绝热之保温与保冷
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
防腐与绝热在工程项目中经常是关联在一起的，最典型的案列就是CUI（保温层下的腐蚀），即在控制能源损耗的同时还要阻止腐蚀的发生。这种控制能源损耗的方法，经常被习惯性的称为保温；其实是说对了一半，另一半还有保冷。按照规范的概念叙述就是保温保冷合在一起统称为绝热。根据GB/T 4272-2008《设备及管道绝热技术通则》：所谓绝热，就是为了减少设备，管道及其附件向周围环境散热，在其外表面采取的增设绝热层的措施，按流向分为保温，保冷。标准也规定了绝热材料在平均温度等于623K（350℃）时，其导热系数不得大于0.12W/（m·K）。
绝热大部分以工业设备和管道为主，对于保温和保冷界定通常按设备及管道贮存和输送的介质温度划分，把介质温度低于常温的绝热措施称为保冷；而把介质温度高于常温的绝热措施称为保温。也有人将设备或者管道表面温度超过60℃时，为了防止热量损耗和安全防烫采取的措施叫保温，而将介质温度低于10℃的设备或者管道采取的失冷措施叫做保冷。绝热是利用一些具有特殊性能的工程材料构成的绝热结构来减少其结构内外温差形成的热流传递的措施。绝热材料一般分为有机绝热材料、无机绝热材料、复合型绝热材料三类；适用于700℃以上的为高温绝热材料，适用于100℃-700℃之间的为中温绝热材料，适用于100℃以下的为常温绝热材料。保冷材料包括低温保冷材料和超低温保冷材料（如-200℃以下），普通的低温保冷材料一般用于常温以下的绝热或者0℃以上常温以下的防结露。由于保冷的热流方向与保温的热流方向相反，保冷层外侧蒸气压大于内侧，蒸汽易渗入保冷层，致使保冷层内部产生凝结水或者结冰，通过保冷措施可以阻止这种现象的发生。 绝热之保温保冷材料有时候可以互用，如气凝胶绝热材料既可以当保温材料使用又可以做保冷材料使用，但是大部分的保温材料保冷材料使用还是有区别的。例如介质温度不一样，为了防止热量损失和防烫安全，60℃以上就必须使用保温材料，而10℃至-196℃必须使用保冷材料将冷的物质与自然界隔离；保温与保冷的密封性不一样，保温材料与热的管道或者设备接触，密封性无严格要求，而保冷材料则必须密封效果好，否则容易造成水汽凝聚，结冰后膨胀，使得保冷材料裂开松动；保温保冷传导方向不一样，保温由里向外，保冷由外向里；材料选择不同，当温度小于250℃时可以选择岩棉板或者岩棉管壳材料，大于25℃时可以选择硅酸盐材料，当温度小于10℃时，可以选择发泡聚氨酯，橡塑或者聚苯乙烯泡沫等；保温保冷成本价也不同，保温利用一次性能源（煤，油）就可以获得，而保冷需要利用二次性能源（蒸汽，电）才能获得，其设备折旧及能源多次转换消耗造成冷价高于热价，冷价通常是热价的4-6倍。因此，减少单位冷损失对于节约能源具有很高的经济附加值；保温和保冷结构不同，保温结构为保温层加保护层，而保冷结构为保冷层加防潮层加保护层。
绝热材料品种繁多，实际使用过程中必须考虑以下几点：1. 使用温度不能超出材料的适用范围。2. 既要考虑材料的自身耐腐蚀性能，也要考虑材料不能对被绝热 的设备和管道的产生腐蚀（CUI）。3. 导热系数要小，容重要小。4. 必须阻燃或者不燃，或在绝热层外包覆耐火材料。5. 机械强度高，耐破损耐折断和碎裂。6. 耐水性好，吸水率要小。7. 使用年限长，可拆卸，容易维护修理。8. 施工时损耗小，粉尘少，火灾时不产生有害性气体。
绝热材料虽然繁多；但是使用最为广泛，最为经典的有矿渣棉类，耐温800℃以上，价格低，来源广，防蛀耐腐蚀，施工过程中对人有刺痒现象；玻璃棉类，耐酸耐腐蚀，不蛀不霉，吸水率低，价格便宜，有刺痒现象，超细玻璃棉无皮肤刺激现象，就是吸水性大价格高，耐温400℃；硅酸钙类，1971年上海建材所和上海电力建设公司共同研制成功，机械强度高，容易施工，耐温达到650℃（注意高碱性引起的金属腐蚀）；硅酸铝类，使用温度高达1000℃-1300℃，用于工业炉的保温，受酸碱腐蚀小；复合硅酸盐类，复合硅酸盐浆料可以使用到异形设备及管道附件，如球体，椎体，罐体，旋转体，阀门法兰和三通等，可以不停车状况下进行修补或者改造，可以热态涂抹施工，适应-25℃-600℃的温度范围使用；膨胀珍珠岩类，绝热，吸声，无毒，无臭，无腐蚀，不燃烧，吸水性高，使用范围-50℃-900℃，在工业设备，管道，建筑工程及低温地下工程的绝热广泛应用；膨胀蛭石类，耐高温，使用温度范围-40℃-800℃，强度大，价格低廉，施工方便，吸水性比较大，要注意防水。泡沫玻璃，优良的保温保冷材料，耐酸，不燃，不吸水，热膨胀系数极小，使用温度范围-200℃-400℃之间；聚苯乙烯泡沫，耐低温到-150℃，吸水性差但是比聚氨酯泡沫好，使用温度为-150℃-70℃，聚苯乙烯泡沫塑料有硬质，软质及纸状等几种类型，硬质聚苯乙烯泡沫塑料的特点就是强度大，硬度高，其强度要比可发性泡沫塑料高10倍以上；硬质聚氨酯泡沫，吸水性差但是与金属粘结力好，易于施工，可以现场发泡，可以取代聚苯乙烯，可用于100℃以下的油罐，管道的保温保冷，价格较高，防火性能差，使用温度范围-100℃-100℃；酚醛泡沫塑料，可以在低温下长期使用，可以长期暴露在阳光下不开裂，耐腐蚀，不易燃烧，离火自熄，吸水性大，强度和耐温性不理想，使用温度-150℃-130℃，广泛应用于工业，建筑，车辆，船舶等领域的保温保冷；泡沫橡塑，抗臭氧，抗紫外线，柔软，容易安装，无需防潮，使用温度-40℃-110℃，防火性能分为B1和B2级，在建筑，石油化工，食品加工，空调管路大量应用；气凝胶绝热材料，气凝胶导热系数只有0.013-0.018W/m.K,被称为“最轻的固体”，密度仅为空气的2.75倍，比表面积高达800-1000㎡/g，具有优良的绝热，隔音，吸附性能，健康环保，例如前苏联宇航员使用的宇航服就是采用18㎜厚气凝胶制作的，耐温范围-130℃-1400℃。纳米气凝胶保温毡是目前已知导热系数最低的隔热材料，它是把二氧化硅气凝胶复合于纤维中，具有柔软，易裁剪，无机防火，整体疏水等特性，主要用于工业管道，储罐，炉体，电厂等可拆卸式保温套，在稠油开采，交通运输，家用电器，钢铁，有色金属，玻璃等领域的绝热项目中广泛应用。气凝胶绝材料隔热效果比传统隔热材料优越 2-8 倍，而且寿命更长，厚度仅为传统材料的几分之一；40 纳米的孔径可有效防止水分进入毡体内部。防火性能达到 A1 等级；施工操作简易，质轻，容易裁剪、缝制以适应复杂、弯曲及其他特殊形状及表面，安装所需时间及人力更少，节省运输费用，更少的包装体积及更轻的重量大大降低了物流成本。 绝热的关键除了材料的选择，还必须进行有效的正确的施工。虽然绝热施工不太复杂；但是直接影响着绝热的效果和能源的损失控制，对于厉行节约，减排降碳具有积极的意义。绝热施工通常分为被保温层结构表面的防腐，绝热层的安装和防潮层及保护层的安装。在相关设备及管道绝热工程施工规范中，保冷层有防潮层而保温层没有防潮层，笔者认为这种规定不符合实际操作和使用要求，建议保温层也需要安装防潮层。因为有的保温层材料也具有很高的吸水性，当停运或者间歇式运行，潮湿水汽或者雨水进入保温层，造成保护层（如镀锌板和其他金属板）腐蚀，也会对保温层材料产生不良影响。根据绝热施工的规范要求和规定，笔者筛选了部分绝热施工的工艺，内容大致如下：1. 绝热设备管道及其附件必须进行表面处理，要求符合GB8923标准中的Sa2.5级或者St3级，根据温度选择耐高温，耐低温防腐底漆，而且与绝热材料及基层粘结力力好，也不发生化学作用。通常底漆涂刷不得少于2道。2. 绝热层安装，采用一种绝热材料，保温层厚度>100㎜，保冷层厚度>80㎜时，应分为二层或者多层施工；采用二种或者多种绝热材料复合结构可以根据设计要求施工。预制块保温，每20m留一条膨胀缝，填充玻璃棉或者矿渣散料。立式管道和设备每3-5m设置承重托板，托板下留膨胀间隙填充玻璃棉或矿渣棉。双层结构，内外层绝热材料接缝必须错开，同层错缝，上下层压缝，搭接距离不小于50㎜，拼缝不大于5㎜，缝隙必须用绝热胶泥填实勾满，捆扎铁丝或者钢带接头塞入缝隙中。保温施工时为防止局部过热，主管和伴热管之间要设置石棉块，管道或者设备上的裙座，支座，吊耳等附件，当无设计要求时可不必保温。发泡聚氨酯喷涂施工时，应分层施工，一次性完成。第一次喷涂厚度不大于40㎜，保冷层拼缝不大于2㎜，设备，管道上的裙座，支座，吊耳等附件必须进行保冷施工，其长度不得小于保冷层厚度的4倍，敷设至垫木处。3. 防潮层及保护层安装，是为了更好的发挥绝热材料的作用，可以防止雨水进入，避免绝热材料吸水后性能变劣，延长绝热材料使用寿命，并使绝热结构外观整齐美观。防潮层涉及到保冷施工，保温应用规范中没有说明，考虑到空气中的水分或者雨水进入保冷层后会结露甚至结冰，破坏保冷结构，而被破坏的保冷结构又导致更多的湿空气进入，如此恶性循环将严重损坏保冷效果，因此保冷层必须设置防潮层。防潮层以沥青胶粘贴玻纤布为主，厚度3㎜，玻纤布采用0.1-0.2㎜中碱平纹布，施工时，玻纤布必须被沥青胶浸透，不得露白，不得鼓泡起皱，平整均匀，纵环向搭接缝不小于50㎜。卧式设备及水平管道的纵向接缝应在两侧，缝口朝下，立式设备和垂直管道的环向接缝上搭下，其它防潮涂料如CPU（聚氨酯）按照产品组分配比搅拌均匀与玻纤布做成玻璃钢，方法与沥青胶铺贴玻纤布相同。保护层是绝热结构的重要组成部分，在绝热层最外层，对绝热层起遮风避雨，防水隔潮，防止外来碰撞的作用，材料有抹面，玻璃钢，复合材料，金属护壳等。保护层使用最普遍，最广泛的就是金属护壳，通常有镀锌板，铝板，采用普通薄钢板时需要里外防腐。实际施工中，使用最普遍的金属薄板厚度0.3-0.5㎜镀锌铁皮，0.5-0.75㎜的铝合金皮，其中平板和卷制板表面平整，适合作管道，设备以及其他需要进行咬边接口或者弯制加工的金属护壳；波形板，梯形板刚性较好，可以做锅炉墙及大型平壁绝热层的金属护壳，一些大型储罐绝热使用也较常见。直管段金属护壳外围周长应大于绝热层外围周长30-50㎜，作为接缝余量，其环向搭接一端应压出凸筋，较大直径管道的金属护壳纵向搭接也需要压出凸筋，下料最大长度不超过1000㎜，设备封头绝热层护壳按照形状大小进行分块下料，所谓的“西瓜皮”“花瓣”，形状，一边压筋一边直边。弯头“虾米节”，三通及“天方地圆”可按照钣金平行线法放大样或展开计算下料。金属护壳保护层安装时，一定要紧贴保温层外面，把两边接缝搭接在一起，用电钻钻孔，抽芯拉铆钉固定 拉铆钉间距为200㎜，每条缝不得少于4个，钻头直径Φ5.1㎜，也有认为钻头直径为固定件直径的0.8倍，实际上这一说法仅仅适用于自攻螺丝，以试钻后铆钉刚可挤入，自攻螺丝不松动为合适，禁止使用冲孔或其他方式打孔。接缝应严密，平整，并处于隐蔽位置。安装金属护壳接缝水平管道应顺管道坡向，环向搭口向低处，纵向接缝应在水平中心线下方15°-45°，缝口朝下，垂直管道金属护壳由下而上施工，成顺水接缝；立式设备与垂直管道或者斜度大于45°的斜立管道上的金属护壳，应分段将其固定在支承件上。绝热层的安装施工必须按照设计要求进行，符合现行国家标准《工业设备及管道绝热工程施工规范》GB 50126-2008要求，质量验收依照国家标准GB 50185-2010《工业设备及管道绝热工程施工质量验收规范》执行。绝热成品质量控制实行“三控制”，即施工前材料控制，施工中工艺控制，施工后维护控制。只有将材料，施工及后期运行维护综合起来，绝热效果才能发挥最大的效果，才能最大限度的节约能源，降低经济成本，真正实现减排降碳环保目的。
防腐蚀与绝热相互关联，很难独立分开，以前被忽视的绝热层下的防腐，即CUI也越来越被防腐界重视。因此作为一位防腐蚀工程师必须要弄懂绝热原理和材料性能及施工技术，不能将绝热概念俗称为“保温”，这是不科学欠严肃的态度。保温保冷统称绝热，它们之间既有联系也有区别，而且结构方面也是不一样的，例如保温结构为：保温层+保护层；而保冷结构为：保冷层+防潮层+保护层。虽然这种结构在相关规范中存在一定的不完美；但是也充分说明保温保冷的区别，也否定了将绝热俗称为“保温”的错误概念。
笔者曾经和防腐施工技术人员在一起交流时说起过一个笑话，许多防腐人员将防锈说成防腐，甚至宣传口号都是“让世界永不生锈”，岂不知除了金属生锈还有其他非金属的腐蚀，防锈只是防腐内容之一，宣传口号应改为“让世界永不腐蚀”。由此笔者认为将绝热说成保温与防腐说成防锈，是一种低级的约定俗成的概念性错误。这种不科学的定义和说法必须纠正，也是笔者写作本文的最终目的。
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[ 此帖被张作华在2022-12-20 08:39重新编辑 ]
