絕熱之保溫與保冷
防腐與絕熱在工程項目中經(jīng)常是關(guān)聯(lián)在一起的，最典型的案列就是CUI（保溫層下的腐蝕），即在控制能源損耗的同時還要阻止腐蝕的發(fā)生。這種控制能源損耗的方法，經(jīng)常被習(xí)慣性的稱為保溫；其實是說對了一半，另一半還有保冷。按照規(guī)范的概念敘述就是保溫保冷合在一起統(tǒng)稱為絕熱。根據(jù)GB/T 4272-2008《設(shè)備及管道絕熱技術(shù)通則》：所謂絕熱，就是為了減少設(shè)備，管道及其附件向周圍環(huán)境散熱，在其外表面采取的增設(shè)絕熱層的措施，按流向分為保溫，保冷。標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了絕熱材料在平均溫度等于623K（350℃）時，其導(dǎo)熱系數(shù)不得大于0.12W/（m·K）。
絕熱大部分以工業(yè)設(shè)備和管道為主，對于保溫和保冷界定通常按設(shè)備及管道貯存和輸送的介質(zhì)溫度劃分，把介質(zhì)溫度低于常溫的絕熱措施稱為保冷；而把介質(zhì)溫度高于常溫的絕熱措施稱為保溫。也有人將設(shè)備或者管道表面溫度超過60℃時，為了防止熱量損耗和安全防燙采取的措施叫保溫，而將介質(zhì)溫度低于10℃的設(shè)備或者管道采取的失冷措施叫做保冷。絕熱是利用一些具有特殊性能的工程材料構(gòu)成的絕熱結(jié)構(gòu)來減少其結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差形成的熱流傳遞的措施。絕熱材料一般分為有機絕熱材料、無機絕熱材料、復(fù)合型絕熱材料三類；適用于700℃以上的為高溫絕熱材料，適用于100℃-700℃之間的為中溫絕熱材料，適用于100℃以下的為常溫絕熱材料。保冷材料包括低溫保冷材料和超低溫保冷材料（如-200℃以下），普通的低溫保冷材料一般用于常溫以下的絕熱或者0℃以上常溫以下的防結(jié)露。由于保冷的熱流方向與保溫的熱流方向相反，保冷層外側(cè)蒸氣壓大于內(nèi)側(cè)，蒸汽易滲入保冷層，致使保冷層內(nèi)部產(chǎn)生凝結(jié)水或者結(jié)冰，通過保冷措施可以阻止這種現(xiàn)象的發(fā)生。
絕熱之保溫保冷材料有時候可以互用，如氣凝膠絕熱材料既可以當(dāng)保溫材料使用又可以做保冷材料使用，但是大部分的保溫材料保冷材料使用還是有區(qū)別的。例如介質(zhì)溫度不一樣，為了防止熱量損失和防燙安全，60℃以上就必須使用保溫材料，而10℃至-196℃必須使用保冷材料將冷的物質(zhì)與自然界隔離；保溫與保冷的密封性不一樣，保溫材料與熱的管道或者設(shè)備接觸，密封性無嚴(yán)格要求，而保冷材料則必須密封效果好，否則容易造成水汽凝聚，結(jié)冰后膨脹，使得保冷材料裂開松動；保溫保冷傳導(dǎo)方向不一樣，保溫由里向外，保冷由外向里；材料選擇不同，當(dāng)溫度小于250℃時可以選擇巖棉板或者巖棉管殼材料，大于25℃時可以選擇硅酸鹽材料，當(dāng)溫度小于10℃時，可以選擇發(fā)泡聚氨酯，橡塑或者聚苯乙烯泡沫等；保溫保冷成本價也不同，保溫利用一次性能源（煤，油）就可以獲得，而保冷需要利用二次性能源（蒸汽，電）才能獲得，其設(shè)備折舊及能源多次轉(zhuǎn)換消耗造成冷價高于熱價，冷價通常是熱價的4-6倍。因此，減少單位冷損失對于節(jié)約能源具有很高的經(jīng)濟附加值；保溫和保冷結(jié)構(gòu)不同，保溫結(jié)構(gòu)為保溫層加保護層，而保冷結(jié)構(gòu)為保冷層加防潮層加保護層。
絕熱材料品種繁多，實際使用過程中必須考慮以下幾點：
1. 使用溫度不能超出材料的適用范圍。
2. 既要考慮材料的自身耐腐蝕性能，也要考慮材料不能對被絕熱
的設(shè)備和管道的產(chǎn)生腐蝕（CUI）。
3. 導(dǎo)熱系數(shù)要小，容重要小。
4. 必須阻燃或者不燃，或在絕熱層外包覆耐火材料。
5. 機械強度高，耐破損耐折斷和碎裂。
6. 耐水性好，吸水率要小。
7. 使用年限長，可拆卸，容易維護修理。
8. 施工時損耗小，粉塵少，火災(zāi)時不產(chǎn)生有害性氣體。
絕熱材料雖然繁多；但是使用最為廣泛，最為經(jīng)典的有礦渣棉類，耐溫800℃以上，價格低，來源廣，防蛀耐腐蝕，施工過程中對人有刺癢現(xiàn)象；玻璃棉類，耐酸耐腐蝕，不蛀不霉，吸水率低，價格便宜，有刺癢現(xiàn)象，超細玻璃棉無皮膚刺激現(xiàn)象，就是吸水性大價格高，耐溫400℃；硅酸鈣類，1971年上海建材所和上海電力建設(shè)公司共同研制成功，機械強度高，容易施工，耐溫達到650℃（注意高堿性引起的金屬腐蝕）；硅酸鋁類，使用溫度高達1000℃-1300℃，用于工業(yè)爐的保溫，受酸堿腐蝕小；復(fù)合硅酸鹽類，復(fù)合硅酸鹽漿料可以使用到異形設(shè)備及管道附件，如球體，椎體，罐體，旋轉(zhuǎn)體，閥門法蘭和三通等，可以不停車狀況下進行修補或者改造，可以熱態(tài)涂抹施工，適應(yīng)-25℃-600℃的溫度范圍使用；膨脹珍珠巖類，絕熱，吸聲，無毒，無臭，無腐蝕，不燃燒，吸水性高，使用范圍-50℃-900℃，在工業(yè)設(shè)備，管道，建筑工程及低溫地下工程的絕熱廣泛應(yīng)用；膨脹蛭石類，耐高溫，使用溫度范圍-40℃-800℃，強度大，價格低廉，施工方便，吸水性比較大，要注意防水。泡沫玻璃，優(yōu)良的保溫保冷材料，耐酸，不燃，不吸水，熱膨脹系數(shù)極小，使用溫度范圍-200℃-400℃之間；聚苯乙烯泡沫，耐低溫到-150℃，吸水性差但是比聚氨酯泡沫好，使用溫度為-150℃-70℃，聚苯乙烯泡沫塑料有硬質(zhì)，軟質(zhì)及紙狀等幾種類型，硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫塑料的特點就是強度大，硬度高，其強度要比可發(fā)性泡沫塑料高10倍以上；硬質(zhì)聚氨酯泡沫，吸水性差但是與金屬粘結(jié)力好，易于施工，可以現(xiàn)場發(fā)泡，可以取代聚苯乙烯，可用于100℃以下的油罐，管道的保溫保冷，價格較高，防火性能差，使用溫度范圍-100℃-100℃；酚醛泡沫塑料，可以在低溫下長期使用，可以長期暴露在陽光下不開裂，耐腐蝕，不易燃燒，離火自熄，吸水性大，強度和耐溫性不理想，使用溫度-150℃-130℃，廣泛應(yīng)用于工業(yè)，建筑，車輛，船舶等領(lǐng)域的保溫保冷；泡沫橡塑，抗臭氧，抗紫外線，柔軟，容易安裝，無需防潮，使用溫度-40℃-110℃，防火性能分為B1和B2級，在建筑，石油化工，食品加工，空調(diào)管路大量應(yīng)用；氣凝膠絕熱材料，氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)只有0.013-0.018W/m.K,被稱為“最輕的固體”，密度僅為空氣的2.75倍，比表面積高達800-1000㎡/g，具有優(yōu)良的絕熱，隔音，吸附性能，健康環(huán)保，例如前蘇聯(lián)宇航員使用的宇航服就是采用18㎜厚氣凝膠制作的，耐溫范圍-130℃-1400℃。納米氣凝膠保溫氈是目前已知導(dǎo)熱系數(shù)最低的隔熱材料，它是把二氧化硅氣凝膠復(fù)合于纖維中，具有柔軟，易裁剪，無機防火，整體疏水等特性，主要用于工業(yè)管道，儲罐，爐體，電廠等可拆卸式保溫套，在稠油開采，交通運輸，家用電器，鋼鐵，有色金屬，玻璃等領(lǐng)域的絕熱項目中廣泛應(yīng)用。氣凝膠絕材料隔熱效果比傳統(tǒng)隔熱材料優(yōu)越 2-8 倍，而且壽命更長，厚度僅為傳統(tǒng)材料的幾分之一；40 納米的孔徑可有效防止水分進入氈體內(nèi)部。防火性能達到 A1 等級；施工操作簡易，質(zhì)輕，容易裁剪、縫制以適應(yīng)復(fù)雜、彎曲及其他特殊形狀及表面，安裝所需時間及人力更少，節(jié)省運輸費用，更少的包裝體積及更輕的重量大大降低了物流成本。
絕熱的關(guān)鍵除了材料的選擇，還必須進行有效的正確的施工。雖然絕熱施工不太復(fù)雜；但是直接影響著絕熱的效果和能源的損失控制，對于厲行節(jié)約，減排降碳具有積極的意義。絕熱施工通常分為被保溫層結(jié)構(gòu)表面的防腐，絕熱層的安裝和防潮層及保護層的安裝。在相關(guān)設(shè)備及管道絕熱工程施工規(guī)范中，保冷層有防潮層而保溫層沒有防潮層，筆者認為這種規(guī)定不符合實際操作和使用要求，建議保溫層也需要安裝防潮層。因為有的保溫層材料也具有很高的吸水性，當(dāng)停運或者間歇式運行，潮濕水汽或者雨水進入保溫層，造成保護層（如鍍鋅板和其他金屬板）腐蝕，也會對保溫層材料產(chǎn)生不良影響。根據(jù)絕熱施工的規(guī)范要求和規(guī)定，筆者篩選了部分絕熱施工的工藝，內(nèi)容大致如下：
1. 絕熱設(shè)備管道及其附件必須進行表面處理，要求符合GB8923標(biāo)準(zhǔn)中的Sa2.5級或者St3級，根據(jù)溫度選擇耐高溫，耐低溫防腐底漆，而且與絕熱材料及基層粘結(jié)力力好，也不發(fā)生化學(xué)作用。通常底漆涂刷不得少于2道。
2. 絕熱層安裝，采用一種絕熱材料，保溫層厚度>100㎜，保冷層厚度>80㎜時，應(yīng)分為二層或者多層施工；采用二種或者多種絕熱材料復(fù)合結(jié)構(gòu)可以根據(jù)設(shè)計要求施工。預(yù)制塊保溫，每20m留一條膨脹縫，填充玻璃棉或者礦渣散料。立式管道和設(shè)備每3-5m設(shè)置承重托板，托板下留膨脹間隙填充玻璃棉或礦渣棉。雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層絕熱材料接縫必須錯開，同層錯縫，上下層壓縫，搭接距離不小于50㎜，拼縫不大于5㎜，縫隙必須用絕熱膠泥填實勾滿，捆扎鐵絲或者鋼帶接頭塞入縫隙中。保溫施工時為防止局部過熱，主管和伴熱管之間要設(shè)置石棉塊，管道或者設(shè)備上的裙座，支座，吊耳等附件，當(dāng)無設(shè)計要求時可不必保溫。發(fā)泡聚氨酯噴涂施工時，應(yīng)分層施工，一次性完成。第一次噴涂厚度不大于40㎜，保冷層拼縫不大于2㎜，設(shè)備，管道上的裙座，支座，吊耳等附件必須進行保冷施工，其長度不得小于保冷層厚度的4倍，敷設(shè)至墊木處。
3. 防潮層及保護層安裝，是為了更好的發(fā)揮絕熱材料的作用，可以防止雨水進入，避免絕熱材料吸水后性能變劣，延長絕熱材料使用壽命，并使絕熱結(jié)構(gòu)外觀整齊美觀。防潮層涉及到保冷施工，保溫應(yīng)用規(guī)范中沒有說明，考慮到空氣中的水分或者雨水進入保冷層后會結(jié)露甚至結(jié)冰，破壞保冷結(jié)構(gòu)，而被破壞的保冷結(jié)構(gòu)又導(dǎo)致更多的濕空氣進入，如此惡性循環(huán)將嚴(yán)重損壞保冷效果，因此保冷層必須設(shè)置防潮層。防潮層以瀝青膠粘貼玻纖布為主，厚度3㎜，玻纖布采用0.1-0.2㎜中堿平紋布，施工時，玻纖布必須被瀝青膠浸透，不得露白，不得鼓泡起皺，平整均勻，縱環(huán)向搭接縫不小于50㎜。臥式設(shè)備及水平管道的縱向接縫應(yīng)在兩側(cè)，縫口朝下，立式設(shè)備和垂直管道的環(huán)向接縫上搭下，其它防潮涂料如CPU（聚氨酯）按照產(chǎn)品組分配比攪拌均勻與玻纖布做成玻璃鋼，方法與瀝青膠鋪貼玻纖布相同。
保護層是絕熱結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在絕熱層最外層，對絕熱層起遮風(fēng)避雨，防水隔潮，防止外來碰撞的作用，材料有抹面，玻璃鋼，復(fù)合材料，金屬護殼等。保護層使用最普遍，最廣泛的就是金屬護殼，通常有鍍鋅板，鋁板，采用普通薄鋼板時需要里外防腐。實際施工中，使用最普遍的金屬薄板厚度0.3-0.5㎜鍍鋅鐵皮，0.5-0.75㎜的鋁合金皮，其中平板和卷制板表面平整，適合作管道，設(shè)備以及其他需要進行咬邊接口或者彎制加工的金屬護殼；波形板，梯形板剛性較好，可以做鍋爐墻及大型平壁絕熱層的金屬護殼，一些大型儲罐絕熱使用也較常見。直管段金屬護殼外圍周長應(yīng)大于絕熱層外圍周長30-50㎜，作為接縫余量，其環(huán)向搭接一端應(yīng)壓出凸筋，較大直徑管道的金屬護殼縱向搭接也需要壓出凸筋，下料最大長度不超過1000㎜，設(shè)備封頭絕熱層護殼按照形狀大小進行分塊下料，所謂的“西瓜皮”“花瓣”，形狀，一邊壓筋一邊直邊。彎頭“蝦米節(jié)”，三通及“天方地圓”可按照鈑金平行線法放大樣或展開計算下料。金屬護殼保護層安裝時，一定要緊貼保溫層外面，把兩邊接縫搭接在一起，用電鉆鉆孔，抽芯拉鉚釘固定 拉鉚釘間距為200㎜，每條縫不得少于4個，鉆頭直徑Φ5.1㎜，也有認為鉆頭直徑為固定件直徑的0.8倍，實際上這一說法僅僅適用于自攻螺絲，以試鉆后鉚釘剛可擠入，自攻螺絲不松動為合適，禁止使用沖孔或其他方式打孔。接縫應(yīng)嚴(yán)密，平整，并處于隱蔽位置。安裝金屬護殼接縫水平管道應(yīng)順管道坡向，環(huán)向搭口向低處，縱向接縫應(yīng)在水平中心線下方15°-45°，縫口朝下，垂直管道金屬護殼由下而上施工，成順?biāo)涌p；立式設(shè)備與垂直管道或者斜度大于45°的斜立管道上的金屬護殼，應(yīng)分段將其固定在支承件上。
絕熱層的安裝施工必須按照設(shè)計要求進行，符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程施工規(guī)范》GB 50126-2008要求，質(zhì)量驗收依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50185-2010《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》執(zhí)行。絕熱成品質(zhì)量控制實行“三控制”，即施工前材料控制，施工中工藝控制，施工后維護控制。只有將材料，施工及后期運行維護綜合起來，絕熱效果才能發(fā)揮最大的效果，才能最大限度的節(jié)約能源，降低經(jīng)濟成本，真正實現(xiàn)減排降碳環(huán)保目的。
防腐蝕與絕熱相互關(guān)聯(lián)，很難獨立分開，以前被忽視的絕熱層下的防腐，即CUI也越來越被防腐界重視。因此作為一位防腐蝕工程師必須要弄懂絕熱原理和材料性能及施工技術(shù)，不能將絕熱概念俗稱為“保溫”，這是不科學(xué)欠嚴(yán)肅的態(tài)度。保溫保冷統(tǒng)稱絕熱，它們之間既有聯(lián)系也有區(qū)別，而且結(jié)構(gòu)方面也是不一樣的，例如保溫結(jié)構(gòu)為：保溫層+保護層；而保冷結(jié)構(gòu)為：保冷層+防潮層+保護層。雖然這種結(jié)構(gòu)在相關(guān)規(guī)范中存在一定的不完美；但是也充分說明保溫保冷的區(qū)別，也否定了將絕熱俗稱為“保溫”的錯誤概念。
筆者曾經(jīng)和防腐施工技術(shù)人員在一起交流時說起過一個笑話，許多防腐人員將防銹說成防腐，甚至宣傳口號都是“讓世界永不生銹”，豈不知除了金屬生銹還有其他非金屬的腐蝕，防銹只是防腐內(nèi)容之一，宣傳口號應(yīng)改為“讓世界永不腐蝕”。由此筆者認為將絕熱說成保溫與防腐說成防銹，是一種低級的約定俗成的概念性錯誤。這種不科學(xué)的定義和說法必須糾正，也是筆者寫作本文的最終目的。