直埋蒸汽管道保溫層厚度的優(yōu)化計算

管道保溫層越厚，則管路散熱損失越小，節(jié)約了燃料；但厚度加大，保溫結(jié)構(gòu)投資費用 增加。“經(jīng)濟保溫厚度”就是綜合考慮管道保溫結(jié)構(gòu)的投資和管道散熱損失的年運行費用兩 者因素，折算得出在一定年限內(nèi)其“年計算費用”為zui小時的保溫層厚度。文獻 [1] 中已經(jīng)對 此作了詳細的論述與研究了！但是隨著《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸汽管道技術(shù)規(guī)程》的出臺，“經(jīng)濟 保溫厚度”就滿足不了國家標準的要求了。

例：鄭州市某工程直埋蒸汽供熱管道 DN500, 設(shè)計壓力為 1.0MPa ，管內(nèi)介質(zhì)溫度 to=350 ℃， 室外季節(jié)性運行， 周圍環(huán)境溫度 ts =17.1 ℃， 無機保溫材料擬選用耐煮沸硅酸鎂瓦塊， 有 機保溫材料擬選用改性聚氨酯， λ =0.027 W/(m · K) ， 外護層選用卷焊鋼板， 并用玻璃鋼防腐。 按文獻 [1] 計算的“經(jīng)濟保溫厚度”， δ 1=180mm ， δ 2=30mm 。但是，根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱直埋蒸 汽管道技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，設(shè)計計算保溫結(jié)構(gòu)時，應(yīng)按外護管外表面溫度小于或等于 50 ℃計 算保溫層厚度。采用復(fù)合保溫層結(jié)構(gòu)時，保溫層間的界面溫度不應(yīng)超過外層保溫材料安全使 用溫度的 0.8 倍。另外規(guī)程還規(guī)定直埋蒸汽管道保溫層界面溫度和保溫管外表面溫度的校核 計算。根據(jù)此規(guī)定，計算如下：

1 、 對直埋敷設(shè)的蒸汽管道應(yīng)按單管敷設(shè)進行分析計算， 對有凝結(jié)水管的雙管敷設(shè)管道， 凝結(jié) 水管的附加熱阻不計。

2 、 工作管外表面溫度為 350 ℃， 保溫管道外表面溫度為 50 ℃， *層保溫材料外表面溫度為 120 ℃。

3 、 計算公式：

3.1、熱損失公式：

其中：tw—保溫管外表面溫度℃

所得到的保溫層厚度與“經(jīng)濟保溫厚度”不同，若是根據(jù)“經(jīng)濟保溫厚度”來推算，保 溫層界面溫度和保溫管外表面溫度均超過規(guī)程規(guī)定的數(shù)值，由此可見，應(yīng)當按外護管外表面 溫度不超過 50 ℃和保溫層界面溫度不超過外層安全使用溫度的 0.8 倍來計算保溫層厚度。 土壤的導熱系數(shù)在 0.5 ～ 2.5w/m.k 之間， 跨度很大， 其大小與土壤種類、 含水量大小、 化 學成分、埋設(shè)條件等多種因素有關(guān)。在工程設(shè)計時應(yīng)堅持實測當?shù)赝寥缹嵯禂?shù)或求助當?shù)?地質(zhì)部門提供資料， 認真確定土壤導熱系數(shù)值。 如果只根據(jù) “無資料可查時取 1.5w/m.k ” 確 定土壤導熱系數(shù)不是科學的，因為不能確切反映管道所處的土壤實際情況，造成計算結(jié)果誤 差很大。例如南方高水位地區(qū)和西部干燥地區(qū)的土壤導熱系數(shù)值相差成倍，那么保溫結(jié)構(gòu)計 算結(jié)果也會差異很大，如果草率計算，會造成管道表面溫度過高或過低，破壞管道保護層或 不經(jīng)濟。所以，應(yīng)使用當?shù)貙崪y土壤導熱系數(shù)值來計算。文獻 2 已經(jīng)對此問題作了詳細的描 述。

、 對各種保溫材料的導熱系數(shù)，不能簡單以廠家提供的單體數(shù)值為準，而應(yīng)搞清楚該數(shù)值 10 是在何種溫度，何種條件，哪一級檢測部門測定的，有否導熱系數(shù)方程式。然后盡量參照行 業(yè)標準確定的導熱方程式來選取、確定導熱系數(shù)。例如微孔硅酸鈣，筆者見過幾個廠家標出 的導熱系數(shù)都不同， 這時應(yīng)憑據(jù)標準 GB/T10699 － 1998 <硅酸鈣絕熱制品> 相關(guān)條文選取， 送 樣檢測后確定導熱系數(shù)。