核电金属反射式保温国内现状介绍

核电金属反射式保温国内现状介绍编制:校核:批准:2014年10月20日目录一、概况...............................................................................................3二、金属反射式保温层发展历史......................................................3三、金属反射式保温层原理..............................................................4四、金属反射式保温层行业目前状况..............................................6五、小结...............................................................................................7一、概况随着社会的发展，保温材料广泛用于建筑、冶金、化工、电力、石油、建材、机械、轻工、纺织、军工、交通运输、仓储等各行各业，是各种建筑物、工业窑炉、锅炉、热交换器、蒸馏塔、储罐、冷库烟道、阀门、风机、空调、车船等保温、保冷、隔热吸声、消声的多功能材料，在我国国民经济中占有非常重要的地位，从人们的吃、住、穿到现代工业、现代国防、宇航、原子能技术的发展，都离不开保温材料。根据设备及管道保温技术通则，保温材料是指在平均温度等于或小于350℃时热导率小于0.14W（m▪K）的材料。保温材料通常具有质轻、疏松、多孔、导热系数小的特点，一般用来防止热力设备及管道热量散失，或者在冷冻和低温下使用，因而保温材料又称为保温或保冷材料。同时，由于保温材料的多孔或纤维状结构具有良好的吸声功能，因而也被广泛应用于建筑行业。保温材料种类繁多，一般可按材质、使用温度、形态和结构来分类。按材质可分为有机绝热材料、无机绝热材料和金属绝热材料。热力设备及管道用保温材料多为无机绝热材料。这类材料具有不腐烂、不燃烧、耐高温等特点，如石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维、泡沫玻璃混凝土、硅酸钙等。普冷下的保冷材料多用有机绝热材料，这类材料具有极小的导热系数、耐低温、易燃等特点，如基苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、软木等。金属绝热材料国内较为少见，在此着重介绍核电用金属反射式保温块。二、金属反射式保温层发展历史金属反射式保温最早在1800年产生于英国热量计的保温经验，1955年首次正式作实际应用。上世纪60年代初，前苏联在600℃~800℃的汽轮机上使用了多层热屏金属反射式保温结构，它是采用厚0.15mm-0.2mm的1Cr18Ni9Ti不锈耐热钢箔制作而成的，各层热屏的空气间隙约为1.5mm（一般为1-3mm为宜，过大则对流加强，绝热效果不佳；要求过小预制时难度增大，并且有层与层接触的可能）。屏间布置有针式接触垫片、三角接触垫片和波纹型接触垫片（垫片一般采用导热系数小的材料制作）。从上世纪70年代以来，金属反射式保温结构在核电站被广泛采用，而且对金属箔片进行了抛光，使之成为精加工的反射镜面，提高了热屏效果。制作用的材料选用耐热不锈钢箔或铝箔，加工成板件、弧形块、半圆瓦及各种异型件，用于蒸发器及一次回路系统。近年来，在二次回路系统上也在推广和使用，以取代常规的保温形式和结构。三、金属反射式保温层原理与传统保温不同，它是利用金属箔的反射特性使辐射热在间隙中多次被反射以减少辐射传热，利用金属箔之间的间隙给热对流造成阻碍起到保温作用。在有热源的时候，传导、对流、辐射三种热传递方式是同时存在的，在这三种热传递方式中热损：传导占7%；对流占28%；辐射占65%。利用反射式保温能有效阻断其中对流和辐射两种主要热损的热传递方式，所以，保温是非常有效的。图1表示两种类型保温的工作原理。高温侧低温侧对流热通道（空间内的气体流动）传导产生于纤维到纤维的接触从保温散出的热量通过空气和气体传导的热通道从高温纤维到低温纤维的辐射热通道纤维空间Q-保温的加热量Q=辐射、传导和对流加起来的传输总热量高温侧低温侧图1两种保温结构工作原理(a)传统保温结构(b)金属反射式保温结构要使反射型保温结构有好的阻热率，选材和结构也很重要。务必达到三个基本条件：①高反射、低辐射率的组合材料；②对流传热极小的空间层距；③传导传热极小的组合机构。间重叠多层压成波纹的金属箔组成；②平行板式，是在金属外板之间把平板形的金属箔等间距排列，层与层之间用导热系数小的多块衬垫把金属箔分隔开而组成的；③凸起式，它是在金属外板之间重叠多层压制成突起样式的金属箔组成。如图2为三种结构形式。图2三种保温结构形式(a)压纹箔式(b)平行板式(c)凸起式反射式保温结构是由内板（高温侧）、外板（低温侧）、侧板、端板及金属箔等几种构件组成的。内板、外板、侧板和端板是由0.6-1mm的抛光不锈钢板。从保温散出的热量小室到小室的对流小室内部的对流通过空气的热传导通道反射片辐射热通道反射热通道低热放射表面防止烟筒效应的面积Q-保温的加热量高反射热表面固体端板(a)(b)内外板的作用是反射从热源来的辐射热和维持一定的机械强度。厚度的选用,主要取决于保温盒的大小,保温盒大就选用厚点的板材.反之,保温盒小就选用相对薄一点的板材。这样既不影响使用,又节约成本。金属箔反射板在内外板之间,它的厚度一般为0.05mm-0.1mm的抛光不锈钢箔或铝箔。其主要作用是反射辐射热以减少热的损失。一般平行板式采用的金属箔比压纹式和凸起式要厚一些。侧板和端板同样采用和内外板相同的板材,其作用是保持内外板之间距离(保温结构的厚度)及一定的机械强度。为减少热损,侧板和端板可制成辐条型或冲孔型。四、金属反射式保温层行业目前状况国外金属反射式保温已相当成熟，国内金属反射式保温产品主要从德国Kaefer和美国Transco等公司进口，国内关于金属反射式保温结构研究起步较晚，尚未有国产批量化产品应用于核电领域的报道。1、常州飞机制造厂1996年申请了“核反应堆压力容器及管道的金属保温层”的发明专利，介绍了金属保温层的结构组成、技术要求等。2、大连钢铁集团2002年由钢铁研究总院，大连钢铁集团，中国核动力研究设计院等单位共同承担的“九五”国家重点军工配套科研课题，历时4年，突破了高精度、高表面光洁度等技术关键，完成了课题的主要技术指标和产品规格。大钢集团成为当时国内唯一能生产该保温块的厂家。3、常州今创集团2009年常州今创集团和中国核动力研究设计院联合研制开发的反应堆压力容器金属保温层产品样件通过鉴定，其相关技术指标达到了国际先进水平。4、桐庐县特种耐火材料厂桐庐县特种耐火材料厂于2011年申请“一种用于管道或设备进行外壁拼装保温层的保温盒”的专利，详细介绍了金属反射式保温块的各个组成部分，提出了弹性锯齿带取代传统弹簧。5、上海交通大学常家芳教授在金属反射式保温块的导热性能计算进行了研究，提出了简化模型，认为金属反射型保温块的复杂三维传热问题可按二维问题近似处理，并介绍了用有限差分法进行数值计算的方法，编制了金属反射式保温块隔热性能的计算机程序。6、武汉大学谭沧海教授等研究了金属反射式保温块的结构优化，认为工程实际中为进一步提高金属反射式保温块的保温隔热效果，可以采取以下措施：1）尽可能的使用黑度低的工程材料；2）增加多层反射型保温材料的层数。在层数大于20以上，增加层数对于改善隔热保温效果不明显，而材料和加工费用会明显增加，层数由保温材料的技术经济分析确定；3）采用等间距多层反射式保温结构时，间距处于5~10mm之间且接近下限时，热流量接近极小值，同时具有较低的当量导热系数；4）采用阶跃分布间距能明显改善多层反射型保温结构的高温隔热效果。增加最外几层的间距（最佳最外层间距18~22mm）可以改善保温隔热效果，但最外层间距大于20mm时，改善效果有限，当量导热系数明显增加；5）采用多层反射型保温结构同复合硅酸盐、矿物棉等保温材料组成不同的复合保温材料，在保证隔热保温效果的同时，可以降低加工成本和安装费用。五、小结目前，国内关于核电金属反射式保温的研究仍然较少，核电用金属反射式保温仍然主要依靠进口，国产化需求越来越迫切，航天晨光应抓住契机，做出更大努力，争取成为国内极少数具有生产研发核电金属反射式保温的厂家之一。