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1、1,第八章 绝热设计,教学重点： 绝热的概念、目的、结构； 绝热计算的方法。 教学难点： 绝热设计的工程实例,2,8.1 概 述,防止在生产过程中的设备和管道等向周围环境散发或吸收热量，以节约能源，降低能耗，改善操作条件，保护环境，保障设备和管道的安全运行。,一、绝热的定义与目的,(一)定义,绝热是保温和保冷的统称。,(二)目的,（举例：蒸汽管道、冷冻水管道）,GB50264-97工业设备及管道绝热工程设计规范,3,(三)绝热的基本结构,1、保温结构,2、保冷结构,3、绝热结构,一般情况： 防锈层+保温层+ 保护层+修饰层（4层） 埋地设备管道：防锈层+保温层+防潮层+保护层+修饰层 （5层）
2、,防锈层+保冷层+防潮层+保护层+修饰层 （5层）,一个完整的绝热结构最多有5层组成，由里向外分别是：防锈层、绝热层、防潮层、保护层、修饰层。,4,4、应采取绝热措施的情况,当设备、管道及其附件有下列八种情况之一时，一般应采取绝热措施。,外表面温度大于50以及外表面温度小于或等于50但工艺需要保温的设备、管道及其附件。 工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结时。 介质温度低于周围空气露点温度时；以及在环境温度下，为防止设备或管道外表面凝露时。,5,对于工艺生产中不需要保温的设备、管道及其附件，当其外表面温度超过60，而需经常操作维护时。 凡用绝热来提高设备的耐火等级时，例如直径大于或等于
3、1.5m的设备支架和裙座需双面绝热，直径小于1.5m的设备支架和裙座只要在外侧绝热。 减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失以及制冷系统中的冷设备、冷管道等。 与保冷设备或管道相连的仪表及其管道。 防止0以上常温以下的设备或管道外表面凝露时。,6,要求散热或必须裸露的设备和管道； 要求及时发现泄漏的设备和管道法兰； 工艺上无特殊要求的放空、排凝管道； 要求经常监测，防止发生损坏的部位。,5、不应采取绝热措施的情况,7,8.2 绝热材料的选择,8.2.1 绝热层材料的性能要求 8.2.2 防潮层材料的性能要求 8.2.3 保护层材料的性能要求,8,8.2.1 绝热层材料的性能要求,导热系数 绝热
4、层材料应有随温度变化的导热系数方程式或图表。在运行中，保温材料的平均温度低于350时，其导热系数值不应大于0.12W/(m)；保冷材料的平均温度低于27时，其导热系数值不应大于0.064W/(m)。,举例：岩棉,9,密度 保温的硬质材料密度不大于300kg/m3；软质材料及半硬质制品密度不大于200kg/m3；保冷材料的密度不大于200kg/m3。,抗压强度 用于保温的硬质材料抗压强度不应小于0.4MPa； 用于保冷的硬质材料抗压强度不应小于0.15MPa。,含水率 保温材料的含水率不应大于7.5%（重量比）；保冷材料的含水率不应大于1%（重量比）。,10,可燃性 绝热层材料按被绝热的工艺设备
5、和管道外表面温度不同，其燃烧性能应符合现行国家标准建筑材料燃烧性能分级方法（GB8624）规定的燃烧等级，并符合如下规定： 被绝热的设备与管道外表面温度大于100时，绝热层材料应符合不燃类A级材料性能要求； 被绝热的设备与管道外表面温度小于或等于100时，绝热层材料不低于难燃类B1级材料性能要求； 被绝热的设备与管道外表面温度小于或等于50时，有保护层的泡沫塑料类绝热层材料不低于一般可燃性B2级材料性能要求。 化学性能 绝热材料及其制品的化学性能应稳定，对金属不得有腐蚀作用。 其它 如使用年限长、复用率高、价格低廉、施工方便，尽可能选用制品或半制品材料等。,11,迄今，已研制出的绝热材料品种众
6、多，可供不同用途选择。工程中常用的绝热材料性能如课本表8.1所示。 目前绝热材料较多，但质量相差较大，要注意选择。绝热材料的发展也快，研究方向有二：一是高效能绝热材料，如超轻级绝热材料，真空保温材料；二是廉价绝热材料,小结,12,8.2.2防潮层材料的性能要求,具有抗蒸汽渗透性能、防水性能和防潮性能，吸水率1。 防潮层材料的燃烧性能应与绝热层材料的规定相同。 防潮层材料应选用化学性能稳定、无毒且耐腐蚀的材料，并且不能对绝热层和保护层材料产生腐蚀或溶解作用。 防潮层材料应选择在夏季不软化、不起泡和不流淌的材料，且在低温使用时不脆化、不开裂、不脱落的材料。 对于涂抹型防潮层材料，其软化温度不应低于
7、65，粘接强度不应小于0.15MPa；挥发物不应大于30。,13,8.2.3保护层材料的性能要求,强度高，在使用的环境温度下不软化、不脆裂，且抗老化，使用寿命不小于设计使用年限。 具有防水、防潮、抗大气腐蚀、化学稳定性好等性能；并且不对防潮层或绝热层产生腐蚀或溶解作用。 采用不燃性材料或难燃性材料。当贮存或输送易燃、易爆物料的设备及管道，以及与其邻近的管道，其保护层材料必须采用不燃性材料。 考虑成本。,举例,14,8.3 绝热结构设计,8.3.1 绝热结构的基本要求 8.3.2 绝热结构形式 8.3.3 绝热结构设计要求,15,8.3.1 绝热结构的基本要求,1.热损失：保证热损失不超过国家规
8、定的热能最大损耗允许值（表8.2，表8.3）。,2.机械强度：绝热结构应有足够的，要能承受自重及外力的冲击。,3.保护层：绝热结构应有良好的，使外部的水蒸汽、雨水等的水分不能进入绝热材料内，否则会使绝热材料的导热系数增加，还会使其变软、发霉、腐烂、降低机械强度，增加散热损失，破坏绝热结构的完整性。,16,5.结构：绝热要简单，并应考虑施工简单。,6.协调性：绝热结构外表面应整齐美观，与周围布置相协调。,4.使用寿命：绝热结构应满足，至少在经济使用寿命年限内绝热结构应能保持完整性。,17,8.3.2 绝热结构形式,充填结构 采用圆钢或扁钢做支承环，将环套或焊在管道或设备外壁，在支承环外包上镀锌铁
9、丝网或镀锌铁皮，在中间充填疏松散状的绝热材料，使之达到规定的密度。,18,捆扎结构 捆扎结构是利用毡、席、绳或带之类的半成品绝热材料，在现场裁剪成所需要的尺寸，然后捆扎在管道或设备上，外面用镀锌铁丝或镀锌钢带缠绕扎紧。,图8.1 捆扎绝热结构 1-管道；2-保温毡或布；3-镀锌铁丝网；4-保护层；5-镀锌铁丝,19,浇注结构 将发泡材料在现场浇入被绝热的设备、管道等的模壳中，发泡成绝热层结构。这种结构过去常用于地沟内的管道，即在现场浇灌泡沫混凝土保温层。近年来随着泡沫塑料工业的发展，对管道阀门、管件、法兰及其他异形部件的保冷，常用聚氨酯泡沫塑料原料在现场发泡，以形成良好的保冷层。,预制品结构
10、预制品结构是将绝热材料预制成硬质或半硬质的成型制品，如管壳、板、块，及特殊成型材料，施工时将成型预制品用钩钉或铁丝捆扎在管道或设备壁上构成绝热层。,喷涂结构 喷涂法是近年来发展起来的一种新的施工方法，将原料在现场喷涂于管道或设备外壁，使其瞬时发泡，形成绝热层。这种结构施工方便，但要注意生产安全。喷涂结构使用的材料主要为聚氨酯泡沫塑料。,20,复合结构 复合结构是一种耐高温的高效绝热结构，适用于较高温度的设备及管道的保温。施工时将耐热度高的材料作为里层，耐热度低的材料作为外层，组成双层或多层复合结构，既满足保温要求，又可以减轻保温层的重量。,图8.2 复合绝热结构,1-管子； 2-内层硅酸钙绝热
11、层； 3-外层硅酸铝纤维制品绝热层； 4-聚氨酯泡沫涂层； 5-镀锌铁皮护层,21,图8.3 小直径管道弯管绝热结构 1-填料绝热材料；2-预制管壳；3-镀锌铁丝；4-管道；5-铁皮壳,可拆卸式结构 用于设备和管道上的法兰、阀门以及需要经常进行维护监视的部位和支吊架的绝热。,22,图8.4 阀门保温结构 1-玻璃棉毡；2-玻璃布保护层；3-铁壳保护层；4-保温板,23,8.3.3 绝热结构设计要求,1.绝热层设计要求,绝热层分层 除浇注型和填充型外，绝热层总厚度80mm时应分层敷设。,支承件设计 对立式设备、管道和平壁面以及立卧式设备底面，其上的某些绝热结构，应设支承件。,绝热层用的钩钉和销钉
12、设置 保温层用钩钉和销钉，可用36mm的低碳圆钢制作，对软质绝热材料宜采用下限。,绝热层的伸缩缝设置 绝热层为硬质制品时，应留设伸缩缝，伸缩缝宽度不宜小于20mm。,24,设备或管道保冷层和敷设在地沟内管道的保温层，其外表面均应设置防潮层。,2.防潮层设计,符合选材规定，在环境变化与振动情况下应能保持其结构的完整性和密封性。 防潮层外不得设置铁丝、钢带等硬质捆扎件，以防刺破防潮层。,25,3.保护层设计,为阻挡环境和外力对绝热结构的破坏和影响，延长绝热结构寿命并提高绝热效果，绝热结构外层应设置保护层。 保护层结构应严密、牢固，一般情况下应选用金属材料作为保护层，腐蚀性严重的环境下宜采用耐腐蚀材
13、料作保护层。 保护层的厚度可按表8.4选择,26,8.4.1 绝热厚度的计算原则 8.4.2 绝热计算数据的选取 8.4.3 绝热厚度的计算,8.4绝热计算,绝热计算的主要内容是计算绝热层厚度、散热损失、表面温度等。 绝热层厚度，取决于所需施加的绝热层热阻大小，而绝热层热阻则取决于由绝热目的所提出的要求和其它的限制条件，如：限定外表面温度；限定散热热流密度；限定内部介质温降；限定内部介质的冻结或凝固温度；获得最经济效果（全年总费用最低）等。根据不同的目的和限制条件，可采用不同的计算方法。,27,8.4.1 绝热厚度的计算原则,1.除平面外，设备或管道的直径小于或等于1020mm时，绝热层厚度应
14、按圆筒面（即管道）计算，否则按平面（即设备）计算。 2.保温计算：应根据工艺要求和技术经济分析选择保温计算公式，当无特殊工艺要求时，应采用“经济厚度”法计算，但如果经济厚度偏小以致散热损失量超过最大允许散热损失量标准（表8.2或表8.3）时，应采用最大允许热损失量下的厚度；防止人身遭受烫伤的部位，其保温层厚度应按表面温度法计算，且保温层外表面的温度不得大于60；当需要延迟冻结、凝固和结晶的时间及控制物料温降时，其保温厚度应按热平衡方法计算。 3.保冷计算：保冷厚度应采用最大允许冷损失量下的厚度，并用经济厚度调整；保冷的经济厚度必须用防结露厚度校核。,28,8.4.2 绝热计算数据的选取,设备或
15、管道的外表面温度 无衬里的金属设备或管道的外表面温度，取介质正常运行温度；有内衬的金属设备或管道，应进行传热计算以确定外表面温度。 环境温度 室内：一般取20左右。室外：常年运行取历年年平均温度；季节性运行取历年运行期日平均温度。通行地沟：当外表面温度为80时，取20；当外表面温度为81110时，取30；当110时，取40。防烫伤：在防烫伤厚度计算中，环境温度取最热月平均温度。防冻：取冬季历年极端平均最低温度。保冷：取历年最热月平均温度。,29,绝热层表面放热系数s 室内设备或管道，s一般取10.4411.63W/(m2K)。在防烫伤计算中，s8.141W/(m2K)。室外设备或管道，s可按下
16、式计算,绝热层外表面温度 绝热层外表面温度的确定，关系到热损失和绝热厚度。一般情况下防烫伤绝热层取为60，保冷层外表面温度取为露点温度。,式中 年平均风速，m/s。,(8-1),30,8.4.3 绝热厚度的计算,一般，圆筒型绝热层厚度应按下列公式计算： 1）保温，绝热层为单层时厚度： (8-2) 2）保温，绝热层为双层时总厚度： (8-3) 且双层中的内层厚度： (8-4) 双层中的外层厚度： (8-5) 3）保冷，绝热层为单层时厚度： (8-6),31,4）保冷，绝热层为双层时总厚度： (8-7) 且双层中的内层厚度： (8-8) 双层中的外层厚度： (8-9),式中： D0管道或设备外径，m； D1 内层绝热层外径，当为单层时， D1即绝热层外径，m； D2 外层绝热层外径，m；
