地上给排水管线保温厚度设计

摘 要：随着科学技术的日益发展，作为节能措施之一的隔热保温被广泛应用。为了正确选择保温材料和确定保温结构，必须进行保温设备及管道的热力计算，而确定保温层厚度是其中的一个重要环节。本文主要介绍采用热表面方法计算给排水地上管线保温厚度的思路，以资参考。

关键词：管道保温；保温厚度；设计分析

中图分类号：TU71 文献标识码：A

1地上给排水管线保温计算的选择

1.1现有管线保温的计算方法主要有以下几种方式

（1）经济厚度：这个方法是按保温投资的年折旧费和所采取的保温厚度的热损失之和为最小的条件导出的。

（2）根据保温层的表面温度的要求计算保温层厚度。这个方法是根据热流通过保温层的导热量与经过表面的换热量导导出的。

（3）按规定的允许热损失计算保温层厚度。在计算之前，先从相关计算手册中查出允许热损失量，然后计算保温层厚度

1.2计算方法的选择

根据不同的目的和限制条件，可采用不同的计算方法。例如：为减少散热损失并获得最经济效果，应采用经济厚度计算方法；为限定外表面温度，应采用表面温度计算方法；为限定表面散热热流量，应采用最大允许散热损失法计算。除经济厚度法外，都是按热平衡的方法计算。

给排水地上管道一般限定出口温度不小于0℃，因此在给排水地上管线保温厚度计算中，采用给定介质温度的方法进行保温层厚度计算较为合适。

2给定介质温度计算保温层厚度的计算过程

给定介质温度的方法进行保温层厚度计算一般按如下顺序进行：

（1）首先确定介质进水温度、出水温度、环境温度和保温层外表面温度。

（2）根据相关规定选择保温材料，确定导热系数。

（3）假定保温层的外表面温度后，进行保温层厚度计算。

（4）核算保温层的外表面温度，若差距较大，重新设定外表面温度后重新计算厚度。

3计算公式

3.1基础公式

设输送热介质温度为t（℃），每小时流量为G（kg/h），质量比热为Cm（kJ/kg·K），在管道内经过距离L（m），其间的热容量减少值与散热量相等，所在环境温度ta（℃）。

式中：R-管道外隔热层热阻（m·℃/W）、l-管道当量长度（m）

Cm-质量比热（kJ/kg·K）；水的质量比热Cm=4.202kJ/kg·K

t1-起点进水温度（℃）t2-终点出水温度（℃）

ta-管线所在环境温度（℃）中间计算量（m）

D0-保温层外直径（m）d-管道外径（m）

λ-运行工况下，保温层的材料导热系数（W/m·℃）隔热层外表面向大气的放热系数（W/m2·℃）

3.2导热系数计算（表1为一种保温材料的性能）

保温材料的导热系数一般随平均温度的升高而加大。通常在一定温度范围内，导热系数与温度多为线性关系，导热系数方程如下：

式中：

λ-运行工况下，保温层的材料导热系数（W/m·℃）

a-常数，是tm=0℃时的导热系数（W/m·℃）

b-温度系数，常数，反映材料的导热系数随温度tm改变的程度（W/m·℃）

tm-保温材料的平均温度（℃）；t1-起点进水温度（℃）

t2-终点出水温度（℃）ts-管道保温层的外表面温度（℃）

3.3保温层的外表面温度计算公式。运行工况下，保温层的外表面温度计算公式如下：

式中：ts-管道保温层的外表面温度（℃）R-管道外隔热层热阻（m·℃/W）

q-单位表面热损失量（平面W/m2，圆筒W/m）

t1-起点进水温度（℃）

ta-管线所在环境温度（℃）

D0-保温层外直径（m）α-隔热层外表面向大气的放热系数（W/m2·℃）

4工程实例

宁夏某厂有DN80回用水管线（从回用水站至循环水场，水量为15t/h），回用水出边界水温10℃，经计算管线长度约为5000m，至循环水场界区出水温不小于5℃，保温材料采用高温玻璃棉，计算保温厚度。

（1）由已知条件和查相关表格，得到回用水的运行参数如下：

10（℃）5（℃）-15（℃）

水的比热Cm=4.202kJ/kg·℃

放热系数（W/m2·℃）

（2）计算导热系数

查相应手册，确定高温玻璃棉保温材料的导热系数：

假定保温后的外表面温度为0℃

回用水的平均温度为（10+5）/2=7.5℃

故保温材料的导热系数

（3）保温厚度计算

根据已知条件进行计算，得：

由公式

，得

所以

（4）核算表面温度

因计算的外表面温度与假定外表面温度差距较大，需要重新假定外表面温度。

（5）重新设定保温后的外表面温度

根据计算的保温层外表面温度数据，重新设定外表面温度为-10.5℃

故保温材料的

得：

由公式，得

所以

（6）核算表面温度

与假定表面温度基本一致，故8.4mm保温层厚度可满足给定温降的要求。设计保温厚度取30mm。

4结论

（1）通过上文及工程实例，可为给排水专业的设计人员在进行保温厚度计算提供参考。

（2）我们可以利用EXCEL的计算公式对保温厚度的计算进行编制，以提高设计速度。

参考文献

[1]石油化工装置工艺管道安装设计手册[Z].

[2]传热学[Z].

[3]电热安装手册[Z].