我國北方地區需每年在城市集中供熱管網供暖輸送，不僅需要解決供暖問題，而且必須保障供熱管網的長期使用和安全維護工作，即達到節能效益，也解決供暖要求。每年國內有很多城市發生供熱管道破裂滲漏熱水事件，熱氣熱力公司給出的初步判斷基本為管網老化引起，使得周圍用戶供熱將受到影響。

如何防止熱力管網防止老化破裂，又能達到正常節能效率成了熱力公司供暖供熱系統運行的質量的一大難題！

 

我國集中供暖應用背景

2015年，中國已建成世界上最大的集中供暖系統，熱水管網總長度達到 19.2721 萬公里，蒸汽管網總長度達到 1.1692 萬公里。

其中，根據公開資料顯示，北京市熱力集團、包頭市熱力總公司及太原市熱力集團所轄熱力管網情況如下：截止到2010年12月31日，北京熱力集團總供熱面積達到1.84億平方米，熱力站總數為2768座，管網1205公里。

包頭市熱力總公司在2016-2017采暖期，總供熱面積達到3650萬m2，占全市集中供熱面積的41%，共有熱力站381座，主干線36條，總長度達170公里，最大管徑為DN1400。

太原市熱力集團有限責任公司目前總體供熱面積達1.45億平方米以上，占全市城區供熱面積的75%，管轄一次供熱管網1142公里，熱力站1460余座。

隨著經濟的發展以及集中供熱政策的推動，集中供熱的面積將繼續增加。如此龐大的供熱管網需要良好的保溫系統作為輸送環節節能安全的保障。

從熱源廠至熱用戶供熱管線分為一級管網和二級管網。其中一級管網為熱源至熱力站的供熱管道系統，二級管網為熱力站至熱用戶的供熱管道系統。一般一級管網管徑為DN500-DN1000不等，二級管網管徑則小于一級管網管徑，為DN125-DN300不等。

供熱管線的敷設方式一般分為地下敷設和地上敷設兩種方式。

地下敷設分為有溝敷設和直埋敷設兩種，地上敷設為架空敷設。

一級管網供水溫度為120-150℃，回水溫度為70-90℃。一級管網的熱水品質較高，其保溫效果的好壞直接影響到供熱效果以及熱力運行的經濟效益。

熱力管網使用傳統保溫材料出現的問題

目前我國集中供熱管道保溫層材料多使用巖棉、玻璃棉材料。巖棉是以天然巖石如玄武石、灰綠巖等為基本原料，經融化、纖維化制成的一種無機質纖維；玻璃棉是一種人造無機纖維，主要采用石灰石、石英砂、白云石等天然礦石作為主要原料熔成玻璃，將熔融玻璃纖維化并用粘結劑加工而成的制品。

 

在管溝或管廊中熱力管線上，使用巖棉和玻璃材料容易出現以下問題。

（1）使用穩定性差

安裝后初始效果可達到設計要求；運行數月后散熱損失開始增加，保溫層逐漸失效，管溝內管線2-3年需更換一次。巖棉、玻璃棉材料均屬于軟質材料，材料纖維之間主要是靠粘結劑粘結的，在使用過程中，粘結劑容易失效。而且，由于水力沖擊和壓力的波動造成管線振動頻繁，材料易發生沉降，形成上薄下厚的現象。保溫層下半部分下沉，會導致管道與保溫層間出現縫隙，供熱過程中，縫隙中空氣與管壁發生對流換熱，將導致供熱管網散熱的加大。

（2）易發生保溫層下腐蝕，造成管線滲漏

巖棉、玻璃棉材料本身結構疏松，含孔隙較多，水分容易進入材料。當水分滲透過保溫層，與管壁接觸發生氧化作用，從而腐蝕管道，造成滲漏。即使是表面疏水處理后的玻璃棉材料，也無法在高溫高濕的管溝環境中較長期使用。

（3）壽命較短

由于巖棉等傳統保溫材料易發生保溫沉降和吸水失效，其使用壽命較短，逐年散熱損失增加，維修更換頻繁，施工費用大，安全風險高。

據統計，集中供熱過程中產生的管網損失可占到熱力生產總量的 5%。由保溫不良造成的管網散熱損失不可忽視，通過使用綜合性能更加優良的保溫材料，能夠做到節約能源損失，減少源頭燃煤、燃氣排放。能為企業帶來降低運維成本、降低施工安全風險等積極的經濟效益和社會效益。

使用氣凝膠絕熱節能材料可解決的問題

氣凝膠又稱干凝膠。作為世界上最輕的固體，其99%的組成成分是氣體，被為“固態的煙”，具有優越的隔熱、隔音等性能，目前廣泛應用于航天軍工、新能源汽車及工業設備及管線絕熱節能領域。氣凝膠復合絕熱材料是目前世界上技術最領先、隔熱性能最好的柔性絕熱材料。

對比巖棉、玻璃棉等傳統材料，氣凝膠絕熱氈具有以下優勢：

（1）具有更高的節能經濟效益

以城市集中供熱一級管網為例，架空敷設，按設計供水溫度150℃，回水溫度90℃計算，管徑DN800，管外徑820mm計算，分別使用60mm的玻璃棉與30mm氣凝膠保溫，對比保溫效果如下：

表2 傳統材料與氣凝膠材料保溫性能對比

使用氣凝膠氈代替玻璃棉氈，不僅保溫厚度減少了50%，同時節能率達到了34.6%。

（2）防火等級達到A級

材料本身幾乎不含有機物，燃燒性能符合GB 8624-2012標準A2級要求，保障材料在安裝及運行過程中的安全。

（3）減少保溫層下腐蝕

由于材料本身不含氯離子，具有極高的疏水性，體積憎水率達到99.6%以上，在做好密封處理后，不會在保溫內側形成水汽聚集，最大程度減少保溫層下腐蝕。

（4）使用壽命長

傳統材料保溫性能衰減很快，導致管道的熱損失逐年升高，增加運行成本，導致每3—4年更換一次。而氣凝膠絕熱氈耐老化性能和尺寸穩定性能優異，使用壽命可達10年。

（5） 有利于運行維護安全

對與地溝敷設的管道來說，地下環境為有限空間，有限空間作業具有危險性大的特點，易發生人身窒息和中毒等傷亡事故。相比于玻璃棉等傳統材料，氣凝膠氈由于具有較長的壽命，性能穩定，可大幅減少材料的更換頻率，有效減少了地下有限空間作業次數，減少安全事故的發生率，保證了運行維護的安全。

（6）綠色環保

氣凝膠氈使用二氧化硅做原料，不含有毒有害物質，綠色環保，本質同沙子一樣，可填埋或廠家回收處理。而玻璃棉使用量大，使用壽命短，若按10年期計算，相同管線其累計使用量（體積數）是使用氣凝膠材料的8倍 。如此大量的無機保溫材料處理會給環境增添更大壓力。

綜合以上分析，氣凝膠絕熱氈作為綜合性能優異的絕熱材料，能很好地替代傳統的巖棉、玻璃棉等保溫材料，有力地保障熱力管線的經濟效益與運行安全，兼具綠色環保，值得熱力行業大力推廣使用。

實際應用案例

北京市熱力集團東北三環供熱管網項目

（1）技術要求

（2）管道規模 ：工作鋼管管徑為DN800，管線長度為4587m。

（3）保溫方案

（4）項目進度

國內氣凝膠企業：深圳中凝科技有限公司2017年10月份中標，項目于2018年9月份已完成全部送貨以及現場安裝。