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气凝胶毡在热力管网节能保温的应用如何?
发布时间:2019-09-09

我国北方地区需每年在城市集中供热管网供暖输送,不仅需要解决供暖问题,而且必须保障供热管网的长期使用和安全维护工作,即达到节能效益,也解决供暖要求。每年国内有很多城市发生供热管道破裂渗漏热水事件,热气热力公司给出的初步判断基本为管网老化引起,使得周围用户供热将受到影响。

如何防止热力管网防止老化破裂,又能达到正常节能效率成了热力公司供暖供热系统运行的质量的一大难题!

技术丨气凝胶毡在热力管网节能保温的应用如何?

供热管道破裂漏水,热气腾腾,维修工人及时赶到现场

技术丨气凝胶毡在热力管网节能保温的应用如何?

供热管道破裂漏水,热气腾腾,维修工人及时赶到现场


我国集中供暖应用背景

2015年,中国已建成世界上最大的集中供暖系统,热水管网总长度达到 19.2721 万公里,蒸汽管网总长度达到 1.1692 万公里。

其中,根据公开资料显示,北京市热力集团、包头市热力总公司及太原市热力集团所辖热力管网情况如下:截止到2010年12月31日,北京热力集团总供热面积达到1.84亿平方米,热力站总数为2768座,管网1205公里。

包头市热力总公司在2016-2017采暖期,总供热面积达到3650万m2,占全市集中供热面积的41%,共有热力站381座,主干线36条,总长度达170公里,最大管径为DN1400。

太原市热力集团有限责任公司目前总体供热面积达1.45亿平方米以上,占全市城区供热面积的75%,管辖一次供热管网1142公里,热力站1460余座。

随着经济的发展以及集中供热政策的推动,集中供热的面积将继续增加。如此庞大的供热管网需要良好的保温系统作为输送环节节能安全的保障。

从热源厂至热用户供热管线分为一级管网和二级管网。其中一级管网为热源至热力站的供热管道系统,二级管网为热力站至热用户的供热管道系统。一般一级管网管径为DN500-DN1000不等,二级管网管径则小于一级管网管径,为DN125-DN300不等。

供热管线的敷设方式一般分为地下敷设和地上敷设两种方式。

地下敷设分为有沟敷设和直埋敷设两种,地上敷设为架空敷设。

一级管网供水温度为120-150℃,回水温度为70-90℃。一级管网的热水品质较高,其保温效果的好坏直接影响到供热效果以及热力运行的经济效益。

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热力管网使用传统保温材料出现的问题

目前我国集中供热管道保温层材料多使用岩棉、玻璃棉材料。岩棉是以天然岩石如玄武石、灰绿岩等为基本原料,经融化、纤维化制成的一种无机质纤维;玻璃棉是一种人造无机纤维,主要采用石灰石、石英砂、白云石等天然矿石作为主要原料熔成玻璃,将熔融玻璃纤维化并用粘结剂加工而成的制品。

技术丨气凝胶毡在热力管网节能保温的应用如何?

(岩棉毡)

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(玻璃棉毡)


在管沟或管廊中热力管线上,使用岩棉和玻璃材料容易出现以下问题。

(1)使用稳定性差

安装后初始效果可达到设计要求;运行数月后散热损失开始增加,保温层逐渐失效,管沟内管线2-3年需更换一次。岩棉、玻璃棉材料均属于软质材料,材料纤维之间主要是靠粘结剂粘结的,在使用过程中,粘结剂容易失效。而且,由于水力冲击和压力的波动造成管线振动频繁,材料易发生沉降,形成上薄下厚的现象。保温层下半部分下沉,会导致管道与保温层间出现缝隙,供热过程中,缝隙中空气与管壁发生对流换热,将导致供热管网散热的加大。

(2)易发生保温层下腐蚀,造成管线渗漏

岩棉、玻璃棉材料本身结构疏松,含孔隙较多,水分容易进入材料。当水分渗透过保温层,与管壁接触发生氧化作用,从而腐蚀管道,造成渗漏。即使是表面疏水处理后的玻璃棉材料,也无法在高温高湿的管沟环境中较长期使用。

(3)寿命较短

由于岩棉等传统保温材料易发生保温沉降和吸水失效,其使用寿命较短,逐年散热损失增加,维修更换频繁,施工费用大,安全风险高。

据统计,集中供热过程中产生的管网损失可占到热力生产总量的 5%。由保温不良造成的管网散热损失不可忽视,通过使用综合性能更加优良的保温材料,能够做到节约能源损失,减少源头燃煤、燃气排放。能为企业带来降低运维成本、降低施工安全风险等积极的经济效益和社会效益。

使用气凝胶绝热节能材料可解决的问题

气凝胶又称干凝胶。作为世界上最轻的固体,其99%的组成成分是气体,被为“固态的烟”,具有优越的隔热、隔音等性能,目前广泛应用于航天军工、新能源汽车及工业设备及管线绝热节能领域。气凝胶复合绝热材料是目前世界上技术最领先、隔热性能最好的柔性绝热材料。

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(气凝胶毡)

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表1 传统保温材料与气凝胶绝热材料性能指标对比

对比岩棉、玻璃棉等传统材料,气凝胶绝热毡具有以下优势:

(1)具有更高的节能经济效益

以城市集中供热一级管网为例,架空敷设,按设计供水温度150℃,回水温度90℃计算,管径DN800,管外径820mm计算,分别使用60mm的玻璃棉与30mm气凝胶保温,对比保温效果如下:

表2 传统材料与气凝胶材料保温性能对比

技术丨气凝胶毡在热力管网节能保温的应用如何?

表2 传统材料与气凝胶材料保温性能对比

使用气凝胶毡代替玻璃棉毡,不仅保温厚度减少了50%,同时节能率达到了34.6%。

(2)防火等级达到A级

材料本身几乎不含有机物,燃烧性能符合GB 8624-2012标准A2级要求,保障材料在安装及运行过程中的安全。

(3)减少保温层下腐蚀

由于材料本身不含氯离子,具有极高的疏水性,体积憎水率达到99.6%以上,在做好密封处理后,不会在保温内侧形成水汽聚集,最大程度减少保温层下腐蚀。

(4)使用寿命长

传统材料保温性能衰减很快,导致管道的热损失逐年升高,增加运行成本,导致每3—4年更换一次。而气凝胶绝热毡耐老化性能和尺寸稳定性能优异,使用寿命可达10年。

(5) 有利于运行维护安全

对与地沟敷设的管道来说,地下环境为有限空间,有限空间作业具有危险性大的特点,易发生人身窒息和中毒等伤亡事故。相比于玻璃棉等传统材料,气凝胶毡由于具有较长的寿命,性能稳定,可大幅减少材料的更换频率,有效减少了地下有限空间作业次数,减少安全事故的发生率,保证了运行维护的安全。

(6)绿色环保

气凝胶毡使用二氧化硅做原料,不含有毒有害物质,绿色环保,本质同沙子一样,可填埋或厂家回收处理。而玻璃棉使用量大,使用寿命短,若按10年期计算,相同管线其累计使用量(体积数)是使用气凝胶材料的8倍 。如此大量的无机保温材料处理会给环境增添更大压力。

综合以上分析,气凝胶绝热毡作为综合性能优异的绝热材料,能很好地替代传统的岩棉、玻璃棉等保温材料,有力地保障热力管线的经济效益与运行安全,兼具绿色环保,值得热力行业大力推广使用。

实际应用案例

北京市热力集团东北三环供热管网项目

(1)技术要求

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(2)管道规模 :工作钢管管径为DN800,管线长度为4587m。

(3)保温方案

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(4)项目进度

国内气凝胶企业:深圳中凝科技有限公司2017年10月份中标,项目于2018年9月份已完成全部送货以及现场安装。

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