管道隔热设计

一、隔热的概念和分类GB 50264规定，为减少设备、管道及其附件向周围环境散热，在其外表面采取的包覆措施称保温；为减少周围环境中的热量传入低温设备和管道内部，防止低温设备和管道外壁表面凝露，在其外的包覆措施称保冷，保温和保冷统称为隔热。（GB/T 4132—1996《绝热材料及相关术语》称绝热）。保温和保冷的热流传递方向不同。

二、隔热设计的目的① 减少设备和管道在工作中的热量和冷量损失，以节约能源。② 满足工艺生产要求，避免、限制或延迟设备或管道内介质的凝固、冻结，以维持正常生产。③ 减少生产过程中介质的“温升"或“温降"，以提高设备的生产能力。④ 防止设备和管道表面结露。⑤ 降低和维持工作环境温度，改善劳动条件，防止因热表面导致火灾和防止操作人员烫伤。工程实际应用中，工艺流程图中常用的隔热分类和符号见表7-1。表7-1 隔热分类和符号

三、隔热的范围1.不应隔热的设备和管道除非另外指定，下列设备及其部件将不隔热。① 泵的操作温度低于230℃，且没有蒸汽伴热，泵的操作温度在230℃及以上时不保温，否则将引起不良影响，泵的操作温度在0℃及以上时不保冷。② 有可移动的部件如膨胀节、旋转节、滑动阀等。③ 鼓风机及压缩机。④ 柔性接头、软管活接头、蒸汽疏水器、吹扫接头、过滤器和安全阀的出口管线。⑤ 临时过滤器的法兰。⑥ 用于人身防护的人孔和手孔。2.管口、法兰和阀门① 管口、法兰和阀门，包括放空及排净阀的隔热与所在管线相同。阀门的阀盖和填料压盖也应隔热。除了压盖热圈应留出可调节部分外，球阀和旋塞阀的隔热不能覆盖止动器和销，无论是阀门本身的隔热还是邻近管道和附件的隔热层均不能限制手柄操作。② 设备法兰口的绝热要能拆卸及再安装，以便于切断管道与它的联系。③ 法兰周围空隙、法兰式阀门、换热器管箱等将填充隔热毡。3.人孔和手孔① 保温设备：从70℃至177℃，人孔和手孔盖上应保温；高于177℃，应全部保温，且人孔和手孔盖的保温层可拆卸。② 保冷设备：应全部保冷，且人孔和手孔盖可移动。4.管壳式换热器① 保温：不高于70℃时法兰和管箱不保温；从70℃至177℃法兰体不保温，壳盖法兰表面及管箱筒体段、壳体应保温，需要拆卸法兰的螺栓允许露在外面，不保温；温度高于177℃保温将覆盖整个设备，且壳盖法兰可拆卸。② 保冷：保冷将覆盖整个设备，但应使壳盖法兰可拆卸。5.管道特殊件和其他件① 管道特殊件，一般均将隔热。管道特殊件的隔热与相应尺寸的阀门相类似，膨胀节的保温，要用保温毡缠绕连接点与相邻管道绑扎。② 蒸汽疏水器和其出口管线，其排放的热量要回收时，需要保温。③ 对支架、裙座、支腿转弯处，以及保冷管和设备不保温的支管，隔热将从设备及管子表面延伸至隔热层厚度大约4倍的距离。④ 容器裙座保温应用如下：防火裙座，保温应紧接到邻近的防火层上；不需防火裙座，保温应从容器切线以下支撑环开始。⑤ 在管道和设备上的检验牌、铭牌等，应露出来以便观察，所有开孔和边缘部分必须进行防风雨处理。

四、隔热结构① 设备和管道的隔热结构可以分为保温结构和保冷结构两种形式，保温结构由保温层（Hot Insulation Lagging）和保护层（Jacketing）构成；保冷结构由保冷层（Cold Insula tion Lagging）+防潮层（Moisture Resistant Lagging）及保护层构成。② 保温层或保冷层对维护介质温度稳定起主要作用。③ 保护层包覆在隔热层（保温层或保冷层）的外面，起保护和防止大气、风、雨、雪致使隔热层破坏的作用，延长隔热层的使用寿命，并使隔热结构外形美观。④ 防潮层是保冷结构用于防水、防潮，维护保冷层保冷效果的关键。阀门金属隔热盒的结构及安装如图7-1所示。图7-1 阀门金属隔热盒的结构及安装

五、隔热设计的原则1.保温（Hot Insulation）① 保温一般应用在操作温度在50～850℃的设备和管道上，要求有热损失的地方除外。当需要严格限定热损失量时，采用充分保温，即使操作温度低于50℃，也要考虑。② 当设备和管道带有耐火材料或保温材料衬里时，不需要外部保温，金属温度必须被控制时除外。2.人身防护（Personal Protection）人身防护应用于操作温度在60℃及以上，下述操作区域内不保温的设备和管道上，因操作人员作业时可能会偶然与这些区域接触。① 从地面或楼面2100mm高以内。② 超出平台或走道边缘750mm以内的距离。当需要消耗热量时，护罩或挡板也可用来代替人身防护。3.保冷（Cold Insulation）保冷应用于操作温度低于10℃的设备和管道上，需要吸热的设备和管道除外。具有下列情况之一的设备和管道必须保冷。① 需减少冷介质在生产或输送过程中的温升或汽化（包括突然减压而汽化产生结冰）。② 需减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失，或规定允许冷损失量。③ 需防止在环境温度下，设备或管道外表面凝露。4.防结露（Anti-sweat）防结露应用于操作温度高于10℃，又低于环境温度时，且设备和管道湿气冷凝表面将产生下述有害影响时。① 表面冷凝，滴液对电气设施有危害时。② 表面冷凝，滴液对某些设备有危害时。③ 表面冷凝使工作人员不舒服。

六、隔热厚度的确定方法① 隔热厚度计算时，保温和人身防护，采用介质正常操作温度，保冷及防结露，采用流体最小操作温度。② 保温厚度的计算：当无特殊工艺要求时，采用经济厚度法计算，人身防护保温厚度按表面温度法计算，但保温层外表面的温度不得大于60℃。③ 保冷层厚度的计算原则如下。a.为减少冷量损失的保冷层，应采用经济厚度法计算厚度。b.为防止外表面结露的保冷层应采用表面温度法计算厚度。c.工艺上允许一定量冷损失的保冷层，应用热平衡法计算厚度。外表的温度应高于露点温度1～3℃。④ 我国从20世纪80年代开始，越来越多的工业部门采用经济厚度法代替表面温度计算法，如GB 50264、SH3010、水电部《保温技术规定》等都采用经济厚度这一概念。国外自20世纪50年代以来，由于能源危机，也陆续采用经济厚度法。SH3010规定，用防止结露的方法计算保冷厚度，然后用经济厚度法进行核算调整。

七、隔热厚度计算方法的常用标准规范由于很多国内外标准规范均详细介绍了隔热厚度的计算方法，所以在此就不过多地阐述。需要时，可以参考下列常用的标准规范：SH 3010《石油化工设备和管道隔热设计规范》；GB50264《工业设备及管道绝热工程设计规范》；GB 8175《设备及管道保温设计导则》等。在GB 50264的附录中，提供了我国主要城市隔热厚度计算用气象参数，这里不再赘述。

八、隔热材料及其制品的考虑因素① 设备和管道的保温结构应由非燃烧材料组成；保冷结构可由阻燃材料组成。设备和管道的隔热层除必须采用填充式结构外，宜选用隔热材料制品。② 保温材料制品的安全使用最高温度应高于设备和管道的设计温度。③ 保冷材料制品的允许使用温度应低于设备和管道的设计温度。

④ 有多种可供选择的隔热材料时，应首先选用热导率小、密度小、强度相对高、无腐蚀性、损耗小、价格低、运输距离短、施工条件好的制品。如不能同时满足，应优先选用密度小、综合经济效益高的材料或制品。⑤ 设备和管道表面温度高于或等于450℃时，宜选用复合隔热材料制品。⑥ 保冷应选用闭孔型的材料制品，不宜选用纤维质材料制品。⑦ 选用纤维材料制品时，除管壳外，毡席类制品应由玻璃布或铁丝网缝制。⑧ 不宜选用石棉材料及其制品。因石棉制品污染环境，中国、美国、德国、法国、波兰、马来西亚等均禁用。⑨ 绝热材料及其制品在长期运行时的温度应保证材料不出现变形、熔化、焦化、疏脆、松散、失强等情况。

九、隔热材料及其制品的性能要求① 保温材料在平均温度低于或等于350℃时，其热导率不得大于0.12W／（m·℃），保冷材料在平均温度低于27℃时，其热导率不应大于0.064W／（m·℃）。② 硬质保温材料制品的密度不应大于300kg／m3；保冷材料制品的密度不应大于200kg／m3；半硬质、软质保温材料制品密度不应大于200kg／m3。③ 硬质保温材料的抗压强度不应小于0.4MPa；硬质保冷材料的抗压强度不应小于0.15MPa。④ 隔热材料制品的pH值不应小于7。⑤ 用于奥氏体不锈钢的隔热材料制品的氯离子含量不应大于25×10-6，或应符合GBJ 126—89《工业设备及管道绝热工程施工验收规范》有关规定。⑥ 隔热材料制品应具有安全使用温度和燃烧性能（不燃性、难燃性、可燃性）资料。隔热材料制品应具备防潮性能（吸水性、吸湿性、防水性）资料。保温材料含水率不得大于7.5%（质量比）；保冷材料的含水率不得大于1%（质量比）。隔热材料制品应具有耐大气腐蚀性、化学稳定性、热稳定性、渣球含量、纤维直径等测试报告。⑦阻燃性保冷材料制品的氧指数不应小于30。⑧ 隔热材料的防水率应大于或等于95%；软质隔热材料制品的回弹率应大于或等于90%。

十、常用隔热材料常热隔热材料见表7-2。表7-2 常用隔热材料注：1.设计计算采用的技术数据必须是产品生产厂商提供的经国家法定检测机构核实的数据。2.设计采用的各种绝热材料的物理化学性能及数据应符合各自的产品标准规定。3.热导率参考方程中（Tm-70）、（Tm-400）等表示该方程的常数项如λ0、λL等应对应代入Tm为70℃、400℃时的数值。

十一、保温及人身防护材料的选用保温及人身防护材料的选用见表7-3。表7-3 保温及人身防护材料注：1.tcp为平均温度。2.与奥氏体不锈钢表面接触的隔热材料应符合GB 50126《工业设备及管道绝热工程施工规范》要求。3.岩棉制品的性能及要求参见GB/T 11835《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》。4.硅酸铝制品的性能及要求参见GB/T 16400《绝热用硅酸铝棉及其制品》。5.硅酸钙制品的性能及要求参见GB/T 10699《硅酸钙绝热制品》。

十二、保冷材料的选用常用保冷材料的应用见表7-4。表7-4 常用保冷材料的应用注：1.tcp为平均温度。2.泡沫聚氨酯材料标准规定最高使用温度-180～100℃，但用于-65℃以下的特级聚氨酯性能应与厂商协商。3.保冷层材料性能及要求见本节最后所附的相应标准规范。

十三、保护层与防潮层材料选用一般原则1.保护层材料应符合的要求保护层材料应具有强度高，在使用条件下不软化、不脆裂，且应抗老化，使用寿命不小于设计使用年限。国家重点工程的设计使用年限大于10年。保冷时应达12～18年。保护层材料应能防水、耐大气腐蚀，化学性能稳定，不腐蚀隔热层或防潮层，同时还具有不燃性。金属保护层接缝形式，可按GB 50264选用。2.防潮层材料应符合的要求防潮层材料应具有抗蒸汽渗透性能、防水性能、防潮性能、化学稳定性能、无毒和耐腐蚀性能，并不得对隔热层和保护层产生腐蚀或溶解作用。防潮层应选用夏季不软化、不起泡、不流淌，低温时不脆裂、不脱落，吸水率不大于1%的材料。对于涂抹型防潮层，其软化温度不应低于65℃，粘接强度不应小于0.15MPa，挥发物不得大于30%。沥青胶、防水冷胶料玻璃布防潮层的组成，应符合《工业设备及管道绝热工程施工规范》GB 50126的规定。防潮层外不得设置铁丝、钢带等硬质捆扎件。

十四、保护层材料的选用保护层材料的选用见表7-5。表7-5 保护层材料的选用注：1.需增加刚度的保护层可采用瓦楞（波纹）板形式。2.一般不推荐采用非金属材料做保护层。3.用户有特定要求时也可采用不锈钢保护层。

十五、紧固件材料的选用绝热层紧固材料的规定和应用见表7-6；绝热保护层紧固材料的规定和应用见表7-7。表7-6 绝热层紧固材料的规定和应用注：1.B W G为伯明翰线规。2.当操作温度高于370℃，奥氏体不锈钢表面的保温材料及保温保护层为不锈钢时，使用不锈钢丝和钢带。