蒸汽管道保温材料与保温结构优化研究

杨世杰

摘 要：对蒸汽管道保温材料与其保温结构的优化问题已经逐渐成为当前行业内集中探讨与深入研究的热点课题。本文从对蒸汽管道保温性能存在问题的原因分析入手，分别针对蒸汽管道保温材料的类型选择、材质选择以及保温层结构的设计思路两个角度进行分析研究，尝试提出蒸汽管道保温材料选择及保温层结构设计的优化方案，以期对蒸汽管道保温性能优化的相关研究提供一定的参考。

关键词：蒸汽管道;保温材料;保温结构;优化研究

引言

作为热力供应相关工程中管道系统的一个重要组成部分，蒸汽管道在实践中的应用十分普遍。对蒸汽管道保温材料与其保温结构优化的分析研究成为当前行业内研究的热点课题。探索优化蒸汽管道保温性能的有效措施，能够大幅度提高蒸汽管道的作业效率，降低能量损耗，维护生态环境，稳定工程的基本经济效益和社会效益。

1 蒸汽管道保温性能优化的现实意义分析

蒸汽管道，是由具备耐高温性能的基础材质以及其他相应的具备热量隔绝材料组合而成的管道系统类型。蒸汽管道能够适用于各种需要冷熱水、高低温环境下的热力供应、温度保障等工程作业中，具备良好的机械性能以及隔热性能，单一材质的蒸汽管道能够适应一百二十度的高温环境，通过与其他隔热材质组合制作而成的蒸汽管道则能够适应一百八十度的高温环境。对蒸汽管道保温性能进行一定优化，在实践中的现实意义主要表现在以下几个方面：

第一，蒸汽管道保温性能优化是减少能源浪费的关键。在我国当前的工业生产、热力工程实践中，蒸汽管道的应用十分普遍。而在蒸汽管道的使用过程中，其保温性能的保障是至关重要的。在不同的工程系统中，蒸汽管道系统都是能量损耗相对较大的环节，如果蒸汽管道保温性能无法得到保障，将会造成巨大的能源损耗与浪费，对于工程本身的经济效益影响也是不容忽视的。

第二，蒸汽管道保温性能优化是绿色生态文明建设的重要基础。传统类型的蒸汽管道保温材料大多无法实现二次重复使用，会不断造成工业垃圾废物，严重污染周边生态环境，会同时影响相关工业工程的经济效益与社会效益。与此同时，优化保温性能，可以大幅度减少能源供应，大大缩减能源供给支出，也在很大程度上削弱了对大气环境的污染。

2 蒸汽管道保温性能存在问题的原因分析

通过对我国当前工程的实践情况分析，我们可以看到，蒸汽管道在工程作业中存在一定的能量损耗问题，而且问题的产生则主要源于蒸汽管道系统自身保温性能的降低。蒸汽管道保温性能降低，可能是以下几个方面的原因导致：第一，蒸汽管道系统建设中所选择的保温材料在其种类以及结构设计上存在较大的单一性，在系统建设中，保温结构在软质结构部分普遍存在松垮下沉问题，在硬质结构部分则普遍存在局部温度过高、出现“热通道”现象等问题;第二，在系统建设中，保温材料进行选购之前，对于所需材料厚度的范围测算较为模糊，具体厚度数据的参考范围过大，进而导致蒸汽管道保温层材料的厚度无法达标这一问题;第三，蒸汽管道保温材料还会出现保温层开裂、防水性能下降等问题，进而造成管道内散热超标，造成能源浪费。

3 蒸汽管道保温材料的优化选择分析

3.1蒸汽管道保温材料的优化选择应当遵循的基本原则

在蒸汽管道保温材料的选择中，首先应当严格遵循材料本身在性能要求上的基本原则，具体包括以下几个方面：第一，蒸汽管道保温材料的导热系数应当相对较低;第二，蒸汽管道保温材料应当具备良好的耐热性能，同时还应当具备不因工程周围作业环境温度的突然性、急剧性变化而导致性能丧失的材料优势;第三，蒸汽管道保温材料的密度应当相对较小，并且具备符合具体工程中所要求的孔隙率;第四，蒸汽管道保温材料应当具备良好的机械强度与性能。

3.2蒸汽管道保温材料种类的优化选择

在当前的国内市场中，蒸汽管道保温材料的选择主要有以下几种：第一，玻璃棉质保温材料;第二，硅酸铝制保温材料;第三，硅酸钙制保温材料;第四，岩棉制保温材料;第五，气凝胶毡制保温材料等等。在这几种材料中，气凝胶毡是近些年来在市场中出现的一种新型保温材料，被广泛应用于工业类工程中，与其他几种保温材料性能相比较而言，气凝胶毡具有更为优良的导热性能，同时，在具备相同的保温效果基础上，气凝胶毡材质的蒸汽管道保温层的厚度要相对较小，在生产运行实践中能够有效提高蒸汽管道的排布效率。气凝胶毡材质的保温材料与其他几种保温材料在性能以及价格上的对比见表1。

4 蒸汽管道保温层结构的优化选择分析

4.1蒸汽管道保温层结构的优化选择应当满足的基本要求

蒸汽管道保温层结构的优化选择，应当满足以下几个方面的基本要求：第一，蒸汽管道保温层应当在满足工程所要求的能量损耗标准范围内的基础上，制作越薄越好;第二，蒸汽管道的保温层结构应当具备良好的机械强度要求;第三，蒸汽管道的保温层结构应当具备良好的防水性、防腐蚀性;第四，蒸汽管道的保温层结构设计应当满足施工环节的便利，在施工作业的基础操作环节以及日常的养护维修环节等操作要保证简单便捷。

4.2蒸汽管道保温层结构的基本分类

蒸汽管道保温层结构的基本分类主要有两种，一种是软质保温层结构;另一种是硬质保温层结构。不同的保温层结构与所选择的蒸汽管道保温材料的种类是相关联的。软质保温层结构与硬质保温层结构在实践中的优缺点对比见表2。

5 蒸汽管道保温材料选择及保温层结构设计的优化方案

5.1选择双层异材保温层结构优化蒸汽管道保温结构设计

结合以上对常见蒸汽管道保温材料以及保温层结构的优化选择分析，我们可以看到，蒸汽管道保温层的设计，可以通过对不同材质性能与市场价格的综合考量，进而材料的优化组合，通过蒸汽管道保温层的异材设计提高其保温效能，有效节省成本支出，同时还能够大幅度避免由于保温材质单一容易出现的材料下沉、形成“热通道”等常见问题。现初步提出以下两种保温结构的优化设计方案：

第一，根据保温材料及市场价格综合对比，可以使用硅酸铝与岩棉制保温材料组合而成的双层异材保温层结构，能够节省大量的成本支出，同时也能够满足对于温度以及热流密度等的适应标准要求，保证蒸汽管道系統运行的经济性与安全性。

第二，选择性能更有优良的气凝胶毡保温材料，在对比市场价格因素的基础上，选择采取气凝胶毡保温材料以及岩棉制保温材料相组合的双层异材保温结构，这样的蒸汽管道保温层的厚度可以更薄，能够进一步提升蒸汽管道系统作业运行中的排布效率，同时相应地减小成本，经济效益会更高。

5.2选择气凝胶毡保温材料逐步取代传统材料以提高蒸汽管道保温性能

气凝胶毡保温材料的主要成分是二氧化硅，通过表1不同保温材料性能的对比可以很清楚地看到，当前市场中气凝胶毡保温材料当属保温性能最佳的材料选择。根据相关部门所进行的试验检测结果显示，在四百摄氏度高温的蒸汽管道环境下，120毫米厚度的岩棉制保温材料所达到的保温效果，选择气凝胶毡保温材料厚度仅达到30毫米即可实现，气凝胶毡保温材料相较于岩棉制保温材料，其节能效率可以高达48%，气凝胶毡保温材料的平均使用寿命通常可以达到二十年以上。而在蒸汽管道进行日常养护和维修时，可以直接将气凝胶毡拆下，在维修完毕后可以再次安装进行重复使用，避免了传统保温材料需要进行频繁换新、无法二次重复利用的问题，可以大大缩减保温材料成本，也减少了工业垃圾废物，有利于对周边生态环境的保护，践行可持续发展的基本发展战略。

6 结束语

综上所述，蒸汽管道的热量损失，在我国当前工业生产、热力工程实践中都是亟待解决的现实问题，对蒸汽管道保温材料进行科学的优化设计是十分必要的。本文通过对保温材料材质、保温层结构的分析，初步提出了在蒸汽管道中使用双层异材型结构设计、广泛推广使用气凝胶毡保温材料等方案，同时进一步明确了气凝胶毡保温材料的使用是优化蒸汽管道保温性能的重要关键点。随着未来新兴技术的不断发展，对于保温材料的开发研究也会逐步优化，可以在复合型保温材料的领域实现新突破，融入纳米孔绝热材料技术等等，在进一步压缩成本的基础上实现保温性能的高度提升。围绕这一领域，未来还可以在做进一步的全新探索。

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