气凝胶材料在输热管道方面的应用
现在的工业输送供热管道，管道内温度从几十度至5,600度都有。这些管道的保温工程广泛使用硅酸铝镁质材料，玻璃纤维类材料。约30年前，保温工程还几乎都只是采用岩棉，矿物棉类材料，到现在，岩棉保温在工业保温工程中，已被淘汰。在施工性能，防水性能等方面都差别不大的情况下，被淘汰的主要原因就是导热系数的差距。以下为主要几种材料在不同温度下导热系数。
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导热系数 mw/m·k |
25℃ |
100 ℃ |
200 ℃ |
400 ℃ |
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气凝胶 |
18 |
21 |
25 |
34 |
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硅酸铝 |
37 |
55 |
72 |
110 |
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玻璃纤维 |
42 |
50 |
70 |
不可用 |
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岩棉 |
55 |
70 |
92 |
140 |
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发泡材料 |
36 |
不可用 |
不可用 |
不可用 |
现在我国的保温工程的问题：
●保温结构不合理、保温厚度不规范、保温施工不到位。
●易变形、沉降，热稳定性差，破损率大，后期保温效果差，无法满足工艺要求。
●保温效果差且下降明显，导致保温工程维护成本提升，设备运行费用增加。
●使用寿命基本只有3～5年，到期需全部更换。
●不完全防水，易吸水吸潮腐蚀管道。
●对于超过100度的较高温度的管道，保温层至少需要>200mm厚度，管道线热流密度高，热能损失大。
气凝胶材料带来的好处：
●隔热效果是传统隔热材料2-5倍，高温下优势更明显，而且寿命更长。
●材料整体憎水，可有效防止水分进入管道、设备内部，同时具有A1级防火性能。
●质轻，容易裁剪、缝制以适应各种不同形状的管道、设备保温，且安装所需时间及人力更少。
●更少的包裹体积及更轻的重量可大大降低保温材料的运输成本。
●对设备进行保温的同时，还可以起到吸声降噪、缓冲震动等功能，提高环境质量，保护设备。
●仅需1/2至1/5的厚度即可达到传统材料相同的隔热效果，热损失非常小，空间利用率高。
气凝胶复合保温材料与现流行的保温材料具体性能对比：
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气凝胶复合保温毡 |
传统保温材料 |
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复合硅酸盐 |
岩棉 |
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导热系数，（常温） |
18 |
36 |
55 |
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350℃下导热系数 |
30 |
110 |
130 |
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350℃下保温厚度 |
30mm |
100mm |
110mm |
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容重，kg/m3 |
200 |
120-150 |
100-120 |
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防水性 |
憎水率≥99%，无需特殊防水措施 |
不完全防水，易吸水吸潮腐蚀管道，防护板表面需喷涂金属密封胶进行防水 |
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三通、阀门等保温 |
可拆卸保温套，保温效果好，使用方便 |
填充方式或保温盒保温，保温效果差 |
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使用寿命 |
10年 |
3～5年 |
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整体性好，具有较好的抗震抗拉性，在使用过程中不出现颗粒堆积、沉降等现象 |
材料结构松散，自重、设备振动、材料进水等极易导致材料解体、沉降，保温效果明显下降，热损失严重超标。 |
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其 他 |
使用厚度小，可减少管道保温厚度，减少蒸汽管道间距，减少厂房面积或管廊大小。 |
保温层厚，搭接处容易存在缝隙，较高的膨胀收缩系数易致使缝隙成为热桥，振动后更明显，热损失大。 |
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气凝胶复合保温材料与现流行的保温材料的经济效益对比：
（以1km，100mm直径，供热温度300度管道为例计算）
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气凝胶复合保温毡 |
复合硅酸盐毡 |
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预计表面温度（℃） |
35 |
35 |
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保温材料厚度mm |
120 |
300 |
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保温层总体积m3 |
83 |
377 |
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主要材料费用（万元） |
85 |
45 |
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施工费及辅材费（万元） |
11 |
20 |
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管道线热流密度（W/m） |
130 |
300 |
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热损失比 |
1 |
3 |
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损失总热能(%) |
3% |
10% |
实际应用过程中，复合硅酸盐毡在使用2、3个月后，保温效果将越来越差，损失的热量将更大。