CN104879612B - 一种复合保温材料及保温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合保温材料及保温方法。本发明的复合保温材料，包括由内向外依次设置的内保温层、隔离层、外保温层和保护层，其中：所述内保温层为一层以上，每层内保温层包括由内向外依次设置的过渡层和硅酸钙绝热层，所述过渡层为毛毡层和/或多晶纤维层，所述隔离层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和阻燃玛蹄脂层，所述外保温层包括由内向外依次设置的气凝胶层和多凝泡沫玻璃层，所述保护层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和铝板层。本发明的复合保温材料成本低、体积小、重量轻，具有良好且持久的保温效果，应用范围广泛。

Description

一种复合保温材料及保温方法
技术领域
本发明涉及一种保温材料，具体涉及一种复合保温材料及保温方法。
背景技术
电力及化工等领域涉及的设备和蒸汽热力管网众多，目前对这些设备和管道的保温主要采用岩棉、硅酸铝、玻璃丝绵等传统保温材料，然而这些材料的保温效果较差，特别是保温效果随气候变化而呈现明显衰减，保温时效性低，因此迫切需要开发新型的保温材料，从而最大限度地节省成本、降低热损和煤耗。
随着我国铝土矿资源的日益短缺，利用高铝粉煤灰、煤矸石等工业固体废弃物提取氧化铝越来越受到人们的重视。粉煤灰提取氧化铝较为成熟的生产方法是碱法，其中碱石灰烧结法物料流量及能耗物耗更低，更适合于工业化推广。然而，碱石灰烧结法在每生产1吨氧化铝的同时将产生2～2.5吨硅钙渣和0.7～0.8吨活性硅酸钙，如此大量的硅钙渣和活性硅酸钙不仅占用大量土地资源，而且会对环境产生二次污染，因此对其进行有效利用不仅有利于节约土地资源，同时还可以提高经济效益。
公开号为CN 103553501A的专利公开了一种硅酸钙保温材料的制备方法，其以高铝粉煤灰提取完氧化铝后的副产物硅酸钙作为原料，经破碎、制浆后合成得到硬硅钙石浆体，随后加入纤维增强原料和水玻璃压滤、脱水、成型、脱模、烘干，制得硅酸钙保温材料。该保温材料导热系数低、强度大，然而暴露在空气中时易吸潮而导致导热系数升高，保温效果下降，因此其应用范围受到很大的限制，特别是难以应用于电力工业蒸汽管道的保温。
发明内容
本发明提供一种复合保温材料及保温方法，用于解决现有技术中的保温材料成本高、保温效果衰减明显、应用范围受限等技术缺陷。
本发明提供一种复合保温材料，包括由内向外依次设置的内保温层、隔离层、外保温层和保护层，其中：
所述内保温层为一层以上，每层内保温层包括由内向外依次设置的过渡层和硅酸钙绝热层，所述过渡层为毛毡层和/或多晶纤维层，
所述隔离层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和阻燃玛蹄脂层，
所述外保温层包括由内向外依次设置的气凝胶层和多凝泡沫玻璃层，
所述保护层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和铝板层。
在本发明中，所述“内”指的是靠近保温对象的一侧，所述“外”指的是远离保温对象的一侧。
在本发明的复合保温材料中，硅酸钙绝热层作为内保温层，其材料硅酸钙为对粉煤灰提取氧化铝后的产物，例如可以通过公开号为CN 102249253A的专利方法制备得到。特别是，硅酸钙绝热层的材料硅酸钙的成分可以为：SiO2 45～47wt％，CaO 42～45wt％，MgO2～3wt％，Fe2O3 0.06～0.07wt％，LOI 7-10。进一步地，该硅酸钙的堆积密度为0.17～0.30g/cm3，真密度为1.3～1.4g/cm3，吸油值为130～170mL/100mg，平均粒径为10～30μm，比表面积为50～150m2/g，pH值为8～11。
利用上述硅酸钙材料制备硅酸钙绝热层的方法可为CN 103553501A的专利方法，其结构主要为硅灰石或者硬硅钙石晶须，导热系数低于0.07W/(m·k)，容重低于270kg/m3，可达到防火A级标准；此外，该材料吸附能力强，能够对粘结剂的挥发成分进行有效吸附，同时对噪音进行吸收，从而达到环保降噪等效果。本发明对硅酸钙绝热层的厚度不作严格限制，例如可以为10～100mm，进一步为40～100mm，更进一步为45～50mm；特别是，可以根据实际保温需要而设置为一层以上，例如一层至三层。
多凝泡沫玻璃层作为外保温层，其材料多凝泡沫玻璃为无机非金属玻璃，该材料由大量直径为1～2mm的均匀气泡结构组成，其中75％以上为闭孔气泡，使用温度范围为零下196℃到500℃，导热系数小于0.047W/m.k，透湿系数几乎为0，具有A级防火、防水、无毒、耐腐蚀、防蛀、不老化、机械强度高等优良性能。本发明对多凝泡沫玻璃层的厚度不作严格限制，例如可以为25～100mm，进一步为40～100mm，更进一步为40～50mm。
毛毡层的材料毛毡可以采用羊毛加工粘合而成，其主要具有防震、密封等作用。本发明对毛毡层的厚度不作严格限制，例如可以为2～5mm，并且可视需要而设置为一层以上。
多晶纤维层的材料多晶纤维可以为多晶莫来石纤维、多晶氧化铝纤维、多晶陶瓷纤维等纤维材料，材料中Al2O3含量可以≥45％，进一步为72％～99％，其质量轻、绝热性能好、热稳定性好，可起到减压减震、吸收线性膨胀及形变等作用。本发明对多晶纤维层的厚度不作严格限制，例如可以为2～5mm，并且可视需要而设置为一层以上。
阻燃玛蹄脂层的材料阻燃玛蹄脂可采用石油沥青为基料、矿物为填料，并加入适量的阻燃剂，增塑剂等制成，其具有气密性、防水性、防冻性、防腐性、不易老化开裂等性能，可有效隔离水/水汽从而保证保温效果。在一实施方式中，例如可以通过涂覆阻燃玛蹄脂一遍以上从而形成该阻燃玛蹄脂层。此外，本发明对阻燃玛蹄脂层的厚度不作严格限制，例如可以为2～10mm，进一步为2～4mm。
气凝胶层可以通过涂覆气凝胶而形成，气凝胶例如可以采用无机聚合物硅气凝胶等，其起到粘合、保温、储能等作用。
铝板层作为外保护层，对整个保温材料形成包覆。本发明对铝板层的厚度不作严格限制，例如可以为0.5～1mm。
本发明复合保温材料所采用的上述各材料均为本领域常规材料，可以通过普通商购获得。特别是，复合保温材料中的内保温层可以根据需要而设置为一层至三层。进一步地，复合保温材料的总厚度可为150～200mm，其体积小、承重低、散热面积小、热损失小。
在一实施方式中，所述过渡层可以为由内向外依次设置的毛毡层和多晶纤维层。
本发明还提供一种保温方法，采用上述的复合保温材料对待保温对象进行保温，所述保温方法包括如下顺序进行的步骤：
1)在待保温对象外表面上依次安装所述过渡层和所述硅酸钙绝热层；
2)在所述硅酸钙绝热层上安装所述多晶纤维层，并在所述多晶纤维层上涂覆阻燃玛蹄脂，形成所述阻燃玛蹄脂层；
3)在所述阻燃玛蹄脂层上涂覆气凝胶形成所述气凝胶层，并在所述气凝胶层上安装所述多凝泡沫玻璃层；
4)在所述多凝泡沫玻璃层上安装所述多晶纤维层，并在所述多晶纤维层上安装铝板层；
其中，实施所述步骤1)一次以上。
在本发明中，各材料采用本领域常规方式进行安装。例如，毛毡层、多晶纤维层可通过铁丝捆绑固定；硅酸钙绝热层可以采用粘合剂粘合固定，粘合剂例如可以为无机聚合物硅气凝胶等；多凝泡沫玻璃层可通过紧固件进行固定。
进一步地，步骤1)包括：
在待保温对象外表面上依次安装所述毛毡层、多晶纤维层和硅酸钙绝热层，其中所述毛毡层安装一层以上。
本发明对保温对象不作严格限定，例如可以为热力设备、蒸汽管道等。在一实施方式中，所述待保温对象为蒸汽管道，其温度可达200～600℃。
本发明的实施，至少具有以下优势：
1、本发明以硅酸钙绝热层作为内保温层，并以多凝泡沫玻璃层作为外保温层，因此可以实现对高铝粉煤灰提取完氧化铝后的副产物硅酸钙的有效利用，即节约了资源，又提高了经济效益。
2、本发明有效克服了硅酸钙材料在保温应用上所存在的缺陷，既能够在最大程度上减小保温成本(相对于全部使用多凝泡沫玻璃材料可节省成本50％以上)，同时还能够实现良好的保温效果，特别是该复合保温材料的导热系数低，并且导热系数随气候变化较小，保温时效性长，至少可使用十年以上。
3、本发明的复合保温材料体积小、承重低、散热面积小、隔热效果显著，通常不高于环境温度25℃，因此能够极大地降低热损和煤耗，此外该复合保温材料安装简单，维护方便，应用前景广泛。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的复合保温材料为由内向外依次设置的内保温层、隔离层、外保温层和保护层。内保温层设置为两层，每层内保温层为由内向外依次设置的过渡层和硅酸钙绝热层，过渡层为由内向外依次设置的毛毡层和多晶纤维层；隔离层为由内向外依次设置的多晶纤维层和阻燃玛蹄脂层，外保温层为由内向外依次设置的气凝胶层和多凝泡沫玻璃层，保护层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和铝板层。
其中，毛毡层的厚度为5mm左右；多晶纤维层的厚度为5mm左右，其材料为含锆纤维，Al2O3含量为52～55％；硅酸钙绝热层的厚度为50mm左右，其材料硅酸钙的导热系数为0.063W/(m·k)，容重为251kg/m3，抗压强度为0.81MPa，抗折强度为0.58MPa；阻燃玛蹄脂层的厚度为2mm左右，采用阻燃玛蹄脂涂覆而成；气凝胶层采用气凝胶涂覆而成；多凝泡沫玻璃层的厚度为50mm左右；铝板层的厚度为0.7mm左右。
按照YB/T 4130-2005方法对该复合保温材料的导热性能进行检测，结果表明：其在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃时的导热系数分别为0.061、0.066、0.077、0.083、0.087、0.1。
实施例2
本实施例的复合保温材料为由内向外依次设置的内保温层、隔离层、外保温层和保护层。内保温层设置为两层，每层内保温层为由内向外依次设置的过渡层和硅酸钙绝热层，过渡层为由内向外依次设置的毛毡层和多晶纤维层；隔离层为由内向外依次设置的多晶纤维层和阻燃玛蹄脂层，外保温层为由内向外依次设置的气凝胶层和多凝泡沫玻璃层，保护层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和铝板层。
其中，毛毡层的厚度为2mm左右；多晶纤维层的厚度为2mm左右，其材料为多晶莫来石纤维，Al2O3含量为72～75％；硅酸钙绝热层的厚度为45mm左右，其材料硅酸钙的导热系数为0.067W/(m·k)，容重为253kg/m3，抗压强度为0.76MPa，抗折强度为0.5MPa；阻燃玛蹄脂层的厚度为4mm左右，采用阻燃玛蹄脂涂覆而成；气凝胶层采用气凝胶涂覆而成；多凝泡沫玻璃层的厚度为40mm左右；铝板层的厚度为0.7mm左右。
按照YB/T 4130-2005方法对该复合保温材料的导热性能进行检测，结果表明：其在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃时的导热系数分别为0.062、0.068、0.079、0.084、0.088、0.12。
实施例3
本实施例的复合保温材料为由内向外依次设置的内保温层、隔离层、外保温层和保护层。内保温层设置为一层，每层内保温层为由内向外依次设置的过渡层和硅酸钙绝热层，过渡层为由内向外依次设置的毛毡层和多晶纤维层；隔离层为由内向外依次设置的多晶纤维层和阻燃玛蹄脂层，外保温层为由内向外依次设置的气凝胶层和多凝泡沫玻璃层，保护层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和铝板层。
其中，毛毡层的厚度为4mm左右；多晶纤维层的厚度为4mm左右，其材料为氧化铝纤维，Al2O3含量为92～95％；硅酸钙绝热层的厚度为70mm左右，其材料硅酸钙的导热系数为0.069W/(m·k)，容重为256kg/m3，抗压强度为0.85MPa，抗折强度为0.60MPa；阻燃玛蹄脂层的厚度为10mm左右，采用阻燃玛蹄脂涂覆而成；气凝胶层采用气凝胶涂覆而成；多凝泡沫玻璃层的厚度为70mm左右；铝板层的厚度为1mm左右。
按照YB/T 4130-2005方法对该复合保温材料的导热性能进行检测，结果表明：其在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃时的导热系数分别为0.064、0.070、0.080、0.086、0.09、0.15。
实施例4
采用实施例1的复合保温材料对温度为540℃左右的电厂主蒸汽管道(管长5m，管径273mm)进行保温，保温方法如下：
4.1表面处理
拆除蒸汽管道原有的保温层和保护层，清除蒸汽管道上的尘土与杂物，保持蒸汽管道表面干净，并在蒸汽管道表面刷高温防锈漆。
4.2安装第一层内保温层
在蒸汽管道外表面紧贴蒸汽管道安装两层毛毡层，毛毡层用铁丝捆绑固定后，在毛毡层外表面安装一层多晶纤维层，多晶纤维层用铁丝捆绑固定。
随后，在多晶纤维层外表面安装一层硅酸钙绝热层，硅酸钙绝热层的缝隙采用无机聚合物硅气凝胶进行粘合固定。
4.3安装第二层内保温层
参照步骤4.2方法，在步骤4.2的硅酸钙绝热层外表面由内至外依次安装一层毛毡层和一层多晶纤维层，随后再在多晶纤维层外表面安装一层硅酸钙绝热层，该硅酸钙绝热层与步骤4.2的硅酸钙绝热层错缝安装。
4.4安装隔离层
在步骤4.3的硅酸钙绝热层外表面安装两层多晶纤维层，并用铁丝进行捆绑固定。
在上述多晶纤维层外表面涂抹阻燃玛蹄脂，玛蹄脂凝固后形成阻燃玛蹄脂层。
4.5安装外保温层
在步骤4.4的阻燃玛蹄脂层外表面涂抹气凝胶形成气凝胶层，随后在气凝胶层外表面安装一层多凝泡沫玻璃层，并采用紧固件进行固定。
4.6安装保护层
在步骤4.5的多凝泡沫玻璃层外表面安装一层多晶纤维层，用铁丝捆绑固定后，使用铝板层对多晶纤维层的外表面进行包覆，即完成对电厂蒸汽管道的保温施工。
按照GB8174-2008方法测定管道保温效果，按照GB/T 18021-2000方法测试管道绝热层表面热损失，按照CJ/T 140-2001方法测定管道保温结构散热损失，结果表明：经保温处理的主蒸汽管道保温层外表面温度为322.34K，环境温度为300.50K，保温层外表面温度与环境温度差值为21.84K，格拉晓夫数为6.21×108，强制对流放热系数为3.23W/m2·K，辐射放热系数为4.83W/m2·K，总放热系数为8.05W/m2·K，散热损失为175.81W/m2，单位长度热损失值为338.41W/m2。
实施例5
采用实施例2的复合保温材料对温度为540℃左右的电厂再热蒸汽管道(管长5m，管径325mm)进行保温，保温方法如下：
5.1表面处理
拆除蒸汽管道原有的保温层和保护层，清除蒸汽管道上的尘土与杂物，保持蒸汽管道表面干净，并在蒸汽管道表面刷高温防锈漆。
5.2安装第一层内保温层
在蒸汽管道外表面紧贴蒸汽管道安装两层毛毡层，毛毡层用铁丝捆绑固定后，在毛毡层外表面安装一层多晶纤维层，多晶纤维层用铁丝捆绑固定。
随后，在多晶纤维层外表面安装一层硅酸钙绝热层，硅酸钙绝热层的缝隙采用气凝胶进行粘合固定。
5.3安装第二层内保温层
参照步骤5.2方法，在步骤5.2的硅酸钙绝热层外表面由内至外依次安装一层毛毡层和一层多晶纤维层，随后再在多晶纤维层外表面安装一层硅酸钙绝热层，该硅酸钙绝热层与步骤5.2的硅酸钙绝热层错缝安装。
5.4安装隔离层
在步骤5.3的硅酸钙绝热层外表面安装两层多晶纤维层，并用铁丝进行捆绑固定。
在上述多晶纤维层外表面涂抹阻燃玛蹄脂，玛蹄脂凝固后形成阻燃玛蹄脂层。
5.5安装外保温层
在步骤5.4的阻燃玛蹄脂层外表面涂抹气凝胶形成气凝胶层，随后在气凝胶层外表面安装一层多凝泡沫玻璃层，并采用紧固件进行固定。
5.6安装保护层
在步骤5.5的多凝泡沫玻璃层外表面安装一层多晶纤维层，用铁丝捆绑固定后，使用铝板层对多晶纤维层的外表面进行包覆，即完成对电厂蒸汽管道的保温施工。
按照GB8174-2008方法测定管道保温效果，按照GB/T 18021-2000方法测试管道绝热层表面热损失，按照CJ/T 140-2001方法测定管道保温结构散热损失，结果表明：经保温处理的再热热段蒸汽管道保温层外表面温度为326.37K，环境温度为298.67K，保温层外表面温度与环境温度差值为27.7K，格拉晓夫数为1×109，强制对流放热系数为3.35W/m2·K，辐射放热系数为4.88W/m2·K，总放热系数为8.23W/m2·K，散热损失为228.23W/m2，单位长度热损失值为476.36W/m2。
对比例1
本对比例的保温材料中，除每层内保温层为由内向外依次设置的过渡层和硅酸铝绝热层(新更换)，并且硅酸铝绝热层的总厚度为220mm之外，其它与实施例1相同，该硅酸铝绝热层采用的材料为硅酸铝。
采用实施例4方法对温度为540℃左右的电厂主蒸汽管道(管长5m，管径273mm)进行保温，并且按照GB8174-2008方法测定管道保温效果，按照GB/T 18021-2000方法测试管道绝热层表面热损失，按照CJ/T 140-2001方法测定管道保温结构散热损失，结果表明：经保温处理的主蒸汽管道保温层外表面温度为385.68K，环境温度为300.47K，保温层外表面温度与环境温度差值为85.21K，格拉晓夫数为3.46×109，强制对流放热系数为4.36W/m2·K，辐射放热系数为6.54W/m2·K，总放热系数为10.91W/m2·K，散热损失为929.91W/m2，单位长度热损失值为2080.91W/m2。
该保温材料正常使用六年后，再次按照上述方法进行测试，结果表明：主蒸汽管道保温层外表面温度为471.27K，环境温度为299.20K，保温层外表面温度与环境温度差值为172.07K，格拉晓夫数为6.23×109，强制对流放热系数为5.2W/m2·K，辐射放热系数为9.58W/m2·K，总放热系数为14.78W/m2·K，散热损失为2543.59W/m2，单位长度热损失值为5694.65W/m2。
由此可见，在主蒸汽管道总长为183m时，采用本发明实施例1的复合保温材料相较于硅酸铝保温材料可减少散热损失1371MJ/h，节约标准煤46.78kg/h，降低发电煤耗0.21g/kW·h；在再热蒸汽管道总长为167m时，采用本发明实施例2的复合保温材料相较于硅酸铝保温材料可减少散热损失1319MJ/h，节约标准煤45.06kg/h，降低发电煤耗0.20g/kW·h。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种复合保温材料，其特征在于，包括由内向外依次设置的内保温层、隔离层、外保温层和保护层，其中：
所述内保温层为一层以上，每层内保温层包括由内向外依次设置的过渡层和硅酸钙绝热层，所述过渡层为由内向外依次设置的毛毡层和多晶纤维层，
所述隔离层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和阻燃玛蹄脂层，
所述外保温层包括由内向外依次设置的气凝胶层和多凝泡沫玻璃层，
所述保护层包括由内向外依次设置的多晶纤维层和铝板层；
所述硅酸钙绝热层的厚度为10～100mm、材料为硅酸钙，所述硅酸钙的成分为：SiO2 45～47wt％，CaO 42～45wt％，MgO 2～3wt％，Fe2O3 0.06～0.07wt％，LOI 7-10，堆积密度为0.17～0.30g/cm3，真密度为1.3～1.4g/cm3，吸油值为130～170mL/100mg，平均粒径为10～30μm，比表面积为50～150m2/g，pH值为8～11，导热系数低于0.07W/(m·k)，容重低于270kg/m3。
2.根据权利要求1所述的复合保温材料，其特征在于，所述多凝泡沫玻璃层的厚度为25～100mm。
3.根据权利要求1所述的复合保温材料，其特征在于，所述毛毡层的厚度为2～5mm，所述多晶纤维层的厚度为2～5mm。
4.根据权利要求1所述的复合保温材料，其特征在于，所述阻燃玛蹄脂层的厚度为2～10mm。
5.根据权利要求1所述的复合保温材料，其特征在于，所述铝板层的厚度为0.5～1mm。
6.一种保温方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一所述的复合保温材料对待保温对象进行保温，所述保温方法包括如下顺序进行的步骤：
1)在待保温对象外表面上依次安装所述过渡层和所述硅酸钙绝热层；
2)在所述硅酸钙绝热层上安装所述多晶纤维层，并在所述多晶纤维层上涂覆阻燃玛蹄脂，形成所述阻燃玛蹄脂层；
3)在所述阻燃玛蹄脂层上涂覆气凝胶形成所述气凝胶层，并在所述气凝胶层上安装所述多凝泡沫玻璃层；
4)在所述多凝泡沫玻璃层上安装所述多晶纤维层，并在所述多晶纤维层上安装铝板层；
其中，实施所述步骤1)一次以上。
7.根据权利要求6所述的保温方法，其特征在于，步骤1)包括：
在待保温对象外表面上依次安装所述毛毡层、多晶纤维层和硅酸钙绝热层，其中所述毛毡层安装一层以上。
8.根据权利要求6所述的保温方法，其特征在于，所述待保温对象为热力设备或蒸汽管道。
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