探究高效保温材料气凝胶在管道保温施工中的应用

柴海健

承德热力集团有限责任公司 河北承德 067000

1 高效保温材料气凝胶的基本概述

1.1 气凝胶的保温原理与产品形态

在自然界当中，热量主要是通过传导、对流以及辐射这三种基本方式进行传递的。当这些热量进入到保温材料之后，会通过其中的固体部分来完成热传导，通过气体部分完成热对联，而热辐射的传递不需要任何介质就可以完成。当前，二氧化硅气凝胶是一种最为常见也是最为有效的高效保温材料，它的孔隙数量比较多且尺寸比较小，通常低于常压下空气分子的平均自由程，可以有效避免孔隙的对流传热。与此同时，气凝胶的体系和密度都比较小，其中纳米网格结构的弯曲路径可以有效阻止气体和固体的热传导，其中的孔隙壁则可以将热辐射的程度降至最低。通过这三个方面的共同作用，热传递的所有途径机会都被阻断，这使得气凝胶材料具有较强的保温性能。

1.2 高效保温材料气凝胶的性能特点

高效保温材料气凝胶是世界上已知最轻的固体材料，具有独特的纳米多孔结构，同时还具有密度低、介电常数低、导热系数低、孔隙率高、比表面积高等特点。与此同时，气凝胶还是A级防火保温隔热材料，它可以有效解决保温材料低热导率的问题，兼具保温与防火这两种性能。具体来说，高效保温材料气凝胶的性能特点主要包括以下几个。第一是具有优越的隔热性能，即使在高温环境下使用也可以满足实际要求；第二是具有独特的耐火焰烧穿性能，可以长时间承受火焰的灼烧，面对使用上限温度的火焰，气凝胶材料的隔热性能出现退化，但是不会出现隔热材料熔断穿孔或者断裂破碎等问题；第三是具有较强的化学稳定性，在酸碱环境下可以保持不分解和不变质，同时还可以长时间耐受多种热辐射和电磁辐射，在性能上保持不退化；第四是具有较好的力学性能，无论是拉伸机械强度还是弹性都比较优越，材料还可以进行钻孔、切割等操作；第五是具有环保无毒的特点，即使是在高温的环境下也不会释放出任何的气体和有机物。

2 高效保温材料气凝胶在管道保温施工中的应用

2.1 高效保温材料气凝胶在管道保温施工中的应用优势

在管道保温施工当中所使用的气凝胶材料主要是保温毡。与其他保温材料相比，它具有明显的应用优势。从导热系数的角度来说，普通的岩棉保温材料是0.035-0.047W/k・m、硅酸铝保温材料为0.087W/k・m、钢管材料为48W/k・m，而纳米气凝胶材料为0.013-0.020W/k・m。与此同时，纳米气凝胶材料的最高使用温度为1000℃，是所有材料里最高的。

高效保温材料气凝胶在其他方面也具有很多优势。在隔热方面具有独特的孔洞结构，能够有效阻止热量的传递，是目前导热系数最低的一种固体材料，只有传统保温材料的四分之一左右。与此同时，气凝胶的保温层厚度比较小，可以有效降低管道散热的面积，进而减少热量的损耗。对于长距离的输送管道线路，在热量散失比较少的情况下可以提高管道终端介质的温度、降低管道的含水量。除此之外，气凝胶还可以有效降低管道保温工程施工的造价，在直埋保温管的情况下保温性能更为优越，热量损失更少，可以实现能源节约的目标。最后，气凝胶还具有较强的热稳定性，它具有纳米三维网格结构，隔热的性能更为持久。

2.2 高效保温材料气凝胶在管道保温施工中的具体应用

当前在管道保温施工当中所使用的纳米气凝胶保温毡的隔热性和疏水性都比较强，是目前最为高效的保温材料。从结构的角度来说，与管道紧密切合的是一层卷绕管道的气凝胶保温毡，它最大的功能是进行保温。在该层之外是玻纤带和金属保温层，它的主要功能是防护，尤其是面对机械冲击或者在户外环境下可以实现对管道和气凝胶材料的保护。在施工的过程当中如果需要多层保温毡同时使用，需要采用对错搭接的方式进行应用，这样可以最大程度地提高管道的保温性能。与此同时，纳米气凝胶保温毡还具有较强的抗拉性能和柔性，在使用的过程中可以根据管道的具体情况进行灵活应用。这需要施工人员能够根据管道的具体情况和实际要求来制定合理的施工方案。

在施工作业的过程当中，人们会根据管道保温施工的实际要求，同时结合当地的气温数据来进行有效的分析，进而实现对环境的合理设置。具体来说，在施工的过程当中，需要将管道的外径控制在813mm，外壁厚度控制在16mm，同时确保蒸汽温度在300℃以上。在使用气凝胶材料进行管道保温施工的过程中，对外界的温度也有一定的要求。在确定管道的规格之后，施工人员需要截取一块1m长的管道来进行精准的计算，确保管道外壁的风速在2.9m/s左右。施工人员在使用双层或者多层气凝胶绝热毡进行施工的时候，需要将其进行逐层的捆扎，然后运用同层错缝、内外层压缝方式进行敷设，还要避免搭缝的位置位于管道垂直中心线的45°范围之内。

3 结语

综上所述，在管道保温施工当中运用高效保温材料气凝胶不仅可以达到隔热效果，同时还可以增强管道的热稳定性，降低施工造价、提升整体性能。在施工的过程当中，工作人员需要结合管道的特点和保温要求，制定科学的气凝胶应用方案，并在这个基础上对气凝胶材料进行革新和优化。在未来，气凝胶的生产成本也将进一步被降低，在建筑保温领域当中将有更为广泛的发展前景。