|
|
 |
| |
|
| 论文摘选->论文摘选 |
| 热电联产—集中供热输匹热网绝热材料的应用和开发 |
|
(已经被浏览2266次)
|
热电联产 — 集中供热输匹热网绝热材料的应用和开发
大连科华热力管道有限公司 杨明学、王德梓
1. 前言
1.1 以热电联产为主的集中供热具有较好的能源利用效率和良好的环境效益，得到国家各级政府的支持、关怀。集中供热的输匹网近年来发展尤为迅猛， 2000 年底供热管道达 43748km ，其中蒸汽管道为 7963km ，热水管道 35748km, 直埋敷设已占总长度的 29%[1] ，节约能源，降低管网输匹能损，具有极大的社会和经济意义。国家长远规划 2010 年，要求输匹网能效达 90% 以上。绝热（保温）材料和技术发展对此有着举足轻重的作用。
1.2 低温热水管网，我国与世界同步，绝大部分采用 PU 聚氨酯泡沫塑料保温，并引进大量的国外先进的高压发泡设备及工艺，产品已达世界先进水平；在吸收、消化、引进国外技术基础上，不断开发、创新， 2000 年重新修订了国家行业标准《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》（ CJ/T-114 ），并根据我国国情，研发制订了《玻璃纤维增强塑料外护层聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》（ CJ/T129-2000 ）、《聚乙烯外护管聚氨酯硬质泡沫塑料预制直埋保温管件》（ CJ/T155-2001 ）。这对规范市场，提高产品质量，促进技术发展，将发挥巨大作用，这里不再赘述。本文重点谈谈直埋蒸汽管道输匹热网（简称热网）绝热材料的应用和开发。
2. 集中供热直埋蒸汽热网绝热材料的应用
2.1 我国对外开放，特别是基本建设、市政项目（基础设施）倾斜以来，热网每年以敷设上百公里，投资近四、五千万元速度递增。据不完全统计， 2001 年全国直埋蒸汽热网工程投资达 1.5 亿元， 2002 年超过 3 亿元之多 [2] 。在建设部、国家电力公司、国家建材局领导下，各学会、协会积极支持，直埋技术已趋完善。绝热材料因需而腾飞发展，出现部分品牌产品供不应求的新局面，成为建材行业一重要组成，发展热点。
2.2 直埋蒸汽热网应用的绝热材料
我国直埋蒸汽应用的绝热材料，绝大部分与国际上一致，也有根据我国资源开发了一些新品种。先后曾采用了泡沫玻璃、岩棉（管）、硅酸钙制品（瓦）、研制了改性珍珠岩（瓦、管）、硅球聚合保温材料（瓦、管）、复合硅酸盐（瓦）以及纤维类绝热材料 —— 离心玻璃棉（管）等，在一些工程应用，获得良好效果。各种绝热材料性能列表 1-1 中 [3 、 4 、 5 、 6] 。
各种直埋蒸汽管用绝热材料性能 表 1-1 ( 略 )
2.3 直埋蒸汽热网采用复合结构（无机 + 有机保温材料）保温。前期部分工程曾用岩棉（管）与普通 PU 聚氨酯复合，由于岩棉材料密度低、不耐水，遇水变形、滑脱及 PU 聚氨酯发泡压力影响，保温层不均匀，易损坏；其后大都采用 PUR 改性聚氨酯复合。改性聚氨酯系采用异氰脲酸脂或聚酯，以提高材料的耐温性能，达 140℃30 年使用寿命。无机材料改用耐煮沸性良好的轻质硅酯钙（瓦、管）复合应用，在一些大型工程应用，获良好效果。现改性 PUR 多采用进口的黑料，性能相对稳定。聚氨酯材料性能列表 1-2 。 ( 略 )
2.4 近年德国、美国采用纤维类绝热材料较多，因玻璃纤维材料本身不吸收，只是纤维空间内可充水，而易漓水除去，且导热系数小，对直埋管道更为有利。我国自 1999 年起，已在国内许多省、市重点工程或世行、亚行贷款项目开发应用，均获得满意的效果 [7] 。 2002 年我国北京、天津等引进德国蒸汽直埋管技术，也采用此纤维绝热材料保温 [8 、 9] 。表 2 列出美国欧文斯 · 科宁公司耐高温离心玻璃棉 TIWII 绝热材料性能。
TIWII 型离心玻璃棉绝热材料性能 表 2 ( 略 )
上述 TIWII 型纤维型离心玻璃棉，因成型剂（粘接剂）含量低 <2% ，纤维直径小，一般 <6μ ，渣球含量 <0.1 ，几乎为零，使产品性能良好，相对于其它绝热材料保温厚度可适当减薄，降低造价。
3. 集中供热直埋蒸汽热网用绝热材料的技术要求
3.1 各种绝热材料，虽已经近些年的采用，特别在架空管道或设备保温得到良好使用，但对直埋蒸汽管网应用，十多年业却暴露出一些严重的缺点或不足。
（ 1 ）抗（防）水性能。要求憎水或体向不汲（渗）水，或是材料本体不汲水，形体堆积空间进水又很易漓水脱出的性能满足不了要求。特别是进水后，绝热材料导热系数急剧增大，界面温度迅速升高，原设计计算失效，保温结构设计破坏。
（ 2 ）绝热性能。即材料导热系数偏高，保温层设计厚度大，增大成本，同时影响外护管和防腐层的用量及成本增大。
（ 3 ）工艺性能。特别是复合绝热材料，生产加工工艺复杂，手工操作，质量难保证，运输、安装过程难免外伤碰损，修复时一旦漏掉，造成潜在隐患。
（ 4 ）材料的持久寿命。一些绝热材料，耐温持久性差，短时可耐受 300℃ 或更高，随时间延长，性能下降，结构变形、破坏，有的长期使用，材料本体粉化、破裂；有的粘接剂挥发失效，材料保温结构破坏。在温度或环境的影响（包括水分、外力），绝热材料从管上滑脱或整个保温结构破坏。
（ 5 ）对设有滑动（内、外）支架结构使用的绝热材料的抗磨性或弹缩性。要保证在近万次（ >7000 次）以上的管道微动涨缩过程中，材料磨损要小，弹缩性要高，保证保温结构完整 [11] 。
（ 6 ）抗事故性能。随着工程长期投运，外防腐和保护层势必会发生损坏或泄漏；或是安装遇雨天气，或是地下水出现冒灌，或是内管破损漏汽，发生偶然或必然事故，蒸汽直埋管绝热材料应能承受一定的（短时）抗事故能力，以便安装检修、抢修，不致于造成全线崩溃、更换。耐水煮沸性是材料这方面的重要体现。
上述这些问题，国内众多工程多有发生，屡见不鲜。保温层进水，导热系数升高，管外表面温度也升高，使有机保温层，碳化、失效，防腐层也破坏；对采用 HDPE 外护管的蒸汽直埋管道，外护管强度降低、变形，保温结构破坏；采用钢外护管滑动结构也会因绝热性能变差，滑动受阻，影响使用寿命；玻璃钢外护管的蒸汽直埋管，因绝热材料进水汲水，界面温度升高，超过外护管材质正常使用温度而软化、蠕变、破坏，严重者使之整个管网受其影响 ……[12 、 13] 。
3.2 我国虽已研究开发了一些新的体相防水绝热材料、硅球聚合保温材料、整体浇注保温材料 …… ，但多因性能低，耐温性差，或成本高而没有能推广实施。随着我国 “ 产品质量法 ” 贯彻执行，特别是国家强制性标准的宣贯，更要求我们，技术创新，研发新产品，满足日益扩大的市场需要。环保型无毒、无味、无腐蚀的新材料，工艺先进，性能良好，节能、成本适宜是绝热材料发展方向 [14] 。
4. 集中供热直埋蒸汽热网绝热材料的发展
4.1 根据文献调研和工程实践，笔者认为：发展高性能多孔绝热材料，纤维材料或轻质多功能是方向之一，复合应用是目前较易实现的有效方式之一。
世界上较大管道公司如美国 Permu-pipe 公司采用纤维矿棉类材料 + 轮环式支撑 +PUR 聚氨酯复合；意大利 SOCOLOGSTOR 公司采用轻质硅酸钙 + 有机 PUR 聚氨酯复合；德国 FW—— 远程传送技术股份有限公司采用离心玻璃棉 + 抽真空（ 3mbar ）复合工艺技术；德国汉诺威工程咨询事务所也采用类似的结构复合形式，制成高真空蒸汽直埋管道，效果良好，但设备费、操作费相对为高。
4.2 多屏（反射）复合保温 —— 多孔绝热离心玻璃棉 + 高反射屏蔽（金属）材料（铝箔）复合保温近年得到新的发展，文献 [15 、 16 、 17] 有较详细的介绍。反射屏蔽材料的引入，使其保温结构对流传热大为降低，辐射传热减少，提高了绝热保温性能。在直埋蒸汽热网工程应用或实验评定，初见显现，效果良好 [18] 。
4.3 高分散性粉末绝热材料（包括纳米材料）与纤维（多孔）材料的复合，减少纤维材料的直径或缩小多孔材料的颗粒，都有利提高材料的导热热阻。纳米材料，一般颗料直径 <100μ ，其热物性有质的改变，完全低于静止空气的导热系数 0.021w/mk 。把这样的材料复合应用到纤维（或多孔）支撑材料上会获得很好的绝热效果。
美国 Tohns-manvilie 公司将纳米材料与石棉纤维材料，用树酯混合，制成性能良好的 min-k 材料。美国威盾超级绝热材料已在我国有应用。 350℃ 热管道上，采用此绝热材料保温，效果极佳， 25mm 厚，就使管外表面温度降之为 50℃ ，是常规绝热材料厚度的 1/3 ～ 1/4 [19] 。然而我国这方面的研究工作，尚须深入开展，迎头赶上。
4.4 采用有机 —— 无机材料复合保温，受到工程施工，管道埋深变化的限制。如 PUR 聚氨酯，常因埋深变大，介面温度提高，使之使用寿命降低。采用耐温程度高的纤维材料，可获适当的改善。但目前国内某些厂家生产的离心玻璃棉和岩棉等多因粘接物含量高，或纤维直径粗，材料导热系数偏高，在 300 ～ 350℃ 热管道上，有机物分解、碳化，而使绝热保温结构破坏、失效。国内某蒸汽管网工程已发生，应注意 [20] 。
4.5 研制新材料，提高材料的绝热性能，降低导热系数，增强反射率，简化生产成型工艺，提高产品的防水、抗压、防震性能，降低成本、节能、环保是当前集中供热输匹热网绝热材料开发研究的主攻方向。
4.6 真空 —— 粉末材料保温 —— 多层（反射）隔热组合方式山在国外得到重视，正延物理工程和低温技术向其它工程延展。直埋蒸汽热网管道如能在材料和工艺，设备方面实破难点（技术、造价）是大有作为的。
4.7 我国 “ 城镇供热直埋管蒸汽管道产品技术条件 ” 、 “ 城镇供热直埋蒸汽管道技术规程 ” 正由建设部组织编写，并已向全国众多单位征求意见，不久将来，随着 “ 规范 ” 申报批准，将在全国普遍推广贯彻执行。这对节能效果显著，美化环境，保护生态的热电联产 — 集中供热事业发展推广，是一有力支持，为热网绝热材料的研发、生产，科技进步将带来新的动力。
参考方献 [ 略 ]
如需要阅读全文，请于我们联系 |
|
|
|
