保溫材料在電廠的應(yīng)用

保溫在電力行業(yè)尤其是熱力發(fā)電廠如火力發(fā)電廠、核能電站、地?zé)犭娬镜日加兄匾牡匚?，它具有?jié)約能源，降低熱損失，滿足電廠生產(chǎn)工藝要求，確保設(shè)備、生產(chǎn)、人身安全，改善環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益等作用，是電廠建設(shè)的重要組成部分。

　
　　目前全國(guó)總裝機(jī)容量已達(dá)3.5億kW，居世界第2位。新建一臺(tái)20萬kW機(jī)組需用保溫材料4500m3，60萬kW機(jī)組需11000~12000m3。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)每年對(duì)現(xiàn)有設(shè)備檢修、改造和新增發(fā)電設(shè)備需用各種保溫材料40萬~45萬m3。
　 

　　1 保溫材料的應(yīng)用與改進(jìn)
　　報(bào)據(jù)"火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程"規(guī)定，電力行業(yè)保溫材料選擇如下：
　?。?）介質(zhì)溫度在350~600℃的設(shè)備和管道選用硅酸鈣制品、硅酸鋁復(fù)合保溫；
　?。?）介質(zhì)溫度小于350℃的設(shè)備和管道用巖、礦棉制品等保溫；
　?。?）閥門、彎頭等異形件選用輕質(zhì)保溫材料或保溫涂料保溫；
　?。?）外徑小于38mm的選用普通硅酸鋁纖維繩保溫；
　?。?）潮濕環(huán)境中的低溫設(shè)備和管道選用憎水保溫材料保溫。 

　
　　按照當(dāng)前和今后發(fā)展，電力行業(yè)對(duì)保溫材料的需求可以說：數(shù)量大，品種較多，質(zhì)量要求高，其中對(duì)纖維保溫材料的需求量最大，其次是硬質(zhì)材料，再是輕質(zhì)材料和保溫涂料。 

　
　　近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，保溫材料的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，尤其是工業(yè)設(shè)備用保溫材料向低密度、低導(dǎo)熱率、多功能發(fā)展，以改善保溫性能，現(xiàn)介紹在應(yīng)用改進(jìn)中采取的幾種措施和方法。
　 

　　1.1 復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)
　　復(fù)合的型式主要有硅酸鋁棉－巖礦錦、硅酸鋁棉-泡床石錦、硅酸鋁棉－玻璃棉制品、硅酸鋁棉－硅酸鈣絕熱制品，及硅酸鹽復(fù)合氈與巖棉、玻璃棉制品的復(fù)合結(jié)構(gòu)。采用這些復(fù)合結(jié)構(gòu)充分考慮到使用溫度和經(jīng)濟(jì)的合理性能。根據(jù)電力設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定，當(dāng)熱面溫度超討400℃，即不宜使用巖棉、玻璃棉、泡沫石錦制品。因此，在設(shè)計(jì)的熱設(shè)備溫度大于400℃時(shí)，內(nèi)層選用硅酸鋁棉和硅酸鹽復(fù)合氈作高溫層保溫，這種保溫結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)不大，較經(jīng)濟(jì)合理，能滿足工程的要求。在目前火電廠的高溫管道保溫，除硅酸鈣絕熱制品以外，采用這種保溫結(jié)均較多。

　1.2 復(fù)臺(tái)結(jié)構(gòu)組成的保溫材料
　　硅酸鹽復(fù)合絕熱涂料、硅酸鹽復(fù)合絕熱制品、硅酸鹽復(fù)合絕熱氈等類型保溫材料，是由纖維材料和顆粒集料復(fù)合而成，顆粒材料內(nèi)部呈微小封閉多孔結(jié)鉤，顆粒之間為松散后的短纖維填充，粘結(jié)劑用量較少，對(duì)流和輻射傳熱小，綜合傳熱效率低，實(shí)際應(yīng)用中顯示出良好的保溫性能，尤其在150 ℃以上時(shí)，隨著溫度升高，導(dǎo)熱系數(shù)的增加比較平穩(wěn)。其導(dǎo)熱特性與硅酸鈣絕熱制品相似，但比硅酸鈣制品要小。
　 

　　這種復(fù)合型結(jié)構(gòu)的保溫材料恨據(jù)使用的要求可以做成涂料、制品及氈等多種形式，可以說是近幾年發(fā)展起來的新型保溫材料。
　 

　　硅酸鹽復(fù)合絕熱涂料的出現(xiàn)對(duì)一些異型的設(shè)備如閥門彎頭、汽缸、水箱、容器等的保溫起過很好的作用。硅酸鹽復(fù)合絕熱涂料保溫層無縫隙，因而提高了保溫效果，但也存在密度變化大、體積收縮大、冷態(tài)施工固化時(shí)問長(zhǎng)等問題，針對(duì)上述問題各科研單位和工廠作了大量改進(jìn)研究，并取得了成效：
　 

　　1.3 纖維類保溫材料質(zhì)量的提高
　　對(duì)于纖維類保溫材料在減小纖維直徑、增加纖維長(zhǎng)度、降低渣球含量、提高使用溫度方面，有關(guān)生產(chǎn)企業(yè)做了大量工作。因渣球含量對(duì)高溫下的導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對(duì)渣球含雖作了較大的修改，如巖礦棉原標(biāo)準(zhǔn)渣球含量不大于12％、15％、18％，現(xiàn)規(guī)定為不大于12％；而硅酸鋁棉渣球含量目前定為不大于15％、18％、25％，看來指標(biāo)太高也應(yīng)修訂?，F(xiàn)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定干法不大于12％、濕法不大于15％。減小纖維直徑、增加纖維長(zhǎng)度又可進(jìn)一步改善纖維材料的保溫性能和使用性能，如離心去生產(chǎn)的硅酸鋁錦纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，能制成4~5 cm厚的氈應(yīng)用于管道保溫。使用溫度的提高對(duì)于纖維材料擴(kuò)大使用范圍非常有利，目前提高使用溫度的主要途徑是改進(jìn)固化劑，選用耐溫?zé)o機(jī)粘結(jié)劑等。 

近年來歐文斯·科寧公司、北京依素維爾公司，為提高玻璃棉及制品的使用溫度，改進(jìn)配方和粘結(jié)劑及加入量，生產(chǎn)耐溫500℃的玻璃棉及450℃的制品，其性能為：纖維長(zhǎng)度15~20 cm，纖維直徑小于5 m，無渣球，導(dǎo)熱系數(shù)：0.024＋0.00022tm W/(m·K)，使用溫度450℃。.該產(chǎn)品1997年進(jìn)入電力工程中應(yīng)用，并在30萬kW、60萬kW機(jī)組鍋爐爐墻、熱風(fēng)道、電除塵器作主保溫層，在540℃主蒸汽道作復(fù)合保溫層，至今已有20多臺(tái)機(jī)組使用。 

　
　　在電力工程中實(shí)際使用表明，耐高溫玻璃棉制品應(yīng)用效果是好的，其保溫性能好于硅酸鋁棉制品，能在400℃的設(shè)備管道上作主保溫層，但有機(jī)物的含量不應(yīng)超過5％，密度不宜太小，施工時(shí)應(yīng)有5％~10％的壓縮量。
　 

　　1.4 硬質(zhì)材料向低密度、低導(dǎo)熱發(fā)展
　　在確保其性能滿足國(guó)標(biāo)的要求下，目前不少生產(chǎn)廠家努力降低硅酸鈣絕熱制品、珍珠巖制品的密度和導(dǎo)熱系數(shù)。
如硅酸鈣絕熱制品，寶雞特種絕熱材料廠產(chǎn)品密度為130kg/m3，70℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.0455 W/(m·K)；中國(guó)建材院產(chǎn)品密度為115 kg/ m3，23℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.035 W/(m·K)，70 ℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.042 W/(m·K)；現(xiàn)國(guó)際上已研制出密度為l10kg/m3的產(chǎn)品，其常溫（20℃）時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.034 W/(m·K)，70℃時(shí)為0.040W/(m·K)。
　 

　　又如復(fù)合硅酸鹽管殼（板）制品是用復(fù)合硅酸鹽絕熱涂料經(jīng)模具加工，烘干脫模而成的制品，其性能丸密度150~160kg/m3，70℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.048~0.055W/(m·K)，憎水率不小于98％，使用溫度-40~600℃，適用于熱網(wǎng)管道及熱力設(shè)備管道保溫。
　 

　　2 進(jìn)一步研究開發(fā)低導(dǎo)熱率多功能保溫材料
　　2.1 輕質(zhì)鎂鋁輻射絕熱材料
　　該材料由南京康保玻璃纖維制品廠與重慶北碚長(zhǎng)江節(jié)能研究所共同研制，其對(duì)輻射熱屏蔽能力高達(dá)50％~60％（巖棉只有36.2％）。該材料同時(shí)具有對(duì)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流3種傳熱形式的屏蔽功能，常溫導(dǎo)熱系數(shù)0.032 W/(m·K)，使用溫度-60~1250℃，尤其是高溫導(dǎo)熱系數(shù)較低，350℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為0.064 W/(m·K)，比硅酸鋁棉和硅酸鈣絕熱制品低得多。

　這種材料的保溫機(jī)理尚需進(jìn)一步研究，關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)值建議應(yīng)經(jīng)有關(guān)部門復(fù)測(cè)。
　 

　　2.2 噴涂保溫
　　噴涂保溫是射流技術(shù)在絕熱工程中的應(yīng)用，它是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，在國(guó)內(nèi)冶金、石化、建筑、電力行業(yè)均有采用，如在大型火電廠、核電廠應(yīng)用于汽機(jī)保溫，近幾年進(jìn)口的發(fā)電設(shè)備汽機(jī)保溫設(shè)計(jì)大多數(shù)采用噴涂保溫，如大亞灣核電站汽機(jī)高壓缸、低壓汽門和汽動(dòng)給水泵采用干式噴涂保溫。美國(guó)FW公司供貨的山東日照電廠2臺(tái)35萬kW機(jī)組，山西陽城電廠6臺(tái)35萬kW機(jī)組，邯峰電廠2臺(tái)％萬kW機(jī)組，以及法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)供貨的發(fā)電設(shè)備汽機(jī)汽缸保溫也都采用礦纖維噴涂，并提供噴涂設(shè)備，配套噴涂材料，還派專門人員到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。
　 

　　噴涂保溫的優(yōu)點(diǎn)如下：
　　（1）噴涂保溫可使汽機(jī)停機(jī)后的冷卻速度大大降低，消除冷卻過程中各部件間溫差過大，改善了汽機(jī)啟停條件。
　?。?）噴涂保溫能使保溫材料與汽缸緊貼在一起，從而消除了保溫層與汽缸產(chǎn)生脫殼現(xiàn)象，尤其是解決了下缸保溫層容易脫落的問題。
　　（3）噴涂保溫結(jié)構(gòu)整體性好，由于纖維呈三維排列，承受高溫后保溫結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生定向收縮從而消除裂紋，改善保溫效果，降低散熱損失。
　　（4）噴涂保溫尤其適用于外形復(fù)雜的設(shè)備部位。
　?。?）噴涂保溫可以節(jié)省保溫材料，保溫厚度可減少15％，節(jié)省人力1/#，提高保溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性、密封性和抗震性。
　 

　　2.3 低溫保溫保冷材料發(fā)展閉孔結(jié)構(gòu)制品
　　泡沫橡塑絕熱制品、酚醛泡沫、SKJ-T發(fā)泡隔熱材料均屬于閉孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)與玻璃纖維制品（開孔結(jié)構(gòu)）、泡沫聚乙烯（連孔結(jié)構(gòu)）相比有導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水率和水蒸氣滲透率都較低的特點(diǎn)，因而非常適用于低溫保溫和保冷。
由上可見，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，可獲得各項(xiàng)性能較優(yōu)的保溫材料。
　 

　　2.4 納米絕熱材料
　　納米絕熱材料是建立在低密度和超級(jí)細(xì)孔（小于50nm）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的。某納米絕熱材料性能如下：密度200~300 kg/m3

抗壓強(qiáng)度1.3Mpa，使用溫度1000℃，導(dǎo)熱系數(shù)：100℃時(shí)0.022 W/(m·K)，400℃時(shí)0.029 W/(m·K)，800℃時(shí)0.040 W/(m·K)。它的化學(xué)成分為：SiO2 59%~65%，TiO2 31%~37%，Al2O3 2.5%。該材料首先被應(yīng)用于航天航空、核電站，現(xiàn)已應(yīng)用于冶金、建材、石化、電力等行業(yè) ，如電力行業(yè)應(yīng)用于熱力發(fā)電廠、核電廠管道及汽機(jī)保溫。
美國(guó)奧特斯丁工業(yè)有限公司北京公司提供的威盾納米絕熱材料經(jīng)國(guó)家電力公司檢測(cè)中心測(cè)定，密度200~250 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)（常溫20℃）0.021~0.022 W/(m·K)，使用溫度800~1000℃，并在南京鋼廠自備電廠汽機(jī)抽汽管Φ159mm×6m中應(yīng)用，管道溫度350℃，保溫厚度25mm，經(jīng)實(shí)測(cè)表面溫度沒有超過50℃，其保溫厚度只需常規(guī)保溫材料厚度的1/3~1/4。
　 

　　2.5 金屬反射型保溫材料的應(yīng)用
　　金屬反射型保溫材料是由多層鋁或不銹鋼重疊組合起來具有多層氣隙結(jié)構(gòu)的保溫制品。利用金屬反射的特性進(jìn)行保溫是很有效的方法。國(guó)外已把它用作壓水堆和沸水堆核電站的設(shè)備和管道保溫，隨著我國(guó)核電工業(yè)發(fā)展，反射型保溫材料和其應(yīng)用也將成國(guó)電力建設(shè)中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。
　 

　　金屬反射模型保溫結(jié)構(gòu)最高使用溫度在700℃以上，核電站的設(shè)備與管道的介質(zhì)溫度多在350℃以上，在平均工作溫度200℃左右時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)不但低于無機(jī)多孔顆粒材料，而且也低于礦棉。對(duì)核電站而方，反射型保溫結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：
　 

　　（1）不產(chǎn)生粉塵，沒有污染物質(zhì)擴(kuò)散，因而可避免或減少放射物質(zhì)對(duì)操作和維修人員的危害；
　?。?）對(duì)設(shè)備或管道不會(huì)產(chǎn)生腐蝕；
　　（3）它的外殼由于經(jīng)過光澤加工，非常光滑，沾污的放射物質(zhì)可簡(jiǎn)單地用水清洗掉，去污時(shí)即使浸水也不影響性能；
　　（4）導(dǎo)熱系數(shù)與非金屬保溫材料差不多，質(zhì)輕，機(jī)械強(qiáng)度好，密度可小到130~160 kg/m3。