热绝缘理论在复烤厂管道保温中的应用分析

毛光平

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.049

摘 要：工程技术上往往将热力管道或热设备外壳包裹一层绝热保温材料以削弱传热，这叫“热绝缘”。复烤厂在建设过程中，根据各种保温材料特性的不同，必须选择合理的“临界绝缘直径”，不能盲目保温，要消除“保温总能节约热能”的错误思想，才能真正减少热力管道的散热损失，才能为企业节约能源，从而提高企业的经济效益和社会效益。

关键词：热力管道 热绝缘 散热损失 临界绝缘直径

中图分类号：TM30 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0049-02

工业生产中热力管道的保温很重要，因为保温做得好就能节约能源，有人把“节能”称之为第五能源。随着能源资源的不断减少，降低能源消耗已成为现在急需解决的首要问题之一，在工业建设中人们对设备与管道保温越来越重视，要求的质量也越来越高，保温工作做得好，可以防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，降低能源的消耗。在当前世界能源日趋紧张的情况下，研究管道保温技术具有一定的现实意义。保温绝热材料的品种很多，按材质分类，可分为无机绝热材料、有机绝热材料和金属绝热材料三大类。按形态分类，可分为纤维状、微孔状、气泡状和层状等等。

1 热绝缘理论

对于热绝缘，就绝热材料的导热系数而言，无论平壁或圆筒壁，绝热材料的导热系数愈小，效果愈好。而就绝热材料的厚度来说，平壁上的绝热材料层愈厚，热阻愈大，散热也愈小。但圆筒壁外的绝热材料层愈厚，散热却不一定愈小。

设圆筒壁外的绝热材料的内径（即圆筒外径）为d1，外径为d2，绝热材料的传热系数为：m2

k2=1/[d2/d1α1+（d2/2λ）Ln（d2/d1）+1/α2]W/（m2·k） （1）

设绝热材料外侧表面积为F2，当增厚绝热材料即增大d2时，k2将减小（见式（1）），但F2却增大了，因而k2F2不一定减小，即散热损失不一定减小。可以证明，当d2从一较小的值开始增大时，散热损失将随d2的增大而增大。

d2=dc=2λis/α2 （2）

当d2增大到式（2）时，散热损失达到最大值。此后再增大d2，散热损失就开始下降。dc称为“临界绝缘直径”。其中λis为绝热材料的导热系数，α2为绝热材料外侧的放热系数。由此可见，当一圆管的外径d1≥dc时，在圆管外表面包裹上绝热材料总是可以减少散热损失的，而且绝热材料的外径d2愈大，散热损失愈小。当d1dc后，进一步增大d2才能使散热损失减小，若d2不够大，散热损失仍会比未包裹绝热材料时为大。

2 热绝缘在复烤厂管道保温中的应用

复烤厂的热力管道外壳保温材料的种类一般为珍珠岩、蛭石、石棉粉、石棉绳、石棉绒、岩棉等，下面就针对这几种保温材料，计算出相应的“临界绝缘直径”。

从何德广主编的《热工基础及其应用》187页附表7查得上述几种保温材料的导热系数如下。

（1）珍珠岩：λ=0.06×1.163=0.0698W/m·k。

（2）蛭石：λ=0.11×1.163=0.1279W/m·k。

（3）石棉粉：λ=0.16×1.163=0.1861W/m·k。

（4）石棉绳：λ=0.18×1.163=0.2093W/m·k。

（5）石棉绒：λ=0.66×1.163=0.0768W/m·k。

（6）岩棉：λ=0.034×1.163=0.0390W/m·k。

又从何德广主编的《热工基础及其应用》65页表6-5查得，空气自然对流放热系数α的大致范围是5～25 W/（m2·k），取α=10 W/（m2·k），根据公式（2）d2=dc=2λis/α2计算出上述几种保温材料的“临界绝缘直径”如下。

（1）珍珠岩：dc=2λis/α2=2×0.698÷10=0.014 m。

（2）蛭石：dc=2λis/α2=2×0.1279÷10=0.026 m。

（3）石棉粉：dc=2λis/α2=2×0.1861÷10=0.037 m。

（4）石棉绳：dc=2λis/α2=2×0.2093÷10=0.042 m。

（5）石棉绒：dc=2λis/α2=2×0.0768÷10=0.015 m。

（6）岩棉：dc=2λis/α2=2×0.0390÷10=0.008 m。

从以上计算可以得出结论：根据保温材料的不同，必须选择合理的“临界绝缘直径”，不能盲目保温，要消除“保温总能节约热能”的错误思想。以石棉绳为保温材料为例，当管子外径d1≥42 mm时，在管子外包裹上石棉绳总是可以减少散热损失的，而且绝热材料的外径d2愈大，散热损失愈小。当d1<42 mm时，则包裹上石棉绳反而增大散热损失，而且d2愈大，散热损失愈大。只有当d2>42 mm后，进一步增大d2才能使散热损失减小，若d2不够大，散热损失仍会比未包裹绝热材料时为大。

3 结语

云南烟叶复烤有限责任公司大理复烤厂始建于1985年，经过30多年的发展，经过两次大规模技改，现在已建成一条12 000 kg/h打叶复烤生产线及其配套设施。在多年的技改工作中，安装了很多的热力管道，在管道保温施工过程中，笔者所在厂根据保温绝热材料的特性，合理地选择“临界绝缘直径”，真正减少了热力管道的散热损失，为企业节约了能源，从而提高了企业的经济效益和社会效益，为节能减排做出了贡献。

参考文献

[1] 安红昌.职工节能减排手册[M].北京燕山出版社，2009.

[2] 浅谈管道保温技术的发展[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/e89983ddf78a6529657d533c.html？re=view.

[3] 保温隔热材料的发展及应用[EB/OL].[2015-11-06].http：//wenku.baidu.com/view/161c5e1ff121dd36

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[4] 何德广.热工基础及其应用[M].冶金工业出版社，1983.