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[摘 要] 针对川维热电厂主蒸汽管道保温层外表面温度严重超标现象进行原因分析，提出改造及施工方案，进行理论计算。重点介绍硅酸铝针刺毯绝热材料在电厂节能改造中的成功应用。
[关键词] 保温 节能 绝热 硅酸铝针刺毯
1.存在问题
中石化四川维尼纶厂热电厂3.6MPa主蒸汽管道（≤450℃）在用绝热层为水泥膨胀珍珠岩保温材料，使用年限达30年以上，由于管道膨胀位移对保温材料的交变拉伸和挤压作用、管道振动、长期在高温下工作导致材料老化、以及维护保养不当等原因造成保温层环向开裂多、颗粒粉化脱落，保温密封性能下降，普遍外层温度达60-70℃左右；9.8MPa主蒸汽管道（≤550℃）在用绝热层为复合硅酸盐毡保温材料，由于设计选材不当、保温层厚度偏薄、材料质量差、加之施工工艺欠缺等原因，外层温度普遍在110℃左右，且与主蒸汽管道接触的内层保温材料粉末化严重，基本上失去保温效果。按照GB/T15586-1995《设备及管道保温设计导则》要求，以上两种等级的主蒸汽管道外表面温度均大大超过允许的最大保温散热量所对应的温度，能量损失巨大。出于企业自身挖潜增效的需要，以及国家和中石化集团公司关于企业实施节能减排相关举措的要求，热电厂于2008年开始有计划、有步骤、分阶段地对上述主蒸汽管网实施了节能改造。
注：
（1）测量时环境温度为10℃。
（2）按照管道内蒸汽流向，平均选择10-20 个温度测量点，求取算术平均值即为实测表面平均温度。
2.材料选型及计算
2.1 几种常用绝热材料的性能特点
目前火力发电厂主蒸汽管道保温一般采用绝热层+保护层的结构形式，常用的绝热材料有复合硅酸盐保温材料、水泥膨胀珍珠岩保温材料、硅酸铝针刺毯等。
复合硅酸盐保温材料是一种以含铝、镁、硅酸盐等特种非金属矿为基料，掺和一定数量的辅助原料和填充料，加入一定的化学添加剂制成的一种轻质高效保温材料，它具有导热系数低、保温性能好、耐热性能明显的特点，与其它保温材料相比，还具有施工方便、无刺激、无粉尘污染、可任意裁卷、运输安装无损耗等优点，因此得到了广泛地应用。
水泥膨胀珍珠岩保温材料以膨胀珍珠岩为骨料，以发泡水泥为胶结剂，混合均匀后放入模具中成型，经养护、脱模后制成，它具有无毒、无味、不燃、不腐、耐酸碱、隔音隔热、成本底、可现场施工等优点，广泛用于墙体保温、屋顶隔热等场合，由于其施工相对复杂，维护保养比较麻烦，在管道保温上的使用受到一定局限。
硅酸铝针刺毯是一种新型环保材料，集耐火、隔热、保温于一体。它的主体材料采用无机性E型玻璃纤维，其主要成分为二氧化硅及氧化铝，经特殊扎针机器针刺而成，致使纤维毯内构成无数个细孔穴，具有极高的断热性能，其温阻因子u数值也远远大于其它保温材料； 因其不含任何结合剂，因此在中性、易氧化气氛下长期使用时仍能保持良好的抗拉强度、韧性和纤维结构。硅酸铝针刺毯属于卷材，颜色洁白、尺寸规整，为减少缝隙散热，使用在管径较大（￠273及以上）的管线上时效果更佳。分类温度为1050-1600℃。
上述三种绝热材料主要理化指标对照如下：
2.2 保温材料的选择
按照GB/T15586-1995《设备及管道保温设计导则》设计原则，比较几种绝热保温材料的理化性能指标，此次电厂主蒸汽管道节能改造采用硅酸铝针刺毯+铝板的方式。
2.3 绝热层厚度计算
（1）圆筒壁导热的简化计算公式为：Q=3.14λl（d2- d1）（t1- t2）/2δ
Q—允许散热量；
λ—导热系数，取λ=0.01454+ 0.000105Tm；
d1—管道外径；
d2—保温后外径；
t1—设备表面温度；
t2—绝热层外表面温度；
l—管道长度；
δ-绝热层厚度。
根据调查收集数据进行计算，结果如下表：
主蒸汽管道保温设计计算表
注：铝板选择0.80mm厚度
3.施工技术方案及工艺技术要求
3.1 绝热层的施工要求
绝热层是保温结构的核心层，该部分施工质量的好坏直接决定保温效果。绝热层施工技术要求为：
（1）根据不同绝热内层的周长，用专用切割工具下料，长度合适，切口平直；
（2）每一张绝热材料靠近两端150mm左右用合适的镀锌铁丝捆扎，松紧适度；
（3）对环向及纵向缝隙必须用绝热材料可靠填充；
（4）紧邻的内外绝热层之间环向、纵向必须错缝150mm以上搭接。
3.2 保护层的施工要求
（1）保护层应采用机械切板下料，保证其误差不大于2mm，对特殊部位应事先预制样板；
（2）保护层下料长度以绝热外层直径为准，其长度应留有100mm左右余量；
（3）将制作好的保护层按顺序进行安装，注意松紧适度，接头用自攻螺钉加固，间距150-200mm左右，使之成为一个整体；
（4）对保护层的纵向接缝要从上方到一侧成45°错缝安装，以便美观外表面；
（5）立管保护层接缝及水平管道纵缝要采用上压下方式搭接，防止雨天绝热层进水；
3.3 其它注意事项
（1）后一工序要注意保护前一工序的工作，以免造成损坏；
（2）重视水文气象预报，防止安装过程风雨袭击，每天工作告一段落必须对未能完成保护层施工的绝热层采取遮雨措施。
（3）对阀门和设备的保温要根据现场实际情况选择合适的方案，以方便进行操作及维护工作。
4.实施改造后的节能效果及经济效益计算
4.1 实施改造后绝热层外表面平均温度
以改造实施前进行可研调查时所选择的一系列温度测点作为改造后的温度监测点，尽量选择运行方式、生产负荷及环境温度接近工况进行对比。改造后的绝热层外表面温度如下：
主蒸汽管道实施改造后测得的绝热层外表面平均温度
注：1、测量时环境温度为10℃。
2、选取的温度测量点及计算方法同前。
4.2 改造前后管道散热损失比较
蒸汽管道散热以对流换热为主要形式，计算公式为:q=α(tw-tf),
q—散热量；
α—对流换热系数；
tw—绝热层外表面温度；
tf—环境温度；
圆筒壁表面换热系数α＝9.42+0.05（tw - tf）
计算主蒸汽管道年散热损失量如下表：
主蒸汽管道改造前后散热损失计算表
4.3 经济效益计算
上述主蒸汽管道年散热量合计为9546.51+3059.99+29927.31+7980.82=50514.63GJ；
按锅炉产热效率90%计算，年节约标煤量为50514.63*106/（4.18*7000*0.9*1000）=1918.23吨；
标煤按1000元/吨计，年经济效益为1918.23*1000=191.823万元。
该项目投资为163.8万元，按照直线折旧法，投资回收期约为11个月。
5.结束语
该节能减排项目实施后，经验收符合《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》（GBJ126-89）的要求，电厂主蒸汽管网散热损失大的问题得到有效解决；项目投资省，见效快，经济效益显著。同时，该项目对环境友好，完全符合当前国家对企业越来越高的环保要求，具有积极的社会效益。
[关键词] 保温 节能 绝热 硅酸铝针刺毯
1.存在问题
中石化四川维尼纶厂热电厂3.6MPa主蒸汽管道（≤450℃）在用绝热层为水泥膨胀珍珠岩保温材料，使用年限达30年以上，由于管道膨胀位移对保温材料的交变拉伸和挤压作用、管道振动、长期在高温下工作导致材料老化、以及维护保养不当等原因造成保温层环向开裂多、颗粒粉化脱落，保温密封性能下降，普遍外层温度达60-70℃左右；9.8MPa主蒸汽管道（≤550℃）在用绝热层为复合硅酸盐毡保温材料，由于设计选材不当、保温层厚度偏薄、材料质量差、加之施工工艺欠缺等原因，外层温度普遍在110℃左右，且与主蒸汽管道接触的内层保温材料粉末化严重，基本上失去保温效果。按照GB/T15586-1995《设备及管道保温设计导则》要求，以上两种等级的主蒸汽管道外表面温度均大大超过允许的最大保温散热量所对应的温度，能量损失巨大。出于企业自身挖潜增效的需要，以及国家和中石化集团公司关于企业实施节能减排相关举措的要求，热电厂于2008年开始有计划、有步骤、分阶段地对上述主蒸汽管网实施了节能改造。
注：
（1）测量时环境温度为10℃。
（2）按照管道内蒸汽流向，平均选择10-20 个温度测量点，求取算术平均值即为实测表面平均温度。
2.材料选型及计算
2.1 几种常用绝热材料的性能特点
目前火力发电厂主蒸汽管道保温一般采用绝热层+保护层的结构形式，常用的绝热材料有复合硅酸盐保温材料、水泥膨胀珍珠岩保温材料、硅酸铝针刺毯等。
复合硅酸盐保温材料是一种以含铝、镁、硅酸盐等特种非金属矿为基料，掺和一定数量的辅助原料和填充料，加入一定的化学添加剂制成的一种轻质高效保温材料，它具有导热系数低、保温性能好、耐热性能明显的特点，与其它保温材料相比，还具有施工方便、无刺激、无粉尘污染、可任意裁卷、运输安装无损耗等优点，因此得到了广泛地应用。
水泥膨胀珍珠岩保温材料以膨胀珍珠岩为骨料，以发泡水泥为胶结剂，混合均匀后放入模具中成型，经养护、脱模后制成，它具有无毒、无味、不燃、不腐、耐酸碱、隔音隔热、成本底、可现场施工等优点，广泛用于墙体保温、屋顶隔热等场合，由于其施工相对复杂，维护保养比较麻烦，在管道保温上的使用受到一定局限。
硅酸铝针刺毯是一种新型环保材料，集耐火、隔热、保温于一体。它的主体材料采用无机性E型玻璃纤维，其主要成分为二氧化硅及氧化铝，经特殊扎针机器针刺而成，致使纤维毯内构成无数个细孔穴，具有极高的断热性能，其温阻因子u数值也远远大于其它保温材料； 因其不含任何结合剂，因此在中性、易氧化气氛下长期使用时仍能保持良好的抗拉强度、韧性和纤维结构。硅酸铝针刺毯属于卷材，颜色洁白、尺寸规整，为减少缝隙散热，使用在管径较大（￠273及以上）的管线上时效果更佳。分类温度为1050-1600℃。
上述三种绝热材料主要理化指标对照如下：
2.2 保温材料的选择
按照GB/T15586-1995《设备及管道保温设计导则》设计原则，比较几种绝热保温材料的理化性能指标，此次电厂主蒸汽管道节能改造采用硅酸铝针刺毯+铝板的方式。
2.3 绝热层厚度计算
（1）圆筒壁导热的简化计算公式为：Q=3.14λl（d2- d1）（t1- t2）/2δ
Q—允许散热量；
λ—导热系数，取λ=0.01454+ 0.000105Tm；
d1—管道外径；
d2—保温后外径；
t1—设备表面温度；
t2—绝热层外表面温度；
l—管道长度；
δ-绝热层厚度。
根据调查收集数据进行计算，结果如下表：
主蒸汽管道保温设计计算表
注：铝板选择0.80mm厚度
3.施工技术方案及工艺技术要求
3.1 绝热层的施工要求
绝热层是保温结构的核心层，该部分施工质量的好坏直接决定保温效果。绝热层施工技术要求为：
（1）根据不同绝热内层的周长，用专用切割工具下料，长度合适，切口平直；
（2）每一张绝热材料靠近两端150mm左右用合适的镀锌铁丝捆扎，松紧适度；
（3）对环向及纵向缝隙必须用绝热材料可靠填充；
（4）紧邻的内外绝热层之间环向、纵向必须错缝150mm以上搭接。
3.2 保护层的施工要求
（1）保护层应采用机械切板下料，保证其误差不大于2mm，对特殊部位应事先预制样板；
（2）保护层下料长度以绝热外层直径为准，其长度应留有100mm左右余量；
（3）将制作好的保护层按顺序进行安装，注意松紧适度，接头用自攻螺钉加固，间距150-200mm左右，使之成为一个整体；
（4）对保护层的纵向接缝要从上方到一侧成45°错缝安装，以便美观外表面；
（5）立管保护层接缝及水平管道纵缝要采用上压下方式搭接，防止雨天绝热层进水；
3.3 其它注意事项
（1）后一工序要注意保护前一工序的工作，以免造成损坏；
（2）重视水文气象预报，防止安装过程风雨袭击，每天工作告一段落必须对未能完成保护层施工的绝热层采取遮雨措施。
（3）对阀门和设备的保温要根据现场实际情况选择合适的方案，以方便进行操作及维护工作。
4.实施改造后的节能效果及经济效益计算
4.1 实施改造后绝热层外表面平均温度
以改造实施前进行可研调查时所选择的一系列温度测点作为改造后的温度监测点，尽量选择运行方式、生产负荷及环境温度接近工况进行对比。改造后的绝热层外表面温度如下：
主蒸汽管道实施改造后测得的绝热层外表面平均温度
注：1、测量时环境温度为10℃。
2、选取的温度测量点及计算方法同前。
4.2 改造前后管道散热损失比较
蒸汽管道散热以对流换热为主要形式，计算公式为:q=α(tw-tf),
q—散热量；
α—对流换热系数；
tw—绝热层外表面温度；
tf—环境温度；
圆筒壁表面换热系数α＝9.42+0.05（tw - tf）
计算主蒸汽管道年散热损失量如下表：
主蒸汽管道改造前后散热损失计算表
4.3 经济效益计算
上述主蒸汽管道年散热量合计为9546.51+3059.99+29927.31+7980.82=50514.63GJ；
按锅炉产热效率90%计算，年节约标煤量为50514.63*106/（4.18*7000*0.9*1000）=1918.23吨；
标煤按1000元/吨计，年经济效益为1918.23*1000=191.823万元。
该项目投资为163.8万元，按照直线折旧法，投资回收期约为11个月。
5.结束语
该节能减排项目实施后，经验收符合《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》（GBJ126-89）的要求，电厂主蒸汽管网散热损失大的问题得到有效解决；项目投资省，见效快，经济效益显著。同时，该项目对环境友好，完全符合当前国家对企业越来越高的环保要求，具有积极的社会效益。