浅谈二氧化硅气凝胶在复合保温热力管道中的应用

浅谈二氧化硅气凝胶在复合保温热力管道中的应用

田立倩 ,闫凯

天津天地龙管业股份有限公司  天津  301600

摘要：随着集中供热事业的不断推进，热力管网的敷设距离由早期的5km经济半径，拓展至现阶段的20-30 km 长输管网，原来固有的保温方式和方法已经不能满足运行要求，二氧化硅气凝胶的使用很好地解决了保温绝热材料问题，考虑到经济效益，复合保温结构是大势所趋，在输送温度高、现场空间狭小苛刻的条件下，有着很好的发挥空间。

关键词：热力管道  复合保温  气凝胶

1气凝胶材料介绍

气凝胶是一种具备纳米多孔网状结构的固体材料，是已知密度最低的材料，具有极低的导热系数、有效的防水性能和较好的抗震抗拉性。是目前市场上保温绝热性能最好的材料。

1.1 气凝胶的一般特性：

1、孔隙率很高，可达99.8%；

2、纳米级别孔洞(20～80nm)；

3、高比表面积，可达1000 m2/g；

4、低密度，可低至0.003g/cm3。

1.2 气凝胶应用在热力管道上优点介绍：

1、超低的导热系数保证优秀的隔热效果，减少隔热层的厚度，降低热损；

2、优异的结构力，抗压、抗拉强度保证长期耐用，状况良好；

3、无机材料，使用年限长，防火性能达A级；

4、质量轻，体积小，节省物流费用和储存空间；

5、易于操作，减少安装所需劳力与时间；

6、适用范围广，提高能效，降低能耗。

1.3 气凝胶与其他材料性能比较

2气凝胶产品应用在热力管道上的测试

由于近几年市面上涌现出多家气凝胶产品的生产厂家，为了验证各个厂家产品的性能是否相同，特意选择了编号为M、N、Z、A的气凝胶毡生产厂家和编号为H的气凝胶涂层生产厂家进行隔热测试。

笔者认为，气凝胶产品应用在热力管道，气凝胶毡和气凝胶涂料应该结合使用，直管使用气凝胶毡裹敷，但是遇到弯头、三通、变径等不规则形状时，毡需按形状进行裁切，尤其是需要多层裹敷时，增加了施工难度，降低了保温效果，造成施工不便，此时可以使用气凝胶涂料刷涂的方式。

测试选用的设备为导热油炉，可将保温管加热到200℃以上，测试思路是制作复合保温管，在钢管、气凝胶、聚氨酯外侧各放置2根热电偶测温，保护层外表面使用测温枪测温。记录导热油炉升温至100℃、120℃、140℃、160℃、180℃和200℃时，热电偶和外套管外表面温度来计算温降。测试用样品保温管按照以下步骤制作：

2.1 钢管统一采用抛丸除锈方式，使用前在钢管外表面进行预处理，不应有铁锈、灰尘、漆、水分或者其它沾染物，处理后的钢管表面应达到GB/T8923.1-2011标准的Sa2.5级要求；

2.2 在抛丸除锈后的钢管外壁刷涂一层防锈底漆，要求刷涂均匀、平整，无漏点，待漆实干后方可进行制作；

2.3 敷设一圈气凝胶毡或者气凝胶涂料；

2.4 裹敷一层减小辐射传热的反射隔离层，可选择软质退火铝箔布；

2.5 穿外套，注料发泡。

3测试结果分析及影响因素

测试结果如下表所示。

根据测试得出的结论：

3.1 热电偶测得的钢管温度比设定温度高，这是由于保温管内部热积聚所致，属于正常现象，按照测试规律，在计算气凝胶涂层温降时，测试温度≤140℃时，钢管温度=设定温度+5，测试温度＞140℃时，钢管温度=设定温度+7.5；

3.2 环境温度对测试效果有影响，但是影响不大；

3.3 大多数气凝胶毡的隔热效果比气凝胶涂层要好；

3.4 隔热铝箔布具有7%~9%温降效果。

4结论

跟传统无机保温材料相比，使用气凝胶材料可以缩小管道外径、提高防水性能、使保温均匀，避免保温结构长期使用出现的“塌陷”现象，是发展前景良好的新型材料，但是价格昂贵且质量参差不齐，所以在使用前建议实地考察和自测以保证产品质量。

参考文献

T/CDHA 2-2019 《架空和综合管廊预制蒸汽保温管及管件》

GB/T 34336-2017《纳米孔气凝胶复合绝热制品》