熱絕緣理論在復烤廠管道保溫中的應用分析

毛光平

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.049

摘 要：工程技術上往往將熱力管道或熱設備外殼包裹一層絕熱保溫材料以削弱傳熱，這叫“熱絕緣”。復烤廠在建設過程中，根據各種保溫材料特性的不同，必須選擇合理的“臨界絕緣直徑”，不能盲目保溫，要消除“保溫總能節約熱能”的錯誤思想，才能真正減少熱力管道的散熱損失，才能為企業節約能源，從而提高企業的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：熱力管道 熱絕緣 散熱損失 臨界絕緣直徑

中圖分類號：TM30 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0049-02

工業生產中熱力管道的保溫很重要，因為保溫做得好就能節約能源，有人把“節能”稱之為第五能源。隨著能源資源的不斷減少，降低能源消耗已成為現在急需解決的首要問題之一，在工業建設中人們對設備與管道保溫越來越重視，要求的質量也越來越高，保溫工作做得好，可以防止生產過程中設備和管道向周圍環境散發或吸收熱量，降低能源的消耗。在當前世界能源日趨緊張的情況下，研究管道保溫技術具有一定的現實意義。保溫絕熱材料的品種很多，按材質分類，可分為無機絕熱材料、有機絕熱材料和金屬絕熱材料三大類。按形態分類，可分為纖維狀、微孔狀、氣泡狀和層狀等等。

1 熱絕緣理論

對于熱絕緣，就絕熱材料的導熱系數而言，無論平壁或圓筒壁，絕熱材料的導熱系數愈小，效果愈好。而就絕熱材料的厚度來說，平壁上的絕熱材料層愈厚，熱阻愈大，散熱也愈小。但圓筒壁外的絕熱材料層愈厚，散熱卻不一定愈小。

設圓筒壁外的絕熱材料的內徑（即圓筒外徑）為d1，外徑為d2，絕熱材料的傳熱系數為：m2

k2=1/[d2/d1α1+（d2/2λ）Ln（d2/d1）+1/α2]W/（m2·k） （1）

設絕熱材料外側表面積為F2，當增厚絕熱材料即增大d2時，k2將減小（見式（1）），但F2卻增大了，因而k2F2不一定減小，即散熱損失不一定減小。可以證明，當d2從一較小的值開始增大時，散熱損失將隨d2的增大而增大。

d2=dc=2λis/α2 （2）

當d2增大到式（2）時，散熱損失達到最大值。此后再增大d2，散熱損失就開始下降。dc稱為“臨界絕緣直徑”。其中λis為絕熱材料的導熱系數，α2為絕熱材料外側的放熱系數。由此可見，當一圓管的外徑d1≥dc時，在圓管外表面包裹上絕熱材料總是可以減少散熱損失的，而且絕熱材料的外徑d2愈大，散熱損失愈小。當d1dc后，進一步增大d2才能使散熱損失減小，若d2不夠大，散熱損失仍會比未包裹絕熱材料時為大。

2 熱絕緣在復烤廠管道保溫中的應用

復烤廠的熱力管道外殼保溫材料的種類一般為珍珠巖、蛭石、石棉粉、石棉繩、石棉絨、巖棉等，下面就針對這幾種保溫材料，計算出相應的“臨界絕緣直徑”。

從何德廣主編的《熱工基礎及其應用》187頁附表7查得上述幾種保溫材料的導熱系數如下。

（1）珍珠巖：λ=0.06×1.163=0.0698W/m·k。

（2）蛭石：λ=0.11×1.163=0.1279W/m·k。

（3）石棉粉：λ=0.16×1.163=0.1861W/m·k。

（4）石棉繩：λ=0.18×1.163=0.2093W/m·k。

（5）石棉絨：λ=0.66×1.163=0.0768W/m·k。

（6）巖棉：λ=0.034×1.163=0.0390W/m·k。

又從何德廣主編的《熱工基礎及其應用》65頁表6-5查得，空氣自然對流放熱系數α的大致范圍是5～25 W/（m2·k），取α=10 W/（m2·k），根據公式（2）d2=dc=2λis/α2計算出上述幾種保溫材料的“臨界絕緣直徑”如下。

（1）珍珠巖：dc=2λis/α2=2×0.698÷10=0.014 m。

（2）蛭石：dc=2λis/α2=2×0.1279÷10=0.026 m。

（3）石棉粉：dc=2λis/α2=2×0.1861÷10=0.037 m。

（4）石棉繩：dc=2λis/α2=2×0.2093÷10=0.042 m。

（5）石棉絨：dc=2λis/α2=2×0.0768÷10=0.015 m。

（6）巖棉：dc=2λis/α2=2×0.0390÷10=0.008 m。

從以上計算可以得出結論：根據保溫材料的不同，必須選擇合理的“臨界絕緣直徑”，不能盲目保溫，要消除“保溫總能節約熱能”的錯誤思想。以石棉繩為保溫材料為例，當管子外徑d1≥42 mm時，在管子外包裹上石棉繩總是可以減少散熱損失的，而且絕熱材料的外徑d2愈大，散熱損失愈小。當d1<42 mm時，則包裹上石棉繩反而增大散熱損失，而且d2愈大，散熱損失愈大。只有當d2>42 mm后，進一步增大d2才能使散熱損失減小，若d2不夠大，散熱損失仍會比未包裹絕熱材料時為大。

3 結語

云南煙葉復烤有限責任公司大理復烤廠始建于1985年，經過30多年的發展，經過兩次大規模技改，現在已建成一條12 000 kg/h打葉復烤生產線及其配套設施。在多年的技改工作中，安裝了很多的熱力管道，在管道保溫施工過程中，筆者所在廠根據保溫絕熱材料的特性，合理地選擇“臨界絕緣直徑”，真正減少了熱力管道的散熱損失，為企業節約了能源，從而提高了企業的經濟效益和社會效益，為節能減排做出了貢獻。

參考文獻

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