CN101706031A - 粉体绝热材料预制保温管 - Google Patents
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Abstract
一种粉体绝热材料预制保温管，包括工作钢管和外护管；工作钢管的外侧有外护管，工作钢管和外护管之间的两端安装有绝热密封堵头。本发明结构合理而紧凑，由于绝热材料采用粉体材料，在工作钢管与外护管之间形成的空腔容积发生变化时绝热结构不被破坏，绝热性能不受影响，从而解决了热传输过程中因温变产生的热胀冷缩带来的一系列问题，且因粉体材料在较高温度下具有很低的导热系数，因此节能效果显著；由于支撑装置设于充满粉体绝热材料的空腔内，绝热效果好且完全杜绝热桥；由于绝热材料、隔热衬垫环和绝热密封堵头均选用导热系数极低的保温材料，使得该保温管整体保温厚度很薄，外护管结构相应变小，安装、运输量均有减少，综合造价较低。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种预制保温管，是一种粉体绝热材料预制保温管。
二、背景技术
热能传输或热流传送的工程设计普遍采用地面架设设计或地埋敷设保温管网设计。保温管生产采用工厂预制工艺，可实现标准化生产、施工快捷简便、运行热损低、节能效果显著等诸多优点，近年来得到很快发展。
目前市场销售的各类预制保温管规格品种较多，但其结构一般由工作钢管套以外护管，空腔夹持绝热材料(型材或管壳)等组成，其中：工作钢管(芯管)的特征为：管内输送含热介质，具有一定耐温、耐压性能，外表做适当的防腐处理；绝热材料的特征为：保温效果可满足绝热要求，包括各类硬质、半硬质、软质或复合型材料，如，聚氨酯硬泡体、复合硅酸盐型材、复合硅酸盐管壳、岩棉、玻璃棉型材及管壳、珍珠岩、蛭石保温瓦、微孔硅酸钙、泡沫玻璃保温瓦等；外护管的特征为：具备一定的抗压强度、耐老化、耐腐蚀等性能的各种材质规格的套管，包括金属、非金属及复合成型的圆管；如，钢管、塑胶管等；其他材料：用于工作钢管与外护管之间的活动支架、封堵材料等，保温材料为软质材料时使用较多。以上“管套管空腔夹持绝热型材或管壳”的保温管结构组成，在工程应用中主要缺陷如下：
其一，热能管网运行时，由于温度变化，工作钢管反复热胀冷缩发生形变，设计采用的绝热型材或管壳因固定的外形结构及保温材料固有的热稳定性能，不能随工作钢管变形应变，致使绝热结构破坏，热能散失，不仅造成能源浪费，还直接导致外防护结构被破坏。虽然有专利文献介绍了改进的方式和办法，但由于使用的绝热材料均为“型材”(具有一定固有的形状或体积状态)，不具备随工作钢管变形而相对应产生变型的特性，因而不能从根本上解决问题。
其二，设计采用的绝热材料多为传统材料，导热系数普遍较大，为满足相关规范标准要求，必须设计较厚的绝热层，这就使得外护结构(外护管)等尺寸体积相应增大，直接增加了保温管成本和土建施工费用，不利于节约资源。
三、发明内容
本发明提供了一种粉体绝热材料预制保温管，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决因工作钢管的冷热变形造成绝热材料结构损坏的问题。
本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种粉体绝热材料预制保温管，包括工作钢管和外护管；在工作钢管的外侧有外护管，在工作钢管和外护管之间的两端安装有绝热密封堵头，工作钢管、外护管与绝热密封堵头之间形成绝热腔，在绝热腔内安装有不少于一个的能支撑住工作钢管和外护管的支撑装置，在绝热腔内填充有粉体绝热材料。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述支撑装置可采用滑动支撑架，该滑动支撑架包括隔热衬垫环、滑轮和固定连接钢件；在隔热衬垫环上安装有固定连接钢件，隔热衬垫环通过固定连接钢件固定安装在工作钢管上，在固定连接钢件上固定有不少于两个的安装座，每个安装座包括两个有间距并与外护管的轴线平行的侧板，在两个侧板上有安装孔，在两个侧板之间有连接杆，连接杆的两端分别穿过安装孔并固定安装在两个侧板上，在连接杆的中部安装有能转动的滑轮，滑轮的外端面座在外护管内壁上并能沿外护管的轴线移动.
上述安装座可为四个并均匀分布在固定连接钢件上。
上述粉体绝热材料的粒径为40纳米至200微米。
上述粉体绝热材料可采用以下材料的粉末：高粘凹凸棒粘土粉或/和重钙或/和高岭土或/和云母或/和累托石或/和沸石或/和硅灰石或/和萤石或/和水镁石或/和叶腊石或/和白炭黑或/和滑石或/和色母粒或/和碳酸钙或/和方解石或/和石英或/和膨润土或/和海泡石或/和电气石或/和凹凸棒石或/和长石或/和石墨或/和珍珠岩或/和重晶石或/和白云石或/和菱镁矿或/和石棉或/和麦饭石或/和石膏或/和硅藻土或/和蛭石或/和氧化锌或/和氧化钛或/和二氧化硅或/和二氧化硅气凝胶或/和玻璃微珠或/和硅粉或/和石棉或/和植物粉末或/和碎屑或/和织物纤维粉末。
上述绝热密封堵头可是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
上述隔热衬垫环可是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
本发明结构合理而紧凑，由于绝热材料采用粉体材料，在工作钢管与外护管之间形成的空腔容积发生变化时绝热结构不会被破坏，绝热性能不受影响，从而解决了热传输过程中因温变产生的热胀冷缩带来的一系列问题，且因粉体材料在较高温度下具有很低的导热系数，因此节能效果显著；由于支撑装置设于充满粉体绝热材料的空腔内，绝热效果好且完全杜绝热桥；由于绝热材料、隔热衬垫环和绝热密封堵头均选用导热系数极低的保温材料，使得该保温管整体保温厚度很薄，外护管结构相应变小，安装、运输量均有减少，综合造价较低。
四、附图说明
附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。
附图2为附图1的A-A向剖视结构示意图。
附图中的编码分别为：1为工作钢管，2为外护管，3为绝热密封堵头，4为绝热腔，5为绝热层，6为隔热衬垫环，7为滑轮，8为固定连接钢件，9为侧板，10为连接杆。
五、具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
如附图1、2所示，该粉体绝热材料预制保温管包括工作钢管1和外护管2；在工作钢管1的外侧有外护管2，在工作钢管1和外护管2之间的两端安装有绝热密封堵头3，工作钢管1、外护管2与绝热密封堵头3之间形成绝热腔4，在绝热腔4内安装有不少于一个的能支撑住工作钢管1和外护管2的支撑装置，在绝热腔内有采用粉体绝热材料的绝热层5，由于选择粉体绝热材料作为绝热层5填充充满工作钢管1和外护管2之间的绝热腔4内，其呈均匀松散自然堆积状态，其堆积形态或体积可随工作钢管1和外护管2的热涨冷缩而改变.当工作钢管1因热胀冷缩产生长度变化时，工作钢管1与外护管2之间形成的绝热腔4容积发生变化，填充于绝热腔4内的粉体绝热材料，其松散堆积成形的细微颗粒之间具有显著的不连续性而随绝热腔4容积变化产生相应变化，使整个位于绝热腔4内的粉体绝热材料发生相应的形状改变，但粉体绝热材料绝热结构不被破坏，绝热性能不受影响.且因选取的粉体绝热材料在较高温度下具有很低的导热系数，节能效果显著.
可根据实际需要，对上述粉体绝热材料预制保温管作进一步优化或/和改进：
如附图1、2所示，支撑装置采用滑动支撑架，该滑动支撑架包括隔热衬垫环6、滑轮7和固定连接钢件8；在隔热衬垫环6上安装有固定连接钢件8，隔热衬垫环6通过固定连接钢件8固定安装在工作钢管1上，在固定连接钢件8上固定有不少于两个的安装座，每个安装座包括两个有间距并与外护管2的轴线平行的侧板9，在两个侧板9上有安装孔，在两个侧板9之间有连接杆10，连接杆10的两端分别穿过安装孔并固定安装在两个侧板9上，在连接杆10的中部安装有能转动的滑轮7，滑轮7的外端面座在外护管内壁上并能沿外护管2的轴线移动，这样，当工作钢管1热胀冷缩变形时滑轮7可在外护管2的内壁上自由滑动，支撑装置不会因工作钢管1热胀冷缩变形而损坏。
如附图2所示，根据实际需要，安装座为四个并均匀分布在固定连接钢件8上。
如附图1、2所示，粉体绝热材料的粒径为40纳米至200微米，可根据实际需要来确定。
如附图1所示，粉体绝热材料采用以下材料的粉末：高粘凹凸棒粘土粉或/和重钙或/和高岭土或/和云母或/和累托石或/和沸石或/和硅灰石或/和萤石或/和水镁石或/和叶腊石或/和白炭黑或/和滑石或/和色母粒或/和碳酸钙或/和方解石或/和石英或/和膨润土或/和海泡石或/和电气石或/和凹凸棒石或/和长石或/和石墨或/和珍珠岩或/和重晶石或/和白云石或/和菱镁矿或/和石棉或/和麦饭石或/和石膏或/和硅藻土或/和蛭石或/和氧化锌或/和氧化钛或/和二氧化硅或/和二氧化硅气凝胶或/和玻璃微珠或/和硅粉或/和石棉或/和植物粉末或/和碎屑或/和织物纤维粉末。
如附图1所示，根据实际需要，绝热密封堵头3是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
如附图1、2所示，根据实际需要，隔热衬垫环6是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
下面为本发明的技术效果测试实例：
实例1：以￠114钢管作为工作钢管，￠168钢管作为外护钢管，内设有纳米二氧化硅气凝胶作隔热衬垫环6制成的滑动支撑架，两端亦设有采用纳米二氧化硅气凝胶制成的绝热密封堵头3，绝热腔4内填充纳米二氧化硅气凝胶粉体呈自然堆积形态，于是制成“管-粉-管”结构的新型保温管实体.当在工作钢管1内输送350℃导热油，并保持约24小时.开始测试，反复多次测得：在环境温度约为18℃时(平均值)，持续输送热介质24小时后，外护管2表面平均温度约30℃，滑动支撑架处外护管2平均温度约32℃，在所填充粉体绝热层厚度仅为20毫米至22毫米时，外护钢管1表面温度大大低于绝热规范要求的50℃标准要求.当在该工作钢管1内输送导热油温度处于常温(15℃至20℃)和350℃左右交替变化时，观察整体结构热胀冷缩影响，发现：工作钢管1输送导热油温度升高至350℃时，整个工作钢管1受热膨胀伸长，堆积在工作钢管1与外护管2之间的绝热腔4内的粉体绝热材料随应其体积发生变化而改变形态.全过程不存在绝热材料结构破坏，整个保温管线亦无热漏现象出现，保温管外护钢管1表面温度均未超过30℃，滑动支撑架外护处温度未超过32℃.绝热效果极佳，保温结构随应工作钢管热胀冷缩变形性能优异.
实例2：如实例1所述，实例2是采用相同结构和规格的管套管装置，将大孔容二氧化硅粉体填充于绝热腔4内，即得到该“管-粉-管”保温管。按实例1同样的方法测试得：保温管外护管2外表平均温度约为35℃，滑动支撑架处外护管1外表平均温度约为40℃。在工作钢管1内输送导热油温度反复处于常温(15℃--20℃)或350℃交变状态过程中，整体保温管结构未发生变化，无热漏或裸管散热现象，保温管外护管2外表温度及内部保温层均无异常，运行良好。
实例3.如实例2所述，实例3是以￠273钢管作为工作钢管1，￠400硬质聚氯乙烯双壁波纹管作为外护管2，内设滑动支撑架，两端亦设有采用纳米二氧化硅气凝胶制成的绝热密封堵头3。绝热腔4内填满大孔容无机粉末体材料做绝热层5，呈自然堆积状态，厚约42毫米，即制成“钢塑”“管-粉-管”结构的保温管。在环境温度15℃至20℃左右，工作钢管1内通入热流，不断升温，在几个温度点分别稳定6小时测试外表温度，同时观察整体保温装置及结构变化，确定保温管绝热材料、整体结构是否破坏，测试的数据如下：
| 工作钢管内热流温度 | 保温管外表温度 | 保温管结构变化 | 绝热效果 |
| 80℃ | 16℃ | 无变化 | 极佳 |
| 100℃ | 16℃ | 无变化 | 极佳 |
| 120℃ | 19℃ | 无变化 | 极佳 |
| 150℃ | 22℃ | 无变化 | 极佳 |
| 180℃ | 25℃ | 无变化 | 极佳 |
| 200℃ | 33℃ | 无变化 | 极佳 |
| 250℃ | 41℃ | 无变化 | 极佳 |
实例4.如实例3所述相同结构的保温管装置，绝热腔4内填满植物壳等废弃有机物且粉碎或自然形成的细微粉末，呈自然堆积成的实体形态，厚约42毫米保温层的“管-粉-管”保温管。
在环境温度15℃至20℃左右，采用实例3相同的测试方法，测试的数据如下：
| 工作钢管内热流温度 | 保温管外表温度 | 保温管结构变化 | 绝热效果 |
| 60℃ | 15℃ | 无变化 | 极佳 |
| 80℃ | 16℃ | 无变化 | 极佳 |
| 100℃ | 23℃ | 无变化 | 极佳 |
| 120℃ | 29℃ | 无变化 | 极佳 |
| 150℃ | 37℃ | 无变化 | 极佳 |
在上述效果试验的实例中：粉体绝热材料的粒径为40纳米至200微米，可根据实际需要来确定。
对比例1：以￠114钢管作为工作钢管1，￠168钢管作为外护管2，内设滑动支撑架，两端亦设有绝热密封堵头3。绝热腔4内填充膨胀珍珠岩颗粒轻集料呈自然堆积形态，于是制成“管-粒-管”结构的保温管实体。当在工作钢管1内输送350℃导热油，并保持约24小时4后开始测试，反复多次测得：在环境温度约为18℃时(平均值)，持续输送热介质24小时后，外护钢管1表面平均温度约97℃，滑动支撑架处外护管2平均温度约108℃，在所填充粉体保温层厚度仅为20毫米至22毫米时，外护钢管1表面温度大大超过绝热规范要求的50℃标准要求。当在该工作钢管内输送导热油温度处于常温(15℃至20℃)和350℃左右交替变化时，观察保温管整体结构热胀冷缩影响，发现：工作钢管输送导热油温度升高至350℃时，整个工作钢管受热膨胀伸长，堆积在工作钢管与外护钢管腔体间的轻集料保温材料可随应其体积发生变化而改变形态，但仔细观察发现有部分轻集料颗粒破碎，表现在绝热腔4内堆积填满的膨胀珍珠岩有体积损失或减少，同时测得外护管表面温度比初期有所增加趋势(测得350℃时外表面平均温度为105℃左右)。
对比例2：如对比例1所述，对比例2亦采用相同结构和规格的管套管装置，不同在于，用保温材料型材代替对比例1中的膨胀珍珠岩轻集料。于是制成的“管-材-管”结构的保温管。按对比例1同样的方法测试得：保温管外护管2外表平均温度约为155℃，滑动支撑架处外护管2外表平均温度约为160℃。在工作钢管1内输送导热油温度反复处于常温(15℃至20℃)和350℃交变状态过程中，整体保温管结构被破坏严重，表现在外护管外表温度有上升，测得350℃时外表面平均温度为163℃。
对比结果：由以上对比例可以看出，相同工况条件下，采用膨胀珍珠岩颗粒轻集料保温效果优于采用型材做保温填充料的保温管。将上述对比结果与实例1进行比对，可以看出采用粉体作为绝热层制成的保温管性又能远远优于采用膨胀珍珠岩等颗粒轻集料做绝热层制成的保温管。
以￠114工作钢管输送350℃流体为例，外表温度满足国家、行业标准要求下，各种保温结构类型参数对比表如下：
备注：
“管-型-管”：传统材料做保温层的现有公知保温管；
“管-粒-管”：以膨胀珍珠岩做保温材料的现有公知保温管。
Claims (10)
1.一种粉体绝热材料预制保温管，其特征在于包括工作钢管和外护管；在工作钢管的外侧有外护管，在工作钢管和外护管之间的两端安装有绝热密封堵头，工作钢管、外护管与绝热密封堵头之间形成绝热腔，在绝热腔内安装有不少于一个的能支撑住工作钢管和外护管的支撑装置，在绝热腔内填充有粉体绝热材料。
2.根据权利要求1所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于支撑装置采用滑动支撑架，该滑动支撑架包括隔热衬垫环、滑轮和固定连接钢件；在隔热衬垫环上安装有固定连接钢件，隔热衬垫环通过固定连接钢件固定安装在工作钢管上，在固定连接钢件上固定有不少于两个的安装座，每个安装座包括两个有间距并与外护管的轴线平行的侧板，在两个侧板上有安装孔，在两个侧板之间有连接杆，连接杆的两端分别穿过安装孔并固定安装在两个侧板上，在连接杆的中部安装有能转动的滑轮，滑轮的外端面座在外护管内壁上并能沿外护管的轴线移动。
3.根据权利要求2所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于安装座为四个并均匀分布在固定连接钢件上。
4.根据权利要求1或2或3所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于粉体绝热材料的粒径为40纳米至200微米。
5.根据权利要求4所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于粉体绝热材料采用以下材料的粉末：高粘凹凸棒粘土粉或/和重钙或/和高岭土或/和云母或/和累托石或/和沸石或/和硅灰石或/和萤石或/和水镁石或/和叶腊石或/和白炭黑或/和滑石或/和色母粒或/和碳酸钙或/和方解石或/和石英或/和膨润土或/和海泡石或/和电气石或/和凹凸棒石或/和长石或/和石墨或/和珍珠岩或/和重晶石或/和白云石或/和菱镁矿或/和石棉或/和麦饭石或/和石膏或/和硅藻土或/和蛭石或/和氧化锌或/和氧化钛或/和二氧化硅或/和二氧化硅气凝胶或/和玻璃微珠或/和硅粉或/和石棉或/和植物粉末或/和碎屑或/和织物纤维粉末。
6.根据权利要求1或2或3所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于绝热密封堵头是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
7.根据权利要求4所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于绝热密封堵头是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
8.根据权利要求5所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于绝热密封堵头是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
9.根据权利要求2所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于隔热衬垫环是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
10.根据权利要求8所述的粉体绝热材料预制保温管，其特征在于隔热衬垫环是采用纳米二氧化硅气凝胶制成的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100512 |