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| 陶瓷纤维覆铝箔针刺毯
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用于高温管线、设备保温的新型绝热节能材料--------陶瓷纤维覆铝箔针刺毯
盛新太
摘要: 本文主要介绍了新型绝热节能材料-----陶瓷纤维覆铝箔针刺毯产品的结构性能、保温机理及其高效独特的应用效果。
关键词 陶纤纤维铝箔毯 保温节能复合结构 保温机理
1、前言
节约能源已成为我国的基本国策，而冶金、石化、电力、陶瓷等企业热工设备的节能，更是重中之重，是建设节约型社会的主要内容。为使上述企业经济结构趋向合理，热工设备运行安全，必须对热工设备按不同要求规范进行保温，保温效果直接决定企业能源的节约、产品成本的降低、操作条件的改善、应用环境的保护等工作。山东鲁阳股份有限公司通过近期研究探索，研制开发、生产的陶瓷纤维覆铝箔毯（简称铝箔毯）产品，具有容重小，导热系数低，绝热效果显著，耐热性能优良等特点，特别适用于绝热节能效果要求苛刻的高温热工设备和供热管道的隔热、保温，是一种新型、优质绝热节能材料，在冶金、石化、电力、陶瓷等部门具有广阔的推广前景。
2、陶瓷纤维铝箔毯结构性能介绍
陶瓷纤维覆铝箔针刺毯，顾名思义为金属铝箔和陶瓷纤维毯的组合产品。是采用特殊设备和专用结合剂将陶瓷纤维毯与金属铝箔结合牢固，形成一整体结构的组合制品。
2.1陶瓷纤维毯
陶瓷纤维毯采用无炉衬水冷壁电阻炉连熔、连甩工艺成纤，双面针刺成型；纤维长、直径粗且均匀、抗拉强度高，抗气流冲刷能力强，热稳定性好。
通过全自控化的毯加热炉热处理，可预先使陶纤制品发生相变化，降低产品在使用过程中的高温收缩；同时采用优质的原料和专用的提纯及混料生产工艺，有效的降低了制品中的杂质含量，提高了产品的热稳定性能，陶瓷纤维毯的主要性能特点概括如下：
☆ 体积密度小，（96/128Kg/m3）；
☆ 热容量（蓄热量）低；
☆ 导热系数小；
☆ 抗热震及机械震动性能优良；
☆ 无需烘炉；
☆ 隔音性能好；
☆ 高热敏性；
☆ 施工、维修简便。
2.2金属铝箔
金属铝箔具有一定的附着性能和耐温性能，使铝箔与陶瓷纤维毯复合结构成为可能，同时采用高纯度薄铝箔，提高了产品的耐腐蚀性能和抗烟气穿透性能，改变了纤维毯的保温机理，增强了产品的综合性能，金属铝箔产品的性能特点概括如下：
☆ 材质轻；
☆ 高阻隔性；
☆ 具有良好的延展性；
☆ 具有优良的抗拉性能；
☆ 具有防腐蚀性能；
☆ 具有热反射性能。
2.3陶瓷纤维覆铝箔针刺毯
山东鲁阳股份有限公司作为陶瓷纤维行业的领头羊，生产设备先进、工艺优良、自动化程度高，自主研发的陶瓷纤维覆铝箔针刺毯产品，产品质量稳定，产能高，可充分满足用户需要；专用结合剂流动性和渗透性较好，从而保证了纤维毯与铝箔结合牢固、粘贴均匀，无褶皱，不易分层等整体性能，具体概括如下：
☆ 高致密性，有效地阻止了腐蚀性气体穿透保温层的可能；
☆ 具有极强的热阻作用，增强了保温效果；
☆ 具有良好的抗热震性能，能够抵抗升降温时的急剧温度变化；
☆ 纵横向抗拉强度大；
☆ 施工、维修方便；
☆ 具有较低的热容量；
☆ 具有优良的化学稳定性。
覆铝箔针刺毯产品的主要规格：宽度为300/610/1220mm，长度为3600/7200mm，厚度为:其中纤维毯厚度为20/30/50mm，铝箔厚度为0.047/0.2mm，具体尺寸可根据用户要求生产。
3.覆铝箔针刺毯产品的保温机理
热工设备的散热途径主要为：传导、对流、辐射，而覆铝箔针刺毯通过独特的结构，分别削弱了三种散热途径，降低了热量的损失，节约了能源。具体分析如下：
3.1覆铝箔针刺毯产品对传导传热的削弱
覆铝箔针刺毯通过陶瓷纤维毯这道屏障，对传导传热削弱明显。热源热量首先要经过纤维毯，而陶瓷纤维毯的纤维交织没有方向性，传导散热只能沿着纤维杆的方向进行，所以纤维的导热并不完全垂直于热面，这无形中延长了传热途径，消弱了热量的传导；另外陶瓷纤维毯的气孔率为93％，纤维间接触80%是点接触，点接触和气孔率进一步削弱了热量的传导，增大了传导传热的热阻；热量通过铝箔毯内传导散失的热量很弱，结构明显地削弱了传导散热。
3.2覆铝箔刺毯产品对气体对流传热的削弱
陶瓷纤维毯的气孔率很高，气体被纤维分割成几乎处于静止不动的小气孔仓，而分散的多气孔仓内的压力是一定的，该气压将与固态纤维一起形成一个密实体屏蔽（形成屏蔽气压），阻碍着热气流的侵入，削弱了热量散失；同时由于铝箔的致密性，直接阻碍着气体的对流。所以铝箔毯增强了结构综合性能，明显的削弱了气体的对流，阻碍了热量的散失，降低了能量损耗。
3.3铝箔针刺毯对辐射传热的削弱
陶瓷纤维本身就是白色、光滑的反射体，其对热量有着良好的辐射作用；同时覆铝箔针刺毯产品内金属铝箔呈不透明、光滑状态，具有镜面反射机理，热射线通过铝箔形成反射，这道屏障对辐射传热削弱明显。所以说，铝箔毯对辐射散热有着双层削弱机理，效果显著。
综上所述，覆铝箔刺毯产品通过陶瓷纤维结构、金属铝箔结构和陶瓷纤维金属铝箔复合结构的综合性能，对三种传热方式：传导、对流、辐射的散热削弱明显，新型结构具有良好的保温、节能效果，是热工设备首选的保温、绝热材料。
4.覆铝箔刺毯产品的应用
覆铝箔针刺毯产品结构具有良好的保温、节能效果，主要应用于石化冶金等工业加热炉及锅炉设备衬里的保温层、电力蒸汽管线的外保温、航空航天设备的隔热层、轮船的消防夹层、建筑行业的夹层及日常用品的保温等。下面主要介绍工业加热炉炉衬的保温层及管线的外保温结构。
4.1加热炉炉衬的保温层
随着陶瓷纤维材料的系列化和功能化，陶瓷纤维炉衬的应用也越来越广泛，如何确定其应用领域，已广泛受到设计部门和用户的关注，下面将根据API 560 炼厂火焰加热炉关于陶纤衬里结构设计基本规定及鲁阳公司二十余年的实践经验，对纤维衬里的应用领域作以下界定,以便于大家参考。
(1)除强制烟气流动的烟管、风道及炉底外，加热炉其它所有区域均可采用纤维衬里。
(2)任何一层纤维衬里的使用温度必须高于此层热面计算温度260℃以上。
(3)当燃料中S含量超过10ppm，炉衬采用纤维结构的时，炉壁钢板的热面应涂刷一层防腐涂料，该涂料适用于177℃环境；当燃料中S含量超过500ppm，应设置阻气铝箔或不锈钢箔，阻气层应位于操作条件下至少高于计算露点56℃以上的部位处，阻气层边缘应搭接，炉衬边缘及穿刺部位应密封，以防止腐蚀性气体穿过炉衬结露，腐蚀钢板和锚固件。
(4)当燃料中重金属含量超过100ppm时，所有加热炉炉衬不得采用软质纤维材料，而应采用纤维不定型材料\预制块或其它重质保温材料。
(5)当炉衬承受的压力大于0.8Mpa时，不得采用纤维炉衬。
(6)设有吹灰器、蒸汽喷枪、水洗设备的对流段不得采用纤维炉衬。
所以，当加热炉炉衬采用陶瓷纤维炉衬复合结构时，在保温层通常采用铝箔毯进行保温，以提高纤维炉衬的防腐、节能、降耗等综合性能。 保温结构
4.2电力及蒸汽管线的外保温
（1）覆铝箔针刺毯保温结构
需保温的管道和设备——第一层陶瓷纤维毯
——第二层覆铝箔针刺毯（铝箔面向钢管）——第三层
铝箔毯（铝箔朝里）——根据设计依次累加，
每层用钢带捆扎，其捆扎间距不大于300mm。
（2）铝箔毯保温实体模拟
为了准确的判断保温结构是否合理，建立了用于管道保温的实体模拟装置。模拟输送蒸汽的管道是一根长为1200mm，外径为108mm，壁厚为4mm的不锈钢管，在不锈钢管的内部装了一根外径为45mm的氧化铝陶瓷管，陶瓷管的外面均匀缠绕上电阻丝，最大发热功率为3kW。在钢管中部的外表面用铝箔将一条电热偶的测量端紧贴着包在上面，该热电偶与人工智能工业调节器相联，以控制钢管的外表面温度。此外，在不锈钢管的中部以及离中心±100mm处，在周围的上、中、下各装上4支0.5mm的热电偶，以了解管壁的温度分布情况。模拟管道的散热由埋在表层保温纤维下的WY-2型热流计流量，同时用表面温度计测量表面各点的温度，根据GB50264-97的规定计算。
保证测定区域的导热为沿管径方向的一维热传导是该装置成功模拟输热管道的关键，为此，将不锈钢管置于导热系数很低的轻质耐火砖上，并在钢管的两端用300mm厚的纤维毯绝热。在表面温度为430℃，纤维毯（体密为128kg/m3）厚度为108mm的情况下，模拟管中心±100mm范围内的最大温差为10℃。径向的温度梯度是轴向温度梯度的35倍多，一维径向传热的模型是成立的。实际上，为了提高实验精度，全部实验点的取值范围进一步缩小为±25mm范围内。实验时热流计测量的热流值稳定才进行测定。表1为实验结果。
表1 实体模拟实验结果
实验编号 123 4
72mm纤维毯 72mm纤维毯
保温层结构 134mm纤维毯 0.4mm铝箔 106mm纤维毯 0.4mm铝箔
62mm纤维毯 36mm纤维毯
实体模拟实测表面43.75 42 49.25 48.75
平均温度/℃
实体模拟实测表面 5353
最大温差/℃
环境温度/℃ 23 23 21 23
由αS计算机模拟的 46.78 50.26
表面温度/℃
由αS计算机模拟的 124.6 163.4
散热量/W·m-2
由表1可见，计算机模拟的结果与实验结果非常接近，说明计算机的模拟和方法、保温材料的热物理性能测试结果是准确的，可用这些方法和数据进行进一步的研究。还可看到，在保温层中加铝箔后，在其它结构不变的情况下（纤维毯厚度为134mm和108mm）表面温度分别下降1.75℃和0.5℃，可以降低散热损失5％左右，同时也使表面温度更加均匀。这主要是在保温层中加了铝箔后，铝箔阻碍了保温层中热气体在浮力的作用下向顶部流动，从而使得保温层上部的温度降低，温度的均匀性提高，散热减少。本试验摘于炼油设计32卷12期
在保温层中增加铝箔层可阻止热气体在保温中向上扩散，从而使保温结构的表面温度均匀，并使散热减少5％左右，其贡献大致相当于在150mm厚的保温层上再增加10mm保温层。每平方保温可节省造价4.5RMB左右，同时还有效地减少管道的体积。
（3）覆铝箔针刺毯工程应用
齐鲁石油化工公司从“以煤代油”带来巨大的经济效益考虑，新建了从热电厂至炼油厂的一条Φ480中压蒸汽管线，从热电厂输出的蒸汽温度为435℃，要求到交接点的蒸汽温度为400℃，流量100t/h，压力3.6Mpa。由于炼油厂要求的温度很高，根据以往经验，单纯采用陶瓷纤维毯产品进行保温绝热是达不到要求的，经研究分析，最终决定采用覆铝箔针刺毯新型保温结构。
陶瓷纤维覆铝箔针刺毯新型保温结构的应用，不仅在节能、降耗、降低成本、提高产量方面效果显著，还从一定程度上优化了设备的工艺，改善了整体设备结构，为厂家带来了不可估量的有形和无形效益。继齐鲁热电厂至炼油厂中压蒸汽管线采用此结构后，齐鲁热电厂到齐鲁乙烯厂中压蒸汽管道、广石化乙烯厂中压蒸汽管道 、兰化石油化工公司乙烯厂中压蒸汽管道、南京化学工业园中压蒸汽管道等项目先后采用了陶瓷纤维覆铝箔针刺毯产品保温结构，取得了良好的应用效果，得到了相关领导和专家的一致好评，为陶瓷纤维覆铝箔针刺毯产品的应用推广打下了坚实的基础。
5陶瓷纤维覆铝箔针刺毯产品的发展前景
环保、节能被列入国家一项基本国策后，直接促进了陶瓷纤维材料在石化、冶金、陶瓷、电力、航空航天等行业的全面推广，取得了令人满意的保温、耐热效果；随着陶瓷纤维铝箔毯复合结构的成功研发生产和推广应用，相信新型保温结构将很快成为国内外保温、隔热应用领域的一种发展趋势，其将来可能占有市场份额前景的不可估量。
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