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保温材料在电厂的应用

保温在电力行业尤其是热力发电厂如火力发电厂、核能电站、地热电站等占有重要的地位,它具有节约能源,降低热损失,满足电厂生产工艺要求,确保设备、生产、人身安全,改善环境,提高经济效益等作用,是电厂建设的重要组成部分。

 
  目前全国总装机容量已达3.5亿kW,居世界第2位。新建一台20万kW机组需用保温材料4500m3,60万kW机组需11000~12000m3。据初步统计每年对现有设备检修、改造和新增发电设备需用各种保温材料40万~45万m3。
  

  1 保温材料的应用与改进
  报据"火力发电厂保温油漆设计规程"规定,电力行业保温材料选择如下:
  (1)介质温度在350~600℃的设备和管道选用硅酸钙制品、硅酸铝复合保温;
  (2)介质温度小于350℃的设备和管道用岩、矿棉制品等保温;
  (3)阀门、弯头等异形件选用轻质保温材料或保温涂料保温;
  (4)外径小于38mm的选用普通硅酸铝纤维绳保温;
  (5)潮湿环境中的低温设备和管道选用憎水保温材料保温。 

 
  按照当前和今后发展,电力行业对保温材料的需求可以说:数量大,品种较多,质量要求高,其中对纤维保温材料的需求量最大,其次是硬质材料,再是轻质材料和保温涂料。 

 
  近年来随着经济的发展,保温材料的生产和应用技术得到了进一步的发展,尤其是工业设备用保温材料向低密度、低导热率、多功能发展,以改善保温性能,现介绍在应用改进中采取的几种措施和方法。
  

  1.1 复合型保温结构
  复合的型式主要有硅酸铝棉-岩矿锦、硅酸铝棉-泡床石锦、硅酸铝棉-玻璃棉制品、硅酸铝棉-硅酸钙绝热制品,及硅酸盐复合毡与岩棉、玻璃棉制品的复合结构。采用这些复合结构充分考虑到使用温度和经济的合理性能。根据电力设计规程规定,当热面温度超讨400℃,即不宜使用岩棉、玻璃棉、泡沫石锦制品。因此,在设计的热设备温度大于400℃时,内层选用硅酸铝棉和硅酸盐复合毡作高温层保温,这种保温结构导热系数不大,较经济合理,能满足工程的要求。在目前火电厂的高温管道保温,除硅酸钙绝热制品以外,采用这种保温结均较多。

 1.2 复台结构组成的保温材料
  硅酸盐复合绝热涂料、硅酸盐复合绝热制品、硅酸盐复合绝热毡等类型保温材料,是由纤维材料和颗粒集料复合而成,颗粒材料内部呈微小封闭多孔结钩,颗粒之间为松散后的短纤维填充,粘结剂用量较少,对流和辐射传热小,综合传热效率低,实际应用中显示出良好的保温性能,尤其在150 ℃以上时,随着温度升高,导热系数的增加比较平稳。其导热特性与硅酸钙绝热制品相似,但比硅酸钙制品要小。
  

  这种复合型结构的保温材料恨据使用的要求可以做成涂料、制品及毡等多种形式,可以说是近几年发展起来的新型保温材料。
  

  硅酸盐复合绝热涂料的出现对一些异型的设备如阀门弯头、汽缸、水箱、容器等的保温起过很好的作用。硅酸盐复合绝热涂料保温层无缝隙,因而提高了保温效果,但也存在密度变化大、体积收缩大、冷态施工固化时问长等问题,针对上述问题各科研单位和工厂作了大量改进研究,并取得了成效:
  

  1.3 纤维类保温材料质量的提高
  对于纤维类保温材料在减小纤维直径、增加纤维长度、降低渣球含量、提高使用温度方面,有关生产企业做了大量工作。因渣球含量对高温下的导热系数影响很大,修订国家标准时对渣球含虽作了较大的修改,如岩矿棉原标准渣球含量不大于12%、15%、18%,现规定为不大于12%;而硅酸铝棉渣球含量目前定为不大于15%、18%、25%,看来指标太高也应修订。现电力行业标准规定干法不大于12%、湿法不大于15%。减小纤维直径、增加纤维长度又可进一步改善纤维材料的保温性能和使用性能,如离心去生产的硅酸铝锦纤维长度较长,能制成4~5 cm厚的毡应用于管道保温。使用温度的提高对于纤维材料扩大使用范围非常有利,目前提高使用温度的主要途径是改进固化剂,选用耐温无机粘结剂等。 

近年来欧文斯·科宁公司、北京依素维尔公司,为提高玻璃棉及制品的使用温度,改进配方和粘结剂及加入量,生产耐温500℃的玻璃棉及450℃的制品,其性能为:纤维长度15~20 cm,纤维直径小于5 m,无渣球,导热系数:0.024+0.00022tm W/(m·K),使用温度450℃。.该产品1997年进入电力工程中应用,并在30万kW、60万kW机组锅炉炉墙、热风道、电除尘器作主保温层,在540℃主蒸汽道作复合保温层,至今已有20多台机组使用。 

 
  在电力工程中实际使用表明,耐高温玻璃棉制品应用效果是好的,其保温性能好于硅酸铝棉制品,能在400℃的设备管道上作主保温层,但有机物的含量不应超过5%,密度不宜太小,施工时应有5%~10%的压缩量。
  

  1.4 硬质材料向低密度、低导热发展
  在确保其性能满足国标的要求下,目前不少生产厂家努力降低硅酸钙绝热制品、珍珠岩制品的密度和导热系数。
硅酸钙绝热制品,宝鸡特种绝热材料厂产品密度为130kg/m3,70℃时导热系数为0.0455 W/(m·K);中国建材院产品密度为115 kg/ m3,23℃时的导热系数为0.035 W/(m·K),70 ℃时导热系数为0.042 W/(m·K);现国际上已研制出密度为l10kg/m3的产品,其常温(20℃)时导热系数为0.034 W/(m·K),70℃时为0.040W/(m·K)。
  

  又如复合硅酸盐管壳(板)制品是用复合硅酸盐绝热涂料经模具加工,烘干脱模而成的制品,其性能丸密度150~160kg/m3,70℃时的导热系数为0.048~0.055W/(m·K),憎水率不小于98%,使用温度-40~600℃,适用于热网管道及热力设备管道保温。
  

  2 进一步研究开发低导热率多功能保温材料
  2.1 轻质镁铝辐射绝热材料
  该材料由南京康保玻璃纤维制品厂与重庆北碚长江节能研究所共同研制,其对辐射热屏蔽能力高达50%~60%(岩棉只有36.2%)。该材料同时具有对辐射、传导、对流3种传热形式的屏蔽功能,常温导热系数0.032 W/(m·K),使用温度-60~1250℃,尤其是高温导热系数较低,350℃时的导热系数为0.064 W/(m·K),比硅酸铝棉和硅酸钙绝热制品低得多。

 这种材料的保温机理尚需进一步研究,关于导热系数值建议应经有关部门复测。
  

  2.2 喷涂保温
  喷涂保温是射流技术在绝热工程中的应用,它是20世纪70年代初发展起来的一项新技术,在国内冶金、石化、建筑、电力行业均有采用,如在大型火电厂、核电厂应用于汽机保温,近几年进口的发电设备汽机保温设计大多数采用喷涂保温,如大亚湾核电站汽机高压缸、低压汽门和汽动给水泵采用干式喷涂保温。美国FW公司供货的山东日照电厂2台35万kW机组,山西阳城电厂6台35万kW机组,邯峰电厂2台%万kW机组,以及法国、德国、英国供货的发电设备汽机汽缸保温也都采用矿纤维喷涂,并提供喷涂设备,配套喷涂材料,还派专门人员到现场指导。
  

  喷涂保温的优点如下:
  (1)喷涂保温可使汽机停机后的冷却速度大大降低,消除冷却过程中各部件间温差过大,改善了汽机启停条件。
  (2)喷涂保温能使保温材料与汽缸紧贴在一起,从而消除了保温层与汽缸产生脱壳现象,尤其是解决了下缸保温层容易脱落的问题。
  (3)喷涂保温结构整体性好,由于纤维呈三维排列,承受高温后保温结构不会产生定向收缩从而消除裂纹,改善保温效果,降低散热损失。
  (4)喷涂保温尤其适用于外形复杂的设备部位。
  (5)喷涂保温可以节省保温材料,保温厚度可减少15%,节省人力1/#,提高保温结构强度和整体性、密封性和抗震性。
  

  2.3 低温保温保冷材料发展闭孔结构制品
  泡沫橡塑绝热制品、酚醛泡沫、SKJ-T发泡隔热材料均属于闭孔结构,经与玻璃纤维制品(开孔结构)、泡沫聚乙烯(连孔结构)相比有导热系数小、吸水率和水蒸气渗透率都较低的特点,因而非常适用于低温保温和保冷。
由上可见,采取适当的技术措施,可获得各项性能较优的保温材料。
  

  2.4 纳米绝热材料
  纳米绝热材料是建立在低密度和超级细孔(小于50nm)结构基础上的。某纳米绝热材料性能如下:密度200~300 kg/m3

抗压强度1.3Mpa,使用温度1000℃,导热系数:100℃时0.022 W/(m·K),400℃时0.029 W/(m·K),800℃时0.040 W/(m·K)。它的化学成分为:SiO2 59%~65%,TiO2 31%~37%,Al2O3 2.5%。该材料首先被应用于航天航空、核电站,现已应用于冶金、建材、石化、电力等行业 ,如电力行业应用于热力发电厂、核电厂管道及汽机保温。
美国奥特斯丁工业有限公司北京公司提供的威盾纳米绝热材料经国家电力公司检测中心测定,密度200~250 kg/m3,导热系数(常温20℃)0.021~0.022 W/(m·K),使用温度800~1000℃,并在南京钢厂自备电厂汽机抽汽管Φ159mm×6m中应用,管道温度350℃,保温厚度25mm,经实测表面温度没有超过50℃,其保温厚度只需常规保温材料厚度的1/3~1/4。
  

  2.5 金属反射型保温材料的应用
  金属反射型保温材料是由多层铝或不锈钢重叠组合起来具有多层气隙结构的保温制品。利用金属反射的特性进行保温是很有效的方法。国外已把它用作压水堆和沸水堆核电站的设备和管道保温,随着我国核电工业发展,反射型保温材料和其应用也将成国电力建设中一个不可缺少的环节。
  

  金属反射模型保温结构最高使用温度在700℃以上,核电站的设备与管道的介质温度多在350℃以上,在平均工作温度200℃左右时,其导热系数不但低于无机多孔颗粒材料,而且也低于矿棉。对核电站而方,反射型保温结构的主要特点:
  

  (1)不产生粉尘,没有污染物质扩散,因而可避免或减少放射物质对操作和维修人员的危害;
  (2)对设备或管道不会产生腐蚀;
  (3)它的外壳由于经过光泽加工,非常光滑,沾污的放射物质可简单地用水清洗掉,去污时即使浸水也不影响性能;
  (4)导热系数与非金属保温材料差不多,质轻,机械强度好,密度可小到130~160 kg/m3。
  

  反射型保温结构还可用于火电、化工、石油、食品、医药、橡胶等工业厌尘埃的场所保温。


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