气凝胶绝热粘在施工过程中的应用

乔栋 宋腾 胡小明 孙培敬

摘 要：纳米气凝胶绝热粘是工程施工中重要的保温材料，本文以气凝胶绝热粘为研究对象，对其在烟管保温施工中的应用进行分析，供一线施工人员参考借鉴。

关键词：气凝胶绝热粘;施工;烟管保温

引言：气凝胶绝热粘作为一种新的保温方式，与传统保温方式相比，保温效果十分良好，且具有较强的憎水性、绿色环保等特征，在烟管保温、蒸汽管道保温等施工中得到广泛应用。

1. 气凝胶绝热粘简介

气凝胶绝热粘属于一种高耐温、憎水型柔性保温材料，它的纳米绝热功能主体是介孔二氧化硅气凝胶，结构增强材料为无机纤维针刺毯，可用于650℃以下的高温区域，是实现高效隔热与最低能耗的最佳产品。目前，气凝胶绝热粘已经在多个领域得到广泛应用，它的主要优点体现在：

（1）保温性能较强，绝热效果为传统石棉绳保温的3-5倍。

（2）保温层厚度较薄，与传统材料绝热性能相比更强，热损失或冷损失更小，空间利用率更高。

（3）憎水性较强，具有强大的整体憎水性能，在隔绝液态水的同时又允许水蒸汽通过。

（4）柔性、抗拉、抗压强度较好，可有效抵抗暴力施工，长期使用也不会出现不沉降、变形等问题。

（5）抗震性较大，不但设备具有良好的保温效果，还具有吸声降噪、缓冲震动等功能，可提高环境质量，保护设备。

（6）安全环保，不含对人体有害物质，废弃物可通过填埋进行处理。

2.烟道保温材料的应用对比

柴油机安装在工程施工中是必不可少的一项重要任务，每个工地都不离开柴油机的支持。而柴油机排烟管作为柴油机安装的重要一环，其能否正常使用关乎柴油机效能的发挥。烟管直径一般在DN600以上，体积较大，具有一定的安装难度，且费时费力。而气凝胶绝热粘的应用无论在安装效率还是保温效果上都具有较大的应用优势。

2.1传统的柴油机排烟管保温

1.柴油机排烟管采用石棉绳保温，保温总厚度为55mm。保温层外设金属保护层。

2.保温前，应将石棉绳凉干;保温时，将φ25的石棉绳在烟管外缠裹两层，缠绕层应均匀、密实。石棉绳缠好后，用25×25×0.5的镀锌铁丝网包扎牢固。

3.采用石棉灰、石棉绒、普通水泥加水混和搅拌制成的石棉水泥浆抹面，石棉灰、石棉绒、普通水泥的体积配和比为3：2：1，抹面应均匀、光滑，厚度为10mm—15mm。

4.待石棉水泥層完全干燥后，采用0.5mm—0.7mm厚镀锌钢板包裹烟管，作为保护层。

5.法兰、阀门及补偿器不做保温处理，法兰两侧应留出1.2倍螺栓长度，并在其端部抹出600—700的斜坡。

2.2新型的柴油机排烟管保温

为了达到节约能源的目标，对各类供热设备、管道的保温材料提出了新的要求。现阶段，工业上使用的保温材料主要有玻璃棉、石棉绳、硅酸铝纤维制品、纳米气凝胶绝热粘。在新型柴油机排烟管保温工程中，采用纳米气凝胶绝热粘进行保温处理，与传统材料相比保温效果更加理想，且应用方法也更加精简、方便，具体如下。

1.采用纳米气凝胶绝热粘保温，保温总厚度为40mm。保温层外设金属保护层;从物理性能上看，气凝胶绝热粘的密度为180—200kg/m3，传统硅酸铝的密度仅为120—150kg/m3;在防水性上，气凝胶的憎水率超过99%，在应用中无需采用其他防水措施作为复制，而传统保温材料则不具备较强的防水性，需要在防护板表面喷涂金属密封胶实现防水;

2.保温时，将φ20的气凝胶绝热粘在烟管外缠裹两层，每层气凝胶绝热粘缠好后，用钢打包带包扎牢固，缠绕层应均匀、密实即可，具有较强的抗压强度，可达到120KPa，而传统的粘状制品压缩形变较大、板状制品又较脆，容易碎;在使用寿命上，气凝胶绝热粘更具优势，使用期限超过20年，而传统保温材料仅为3—5年便需要更换[1]。

3.气凝胶绝热粘在烟管保温中的应用实例

在某电厂烟管保温工程中，管道外包彩钢板，钢管规格为OD516，环境温度为20℃，介质温度为610℃，基本的保温要求为外层设计温度不超过45℃，热损失量不超过最大规定值。分别采用石棉绳、纳米气凝胶绝热粘作为保温材料，保温结构表面散热损失量的计算公式为：

式中，Q代表的是每平方米绝热层外表面积热损失量，单位为W/m2;T0代表的是管道外表面温度，单位为℃;Ta代表的是环境温度，单位为℃;D0代表的是管道外径，单位为mm;D1代表的是绝热层外径，单位为mm;as代表的是绝热层外表面与空气换热系数，单位为W/（m2·k）;

在没有特殊工艺要求的情况下，可根据GB 50264—2013中的规定，对保温层的厚度进行计算，当经济厚度过小、无法符合最大热损失要求时，应采用最大允许热损失下的厚度，经济厚度的计算方式如下：

式中，t代表年运行时间，单位为h，通常按照每年8000h的量计算，特殊情况根据实际运行计算;Ta代表环境温度，单位为℃，在以人为参考，对防烫伤厚度进行计算时，以最热月的平均温度为准，在以管道内介质结冰为参考时，以最冷月的最低温度为准[2];在对烟管保温结构单位长度散热损失量进行计算时，公式为：

将相关数据代入到上述公式中后，可得出以下结果，对两种保温方案进行对比，如下表1所示。

由上表1可知，两种方案中的保温计算结果均与设计要求（不超过45℃）相符合，相比之下，纳米气凝胶绝热粘在用料、节能方面具有更大优势。当表面温度在41±0.5℃条件下，与传统保温方式相比，纳米气凝胶绝热粘的材料用量仅为35.4%。由此可见，采用纳米气凝胶绝热粘能够在很大程度上减少保温材料的用量，缩小材料占用的面积，这些优势在一些空间限制较高的工程，如管道管廊、直埋管道等工程中优势更加突显。虽然上述两种方案在表面问题上较为接近，但由于纳米气凝胶绝热粘的保温层厚度较小，因此散热面积相对较小，单位长度内热损失量较低，节能效果更加理想，与传统保温方式相比，在节能率上节省了25.2%，具有明显的节能优势[3]。

结论：综上所述，柴油机烟管保温采用纳米气凝胶绝热粘替代石棉绳，既能有效提高烟管保温的进度，同时又能降低施工难度，提高施工安全系数，提升烟管保温的质量标准，成为工程施工中柴油机烟管保温的最佳材料，未来将在更多的领域得到广泛应用。

参考文献：

[1]李智， 李建平， 任富建，等. 气凝胶复合绝热毡在蒸汽管道保温中的应用[J]. 建筑技术， 2017， 48（10）：1112-1113.

[2]孙登科. 硅气凝胶保温材料的绝热机理研究[J]. 科技资讯， 2015， 13（5）：1-1.

[3]何栋. 纳米气凝胶绝热毡在蒸汽热网管道上的应用[J]. 浙江电力， 2018， 06（5）：93-96.