仇志康（北京燕山玉龍石化工程有限公司， 北京 102500）

石油化工架空管道保溫材料選用及經(jīng)濟(jì)保溫厚度的計(jì)算

仇志康（北京燕山玉龍石化工程有限公司， 北京 102500）

本文主要介紹了石油化工裝置架空管道常用的幾種保溫材料，以及經(jīng)濟(jì)保溫厚度的理論計(jì)算方法。

石油化工；架空管道；保溫材料選用；經(jīng)濟(jì)保溫厚度

1 概述

石油化工裝置為減少管道內(nèi)介質(zhì)熱量損失，或?yàn)榉€(wěn)定操作等原因，經(jīng)常在管道外壁設(shè)置隔熱層，以減少因熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱損失。影響保溫效果有四個(gè)主要環(huán)節(jié)。

①正確選擇保溫材料和外保護(hù)材料。

②計(jì)算合理的保溫厚度，設(shè)計(jì)合理的保溫結(jié)構(gòu)。

③進(jìn)行高質(zhì)量的施工。

④進(jìn)行經(jīng)常性的維修和維護(hù)。

不同保溫材料具有不同的性能參數(shù)，有其對應(yīng)的使用范圍，在計(jì)算管道保溫厚度之前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的操作參數(shù)選擇合適的保溫材料。最佳的保溫設(shè)計(jì)是用盡可能少的投資取得盡可能大的節(jié)能效果，使每年的總?cè)剂腺M(fèi)、維護(hù)費(fèi)和保溫費(fèi)的年償還數(shù)三者的綜合達(dá)到最小，而不是片面的增加保溫厚度以求最低能耗，行業(yè)內(nèi)所推行的“經(jīng)濟(jì)保溫厚度”設(shè)計(jì)，就是為了達(dá)到這個(gè)目的。

本文主要是就石油化工裝置中低溫管道的保溫材料選擇和經(jīng)濟(jì)保溫厚度的計(jì)算，所做的一些簡單說明和論述。

2 保溫材料的選擇

不同管道工藝條件差異很大，選擇保溫材料要充分考慮操作溫度、管道材質(zhì)、自然環(huán)境等因素的影響，并以節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益最大為目的。各種材料由于本身的耐熱性能不同，最高、最低允許使用溫度也不同，在某一個(gè)特定的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)可以選用的保溫材料有多種，可一旦超過材料的允許使用溫度范圍，可能使材料產(chǎn)生明顯的變化，如：破裂、變質(zhì)或燃燒等，因此選擇保溫材料時(shí)不應(yīng)超過材料的極限使用溫度。不同操作溫度下，保溫材料的選擇和注意事項(xiàng)如下。

2.1 中低溫（0～537.8℃）

中低溫范圍是石油化工系統(tǒng)最重要的工作溫度范圍，用在這一范圍內(nèi)的保溫材料主要有：硅酸鈣、復(fù)合硅酸鹽、巖棉或其他礦物纖維、礦渣棉、玻璃棉等

在這一溫度范圍內(nèi)，材料的選擇主要考慮熱傳導(dǎo)率。其他因素，如機(jī)械強(qiáng)度、可供選用的制品形式、保溫材料成本等也有很大影響。因此，要進(jìn)行綜合比較。幾種比較常用的保溫材料選用說明如下：

硅酸鈣：由石灰和二氧化硅在高溫高壓下反應(yīng)生成物，再加入有機(jī)和無機(jī)纖維增強(qiáng)注模制成各種制品。I型最高使用溫度650℃，推薦使用溫度≤550℃；II型最高使用溫度1000℃，推薦使用溫度范圍≤900℃［3］。由于抗彎強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于化學(xué)加工工業(yè)。硅酸鈣保溫制品能夠滿足奧氏體不銹鋼關(guān)于防止應(yīng)力腐蝕裂紋的規(guī)范要求。價(jià)格較低。缺點(diǎn)是吸水率較大。

復(fù)合硅酸鹽：以硅酸鹽礦物纖維、顆粒和粉末狀材料為主要成分，摻加滲透材料（如快T）、打漿材料（如海泡石、溫石棉、水鎂石）、凝膠材料等添加劑，經(jīng)打漿、發(fā)泡、成型、干燥而制成的絕熱材料［1］。最高使用溫度600℃，推薦使用溫度≤500℃［3］。復(fù)合硅酸鹽保溫制品能夠滿足奧氏體不銹鋼關(guān)于防止應(yīng)力腐蝕裂紋的規(guī)范要求。缺點(diǎn)是價(jià)格相對較高。

巖棉或其他礦物纖維：由耐高溫粘結(jié)劑粘結(jié)而成，最高使用溫度650℃，用作管殼時(shí)推薦使用溫度350℃［3］。材料幾乎為中性，能滿足奧氏體不銹鋼關(guān)于防止應(yīng)力腐蝕裂紋的規(guī)范要求。價(jià)格較低。缺點(diǎn)是吸水后造成腐蝕環(huán)境，且對人身體造成刺癢等勞保方面的弊病。

2.2 高溫（≥537.8℃）

高溫應(yīng)用中，工藝條件比較苛刻，除保證耐高溫要求外，還要求耐火隔熱材料具有抗火焰、沖刷、磨損和腐蝕性能。常用的保溫材料主要有：礦物纖維（537.8～1037.8℃）、硅酸鈣（650～1093.3℃）、Al2O3-Si2O2系陶瓷纖維系統(tǒng)（871.1～1426.7℃）和氧化物纖維（1537.8～1648.9℃）等。

3 保溫厚度的設(shè)計(jì)

保溫層厚度的設(shè)計(jì)計(jì)算，應(yīng)根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的目的以及相應(yīng)的約束條件，采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法［2］。工藝無特殊要求時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)厚度法計(jì)算。當(dāng)經(jīng)濟(jì)厚度偏小，且散熱損失量超過最大允許散熱損失時(shí)，應(yīng)用最大允許熱損失量的厚度公式進(jìn)行校核［3］。對于以防燙為目的的保溫計(jì)算，可采用表面溫度法進(jìn)行計(jì)算，控制保溫層外表面溫度不超過60℃。

管道在計(jì)算絕熱層厚度時(shí)，直徑以1m為分界，即直徑大于1m時(shí)按平面計(jì)算厚度，直徑小于或等于1m時(shí)按圓筒計(jì)算絕熱層厚度［3］。

4 保溫厚度的理論計(jì)算方法［3］

4.1 經(jīng)濟(jì)保溫厚度法

平面保溫層的厚度計(jì)算公式：

圓筒保溫層的厚度計(jì)算公式：

4.2 表面熱損失法

平面保溫層的厚度計(jì)算公式：

圓筒保溫層的厚度計(jì)算公式：

最大允許人損失量應(yīng)符合下表的規(guī)定

管道外表面溫度t，℃ 絕熱層表面最大允許熱損失量，W/m2常年運(yùn)行 季節(jié)運(yùn)行50 52 104 100 84 147 150 104 183 200 126 220 250 147 251 300 167 272 350 188 -400 204 -450 220 -500 236 -

4.3 表面溫度法

平面保溫層的厚度計(jì)算公式：

圓筒保溫層的厚度計(jì)算公式：

4.4 保溫層厚度速查圖［4］

工程設(shè)計(jì)中，如果按照上述公式來進(jìn)行計(jì)算是比較繁瑣的。為此，在一些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中給出了通用的計(jì)算圖表或經(jīng)濟(jì)厚度值，為工程設(shè)計(jì)提供了方便。下圖1為我國石油化工行業(yè)內(nèi)的保溫層經(jīng)濟(jì)厚度速查圖，可作為項(xiàng)目前期或詳細(xì)工程設(shè)計(jì)階段參考使用。

5 結(jié)語

石油化工裝置管道的保溫設(shè)計(jì)需要綜合多方面來考慮，不僅僅是保溫材料選擇和保溫厚度的計(jì)算，還要考慮材料的采購和工程實(shí)施難易程度等方面。由于上述計(jì)算過程比較繁瑣、需要數(shù)據(jù)較多，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中，往往無法完全按照上述理論計(jì)算過程來進(jìn)行設(shè)計(jì)，特別是檢修改造項(xiàng)目，因此上述計(jì)算過程僅僅是作為一個(gè)參考，工程建設(shè)過程中還需要根據(jù)工程實(shí)際情況，結(jié)合一定的工程經(jīng)驗(yàn)或者是參考設(shè)計(jì)手冊來確定保溫厚度。

［1］復(fù)合硅酸鹽絕熱制品JC/T990-2006［S］.

［2］李少華，劉寶玉，戚積功，劉璐，李強(qiáng).架空高溫輸油管道保溫厚度的設(shè)計(jì)［J］.當(dāng)代化工，（40）1.

［3］石油化工設(shè)備和管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范SH/T 3010-2013［S］.

［4］張德姜、王懷義、劉紹葉.石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊（第三版）［S］.北京:中國石化出版社，2004.

圖1 保溫層經(jīng)濟(jì)厚度速查圖