火力发电厂保温设计中的两种新材料及其应用前景

司南曹蕤吕彩霞

(国核电力规划设计研究院有限公司北京)

摘要：简述了硅酸镁纤维毯、多腔孔陶瓷复合绝热材料的原料组成及主要特点，通过对比新型保温材料与传统保温材料的密度、导热系数等物理特性，分析了新材料在保温工程中的应用前景。

关键词：保温材料硅酸镁纤维毯多腔孔陶瓷复合绝热材料

1引言

保温工程是火力发电厂设计、施工过程中不可或缺的一个分项，它影响着设备、管道的散热损失，从而影响整个电厂的热效率。此外，保温层的厚度也会直接影响热力管道的布置，在高参数机组中这种影响尤为明显。

以岩棉、硅酸铝为代表的传统保温材料在发电工程中广泛应用，但生产厂家众多，质量参差不齐，价格差距大。其中岩棉材料的生产过程耗能高污染大，随着各地环保限产的压力不断增大，很多岩棉生产厂家无法保证产量，导致了岩棉价格的波动和采购困难，使其性价比进一步降低。在这种形势下，工程上迫切需要用性能更优的环保型保温材料来替代。

另一方面，随着时代的进步，全社会的节能环保意识不断增强，工程各方对保温材料和施工环境的要求也在不断提高，这在很大程度上推动着保温设计水平的提升。目前火力发电厂保温设计主要依据DL/T5072-2007《火力发电厂保温油漆设计规程》。近期，由西南电力设计研究院牵头对该规程进行修编，并公布了《发电厂保温油漆设计规程》征求意见稿（下文称“征求意见稿”），本文将重点介绍其中新增加的两种保温材料。

2硅酸镁纤维毯

2.1材料成分及特点

硅酸镁纤维是“采用电阻炉熔融、甩丝或喷吹成纤工艺，在硅酸盐矿物原料中加入氧化镁成份的矿物，制造的一种矿物棉”；使用针刺法，将硅酸镁纤维织成毯状成品，即为硅酸镁纤维毯[[[]JC/T2367-2016绝热用硅酸镁纤维毯]]。在成型过程中不额外加入有机粘结剂，对环境和人体更友好。

2.2主要性能参数

现行规范中硅酸镁纤维毯的密度为100~130kg/m3，与传统毡、毯类保温材料密度相近。其最高的推荐使用温度为700℃。

目前针对硅酸镁纤维毯的规范主要是建材行业标准JC/T2367-2016《绝热用硅酸镁纤维毯》，另外，国标GB50264-2013《工业设备及管道绝热工程设计规范》也已将其收录并给出了其导热率方程[[[]GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范]]。我们以表格及曲线图的形式对比硅酸镁纤维毯、硅酸铝毯/毡、岩棉毡的导热系数，从而对它们的保温性能有更加直观的认识。

表1硅酸镁纤维毯与传统保温材料的导热系数对比

图1不同保温材料的导热系数曲线

由上述对比可知，在350℃以下的低温区间内，硅酸镁纤维毯具有更好的保温性能，可以很好的替代岩棉、硅酸铝材料，避免岩棉制品在施工过程中造成大量纤维弥漫的情况；在350~400℃区间，硅酸镁纤维毯的保温性能优于岩棉制品，与硅酸铝材料保温性能相差不大；在400℃~500℃的高温区间，硅酸镁纤维毯的导热系数与硅酸铝材料相比差距不大，但略高于硅酸铝材料，因此硅酸铝的保温性能略优。但考虑到材料采购的统一性与便利性，硅酸镁纤维毯仍具有一定的竞争力。

GB50264-2013虽明确硅酸铝纤维毯的推荐使用温度为700℃，但未给出500℃以上的导热系数参考方程，故本文暂不作比较。

3多腔孔陶瓷复合绝热材料

3.1材料成分及特点

多腔孔陶瓷复合绝热材料（下简称“陶瓷复合保温”）是以玻化陶瓷中空微珠为主体材料、以陶瓷纤维作为增强纤维、并加入反热辐射纳米颗粒等添加剂复合加工而成[[[]徐帅,周张健,张笑歌等.新型多腔孔陶瓷复合保温材料的制备及性能研究[J].材料导报,2016,30(4):13-16.DOI:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.04.004.]]。

与传统保温材料不同，“陶瓷复合保温”的原始型态为浆料，这使其在异型件的保温方面更具优势。浆料经干燥处理后可以得到不同厚度和硬度的卷材料或板材。

3.2主要性能参数

“陶瓷复合保温”的浆料密度≤1000kg/m3，干态密度为160~220kg/m3，相较于传统的毡、毯型保温材料(100~150kg/m3)，容重略重。最高的推荐使用温度同样为700℃。

现行规程规范中尚无“陶瓷复合保温”的导热系数数据，仅在“征求意见稿”中有导热系数方程，鉴于尚未正式发布，故暂不作引用。北京科技大学徐帅[[[]徐帅,周张健,张笑歌等.新型多腔孔陶瓷复合绝热材料保温性能测试[J].中国电力,2017,50(2):124-127.DOI:10.11930/j.issn.1004-9649.2017.02.124.04.]]等对350℃下该材料与硅酸铝棉的保温性能进行了试验测试，证明了在相同介质温度和环境温度，保温外表面温度均达到GB/T4272要求的情况下，硅酸铝棉的平均厚度为110mm，而“陶瓷复合保温”的平均厚度仅为38mm，减薄效果明显。

按照上述试验数据，可计算出350℃下两种材料单位面积的重量，因不确定试验所用硅酸铝棉的具体型式，故硅酸铝棉的重量按照较低的密度进行计算，结果如下表所示。

由上表可知，虽然“陶瓷复合保温”的干态密度比较大，但由于保温厚度薄，其单位面积的保温重量反而小，即“陶瓷复合保温”的保温厚度减薄可弥补其密度较大的问题；同时，保温厚度的减薄对于管道布置来说是十分有利的。需要说明的是，如在运电厂用此材料替代原有的保温材料时，应注意复核管道应力计算和支吊架设计。

由于目前该材料的市场价格略高，供货厂家不多，加之其施工工艺与传统软质保温材料有所不同，故而其在发电领域没有大规模的使用业绩，仅在部分电厂的部分管道、设备上使用过。但是，随着各方对新材料性能的了解和接受，相信该材料会在发电行业特别是高温汽、水管道及设备上有更广阔的应用前景。

4结论

DL/T5072规范在修订过程中增补了硅酸镁纤维毯、多腔孔陶瓷复合绝热材料，对传统保温材料是有效的补充。

数据比较显示，硅酸镁纤维毯在350℃以下保温性能优良，在价格相差不大的情况下，可以很好的替代岩棉、硅酸铝材料，其在350℃~500℃区间内的保温性能与硅酸铝材料相比总体上并没有明显优势，但具有一定的竞争力。

多腔孔陶瓷复合绝热材料在350℃的保温性能优于传统保温材料，可有效减小保温层厚度，有利于管道布置，因此在高温管道上有更大的应用空间。

值得注意的是，目前关于两种新材料的导热系数参数并不完善，特别是高温下的参数，因此在规程修订过程中补充和完善导热系数的显得尤为重要。

参考文献:

[1]JC/T2367-2016绝热用硅酸镁纤维毯

[2]GB50264-2013工业设备及管道绝热工程设计规范

[3]徐帅,周张健,张笑歌等.新型多腔孔陶瓷复合保温材料的制备及性能研究[J].材料导报,2016,30(4):13-16.DOI:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.04.004.

[4]徐帅,周张健,张笑歌等.新型多腔孔陶瓷复合绝热材料保温性能测试[J].中国电力,2017,50(2):124-127.DOI:10.11930/j.issn.1004-9649.2017.02.124.04.