CN107218477A - 一种应用于高温管道传热的保温模块化结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于高温管道传热的保温模块化结构，包括不锈钢薄膜、梯度功能保温芯材、温度传感器和真空计构成，不锈钢薄膜之间无缝焊接，梯度功能保温芯材由陶瓷纤维纸层、玻璃纤维纸层和铝塑膜真空绝热板构成，各个部分协同作用，大大提高了保温性能，温度传感器位于保温模块化结构内表面，真空计位于保温模块化结构外壳，各个部分一体成型，内部抽真空，实现保温效果的最优化，整体导热系数在0.04W/(m·K)左右，大大削减了保温层厚度，同时一体化的结构设计，便于工人施工以及后续维护检修，缩减了维修周期，大大提高了经济效益。

Description

一种应用于高温管道传热的保温模块化结构

技术领域

本发明专利涉及一种保温模块化结构，特别是涉及一种应用于高温管道传热的保温模块化结构。

技术背景

随着核电行业的发展，核能这种高效清洁的能源越来越被人重视，国家对核能的利用也有明确的规划，在保证安全的前提下合理利用核能可以有效缓解日益紧张的能源危机。在快堆中，为了使放射性的堆芯同发电部分隔离开，钠冷却系统分为一次回路和二次回路，一次回路直接同堆芯接触，通过热交换器把热传给二次回路，二次回路的钠流加热锅炉，产生483℃左右的蒸气，用以驱动汽轮机发电。在核电中，核能通过热-热交换的形式转换成电能，因此热能的传递就直接关系到核电站的热能效率，而核电站的热能传递主要是通过不同机组之间的管道工艺实现的，管道的保温就显得非常重要，通过对管道外隔热，减少热能损失，不仅能够维持各系统功能的平衡稳定，保证核电站的安全运行，而且能显著提高热能效率。由此可见，核电站工艺管道的保温节能对核电站的发电效率有重要的直接价值，且具有非常广阔的发展前景。

绝热保温材料在核电、火电等热力发电厂的保温、节能、增效中占有及其重要的地位，它具有节约能源，降低热损失，满足电厂工艺要求，确保设备、人身安全，改善环境，提高经济效益等作用，是核电厂建设中的重要组成部分。目前国内的核电管道一般采用传统的岩棉进行包覆，一方面岩棉的导热系数非常高，大大增加了管道厚度，另一方面使用岩棉包覆工艺流程繁琐，耗费大量的人力物力，我国正大力发展核电事业，建设核电站组数量居全球第一，但同时也对管道设备的保温材料提出了更高的要求。正确的选择管道和设备的保温材料，不但可以提高核电站的热经济性还可以减少核电站的投资费用，对于核电事业的发展具有极大的推动作用。

申请号为201310011984.9的中国发明专利公开了一种核电厂设备和管道用复合型保温层，该保温层是通过若干独立的保温块搭接而成；当核电厂设备或管道外壁温度高于200℃时，所述的保温块在壳体内依次装填内保温层、支撑层一、包覆隔离材料的中子屏蔽层、支撑层二、伽马屏蔽层、支撑层三和外保温层；当核电厂设备或管道外壁温度低于200℃时，所述的保温块在壳体内依次装填包覆隔离材料的中子屏蔽层、支撑层二、伽马屏蔽层、支撑层三、外保温层。该发明的优点是能够在满足保温需求的基础上，减少人员受到的辐照剂量，满足“合理可行尽量低”的设计原则。其缺点是当外壁温度过高超过500℃时，容易造成内保温层部分填充物失效，进而影响其保温隔热性能，另外其保温块结构设计较为复杂，对层间要求较高，后期的检修拆卸过程中易损坏而失效。

申请号为201220616177.0的中国实用新型公开了一种采用三层保温结构的蒸汽输送管道，该蒸汽输送管道为内滑动式管道，内到外依次为内工作管、硬质纳米绝热复合材料层、硬质耐高温玻璃棉层、有机泡沫层和外套钢管，采用硬质纳米绝热复合材料层和硬质耐高温玻璃棉层代替了现有的硅酸钙瓦或硅酸镁瓦，管道中不存在空气层，避免了空气层容易进水带来的一系列问题，也无需另设滑动、导向支架。本实用新型的优点是蒸汽输送管道有很强的抗压能力，而且保温效果好，防水效果好，重量轻，便于运输和安装，节约了生产成本，可以广泛应用于蒸汽输送管道生产制造领域中。其缺点是采用硬质纳米绝热复合材料层，容易在安装拆卸的过程中发生损坏，进而造成保温层的失效，影响材料的整体保温性能。

如上述两个专利，在管道保温方面，特别是针对高温管道传热方面，单一的保温材料普遍存在导热系数高，厚度过厚等问题，而整体的保温层模块又存在最高耐温不够、拆装不便等缺陷，还不能满足目前的应用现状，因此急需一种新型的应用于高温管道传热的保温模块化结构来解决现有的问题。

发明内容

本发明专利的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种应用于高温管道传热的导热系数更小、结构更为优化的保温模块化结构。

为实现本发明专利的目的所采用的技术方案是：一种应用于高温管道传热的保温模块化结构，以梯度功能保温芯材为隔热材料，不锈钢薄膜为外壳，真空封装而成，模块化结构厚度为12mm～45mm，长度为600mm～1000mm，其特征在于所述的保温模块化结构包括不锈钢薄膜、梯度功能保温芯材、温度传感器和真空计；所述的不锈钢薄膜厚度为0.2mm～0.5mm，不锈钢之间无缝焊接，常温环境下实现内部低真空度；所述的梯度功能保温芯材由内之外依次是单层纤维纸厚度为5μm～15μm的陶瓷纤维纸层、单层纤维纸厚度为2μm～10μm的玻璃纤维纸层和铝塑膜真空绝热板，常温导热系数为0.025W/(m·K)～0.035W/(m·K)，500℃导热系数为0.05W/(m·K)～0.06W/(m·K)；所述的温度传感器位于保温模块化结构内表面，用于实时监测管道外壁温度；所述的真空计位于保温模块化结构外壳，用于实时监测内部真空度。

进一步的，所述的固体传热介质可以是复合相变储热材料、无机盐储热材料及固体储热材料。

进一步的，所述的不锈钢薄膜采用激光焊接实现无缝连接，焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm～0.05mm，焊缝宽度为0.05mm～0.2mm，焊缝深度0.1mm～1mm。

进一步的，所述的超细陶瓷纤维纸层厚度为2mm～5mm，纸与纸之间填充有硅酸锆陶瓷粉体，粉体颗粒尺寸为10nm～50nm，粉体的壁厚为1nm～3nm，粉体含量为20％～30％。

进一步的，所述的超细玻璃纤维纸层厚度为5mm～20mm，纸与纸之间填充气凝胶颗粒，气凝胶颗粒的比表面积600m²/g～800m²/g，孔隙率为90％～96％，孔径为10nm～20nm，体积含量为15％～25％。

进一步的，所述的铝塑膜真空绝热板厚度为5mm～10mm，表面铝塑膜的厚度为0.1mm～0.3mm，承受的温度范围为10℃～80℃，20℃导热系数为0.0012W/(m·K)～0.0015W/(m·K)。

进一步的，所述的真空封装是将表面预留小孔的未抽真空保温模块化结构置于压力罐中，压力罐温度为500℃～600℃，真空度为1Pa～10Pa。

进一步的，所述的保温模块化结构承受的温度范围为500℃～1000℃，内部真空度为0.1Pa～1Pa，500℃导热系数为0.03W/(m·K)～0.05W/(m·K)，服役寿命为50年～60年。

本发明的有益效果是：①梯度功能保温芯材由内之外依次是陶瓷纤维纸层、玻璃纤维纸层和铝塑膜真空绝热板，各个部分协同作用，大大提高了保温性能；②保温模块化结构外表面为不锈钢外壳，内部为梯度功能芯材，可以实现在高温环境下的应用；③保温模块化结构由不锈钢外壳、梯度功能保温芯材、温度传感器和真空计一体成型，内部抽真空，可以实现保温效果的最优化，整体导热系数在0.04W/(m·K)左右，大大削减了保温层厚度，同时一体化的结构设计，便于工人施工以及后续维护检修，缩减了维修周期，大大提高了经济效益。

附图说明

图1是一种应用于高温管道传热的保温模块化结构示意图。

图中10为真空计，20为温度传感器，30为梯度功能保温芯材，40为不锈钢外壳。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

参照图1，是一种应用于高温管道传热的保温模块化结构示意图，10为真空计，20为温度传感器，30为梯度功能保温芯材，40为不锈钢外壳，模块化结构厚度为12mm，长度为600mm，不锈钢薄膜厚度为0.2mm，梯度功能保温芯材由内之外依次是单层纤维纸厚度为15μm的陶瓷纤维纸层、单层纤维纸厚度为10μm的玻璃纤维纸层和铝塑膜真空绝热板，常温导热系数为0.035W/(m·K)，500℃下导热系数为0.06W/(m·K)；温度传感器位于保温模块化结构内表面，用于实时监测管道外壁温度；真空计位于保温模块化结构外壳，用于实时监测内部真空度。

所述的固体传热介质是复合相变储热材料。

所述的不锈钢外壳采用激光焊接实现无缝连接，焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm，焊缝宽度为0.05mm，焊缝深度0.1mm。

所述的超细陶瓷纤维纸层厚度为2mm，纸与纸之间填充有硅酸锆陶瓷粉体，粉体颗粒尺寸为50nm，粉体的壁厚为3nm，粉体含量为20％。

所述的超细玻璃纤维纸层厚度为5mm，纸与纸之间填充气凝胶颗粒，气凝胶颗粒的比表面积600m²/g，孔隙率为90％，孔径为20nm，体积含量为15％。

所述的铝塑膜真空绝热板厚度为5mm，表面铝塑膜的厚度为0.3mm，承受温度为40℃，20℃导热系数为0.0015W/(m·K)。

所述的压力罐温度为500℃，真空度为10Pa。

所述的保温模块化结构承受温度为8000℃，内部真空度为1Pa，在500℃下的导热系数为0.05W/(m·K)，服役寿命为50年。

实施例2

参照图1，是一种应用于高温管道传热的保温模块化结构示意图，10为真空计，20为温度传感器，30为梯度功能保温芯材，40为不锈钢外壳，模块化结构厚度为45mm，长度为1000mm，不锈钢外壳厚度为0.5mm，梯度功能保温芯材由内之外依次是单层纤维纸厚度为5μm的陶瓷纤维纸层、单层纤维纸厚度为2μm的玻璃纤维纸层和铝塑膜真空绝热板，常温导热系数为0.025W/(m·K)，500℃导热系数为0.05W/(m·K)；温度传感器位于保温模块化结构内表面，用于实时监测管道外壁温度；真空计位于保温模块化结构外壳，用于实时监测内部真空度。

所述的固体传热介质是固体储热材料。

所述的不锈钢外壳采用激光焊接实现无缝连接，焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm，焊缝宽度为0.05mm，焊缝深度0.1mm。

所述的超细陶瓷纤维纸层厚度为5mm，纸与纸之间填充有硅酸锆陶瓷粉体，粉体颗粒尺寸为10nm，粉体的壁厚为1nm，粉体含量为30％。

所述的超细玻璃纤维纸层厚度为20mm，纸与纸之间填充气凝胶颗粒，气凝胶颗粒的比表面积800m²/g，孔隙率为96％，孔径为10nm，体积含量为25％。

所述的铝塑膜真空绝热板厚度为10mm，表面铝塑膜的厚度为0.1mm，承受温度为80℃，20℃导热系数为0.0012W/(m·K)。

所述的压力罐温度为600℃，真空度为0.1Pa。

所述的保温模块化结构承受温度为1000℃，内部真空度为0.5Pa，在500℃下的导热系数为0.03W/(m·K)，服役寿命为60年。

本发明专利公开的保温模块化结构两两紧扣在高温管道表面，真空计位于薄膜外表面用于监控内部真空度，梯度功能保温芯材实现热量的梯度分布，有效阻隔热量，模块化结构内部低真空度大大降低了对流传热，提高了整体结构的保温性能，不锈钢薄膜的使用可以有效阻隔空气中的水汽，防止保温芯材吸水失效，提高表面的抗压与抗穿刺性能，提高了芯材的使用年限，将保温模块一体化结构应用于高温管道表面时，一方面可以缩减保温层厚度，增加工人的可活动空间，另一方面可以降低环境温度，提高管道内部热量的使用效率，实现能量的高效利用。同时模块化结构可通过真空计和温度传感器判定保温结构是否失效，从而实现定期定点拆装，大大缩短了检修周期，提高了整个核岛的经济性。

上述仅为本发明的二个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于高温管道传热的保温模块化结构，以梯度功能保温芯材为隔热材料，不锈钢薄膜为外壳，真空封装而成，模块化结构厚度为12mm～45mm，长度为200mm～1000mm，其特征在于所述的保温模块化结构包括不锈钢薄膜、梯度功能保温芯材、温度传感器和真空计；所述的不锈钢薄膜厚度为0.2mm～1.5mm，不锈钢之间无缝焊接，常温环境下实现内部低真空度；所述的梯度功能保温芯材由内之外依次是单层纤维纸厚度为5μm～15μm的陶瓷纤维纸层、单层纤维纸厚度为2μm～10μm的玻璃纤维纸层，纤维纸常温导热系数为0.025W/(m·K)～0.030W/(m·K)，500℃导热系数为0.05W/(m·K)～0.06W/(m·K)；所述的温度传感器位于保温模块化结构内表面，用于实时监测管道外壁温度；所述的真空计位于保温模块化结构外壳，用于实时监测内部真空度。

2.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的固体传热介质可以是复合相变储热材料、无机盐储热材料及固体储热材料。

3.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的不锈钢薄膜采用激光焊接实现无缝连接，焊缝由电子束光斑平移形成，电子束光斑直径为0.02mm～0.05mm，焊缝宽度为0.05mm～0.2mm，焊缝深度0.1mm～1mm。

4.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的超细陶瓷纤维纸层厚度为2mm～5mm，纸与纸之间填充有硅酸锆陶瓷粉体，粉体颗粒尺寸为10nm～50nm，粉体的壁厚为1nm～3nm，粉体含量为20％～30％。

5.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的超细玻璃纤维纸层厚度为5mm～20mm，纸与纸之间填充气凝胶颗粒，气凝胶颗粒的比表面积600m²/g～800m²/g，孔隙率为90％～96％，孔径为10nm～20nm，体积含量为15％～25％。

6.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的铝塑膜真空绝热板厚度为5mm～10mm，表面铝塑膜的厚度为0.1mm～0.3mm，承受的温度范围为10℃～80℃，20℃导热系数为0.0012W/(m·K)～0.0015W/(m·K)。

7.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的真空封装是将表面预留小孔的未抽真空保温模块化结构置于压力罐中，压力罐温度为500℃～600℃，真空度为1Pa～10Pa。

8.根据权利要求书1所述的保温模块化结构，其特征在于所述的保温模块化结构承受的温度范围为500℃～1000℃，内部真空度为0.1Pa～1Pa，500℃导热系数为0.03W/(m·K)～0.05W/(m·K)，服役寿命为50年～60年。