摘要： 目前直埋蒸汽保温管道的应用越来越广泛，本文针对直埋蒸汽管道隔热环绝热材料的选用作了相应的分析。首先介绍了隔热环的设置、作用和技术要求，其次对隔热环绝热材料的选用进行了分析比较，并分别介绍了耐高温隔热钢、石棉橡胶、纳米绝热材料和普通石棉板这四种绝热材料的性能和优缺点。
关键词： 直埋蒸汽管道；隔热环；绝热材料；分析
中图分类号：TU995.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）33-0026-02
0 引言
据记载显示，直埋蒸汽保温管道在我国已经应用了二十多年，随着我国经济的高速发展，各种基础建设也越来越多，直埋蒸汽管道的投资范围也越来越广泛。与此同时，随着直埋蒸汽管道的技术的不断发展和完善，对绝热材料的技术要求也越来越高。本文分析了有关直埋蒸汽管道隔热环绝热材料的选用，首先介绍了隔热环的设置、作用和技术要求，其中具体介绍了隔热环的五个方面的技术要求；其次对隔热环绝热材料的选用进行了分析比较，并分别介绍了耐高温隔热钢、石棉橡胶、纳米绝热材料和普通石棉板这四种绝热材料的性能和优缺点。
1 有关隔热环的相关特点
1.1 设置和作用 直埋蒸汽管道有一个非常重要的组件，即隔热环，其性能与蒸汽管的使用寿命有着重要的关联。隔热环有几种不同的类型，主要包括垫片型和半环型，前者是在应用于固定支架上，后者则是滑动支架。之所以在滑动支架和固定支架中安装一个重要的隔热环，是因为想要避免钢管的使用寿命受到影响，如果不装隔热环，就会形成热通道，使得外套钢管因温度过高而过度膨胀，并且还会使防腐层受到影响。
关于隔热环的作用，主要包括支撑和隔热两个方面。在滑动支架和钢管之间安装一个半环型的隔热环，能够有效的进行隔热，同时该隔热环有较强的抗压强度，能够在多重的重压下仍旧不会变形。这样一来，便可以使得钢管正常的工作而不会产生钢管移位等问题。而垫片型的隔热环则拥有更强的抗压强度，以便承受较大的反弹力和内推力，反弹力是因为钢管工作中由于补偿器受到热膨胀而产生的，而内推力则是由于管道内压而形成的。
1.2 技术要求 隔热环是直埋蒸汽管道的重要组成部分，而隔热环本身也有两个重要的指标，就是其热导率和抗压强度。一方面隔热环的热导率影响着管道的外防腐层的使用寿命，同时也与管道的保温效果有着重要联系；另一方面，在管道运行时对隔热环的抗压强度也有较高要求，影响着蒸汽管道的正常工作。此外，隔热环还应该具备一定的防水性，这样可以避免在保温层进水后对隔热环的工作性能产生影响，而且当隔热环在吸水后其氯离子的渗出应该在一定标准以内，这样可以避免蒸汽管道被腐蚀。在通过分析和论证之后可以发现，关于抗压强度的技术要求，半环型隔热环是大于或等于2Mpa即可，而垫片型隔热环则是大于或等于5Mpa。关于热导率的要求是越低就越好。由于管道在运行过程中的介质温度有时可能会达到350℃，所以隔热环也必须具有350℃以上的长期耐温能力。
具体来说，隔热环的技术要求包括以下几个方面：
①抗水性。所谓抗水性就是需要隔热环能够有憎水的性能，或者是材料不会汲水，对于那些容易进水而且又容易沥水的材料，现在很难满足直埋蒸汽管道的需求。因为材料一旦进水后，其导热率会大大增加，从而使得界面温度发生巨变，导致原本设计好的保温结构遭到破坏，无法正常的工作。
②绝热性。所谓绝热性是指对隔热环的的导热性能有所要求，要求材料的导热系数越小越好，当其导热系数太高时，就会需要增加材料的外层的厚度，这样不但会影响防腐层的功能还会加大成本的支出。
③工艺性能。对于隔热环中的绝热材料来说，生产工艺比较复杂，质量无法得到保证，同时在运输途中或者是安装的时候，容易出现碰撞，在外部受损后如果没有得到修复就会形成潜在的隐患。因此，对绝热材料的工艺性能也有一定要求。
④材料的使用寿命。对于绝热材料一般要求其能够耐高温，尽管一些材料能够耐高温，但是其持久性却有所欠缺。往往这些绝热材料能够在短时间内耐受高温，但时间一长其性能就大大降低，一些材料会出现破裂或是粉化的现象，一些材料会因为粘接剂失去功效而导致保温结构遭到破坏的现象。这些都表明材料的耐温持久性较差，材料的使用寿命不能达到要求。 ⑤抗事故性能。一般由于一项工程的完成需要较长的时间，在此期间管道的保护层可能会遭到损坏，同时会有安装时遭遇雷雨天气、地下水出现渗透、内管出现漏气等各种事故，这时就要求绝热材料能够具有相应的抗事故能力，那么就不会在发现事故时出现工程全线崩溃的现象。
2 隔热环绝热材料选用的分析比较
对于绝热材料的选用，应该根据具体的材料性能和隔热环的技术要求来选择，现在绝热材料有很多不同的种类。所谓绝热材料是指在常温下热导率小于0.3W/（m·K）的材料，所以那些大于或等于该标准的材料就不能选用。在比较各种材料的绝热性的时候，应该在抗压强度和温度相同的情况下进行比较，否则，就没有任何意义。尽管现在的绝热材料种类很多，但是目前主要采用的几种分别是：耐高温隔热钢、石棉橡胶、纳米绝热材料和普通石棉板。
2.1 普通石棉板 对于普通石棉板，这种绝热材料属于板材，所以包裹在管道上面的时候很难成型，而且很难与管道贴合在一起，此外还比较容易折断。所以这种绝热材料的绝热效果较差，还会影响滑动支架的牢固性，缺乏较强的支撑能力。这种绝热材料在前些年的应用较广，后来由于其较差的绝热性，使得外钢管在工作中容易温度过高，支架松动的现象时有发生，后来其应用逐渐减少。不过，其价格较为便宜，所以仍旧有一些地方采用这种绝热材料，比如一些较小的生产直埋蒸汽管道的企业。
2.2 石棉橡胶 石棉橡胶不同于普通石棉板，它普遍应用于当前的直埋蒸汽管道行业领域中，它是利用石棉板和橡胶相结合，橡胶是能够耐高温的，而石棉板则是能耐高强度的。在橡胶中添加云母，可以提高橡胶的耐热性和相应的绝热性能。目前很多大城市的工程项目采用的绝热材料都是石棉橡胶。当然，这种材料也具有其相应的优点和缺点。关于石棉橡胶的优点，主要包括成型好，有较强的耐压强度，制作较为简单等；而关于石棉橡胶的缺点，包括石棉不太环保，含有致癌的物质。此外，由于石棉导热率较大，所以在制作隔热环的时候必须增加其厚度，这样便会使得成本付出有所增加。由于橡胶和石棉板是分别比较耐高温和高强度的，因此它们的价格也比较昂贵。这样一来隔热环的整体造价就比较高。直埋蒸汽管道的使用年限要求是二十五到三十年，但是由于橡胶具有耐高温却容易老化的缺陷，目前还不能确定是否能够达到该使用标准。
2.3 耐高温隔热钢 耐高温隔热钢是一种升级换代产品，它是针对石棉橡胶而研发的。原材料主要是镁化合物，是几种材料相互粘合而制成的一种层状结构的材料，由内而外分别是硅酸铝毯、复合隔热钢、玻璃纤维带。其中中间层是由多种材料复合并采用模具浇注而成。这种材料的绝热效果比较好，目前在很多城市的工程中得到了应用。对于耐高温隔热钢的优缺点主要有以下几点，优点包括能抗老化从而使用寿命较长，有较好的隔热效果和抗压效果，还比较环保；缺点在于复合隔热钢的生产较为复杂，由模具浇注制成，需要花费较长的时间才能完成，而且还需要进行养护以保证其物理性能能够达标。
2.4 纳米绝热材料 纳米绝热材料是一种绝热性较好的材料，其自身的纳米填料热导率较小，另外导热的纳米颗粒面积比较小，所以总体的绝缘效果非常好。纳米孔硅微粉是一种多孔结构，这种结构超微细而且细密，使得气体不易流动，也就能够具有较低的热导率。
根据传热学的知识可以知道，介质的尺度小到微纳米级的时候，导热体就会转换成绝热体，由于在孔隙之中，气体是静止的状态，不能进行布朗运动，也无法进行导热。几乎所有的气体分子都附在孔壁上，即使会有个别分子进行运动也会因与孔壁发生碰撞使得热能量减少，同时孔壁为绝热材料，导热性非常低。纳米孔硅微粉的孔隙较小，能够对气体分子的运动起到阻碍作用。
尽管纳米绝热材料是最新研制的绝热材料，具有隔热效果好的优势，然而在目前的直埋蒸汽管道生产中还没有应用这种材料，主要是这种材料的价格相当的高昂，刚开始时没有厂家选择这种隔热环绝热材料进行生产。对于这种材料的优缺点主要包括以下几方面，优点包括有良好的绝热效果，能够耐高温；缺点在于生产工艺较复杂，生产周期长，需要花费时间进行养护，同时，高强度的纳米绝热材料的价格也是非常之贵。
3 绝热试验
对于以上四种绝热材料，采取绝热实验，试样的长度为80cm，宽度为40cm，高度为40cm，把这几种材料放在温度为21-25℃，相对湿度为45%-55%的条件下，持续大约二十四个小时。然后把这四种绝热材料放在平板加热器上面，设定加热温度为350℃，直到温度达到350℃之后再继续加热三个小时，最后测量四个样品材料的冷面温度。根据实验测得数据如下：普通石棉板的冷面温度是140℃，石棉橡胶的冷面温度是110℃、耐高温隔热钢的冷面温度是100℃，纳米绝热材料的冷面温度是70℃。可以看出，纳米材料的绝热性是这几种绝热材料中最好的。
4 结语
在以上几种绝热材料中，纳米绝热材料的性能无疑是最好的，无论是耐温性能、抗压强性能还是综合的使用寿命，它都是制作隔热环最好的选择，然而高昂的造价却是不得不考虑的问题。随着我国绝热材料的技术的不断发展和完善，在市场中已经形成了生产规模化、性能越来越好、成本越来越低的状况，无论是性能相对较落后的石棉橡胶、还是发展前景更好的纳米绝热材料，企业在选择时都应该根据市场的实际情况，选择性价比更好的绝热材料来使用。总之，绝热材料是制作隔热环的总要材料，而隔热环是直埋蒸汽管道非常重要的组件，所以选择好的绝热材料是工程实施的重要环节。
参考文献：
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