在化工生產中，對高溫管道進行保溫設計的主要目的是減少管道及其組成件在輸送過程中的熱量損失，以降低能耗減少輸送過程中介質溫升，以利于系統(tǒng)的良好運行改善勞動條件，防止操作人員燙傷。
1 保溫材料的保溫原理
保溫材料的保溫原理主要是利用處于靜止狀態(tài)的空氣及大部分氣體如二氧化碳、氮氣等，其導熱率都很低，采用固體材料通過特殊的結構來限制空氣的對流性能和透紅外線性能，而達到保溫的目的。這一原理就決定了保溫材料通常具有質輕、疏松、多孔的特點。如圖1所示。
圖1 保溫材料
2 保溫材料的優(yōu)勢
保溫材料的優(yōu)點主要有以下幾點：
1）經濟效益：使用保溫材料不僅可以大量節(jié)約能源花費，而且減小了機械設備（空調、暖氣）的規(guī)模，節(jié)約了設備費用。
2）環(huán)境效益：保溫材料不僅能夠節(jié)約能源，而且由于減少機械設備的使用，從而減少了設備排放的污染氣體量。
3）舒適度：建筑物的保溫可以減小室內溫度的波動。尤其是在季節(jié)交替時，更可以保持室溫的平穩(wěn)。并且保溫材料普遍具有隔音性，受外界噪音干擾減小。
4）保護建構筑物：劇烈的溫度變化將破壞建筑構物的結構，以及設備及管道的壽命。使用保溫材料可以保持溫度平穩(wěn)變化，延長建構筑物及設備的使用壽命，保持建構筑物結構的完整性。
5）安全性：使用和安裝保溫材料有助于隔熱和阻燃，減少人員傷亡和財物損失。
3 保溫材料的分類
3.1 復合硅酸鹽保溫材料
復合硅酸鹽保溫材料是一種固體基質聯(lián)系的封閉微孔網狀結構材料，主要采用火山灰玻璃、玄武石、白玉石、海泡石、膨潤土、珍珠巖等礦物材料和多種輕質非金屬材料，運用靜電原理和濕法工藝復合制成的憎水性復合硅酸鹽保溫材料。具有可塑性強、導熱系數(shù)低、容重輕、粘接性強、施工方便、不污染環(huán)境等特點，是新型優(yōu)質保溫絕熱材料。復合硅酸鹽保溫材料在相對濕度75%，環(huán)境溫度28℃時的吸濕率為1.8%。其抗壓強度大于0.6MPa，抗折強度大于0.4MPa，在600℃高溫下抗拉強度大于0.05MPa。如圖2所示，這種材料的粘接強度大，保溫層在任何場合都不會因自身重量而脫落。
圖2 復合硅酸鹽保溫材料
其中[Mg8(H2O)4〔Si6O15〕2(OH)4·8H2O]海泡石保溫涂料是最近一種新興的保溫材料，具有易吸附空氣而使之處于相對穩(wěn)定狀態(tài)的鏈層結構，是一種很好的保溫基料。其導熱系數(shù)一般小于0.07W/(m·K)（常溫），適應溫度范圍為(-40℃～800℃)，保溫涂層薄、有整體性、而且無毒、無污染，具有防水、耐酸堿、不燃，施工方便等特性，施工方便可噴涂、涂抹、冷熱施工等，而且不需包扎捆綁，尤其便于異型設備內(如閥門、泵體)的保溫，粘接性好。干燥后呈網狀結構，有彈性、不開裂、不粉化，可用于運轉振動的設備保溫。
3.2 硬質聚氨酯泡沫保溫材料
硬質聚氨酯泡沫(PURF)導熱系數(shù)僅為0.020W/(m·K)～0.023W/(m·K)，因此將該材料應用于建筑物的屋頂、墻體、地面，作為節(jié)能保溫材料，其節(jié)能效果非常顯著。圖3所示為硬質聚氨酯泡沫。
圖3 硬質聚氨酯泡沫
發(fā)達國家(如歐美)的PURF有60%作為節(jié)能材料用在建筑上，而我國的PURF 塑料60%以上主要用于冰箱、冰柜的隔熱保溫。近幾年該材料在建筑上開始使用，其導熱系數(shù)隨著使用溫度的變化而改變，一般來說使用溫度為-100℃～100℃。
3.3 酚醛樹脂泡沫保溫材料
酚醛樹脂泡沫具有熱導率低、力學性能好、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)、吸水率低、耐熱性好、電絕緣性優(yōu)良、難燃等優(yōu)點，尤其適合于某些特殊場合作隔熱保溫材料或其他功能性材料。在阻燃、隔熱方面，酚醛樹脂可以長期在130℃下工作，瞬時工作溫度可達200℃～300℃，這與聚苯乙烯發(fā)泡材料的最高使用溫度70℃～80℃相比，具有極大的優(yōu)越性。同時，在耐熱方面也優(yōu)于聚氨酯發(fā)泡材料。酚醛樹脂與其他材料共混改性，可以制備出性能極其優(yōu)良的復合保溫材料。
圖4 酚醛樹脂泡沫保溫材料
3.4 膨脹珍珠巖及制品
膨脹珍珠巖制品是以膨脹珍珠巖為骨料，配合適量膠結劑，如水玻璃、水泥、磷酸鹽等，經攪拌、成型、干燥、焙燒(一般為650℃)或養(yǎng)護而成的具有一定形狀的產品。膨脹珍珠巖由于其價格和施工性能上所具有的優(yōu)勢，在建筑和工業(yè)保溫材料中占有較大的比重，約為保溫材料的44%。
圖5 膨脹珍珠巖及制品
3.5 聚苯乙烯塑料泡沫保溫材料
聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)是由聚苯乙烯(1.5%～2%)和空氣(98%～98.5%)、戊烷作為推進氣，經發(fā)泡制成。其具有密度范圍寬、價格低、保溫隔熱性優(yōu)良、吸水性小、水蒸氣滲透性低、吸收沖擊性好等優(yōu)點。聚苯乙烯泡沫板及其復合材料由于價格低廉、絕熱性能好，導熱系數(shù)小于0.041W/(m·K)，而成為外墻絕熱及飾面系統(tǒng)的首選絕熱材料。
圖6 聚苯乙烯塑料泡沫保溫材料
3.6 納米孔硅保溫材料
隨著納米技術的不斷發(fā)展，納米材料越來越受到人們的青睞。納米孔硅保溫材料就是納米技術在保溫材料領域新的應用。組成材料內的絕大部分氣孔尺寸宜小于50nm。根據分子運動及碰撞理論，氣體的熱量傳遞主要是通過高溫側的較高速度的分子與低溫側的較低速度的分子相互碰撞傳遞能量。由于空氣中的主要成分氮氣和氧氣的自由程度均在70nm左右，納米孔硅質絕熱材料中的二氧化硅微粒構成的微孔尺寸小于這一臨界尺寸時，材料內部就消除了對流，從本質上切斷了氣體分子的熱傳導，從而可獲得比無對流空氣更低的導熱系數(shù)。
圖7 納米孔硅保溫材料
4 保溫材料的發(fā)展
在過去的十幾年里，保溫材料的研究主要是對現(xiàn)有保溫材料進行完善。今后研究的方向應主要表現(xiàn)在以下幾點：
1）有機保溫材料（例如聚苯乙烯泡沫保溫材料、聚氨酯泡沫等）研究重點應放在找出更合適的發(fā)泡劑、改進材料的阻燃性能和降低材料的生產成本。
2）無機保溫材料（例如復合硅酸鹽保溫材料等）研究重點應放在減少生產過程中能源的消耗、限制灰塵和纖維的排放、減少粘結劑的用量。
3）提高材料的憎水性。
4）除此以外，發(fā)展新型的保溫材料（例如：納米孔硅保溫材料）也是一個研究的主要方向。
