CN104295859B - 一种高效预制蒸汽保温管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效预制蒸汽保温管，由内至外依次包括工作管、第一保温层、外护钢管、第二保温层和外护管，工作管外轴向按序套装第一保温层和滑动导向支架，第一保温层与滑动导向支架紧邻布置，滑动导向支架包括支架本体和内衬筒，支架本体的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，波纹的波峰处和波谷处分别具有呈拱形的外凸曲面和内凹曲面，波谷处内凹曲面的顶点与内衬筒接触，波峰处外凸曲面的顶点与外护钢管接触。本发明设计合理，具有热损失少，输送介质温度高，重量轻，体积小的优点，在降低成本的前提下，显著提高了高温介质的输送距离。

Description

一种高效预制蒸汽保温管

技术领域

本发明涉及一种用于高温高压蒸汽介质的保温管道装置，尤其是一种高效预制蒸汽保温管，属于热力管道技术领域。

背景技术

目前，在热力行业的蒸汽直埋输送技术中，直埋式保温输送管道的应用形式主要是钢套预制保温管道，即内工作管和外保护管均为钢制管道，保温层大多采用耐高温离心玻璃棉、硅酸铝棉及其制品、硅酸钙制品等。传统的预制蒸汽直埋管道的结构形式主要有两种：内滑动式和外滑动式，二者的原理均是通过采用多层保温层来减少热传导，进而抑制管道的散热。但是，这两种结构形式在运行过程中也都出现了不可避免的弊端：为达到一定的保温效果，内滑动式管道的保温层采用无机材料与有机材料相结合的结构形式，保温层较厚，管道体积大，硬质保温层的接缝太多，漏热量大，且施工费用高，综合成本较高；外滑动式管道的保温层完全采用有机保温材料，由于有机保温材料的不耐水性，导致长期使用以后有机保温材料易塌陷，最终使得保温管的保温性能下降，甚至失效。另外，据申请人了解，热力蒸汽管网的工作温度较高，一般≥300℃，而现有的保温管结构主要是通过选用低导热系数的保温材料和增加保温层厚度的方式，来抑制管道的传热，进而解决管道的保温问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种高效预制蒸汽保温管，具有保温层较薄、外套管外径小、重量轻、易安装、保温性能极佳等优点，可大幅度降低高温辐射传热。

为了达到以上目的，本发明的高效预制蒸汽保温管，由内至外依次包括工作管、第一保温层、外护钢管、第二保温层和外护管，所述工作管外轴向按序套装第一保温层和滑动导向支架，所述第一保温层与滑动导向支架紧邻布置，所述滑动导向支架包括支架本体和设置在支架本体内侧的内衬筒，所述支架本体的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，所述波纹的波峰处和波谷处分别具有呈拱形的外凸曲面和内凹曲面，所述波谷处内凹曲面的顶点与内衬筒接触，所述波峰处外凸曲面的顶点与外护钢管接触。

本发明的滑动导向支架具有热桥小、低摩擦等特点，可对含第一保温层在内的内部管道进行支撑，保证内外管同心同轴度，同时又可按照内外管之间由于热胀冷缩引起的相对位移而自由滑动，避免管道出现塌陷现象。

优选的，所述第一保温层由超薄隔热材料制成，所述超薄隔热材料由多层金属箔复合制成，相邻的两层金属箔之间设有隔离层；所述第二保温层由无机硬质保温材料与有机泡沫保温材料组合制成。

第一保温层处于高温区，经研究发现，高温区的热传递以热辐射为主，因此采用抑制热辐射的方式来降低高温区传热，第一保温层的超薄隔热材料由多层金属箔复合制成，为多屏保温结构，金属箔作为反射屏使用，能有效抑制高温区热辐射，同时可根据热力管网的工作介质温度来选择金属箔的层数，介质温度越高选用的金属箔的层数越多，同时为了减少屏与屏之间的空气对流传热，金属箔之间的间隙设计要小于2mm，而较小的间隙设计可减少第一保温层的空间尺寸，进而减少外护管尺寸，使保温管结构紧凑。另外，为了防止相邻的两金属箔相互碰触产生热传导，在相邻的两层金属箔之间还设有隔离层，隔离层采用导热系数低的多孔保温材料，能够减少热传导。第二保温层处于低温区，低温区的热传递以热传导为主，采用有效抑制热传导的保温结构能够降低低温区热传导，因此第二保温层采用性价比较高的有机保温材料发泡制成，并且可视第一保温层外的温度调整第二保温层的厚度以及组成第二保温层材料的比例。

优选的，所述超薄隔热材料由20～30层铝箔复合而成，所述单层铝箔的厚度为0.005～0.01mm，且所述超薄隔热材料的总厚度不超过20mm；所述隔离层的材料为质地疏松的低密度多孔材料。该超薄隔热材料可有效地阻隔内部高温蒸汽的热辐射传热，达到良好的绝热效果，提高管道的保温性能。另外，可在预制管上设置抽气口，便于对管道的空气层进行适度的抽真空处理，进一步提高产品的保温效果。

优选的，所述内衬筒与工作管之间设有纳米绝热材料。

优选的，所述纳米绝热材料采用气凝胶绝热毡。

优选的，支架本体的外径略小于外护钢管的内径，组装后，支架本体的上部与外护钢管之间留有空隙。

优选的，所内衬筒略长于支架本体，但是滑动导向支架的长度不超过200mm，且所述内衬筒套接在工作管上，所述支架本体的内凹曲面与内衬筒的外壁接触，外凸曲面与外护钢管的内壁接触，在所述内衬筒的内壁上涂有保温涂料，所述保温涂料上覆盖有铝箔反射层。

优选的，所述外凸、内凹曲面的横截面为圆弧、椭圆弧、三角形、抛物线或正弦波，其轴向截面为圆弧。总之，滑动导向支架结构简单，采用波纹状结构，在结构上不具有方向性，易安装，并且为内管提供环向整体支撑，同时采用的点接触方式减少了管道的热损失。

优选的，在所述第一保温层与外护钢管之间及所述滑动导向支架与外护钢管之间设有检漏报警装置。所述检漏报警装置为检漏报警光纤或电缆，可对整个管线进行适时监控，防止事故发生。

本发明的优点是：

1.本发明采用多层金属箔复合形成的多屏复合保温材料，并以超薄隔热材料作为隔离层，显著提高了阻热效果，减少了高温状态下蒸汽的热辐射传热，大大提高了管道的保温效果；

2.采用沿管道的圆周整体滑动的滑动导向支架，由于该支架不具有方向性，安装操作方便，可靠性好，同时支架体积小，能够有效减小空气层的厚度，进而减小空气的对流传热效率；

3.支架本体采用点接触形式，该结构减少了热传导的传热面积，降低了滑动导向支架的热桥效应，另外由于波纹状支架的内外径可控，使得外护钢管的尺寸相应减小；

4.在第一保温层与第二保温层之间设置外护钢管，将现有技术中的内外滑动方式组合成为新的保温结构，不仅可以避免第二保温层压实第一保温层中的反射屏，减小隔离层与反射屏之间的接触面积，降低传导传热能力，从而提高保温性能，与传统保温结构相比，还进一步减小了外护钢管的尺寸，减轻了产品的整体重量，弥补了目前保温结构内、外两种滑动方式的不足；

5.本发明采用钢套钢套塑的结构形式，保证了管道的外防腐效果，与现有技术相比，减少了钢外护管的防腐处理工序，节省了成本。

总之，本发明设计合理，构思巧妙，具有热损失少，输送介质温度高，重量轻，体积小的优点，在降低运输、施工成本的前提下，显著提高了高温介质的输送距离。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

图3是图1的B-B向剖视图。

图4是本发明中滑动导向支架的结构示意图。

图5是本发明中支架本体的基本单元示意图。

图6是本发明中超薄隔热材料的结构示意图。

图7是本发明的内部结构示意图。

图中：1.工作钢管，2.第一保温层，3.滑动导向支架，4.空气夹层，5.外护钢管，6.第二保温层，7.非金属外护管，201.隔离层，202.铝箔，301.支架本体，302.内衬筒，303.纳米绝热材料。

具体实施方式

实施例一

本实施例的高效预制蒸汽保温管，其结构如图1、图2、图3和图7所示，由内至外依次包括工作钢管1、第一保温层2、外护钢管5、第二保温层6和非金属外护管7，其中非金属外护管7采用PE管，可提高保温管的防腐蚀性能，用于固定第二保温层6并防止外部环境腐蚀整个管道。工作钢管1外轴向按序套装第一保温层2和滑动导向支架3，第一保温层2与滑动导向支架3紧邻布置，且第一保温层2与外护钢管5之间以及滑动导向支架3与外护钢管5之间均设有空气夹层4。为了减少高温区的热辐射，第一保温层2由超薄隔热材料制成，超薄隔热材料由20～30层铝箔202复合制成，超薄隔热材料的总厚度不超过20mm，单层铝箔202的厚度为0.0065mm，而且铝箔202在超薄隔热材料中的总占比可根据温度环境进行调整，相邻的两层铝箔202之间设有隔离层201（见图6），隔离层201采用热导率低、质地疏松的低密度超细玻璃纤维纸，超细玻璃纤维纸制得的隔离层201具有多孔结构，可减少热传导，并且隔离层201厚度小，可使两层铝箔202之间的间隙变小，减少了对流传热。为了减少低温区的热传导，第二保温层6由无机硬质保温材料与有机泡沫保温材料构成，其中无机硬质保温材料采用硬质硅酸钙保温材料，有机泡沫保温材料采用聚氨酯发泡保温材料。

本实施例的滑动导向支架3，其结构如图4所示，包括支架本体301和设置在支架本体301内侧的内衬筒302，内衬筒302的两端略长于支架本体301，但是滑动导向支架的长度不超过200mm，并且内衬筒302与工作钢管1之间设有纳米绝热材料303，纳米绝热材料303采用气凝胶绝热毡。支架本体301的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，波纹的波峰处具有呈拱形的外凸曲面a，波谷处具有呈拱形的内凹曲面b，两个相邻的外凸曲面a和内凹曲面b组成波纹基本构成单元，本实施例的支架本体301就是由10个基本构成单元首尾光滑连接组成的。外凸曲面a和内凹曲面b开口相反，其中外凸曲面a的开口朝向基圆d的圆心，内凹曲面b的开口背向基圆d的圆心，外凸曲面a和内凹曲面b通过弧面在c点处光滑连接并相对于c点中心对称；外凸曲面a和内凹曲面b的横截面可为圆弧、椭圆弧、三角形、抛物线或正弦波，本实施例优选半圆弧，其轴向截面为圆弧(见图5)，这样外凸曲面a和内凹曲面b受力稳固，并且由于这一特殊的曲面结构，支架本体301内外两侧的热传递路径变长，导致支架的热桥效应降低。另外，支架本体301的外径为所有外凸曲面a顶点所构成圆的直径，内径为所有内凹曲面b顶点所构成圆的直径。

装配时，将支架本体301的内圈套在内衬筒302上，外圈套接外护钢管5，使得其外凸曲面a的顶点与外护钢管5接触，内凹曲面b的顶点与内衬筒302接触，接触面积小，摩擦力小，相应的热传导的传热面积也变小。另外，由于支架本体301的外径略小于外护钢管5的内径，装配后管道中支架本体301的上部与外护钢管5之间还留有空隙，导致支架本体301与外护钢管5的接触点较少，相应的接触面积和热量传递的路径减少，并且可使支架本体301在管道内滑动。同时内衬筒302套接在工作钢管1上，在内衬筒302的内壁上涂有保温涂料，该保温涂料是由合成硅酸盐溶液、硅酸铝纤维、热反射物质和精选空心玻璃微珠精加工而成，使内衬筒302具有一定的隔热性能。支架本体302完全处于空气夹层4中，这种结构在有效降低支架热桥效应的同时，也起到空气层隔热、排潮等作用。另外，在预制管上设置抽气口，便于对管道的空气层进行适度的抽真空处理，进一步提高产品的保温效果。

本实施例的不同保温材料之间均设置铝箔反射层，例如纳米绝热材料与超薄隔热材料之间、纳米绝热材料与内衬筒的保温涂料之间以及无机硬质保温材料与有机泡沫保温材料之间设置铝箔反射层。另外，第一保温层2与外护钢管5之间、滑动导向支架3与外护钢管5之间或者滑动导向支架3中内衬筒302与支架本体301之间设有检漏报警装置，检漏报警装置可以为检漏报警光纤，还可以为检漏报警电缆，可对整个管线进行适时监控，防止事故发生。

实施例二

本实施例与实施例1的不同之处在于：支架本体301的内径略小于内衬筒302的外径，使得支架本体301与内衬筒302过盈配合，支架本体301紧紧地箍在内衬筒302上。另外，超薄隔热材料由20层铝箔202复合制成，单层铝箔202的厚度为0.01mm。

实施例三

本实施例与实施例1的不同之处在于：超薄隔热材料由25层铝箔202复合制成，单层铝箔202的厚度为0.055mm。

实施例四

本实施例与实施例1的不同之处在于：超薄隔热材料由30层铝箔202复合制成，单层铝箔202的厚度为0.005mm。

实施例五

本实施例与实施例1的不同之处在于：在支架本体301与内衬筒302之间填满玻璃棉保温材料，并在支架本体301与外护钢管5之间也填充有一定厚度的玻璃棉保温材料，同时在支架本体301与外护钢管5之间留有一定厚度的空气层，即将支架本体301和内衬筒302置于保温材料层中，由于支架本体301具有多个波纹，其本身的表面积较大，在这种组装结构中，支架本体301的所有内外表面均为保温材料所包裹，当热量在支架内部传递时，从内部传递到支架上的热量中的很大部分会耗散在软质的保温材料层中，最终通过支架传递到外护钢管5上的热量会显著减少，使用该组装结构在很大程度上降低了支架的热桥效应，节约了能源，有效降低了成本。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效预制蒸汽保温管，由内至外依次包括工作管、第一保温层、外护钢管、第二保温层和外护管，所述工作管外轴向按序套装第一保温层和滑动导向支架，所述第一保温层与滑动导向支架紧邻布置，所述滑动导向支架包括支架本体和设置在支架本体内侧的内衬筒，其特征是：所述支架本体的截面呈径向起伏且周向均布的波纹状，所述波纹的波峰处和波谷处分别具有呈拱形的外凸曲面和内凹曲面，所述波谷处内凹曲面的顶点与内衬筒接触，所述波峰处外凸曲面的顶点与外护钢管接触。

2.根据权利要求1所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述第一保温层由超薄隔热材料制成，所述超薄隔热材料由多层金属箔复合制成，相邻的两层金属箔之间设有隔离层；所述第二保温层由无机硬质保温材料与有机泡沫保温材料组合制成。

3.根据权利要求2所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述超薄隔热材料由20～30层铝箔复合而成，所述单层铝箔的厚度为0.005～0.01mm，且所述超薄隔热材料的总厚度不超过20mm；所述隔离层的材料为多孔材料。

4.根据权利要求1所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述内衬筒与工作管之间设有纳米绝热材料。

5.根据权利要求4所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述纳米绝热材料采用气凝胶绝热毡。

6.根据权利要求1所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述支架本体的外径略小于外护钢管的内径，组装后，所述支架本体的上部与外护钢管之间留有空隙。

7.根据权利要求6所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述内衬筒略长于支架本体，且所述内衬筒套接在工作管上，所述支架本体的内凹曲面与内衬筒的外壁接触，外凸曲面与外护钢管的内壁接触，在所述内衬筒的内壁上涂有保温涂料，所述保温涂料上覆盖有铝箔反射层。

8.根据权利要求7所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述外凸、内凹曲面的横截面为圆弧、椭圆弧、三角形、抛物线或正弦波，其轴向截面为圆弧。

9.根据权利要求1所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：在所述第一保温层与外护钢管之间及所述滑动导向支架与外护钢管之间设有检漏报警装置。

10.根据权利要求9所述的一种高效预制蒸汽保温管，其特征是：所述检漏报警装置为检漏报警光纤或电缆。