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直埋蒸汽管道保温层厚度的优化计算
点击次数：919 发布时间：2014-5-4
管道保温层越厚，则管路散热损失越小，节约了燃料；但厚度加大，保温结构投资费用 增加。“经济保温厚度”就是综合考虑管道保温结构的投资和管道散热损失的年运行费用两 者因素，折算得出在一定年限内其“年计算费用”为zui小时的保温层厚度。文献 [1] 中已经对 此作了详细的论述与研究了！但是随着《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》的出台，“经济 保温厚度”就满足不了国家标准的要求了。
例：郑州市某工程直埋蒸汽供热管道 DN500, 设计压力为 1.0MPa ，管内介质温度 to=350 ℃， 室外季节性运行， 周围环境温度 ts =17.1 ℃， 无机保温材料拟选用耐煮沸硅酸镁瓦块， 有 机保温材料拟选用改性聚氨酯， λ =0.027 W/(m · K) ， 外护层选用卷焊钢板， 并用玻璃钢防腐。 按文献 [1] 计算的“经济保温厚度”， δ 1=180mm ， δ 2=30mm 。但是，根据《城镇供热直埋蒸 汽管道技术规程》的规定，设计计算保温结构时，应按外护管外表面温度小于或等于 50 ℃计 算保温层厚度。采用复合保温层结构时，保温层间的界面温度不应超过外层保温材料安全使 用温度的 0.8 倍。另外规程还规定直埋蒸汽管道保温层界面温度和保温管外表面温度的校核 计算。根据此规定，计算如下：
1 、 对直埋敷设的蒸汽管道应按单管敷设进行分析计算， 对有凝结水管的双管敷设管道， 凝结 水管的附加热阻不计。
2 、 工作管外表面温度为 350 ℃， 保温管道外表面温度为 50 ℃， *层保温材料外表面温度为 120 ℃。
3 、 计算公式：
3.1、热损失公式：
其中：tw—保温管外表面温度℃
所得到的保温层厚度与“经济保温厚度”不同，若是根据“经济保温厚度”来推算，保 温层界面温度和保温管外表面温度均超过规程规定的数值，由此可见，应当按外护管外表面 温度不超过 50 ℃和保温层界面温度不超过外层安全使用温度的 0.8 倍来计算保温层厚度。 土壤的导热系数在 0.5 ～ 2.5w/m.k 之间， 跨度很大， 其大小与土壤种类、 含水量大小、 化 学成分、埋设条件等多种因素有关。在工程设计时应坚持实测当地土壤导热系数或求助当地 地质部门提供资料， 认真确定土壤导热系数值。 如果只根据 “无资料可查时取 1.5w/m.k ” 确 定土壤导热系数不是科学的，因为不能确切反映管道所处的土壤实际情况，造成计算结果误 差很大。例如南方高水位地区和西部干燥地区的土壤导热系数值相差成倍，那么保温结构计 算结果也会差异很大，如果草率计算，会造成管道表面温度过高或过低，破坏管道保护层或 不经济。所以，应使用当地实测土壤导热系数值来计算。文献 2 已经对此问题作了详细的描 述。
、 对各种保温材料的导热系数，不能简单以厂家提供的单体数值为准，而应搞清楚该数值 10 是在何种温度，何种条件，哪一级检测部门测定的，有否导热系数方程式。然后尽量参照行 业标准确定的导热方程式来选取、确定导热系数。例如微孔硅酸钙，笔者见过几个厂家标出 的导热系数都不同， 这时应凭据标准 GB/T10699 － 1998 <硅酸钙绝热制品> 相关条文选取， 送 样检测后确定导热系数。