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保溫材料在電廠的應用

保溫在電力行業尤其是熱力發電廠如火力發電廠 、核能電站 、地熱電站等占有重要的地位 ,它具有節約能源 ,降低熱損失 ,滿足電廠生產工藝要求 ,確保設備 、生產 、人身安全 ,改善環境 ,提高經濟效益等作用 ,是電廠建設的重要組成部分 。

 
  目前全國總裝機容量已達3.5億kW ,居世界第2位 。新建一台20萬kW機組需用保溫材料4500m3 ,60萬kW機組需11000~12000m3 。據初步統計每年對現有設備檢修 、改造和新增發電設備需用各種保溫材料40萬~45萬m3 。
  

  1 保溫材料的應用與改進
  報據"火力發電廠保溫油漆設計規程"規定 ,電力行業保溫材料選擇如下 :
  (1)介質溫度在350~600℃的設備和管道選用矽酸鈣製品 、矽酸鋁複合保溫 ;
  (2)介質溫度小於350℃的設備和管道用岩 、礦棉製品等保溫 ;
  (3)閥門 、彎頭等異形件選用輕質保溫材料或保溫塗料保溫 ;
  (4)外徑小於38mm的選用普通矽酸鋁纖維繩保溫 ;
  (5)潮濕環境中的低溫設備和管道選用憎水保溫材料保溫 。 

 
  按照當前和今後發展 ,電力行業對保溫材料的需求可以說 :數量大 ,品種較多 ,質量要求高 ,其中對纖維保溫材料的需求量最大 ,其次是硬質材料 ,再是輕質材料和保溫塗料 。 

 
  近年來隨著經濟的發展 ,保溫材料的生產和應用技術得到了進一步的發展 ,尤其是工業設備用保溫材料向低密度 、低導熱率 、多功能發展 ,以改善保溫性能 ,現介紹在應用改進中采取的幾種措施和方法 。
  

  1.1 複合型保溫結構
  複合的型式主要有矽酸鋁棉-岩礦錦 、矽酸鋁棉-泡床石錦 、矽酸鋁棉-玻璃棉製品 、矽酸鋁棉-矽酸鈣絕熱製品 ,及矽酸鹽複合氈與岩棉 、玻璃棉製品的複合結構 。采用這些複合結構充分考慮到使用溫度和經濟的合理性能 。根據電力設計規程規定 ,當熱麵溫度超討400℃ ,即不宜使用岩棉 、玻璃棉 、泡沫石錦製品 。因此 ,在設計的熱設備溫度大於400℃時 ,內層選用矽酸鋁棉和矽酸鹽複合氈作高溫層保溫 ,這種保溫結構導熱係數不大 ,較經濟合理 ,能滿足工程的要求 。在目前火電廠的高溫管道保溫 ,除矽酸鈣絕熱製品以外 ,采用這種保溫結均較多 。

 1.2 複台結構組成的保溫材料
  矽酸鹽複合絕熱塗料 、矽酸鹽複合絕熱製品 、矽酸鹽複合絕熱氈等類型保溫材料 ,是由纖維材料和顆粒集料複合而成 ,顆粒材料內部呈微小封閉多孔結鉤 ,顆粒之間為鬆散後的短纖維填充 ,粘結劑用量較少 ,對流和輻射傳熱小 ,綜合傳熱效率低 ,實際應用中顯示出良好的保溫性能 ,尤其在150 ℃以上時 ,隨著溫度升高 ,導熱係數的增加比較平穩 。其導熱特性與矽酸鈣絕熱製品相似 ,但比矽酸鈣製品要小 。
  

  這種複合型結構的保溫材料恨據使用的要求可以做成塗料 、製品及氈等多種形式 ,可以說是近幾年發展起來的新型保溫材料 。
  

  矽酸鹽複合絕熱塗料的出現對一些異型的設備如閥門彎頭 、汽缸 、水箱 、容器等的保溫起過很好的作用 。矽酸鹽複合絕熱塗料保溫層無縫隙 ,因而提高了保溫效果 ,但也存在密度變化大 、體積收縮大 、冷態施工固化時問長等問題 ,針對上述問題各科研單位和工廠作了大量改進研究 ,並取得了成效 :
  

  1.3 纖維類保溫材料質量的提高
  對於纖維類保溫材料在減小纖維直徑 、增加纖維長度 、降低渣球含量 、提高使用溫度方麵 ,有關生產企業做了大量工作 。因渣球含量對高溫下的導熱係數影響很大 ,修訂國家標準時對渣球含雖作了較大的修改 ,如岩礦棉原標準渣球含量不大於12% 、15% 、18% ,現規定為不大於12% ;而矽酸鋁棉渣球含量目前定為不大於15% 、18% 、25% ,看來指標太高也應修訂 。現電力行業標準規定幹法不大於12% 、濕法不大於15% 。減小纖維直徑 、增加纖維長度又可進一步改善纖維材料的保溫性能和使用性能 ,如離心去生產的矽酸鋁錦纖維長度較長 ,能製成4~5 cm厚的氈應用於管道保溫 。使用溫度的提高對於纖維材料擴大使用範圍非常有利 ,目前提高使用溫度的主要途徑是改進固化劑 ,選用耐溫無機粘結劑等 。 

近年來歐文斯·科寧公司 、北京依素維爾公司 ,為提高玻璃棉及製品的使用溫度 ,改進配方和粘結劑及加入量,生產耐溫500℃的玻璃棉及450℃的製品 ,其性能為 :纖維長度15~20 cm ,纖維直徑小於5 m ,無渣球 ,導熱係數 :0.024+0.00022tm W/(m·K) ,使用溫度450℃ 。.該產品1997年進入電力工程中應用 ,並在30萬kW 、60萬kW機組鍋爐爐牆 、熱風道 、電除塵器作主保溫層 ,在540℃主蒸汽道作複合保溫層 ,至今已有20多台機組使用 。 

 
  在電力工程中實際使用表明 ,耐高溫玻璃棉製品應用效果是好的 ,其保溫性能好於矽酸鋁棉製品 ,能在400℃的設備管道上作主保溫層 ,但有機物的含量不應超過5% ,密度不宜太小 ,施工時應有5%~10%的壓縮量 。
  

  1.4 硬質材料向低密度 、低導熱發展
  在確保其性能滿足國標的要求下 ,目前不少生產廠家努力降低矽酸鈣絕熱製品 、珍珠岩製品的密度和導熱係數 。
矽酸鈣絕熱製品 ,寶雞特種絕熱材料廠產品密度為130kg/m3 ,70℃時導熱係數為0.0455 W/(m·K);中國建材院產品密度為115 kg/ m3 ,23℃時的導熱係數為0.035 W/(m·K) ,70 ℃時導熱係數為0.042 W/(m·K) ;現國際上已研製出密度為l10kg/m3的產品 ,其常溫(20℃)時導熱係數為0.034 W/(m·K) ,70℃時為0.040W/(m·K) 。
  

  又如複合矽酸鹽管殼(板)製品是用複合矽酸鹽絕熱塗料經模具加工 ,烘幹脫模而成的製品 ,其性能丸密度150~160kg/m3 ,70℃時的導熱係數為0.048~0.055W/(m·K) ,憎水率不小於98% ,使用溫度-40~600℃ ,適用於熱網管道及熱力設備管道保溫 。
  

  2 進一步研究開發低導熱率多功能保溫材料
  2.1 輕質鎂鋁輻射絕熱材料
  該材料由南京康保玻璃纖維製品廠與重慶北碚長江節能研究所共同研製 ,其對輻射熱屏蔽能力高達50%~60%(岩棉隻有36.2%) 。該材料同時具有對輻射 、傳導 、對流3種傳熱形式的屏蔽功能 ,常溫導熱係數0.032 W/(m·K) ,使用溫度-60~1250℃ ,尤其是高溫導熱係數較低 ,350℃時的導熱係數為0.064 W/(m·K) ,比矽酸鋁棉和矽酸鈣絕熱製品低得多 。

 這種材料的保溫機理尚需進一步研究 ,關於導熱係數值建議應經有關部門複測 。
  

  2.2 噴塗保溫
  噴塗保溫是射流技術在絕熱工程中的應用 ,它是20世紀70年代初發展起來的一項新技術 ,在國內冶金 、石化 、建築 、電力行業均有采用 ,如在大型火電廠 、核電廠應用於汽機保溫 ,近幾年進口的發電設備汽機保溫設計大多數采用噴塗保溫 ,如大亞灣核電站汽機高壓缸 、低壓汽門和汽動給水泵采用幹式噴塗保溫 。美國FW公司供貨的山東日照電廠2台35萬kW機組 ,山西陽城電廠6台35萬kW機組 ,邯峰電廠2台%萬kW機組 ,以及法國 、德國 、英國供貨的發電設備汽機汽缸保溫也都采用礦纖維噴塗 ,並提供噴塗設備 ,配套噴塗材料 ,還派專門人員到現場指導 。
  

  噴塗保溫的優點如下 :
  (1)噴塗保溫可使汽機停機後的冷卻速度大大降低 ,消除冷卻過程中各部件間溫差過大 ,改善了汽機啟停條件 。
  (2)噴塗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生脫殼現象 ,尤其是解決了下缸保溫層容易脫落的問題 。
  (3)噴塗保溫結構整體性好 ,由於纖維呈三維排列 ,承受高溫後保溫結構不會產生定向收縮從而消除裂紋 ,改善保溫效果 ,降低散熱損失 。
  (4)噴塗保溫尤其適用於外形複雜的設備部位 。
  (5)噴塗保溫可以節省保溫材料 ,保溫厚度可減少15% ,節省人力1/# ,提高保溫結構強度和整體性 、密封性和抗震性 。
  

  2.3 低溫保溫保冷材料發展閉孔結構製品
  泡沫橡塑絕熱製品 、酚醛泡沫 、SKJ-T發泡隔熱材料均屬於閉孔結構 ,經與玻璃纖維製品(開孔結構) 、泡沫聚乙烯(連孔結構)相比有導熱係數小 、吸水率和水蒸氣滲透率都較低的特點 ,因而非常適用於低溫保溫和保冷 。
由上可見 ,采取適當的技術措施 ,可獲得各項性能較優的保溫材料 。
  

  2.4 納米絕熱材料
  納米絕熱材料是建立在低密度和超級細孔(小於50nm)結構基礎上的 。某納米絕熱材料性能如下 :密度200~300 kg/m3

抗壓強度1.3Mpa ,使用溫度1000℃ ,導熱係數 :100℃時0.022 W/(m·K) ,400℃時0.029 W/(m·K) ,800℃時0.040 W/(m·K) 。它的化學成分為 :SiO2 59%~65% ,TiO2 31%~37% ,Al2O3 2.5% 。該材料首先被應用於航天航空 、核電站 ,現已應用於冶金 、建材 、石化 、電力等行業  ,如電力行業應用於熱力發電廠 、核電廠管道及汽機保溫 。
美國奧特斯丁工業有限公司北京公司提供的威盾納米絕熱材料經國家電力公司檢測中心測定 ,密度200~250 kg/m3 ,導熱係數(常溫20℃)0.021~0.022 W/(m·K) ,使用溫度800~1000℃ ,並在南京鋼廠自備電廠汽機抽汽管Φ159mm×6m中應用 ,管道溫度350℃ ,保溫厚度25mm ,經實測表麵溫度沒有超過50℃ ,其保溫厚度隻需常規保溫材料厚度的1/3~1/4 。
  

  2.5 金屬反射型保溫材料的應用
  金屬反射型保溫材料是由多層鋁或不鏽鋼重疊組合起來具有多層氣隙結構的保溫製品 。利用金屬反射的特性進行保溫是很有效的方法 。國外已把它用作壓水堆和沸水堆核電站的設備和管道保溫 ,隨著我國核電工業發展 ,反射型保溫材料和其應用也將成國電力建設中一個不可缺少的環節 。
  

  金屬反射模型保溫結構最高使用溫度在700℃以上 ,核電站的設備與管道的介質溫度多在350℃以上 ,在平均工作溫度200℃左右時,其導熱係數不但低於無機多孔顆粒材料 ,而且也低於礦棉 。對核電站而方 ,反射型保溫結構的主要特點 :
  

  (1)不產生粉塵 ,沒有汙染物質擴散 ,因而可避免或減少放射物質對操作和維修人員的危害 ;
  (2)對設備或管道不會產生腐蝕 ;
  (3)它的外殼由於經過光澤加工 ,非常光滑 ,沾汙的放射物質可簡單地用水清洗掉 ,去汙時即使浸水也不影響性能 ;
  (4)導熱係數與非金屬保溫材料差不多 ,質輕 ,機械強度好 ,密度可小到130~160 kg/m3 。
  

  反射型保溫結構還可用於火電 、化工 、石油 、食品 、醫藥 、橡膠等工業厭塵埃的場所保溫 。


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