直埋供熱管道保溫層外表面溫度的測試分析

張國棟 徐志濱 曹素麗

1 概述

2009年石家莊某供熱公司主管網，供回水設計溫度130℃/70 ℃，設計壓力 1.6 MPa。最大管徑 1 400，管線長 5.8 km，供水管聚氨酯保溫層厚90 mm，回水管聚氨酯保溫層厚60 mm，玻璃鋼外護管厚12 mm。除過路過河采用隧道敷設方式外，其余采用直埋敷設。另外供水管旁還同溝敷設一條鋼套管直埋蒸汽管道，工作鋼管DN700，外護鋼管DN1 400。

由于DN1 400是當時全國最大的直埋高溫水供熱管徑，為了驗證計算結果是否與實際相符，供熱公司做了一項高溫水工作鋼管外表面和保溫層外表面溫度的測試。測試的方法是在不同埋深處，在供水管與回水管的工作鋼管表面頂部與保溫層表面頂部分別布置溫度傳感器，測試該處的溫度。供、回水管溫度測試6處，共設置了24個溫度傳感器。2009年采暖季及停運后做了5次測試(采暖期4次，管網停運后1次)，2010年采暖季前后做了5次測試(采暖期3次，管網運行前后各1次)。

表1 2009年采暖季石家莊某熱電廠供熱參數表

2 實際供熱參數

2009年和2010年采暖季熱電廠提供的平均供熱參數見表1，表2。

表2 2010年采暖季石家莊某熱電廠供熱參數表

3 理論計算溫度

根據《動力管道設計手冊》［1-5］，保溫層外表面溫度按式(1)計算。

其中，ts為保溫層表面溫度，℃;λt為土壤的熱導率，取1.75 W/(m·K);λ為保溫材料的熱導率，取0.033 W/(m·K);tT為土壤的溫度，℃，根據石家莊實際情況，覆土埋深在1.5 m時取9℃，2 m時取10.5℃，3 m時取14℃，3.5 m 時取15.8℃;H為管道的埋設深度(地面到管中心深度)，m;D為管道的保溫外徑，m;d為管道的保溫內徑(即工作鋼管外徑)，m;t為工作鋼管外壁溫度，℃。通過式(1)計算得到保溫層外表面溫度，見表3。計算結果表明:相同管徑相同保溫厚度的供熱管道，在土壤和保溫材料熱導率不變的情況下，保溫層外表面溫度與管道運行溫度和埋深有關，即管道運行溫度越高，保溫層外表面溫度越高;埋深越大，外表面溫度越高。

表3 供、回水管保溫層外表面溫度計算結果表

4 實際保溫層外表面溫度測試結果

4.1 2009.11 ～2010.03 測試結果

2009.11～2010 .03供、回水管保溫層外表面溫度測試結果見表4。

表4 2009.11～2010.03供、回水管保溫層外表面溫度測試結果表

4.2 2010.11 ～2011.03 測試結果

2010.11～2011 .03供、回水管保溫層外表面溫度測試結果見表5。

表5 2010.11～2011.03供、回水管保溫層外表面溫度測試結果表

4.3 2010.11 ～2011.03 測試結果

根據實際運行情況，熱電廠出口到最末端換熱站大約降5℃，平均每千米溫降不到0.5℃。假設管道外表面溫度一樣，將所測數據按覆土埋深進行平均值修正，計算結果見表6。

5 數據比較分析

5.1 數據比較

將表6和表3中相同位置數據進行相減，得出供、回水管保溫層外表面理論計算溫度與實測溫度偏差，見表7。

表6 供、回水管保溫層外表面實測溫度修正表

表7 供、回水管保溫層外表面理論計算溫度與實測溫度偏差表

5.2 分析

通過表7可以看出:1)每一組所測數據與理論計算溫度值都有偏差:±10℃以內的有28個，±10℃ ～±15℃之間有11個，15℃ ～20℃之間有4個，20℃ ～25℃之間有3個，45℃ ～50℃之間有2個;2)所測數據在15℃以下有正負偏差，當超過15℃以上時，都是正偏差(實際所測溫度大于理論計算溫度);3)在2009年采暖季初級期以負偏差為主，采暖中后期及2010年采暖季都以正偏差為主。

產生偏差的原因分析認為由以下一種或幾種原因造成的:1)表1和表2給出的是當天熱電廠供熱參數的平均值，實際熱電廠的供熱溫度是波動的，會產生一定的偏差;2)所測位置都是在保溫接頭處，保溫效果較差，也可能是現場接口保溫沒達到設計要求;3)所測數據有一定的測試誤差;4)由于測點區域比較廣闊，實際土壤導熱系數土壤溫度會有一定的偏差;5)保溫層的實際導熱系數有偏差;6)回填土體壓實度及管道實際覆土埋深有一定的偏差;7)供水管附近有一條同溝敷設的蒸汽鋼套管直埋管道，也會影響實際所測數據;8)理論公式是假設管道埋設深度H≥4D時的情況，與實際敷設情況有較大出入，這也是造成偏差的原因之一。

6 結語

通過所測數據和以上的分析，可以得到以下結論:

1)接頭處的保溫效果是管道保溫的薄弱環節，設計施工應重視;

2)所測數據絕大部分滿足設計要求(外表面溫度小于50℃);

3)現場測試保溫層外表面溫度與覆土埋深的關系不是很明顯;

4)第二年的保溫層外表面溫度明顯比第一年偏高;

5)熱電廠停運后，距熱電廠越近，供、回水管道的溫度越高，距熱電廠越遠，供、回水管道的溫度越低，在新采暖季運行前供、回水管的溫度和保溫層外表面的溫度趨近于一致，約為20℃;

6)2010.12 .16 和 2011.01.23 兩次所測覆土 1.5 m 處的數據明顯異常，認為除了可能是現場保溫不達標的原因外，也有可能是附近蒸汽產生泄露造成的。

對以上有較大偏差的地方，熱電廠計劃在2011年對管道進行局部檢查，以保證數據測試的準確性。

［1］ 葉全樂，趙遷元，張國維，等.動力管道手冊［M］.北京:機械工業出版社，2007:276.

［2］ ［丹麥］蘭德勞夫.區域供熱手冊［M］.哈爾濱:哈爾濱大學出版社，1998.

［3］ 湯惠芬，范季賢.城市供熱手冊［M］.天津:天津技術出版社，1992.

［4］ CJJ/T 81-98，城鎮直埋供熱管道工程技術規程［S］.

［5］ 王 飛，趙建偉.直埋供熱管道工程設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.