地上給排水管線保溫厚度設計

摘 要：隨著科學技術的日益發展，作為節能措施之一的隔熱保溫被廣泛應用。為了正確選擇保溫材料和確定保溫結構，必須進行保溫設備及管道的熱力計算，而確定保溫層厚度是其中的一個重要環節。本文主要介紹采用熱表面方法計算給排水地上管線保溫厚度的思路，以資參考。

關鍵詞：管道保溫；保溫厚度；設計分析

中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A

1地上給排水管線保溫計算的選擇

1.1現有管線保溫的計算方法主要有以下幾種方式

（1）經濟厚度：這個方法是按保溫投資的年折舊費和所采取的保溫厚度的熱損失之和為最小的條件導出的。

（2）根據保溫層的表面溫度的要求計算保溫層厚度。這個方法是根據熱流通過保溫層的導熱量與經過表面的換熱量導導出的。

（3）按規定的允許熱損失計算保溫層厚度。在計算之前，先從相關計算手冊中查出允許熱損失量，然后計算保溫層厚度

1.2計算方法的選擇

根據不同的目的和限制條件，可采用不同的計算方法。例如：為減少散熱損失并獲得最經濟效果，應采用經濟厚度計算方法；為限定外表面溫度，應采用表面溫度計算方法；為限定表面散熱熱流量，應采用最大允許散熱損失法計算。除經濟厚度法外，都是按熱平衡的方法計算。

給排水地上管道一般限定出口溫度不小于0℃，因此在給排水地上管線保溫厚度計算中，采用給定介質溫度的方法進行保溫層厚度計算較為合適。

2給定介質溫度計算保溫層厚度的計算過程

給定介質溫度的方法進行保溫層厚度計算一般按如下順序進行：

（1）首先確定介質進水溫度、出水溫度、環境溫度和保溫層外表面溫度。

（2）根據相關規定選擇保溫材料，確定導熱系數。

（3）假定保溫層的外表面溫度后，進行保溫層厚度計算。

（4）核算保溫層的外表面溫度，若差距較大，重新設定外表面溫度后重新計算厚度。

3計算公式

3.1基礎公式

設輸送熱介質溫度為t（℃），每小時流量為G（kg/h），質量比熱為Cm（kJ/kg·K），在管道內經過距離L（m），其間的熱容量減少值與散熱量相等，所在環境溫度ta（℃）。

式中：R-管道外隔熱層熱阻（m·℃/W）、l-管道當量長度（m）

Cm-質量比熱（kJ/kg·K）；水的質量比熱Cm=4.202kJ/kg·K

t1-起點進水溫度（℃）t2-終點出水溫度（℃）

ta-管線所在環境溫度（℃）中間計算量（m）

D0-保溫層外直徑（m）d-管道外徑（m）

λ-運行工況下，保溫層的材料導熱系數（W/m·℃）隔熱層外表面向大氣的放熱系數（W/m2·℃）

3.2導熱系數計算（表1為一種保溫材料的性能）

保溫材料的導熱系數一般隨平均溫度的升高而加大。通常在一定溫度范圍內，導熱系數與溫度多為線性關系，導熱系數方程如下：

式中：

λ-運行工況下，保溫層的材料導熱系數（W/m·℃）

a-常數，是tm=0℃時的導熱系數（W/m·℃）

b-溫度系數，常數，反映材料的導熱系數隨溫度tm改變的程度（W/m·℃）

tm-保溫材料的平均溫度（℃）；t1-起點進水溫度（℃）

t2-終點出水溫度（℃）ts-管道保溫層的外表面溫度（℃）

3.3保溫層的外表面溫度計算公式。運行工況下，保溫層的外表面溫度計算公式如下：

式中：ts-管道保溫層的外表面溫度（℃）R-管道外隔熱層熱阻（m·℃/W）

q-單位表面熱損失量（平面W/m2，圓筒W/m）

t1-起點進水溫度（℃）

ta-管線所在環境溫度（℃）

D0-保溫層外直徑（m）α-隔熱層外表面向大氣的放熱系數（W/m2·℃）

4工程實例

寧夏某廠有DN80回用水管線（從回用水站至循環水場，水量為15t/h），回用水出邊界水溫10℃，經計算管線長度約為5000m，至循環水場界區出水溫不小于5℃，保溫材料采用高溫玻璃棉，計算保溫厚度。

（1）由已知條件和查相關表格，得到回用水的運行參數如下：

10（℃）5（℃）-15（℃）

水的比熱Cm=4.202kJ/kg·℃

放熱系數（W/m2·℃）

（2）計算導熱系數

查相應手冊，確定高溫玻璃棉保溫材料的導熱系數：

假定保溫后的外表面溫度為0℃

回用水的平均溫度為（10+5）/2=7.5℃

故保溫材料的導熱系數

（3）保溫厚度計算

根據已知條件進行計算，得：

由公式

，得

所以

（4）核算表面溫度

因計算的外表面溫度與假定外表面溫度差距較大，需要重新假定外表面溫度。

（5）重新設定保溫后的外表面溫度

根據計算的保溫層外表面溫度數據，重新設定外表面溫度為-10.5℃

故保溫材料的

得：

由公式，得

所以

（6）核算表面溫度

與假定表面溫度基本一致，故8.4mm保溫層厚度可滿足給定溫降的要求。設計保溫厚度取30mm。

4結論

（1）通過上文及工程實例，可為給排水專業的設計人員在進行保溫厚度計算提供參考。

（2）我們可以利用EXCEL的計算公式對保溫厚度的計算進行編制，以提高設計速度。

參考文獻

[1]石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[Z].

[2]傳熱學[Z].

[3]電熱安裝手冊[Z].