隔热设计基础01.docx

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隔热设计基础01

设备及管道隔热设计基础

1总则

1.1适用范围

适用于石油化工设备（塔、换热器、容器、机泵等）和管道隔热工程的设计，不适用于设备和管道的内隔热衬里设计和有特殊要求的管道、长输管道及临时设施隔热工程的设计。

1.2适用的标准规范

《石油化工设备和管道隔热技术规范》SH3010-2000

《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-97

《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GBJ126-89

《石油化工绝热工程施工工艺标准》SH/T3522-1991

《设备及管道保温技术通则》GB4272-92

《设备及管道保温设计导则》GB8175-87

《设备及管道保冷技术导则》GB11790-96

《设备及管道保冷设计导则》GB/T15586-95

2基本规定

2.1隔热保温

2.1.1下列设备和管道应进行隔热保温

（1）设备和管道的外表面温度在50～850℃时，除工艺有散热要求者外，均应设置隔热保温层；

（2）工艺生产过程要求隔热的设备和管道（含管件、阀门等）；

（3）为减少设备和管道的热量损失；

（4）为防止高温设备和管道散热时对周围环境的影响；

2.1.2常压立式圆桶形钢制储罐（以下简称储罐）具有下列要求之一者，应进行隔热保温：

（1）介质储存温度等于或大于50℃时；

（2）介质储存温度小于50℃，储罐隔热保温后，有利于满足生产工艺要求，

并有明显的经济效益时；

（3）储存于浮顶罐、内浮顶罐的液体因降温在罐内壁产生凝结物而影响浮

盘正常运行时；

（4）储罐罐壁外侧设有加热盘管时。

2.1.3储罐的隔热设计应与储存液体的加热方案统一考虑，并同时进行设计。

2.1.4储罐的隔热设计应按罐壁、罐顶分别进行，并符合下列要求：

（1）罐壁隔热厚度应按液体储存温度计算；

（2）罐顶隔热厚度应按液面以上气体空间的平均温度计算；

（3）液体储存温度等于或高于120℃时，应对储罐罐顶、罐壁全部隔热。

液

体储存温度低于95℃时，应仅对储罐罐壁隔热。

2.1.5储罐罐壁的隔热层高度，应高于储存液体的设计最高液位50mm.

2.1.6内部温度随高度而变化的塔，其隔热保温厚度应随温度变化而变化。

2.1.7下列设备和管道，不应进行隔热保温：

（1）工艺要求必须裸露的设备和管道；

（2）要求散热的设备和管道；

（3）对于直接通向大气的排凝、放空管道；

（4）具有耐火或隔热材料作为内衬的设备和管道，在其外部不应进行隔热保温，但必须控制金属温度的地方除外。

（5）疏水阀及其下游管线，不应隔热保温，但是在回收冷凝水及排热量或有必要防止结冰堵塞以及图纸上另有规定者除外。

恒温型疏水阀阀前的管道不应隔热保温；

（6）具有移动元件的部件，如膨胀节、转动接头和滑阀不应隔热保温；

（7）处理或通过易燃、易爆、有毒等危险物料，要求及时发现泄露的阀

门、法兰处，不应设置隔热保温。

2.2人身防烫保温层

2.2.1需要经常维护而又无法采取其他防烫措施的不保温设备和管道，当表面温度超过60℃时，应在下列范围内设置防烫伤隔热层：

（1）高于地面或工作平台2.1m以内者；

（2）离开操作平台0.75m以内者。

2.2.2在希望热损失的地方，可以设置屏障或防护物以取代人身防烫伤隔热。

2.3隔热保冷

2.3.1下列设备和管道应进行隔热保冷：

（1）为减少设备和管道的冷量损失；

（2）操作温度在10℃及其以下的设备和管道，除了希望有热增益的地方。

2.3.2阀门的隔热保冷应该做到阀盖为止，安全阀应该做到该阀的排放口法兰一侧。

2.3.3下列附件或突出物在没有设置中间隔热（冷）防止冷量传导设施，而要固定到管道或设备上进行隔热保冷时，其隔热保冷应以4倍保冷厚度延伸到附件或突出物上。

（1）塔和罐的裙座或支腿；

（2）管支架；

（3）放空和放净管道的支线。

2.3.4通常情况下，操作温度在0℃及其以上工作的泵可不进行隔热保冷。

设计中有规定的按设计规定进行。

2.4防结露隔热保冷

2.4.1需防结露隔热的设备和配管，是指操作温度按工艺条件可不进行隔热保冷，但是其工作温度在环境温度以下，其表面可产生凝结水，并对电气造成危害、设备损坏、对操作人员操作造成影响或引起不适的设备和管道，应根据工艺、防结露和经济性的要求进行防结露隔热保冷。

3隔热材料的选择

3.1隔热材料及其制品的性能，应符合下列要求：

3.1.1隔热性能良好，具有随温度变化的导热系数方程式或图表，对于松散或可压缩的隔热材料，应选择能提供在使用密度下的导热系数方程式或图表的产品。

3.1.2在运行中，隔热材料的平均温度低于350℃时，导热系数不大于0.12W/m·℃，保冷材料的平均温度低于27℃时，其导热系数不应大于0.064W/m·℃。

3.1.3保温的硬质材料密度不得大于300kg/m3；软质材料及半硬质制品密度不得大于200kg/m3；保冷材料制品的密度不得大于200kg/m3。

3.1.4用于保温的硬质材料制品的抗压强度不得小于0.4MPa；用于保冷的硬质材料抗压强度不得小于0.15MPa。

3.1.5保温材料的含水率不得大于7.5%（质量比，下同）、防水率不得小于95%，软质保温材料的回弹率不得小于90%，保冷材料的含水率不得大于1%。

3.1.6隔热材料及其制品的PH值不应小于8。

3.1.7用于奥氏体不锈钢设备和管道上的隔热材料及其制品中的氯离子含量，应符合《工业设备及管道绝热工程施工验收规范》（GBJ126）中的有关规定。

3.1.8隔热材料及其制品应具有安全使用温度和耐燃烧性能（不燃性、难燃性、可然性）数据。

必要时，尚应提供防潮性能（吸水性、吸湿性、防水性）、线膨胀率或收缩率、抗压强度、腐蚀或抗腐蚀性、化学稳定性、热稳定性、渣球含量、纤维直径等的测试报告。

3.1.9阻燃型保冷材料及其制品的氧指数不应小于30。

3.2隔热材料及其制品，应按下列规定选择：

3.2.1设备和管道的保温结构应用非燃烧材料组成，保冷结构可由阻燃材料组成。

设备和管道的隔热层除必须采用填充式结构外，宜选用隔热制品。

3.2.2保温材料及其制品的允许使用温度应高于设备和管道的设计温度。

3.2.3保冷材料及其制品的允许使用温度应低于设备和管道的设计温度。

3.2.4有多种可供选择的隔热材料时，应首先选用导热系数小、密度小、机械强度相对高、无腐蚀性、损耗少、价格低、运输距离短、施工条件好的材料或制品。

当不能同时满足时，应选用单位综合经济效益高的材料或制品。

3.2.5设备和管道表面温度高于或等于450℃时，宜采用复合隔热结构或选用耐高温的隔热材料。

3.2.6保冷材料应选用闭孔型材料及其制品，不宜选用纤维材料或制品。

3.2.7选用纤维材料制成的毡类制品时可用玻璃布缝制。

3.2.8不宜选用石棉材料及其制品。

3.2.9所选择材料及其制品的各项技术性能，应由指定的检测机构按国家有

关标准的规定测定合格。

3.2.10隔热材料及其制品的主要性能应符合表3.2-1的规定。

表3.2-1隔热材料及其制品的主要性能

材料名称

使用密度

（Kg/m3）

推荐使用温度

（℃）

常温导热

系数λ0

（W.m-1.℃-1）

导热系数λ的

参考计算方程

（W.m-1.℃-1）

抗压强度

（Mpa）

超细玻璃棉制品

板

≤300

≤0.043

λ=λ0+0.00011tm

64～120

≤0.042

管

≥45

≤0.043

岩棉及矿渣棉

板

≤250

≤0.044

λ=λ0+0.00018tm

100～120

≤0.046

150～160

≤0.048

管

≤200

≤0.044

微孔

硅酸钙

170

≤550

≤0.055

λ=λ0+0.000116tm

0.4

220

≤0.062

0.5

240

≤0.064

0.5

硅酸铝纤维制品制品

120～200

≤900

≤0.056

λ=λ0+0.0002tm

复合硅酸

铝镁制品

板

45～80

≤600

≤0.036

λ=λ0+0.000112tm

管（硬质）

≤300

≤0.041

0.4

聚氨脂泡沫塑料制品

30～60

-65～80

≤0.027

λ=λ0+0.00009tm

聚苯乙烯泡沫塑料制品

≥30

-65～70

≤0.0349

λ=λ0+0.00014tm

泡沫玻璃

150

-196～400

≤0.06

λ=λ0+0.00022tm

0.5

180

≤0.064

0.7

3.3防潮层材料性能要求

3.3.1防潮层材料应选择具有抗蒸汽渗透性能、防水性能和防潮性能，且其吸水率不大于1%的材料。

3.3.2防潮层材料应选用化学性能稳定、无毒且耐腐蚀的材料，并不得对隔热层和保护层材料产生腐蚀或溶解作用。

3.3.3防潮层材料应选则在夏天不软化、不起泡和不流淌的材料，且在低温使用时不脆化、不开裂、不脱落的材料。

3.3.4涂抹型防潮层材料，其软化温度不应低于65℃，粘接强度不应小于0.15MPa；挥发物不得大于30%。

3.4保护层材料性能要求

3.4.1保护层材料应选择强度高，在使用条件下不软化、不脆裂，且抗老化的材料。

其使用寿命不得小于设计使用年限。

3.4.2保护层材料应具有防水、防潮、不燃、抗大气腐蚀、且化学性能稳定等性能，且的不腐蚀不溶解隔热层或防潮层。

3.5粘接剂、密封剂的主要性能要求

3.5.1保冷采用的粘接剂应在使用的低温范围内保持粘接性能，粘接强度在常温时应大于0.15MPa。

泡沫玻璃采用的粘接剂在-196℃时的粘接强度应大于0.05MPa。

3.5.2粘接剂、密封剂应选择固化时间短、具有密封性能，在设计使用年限内不得开裂的产品，且于主材的性能相似。

4隔热结构

4.1隔热结构组成和形式

4.1.1保温结构可由保温层和保护层组成。

对于埋地设备与管道，还应增设防潮层。

对于地沟内的管道的保温结构，宜增设防潮层。

4.1.2保冷结构应有保冷层、防潮层和保护层组成。

4.1.3法兰、阀门、人孔等需拆卸检修的部位，宜采用可拆卸的隔热结构；设备筒体、管段等无需检修的部位，宜采用固定隔热结构。

4.1.4公称直径等于或大于350mm管道采用硬质隔热材料时，隔热结构可由多瓣组成。

4.1.5管道的隔热材料，宜选用硬质或半硬质管壳。

4.1.6当需要蒸汽吹扫的保冷设备和管道的保冷材料不能承受吹扫介质温度时，应在其内侧增设厚度不小于20mm的隔热层，以保证其界面温度低于保冷材料所能承受的最高温度。

4.1.7对于硬质隔热材料，在施工中应预留适当的伸缩缝。

伸缩缝间应填塞与硬质材料厚度相同、耐温性能和导热系数相近的软质隔热材料。

4.2隔热结构设计，应符合下列要求：

4.2.1必须牢固地固定在本体上。

4.2.2应有严密的防水措施，如设备和储罐的开口处、设备或储罐与管道的连接处、立管与平管的三通处等，均应进行局部处理，防止雨水渗入。

4.2.3应具有一定的机械强度和刚度，不会因自重或偶然外力作用而破坏。

4.2.4立式设备、储罐和管道应设保温支撑圈，最下一层保温支撑圈的位置及保温支撑圈的间距应符合设计要求。

4.2.5立式设备采用预制块或毡席保温材料进行卧式安装时，除应符合第4.2.3条要求外，还应焊接保温钉。

4.2.6卧式保温设备两端的封头、立式设备的封头及其支腿式立式设备的底封头均应焊接π形及L形保温钉。

4.2.7需热处理的设备，其保温支承构件应在制造厂焊好，如果设备未带保温支承构件，可在现场设置螺栓连接的角钢支撑圈。

4.2.8保冷层不应使用钢制钩钉结构。

4.2.9对有振动的设备和管道，钩钉应适当加密。

4.1.10管道双层、多层保温时应逐层捆扎，内层可采用镀锌钢带或镀锌铁丝捆扎。

大管道外层宜用镀锌钢带捆扎。

设备双层保温时，内外均宜采用镀锌钢带捆扎。

4.2.11保冷层捆扎应符合下列规定：

（1）保冷层捆扎应以不损伤保冷层为原则，最外层捆扎材料不宜采用铁丝，宜采用带状材料。

（2）双层保冷时应逐层捆扎，内层捆扎材料宜采用不锈钢带。

4.3设备和管道的防潮层设计，应符合下列要求：

4.3.1设备和管道的保冷层外表面、埋地或地沟内敷设管道的保温层外表面，应设防潮层。

4.3.2在环境变化与振动情况下，防潮层应能保持其结构的完整性和密封性。

4.3.3防潮层不得设置铁丝、钢带等硬质捆扎件。

4.4储罐的防潮层设计，应符合下列要求：

4.4.1防潮层的高度不宜小于100mm；

4.4.2液体储存温度大于120℃时，防潮层用浸石油沥青的硬质保温制品或其他符合耐温要求的防水材料填充；

4.4.3液体储存温度小于95℃时，防潮层可不用防水材料填充。

4.5防潮层可分为以下几种类型：

4.5.1内层为石油沥青玛蹄脂，中层为有碱粗格平纹玻璃布，外层为石油沥

青玛蹄脂；

4.5.2橡胶沥青防水冷胶玻璃布防潮层等。

4.5.3新型冷胶料卷材防潮层、冷涂料防潮层等；

4.5.4使用聚苯乙烯泡沫塑料做保冷层时，应防止与防潮层起化学反应。

4.6保护层设计，应符合下列要求：

4.6.1隔热结构外层，应设置保护层。

保护层结构应严密牢固，在环境变

化与振动情况下，不渗水、不裂纹、不散缝、不坠落；

4.6.2宜选用金属材料作为保护层。

在腐蚀性环境下宜采用耐腐蚀材料作保护层；

4.6.3当采用镀锌钢板或铝合金板作为保护层时，不需涂防腐涂料；

4.6.4当采用普通碳素薄钢板作为保护层时，其内、外表面均应涂防腐涂料；

4.6.5当采用非金属材料作为保护层时，应用不燃烧材料抹平或用防腐涂料进行涂装。

4.6.6金属保护层厚度，应符合表4.6-1的规定：

表4.6-1常用金属保护层厚度（mm）

保护层厚度类型

保护层材料

管道

设备与平壁

可拆卸结构

备注

DO≤100

DO＞100

镀锌薄钢板

0.3～0.35

0.35～0.5

0.5～0.7

0.5～0.6

需增加刚度的保护层可采用瓦楞板形式

铝合金薄板

0.4～0.5

0.5～0.6

0.8～1.0

0.6～0.8

4.6.7金属保护层接缝，可根据具体情况选用搭接、插接或咬接型式，并符合下列规定：

（1）硬质隔热制品金属保护层施工时，不应损坏里面制品及防潮层；

（2）垂直安装的保护层应有防坠落措施。

在水平管道上搭接或插接的保护层环缝，不宜使用自攻螺钉或抽芯铆钉固定；

（3）保冷结构的金属保护层接缝宜用咬合或钢带捆扎结构，不得使用钢制螺钉或铆钉连接；

（4）金属保护层应有整体防（雨）水功能。

对水易渗透进隔热层的部位，应用玛蹄脂或胶泥严缝。

4.6.8用金属做保护层时，保温层的表面应平整、干燥。

4.6.9在已安装的金属护壳上，严禁踩踏或堆放物品。

4.6.10当采用普通薄钢板做保护层时，在全部施工完毕后，外表面应按设

计规定再涂一遍面漆。

4.6.11露天设备不宜采用抹面保护层。

当必须采用时，应在保护层外表面

上采取防水措施.

4.6.12用抹面做保护层时，保温层外必须抹平、压光，厚度应均匀。

4.6.13裙座式立式设备的底封头，应用抹面做保护层。

5隔热层厚度

5.1隔热层厚度

5.1.1设备和管道公称直径大于1米时，应按平面计算隔热层厚度;公称直径小于或等于1米时，应按园筒计算隔热层厚度。

5.1.2隔热层的最小厚度是20mm，且宜按10mm递增，除浇注型和填充型外，在无其他说明的情况下，隔热层应按下列规定分层：

（1）绝热层总厚度δ≥80mm时宜分层敷设。

（2）当内外层采用同种绝热材料时，内外层厚度宜近似相等。

（3）当内外层为不同绝热材料时，内外厚度的比例应保证内外层界面处温度绝对值不超过外层材料安全使用温度绝对值的0.9倍（以摄氏度计算）。

（4）高低温度交替的设备和管道的保冷层，其材料应在高温区和低温区内均能安全使用。

在不能承受高温介质温度时，应在内层增设保温层。

增设的保温层与保冷层的厚度比例，在冷态与热态时均应符合本条（3）款的规定，对于硬质材料增设层的厚度δ≥30mm.

（5）在经济合理的前提下，超高温和深冷介质管道和设备的绝热，可选用异材复合结构或异材复合制品，异材复合绝热层应同时符合本条（3）款的规定。

（6）保冷管道和设备的支座等凸出部位应按上述分层规定进行保冷，其保冷层长度为保冷层厚度的4倍或至垫座底部。

5.2绝热层厚度计算

5.2.1保温层的厚度计算，应符合下列原则：

（1）工艺无特殊要求时，应以经济厚度法计算保温层厚度。

当经济厚度偏

小，且散热损失量超过最大允许散热损失时，应用最大允许热损失量的厚度公式进行校核；

（2）防烫伤部位的保温层，应按表面温度法计算厚度，保温层外表面温度

不宜超过60℃；

（3）延迟冻结、凝固、结晶时间或控制物料温降的保温层，应按热平衡法

计算厚度。

5.2.2保冷层的厚度计算，应符合下列原则：

（1）为减少冷量损失的保冷层，应采用经济厚度法计算厚度；

（2）为防止外表面结露的保冷层，应采用表面温度法计算厚度；

（3）工艺上允许一定量冷损失的保冷层，应用热平衡法计算厚度。

校核外

表面温度，应高于露点温度1～3℃。

5.2.3设备和管道隔热层厚度应按《石油化工设备和管道隔热技术规范》（SH3010）的4.3节或按《工业设备及管道隔热工程设计规范》（GB50264）第四章中的计算公式进行计算。

6隔热材料的确定

6.1保温和人身防烫隔热材料

6.1.1用于保温和人身防烫隔热材料见表6.1-1。

（此表按设计中实际选用材料填写）

表6.1-1保温和人身防烫隔热材料

序号

材料

导热系数（W/m·℃）

温度范围

（℃）

容重

（Kg/m3）

备注

6.2保冷和防结露隔热材料见表6.2-1:

（此表按设计中实际选用材料填写）

表6.2-1保冷和防结露隔热材料

序号

材料

导热系数（W/m·℃）

温度范围

（℃）

容重

（Kg/m3）

备注

7隔热等级和隔热层厚度表

7.1保温等级和保温层厚度表见表7.1-1。

7.2人身防烫等级和保温层厚度见表7.1-2。

7.3保冷等级和保冷层厚度见表7.1-3。

表7.1-1保温等级和保温层厚度表

保温等级

H10

温度范围（℃）

20～150

151～200

201～250

251～300

301～350

351～400

401～450

451～500

501～550

551～600

管道外径

（mm）

保温层厚度（mm）

≤25

100

125

150

175

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

900

1000

或设备

表7.1-2人身防烫等级和保温层厚度

防烫伤等级

温度范围（℃）

≤300

301～400

401～500

501～600

管道外径（mm）

防护层厚度（mm）

≤25

100

125

150

175

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

900

1000或设备

表7.1-3保冷等级和保冷层厚度

保冷等级

C10

温度范围

（℃）

20～0

-1～

-20

-21～

-40

-41～

-60

-61～

-80

-81～

-100

-101～

-120

-121～

-140

-141～

-160

-161～

-200

管道外径

（mm）

保冷层厚度（mm）

≤25

100

125

150

175

200

250

300

350

400

450

500

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