、少量水浸泡的恶劣工作状况；要环保、安全，施工简单；还要能匹配实现精细化管理的技术措施。总之，随着科技的进步，技术的创新，相信会有花更多、更好的保温材料服务于社会。

[1]陆耀庆《实用供热空调设计手册》。

[2]郑庆红、刘雄、赵启哲《管道工程》。

[3]《区域供热》中国城镇供热协会。