蒸汽管线表面散热损失综合计算方法

[摘 要]蒸汽管线保温层使用是石化生产安全及效益的关键环节。使用散热损失综合计算方法，可同时计算管线支、吊架及阀门法兰等附件的散热量，真实反映管线整体表面散热损失，明确管线各部分散热比重。为管线保温层改造，提供厚度计算依据。

[关键词]保温层；热流密度；热流密度

中图分类号：TU995.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0133-02

1、背景

根据蒸汽管线表面散热损失监测数据显示，实际散热损失远高于标准要求散热损失量。管线附件如阀门、法兰造成的散热损失在保温层改造时易被忽视，使管线在保温层改造后不能达到预期节能效果。蒸汽管线散热损失综合计算方法可在表面温度测试法基础上加入管线附件散热量计算，同时解决如阀门、法兰等异形附件保温层结合不严密对管线保温层改造效果的影响。

2、表面温度测试法

表面温度测试法是采用红外热像仪或红外辐射温度计先找出管线表面的等温区域，然后在每一个等温区域内找一个或几个代表点（根据面积和形状而定），在计算确定总热损失时还必须注意以下几点：

（1）保温层表面常常由于破损而出现温度显著高于周围的“奇点”，在测量时应特别注意，对这类点要专门处理，作为每小块面积上的平均热流也要选有代表性的一点或几点，再取平均值。

（2）对于管线来说，由于其表面上各处（上、下、前、后等等）的传热情况不一样，因此散热的热流密度也不一样，因此在选择测点时也要加以注意。在整个管长上等距离取若干截面，每个截面均匀布置四个测点，再取平均值作为该段管线的平均散热热流密度。[1]

管线的表面散热量是随时间变化的，因此要尽可能避免风力影响。测试尽量选在风速不大于0.5m/s的条件下进行，并增加挡风装置，待读数稳定后记录。并对同一测点进行多次测量，取多次测量平均值，常年运行工况允许最大散热损失。

3、表面散热损失计算

管线外表面与大气空间的换热过程包括对流换热与辐射换热，对流换热包括自然对流和制对流。根据二、三级测定要求，可用式（1）计算表面换热系数：（1）露天布置的管线，可按式（2）计算表面换热系数。（2）

――环境风速根据被测管线的表面温度、环境温度及表面换热系数，按式（3）计算表面散热热流密度。（3）――表面散热热流密度

――管线表面散热系数――保温层外表面温度――测试环境温度

4、管线散热损失综合计算方法

实际生产装置中的管线常含有接头法兰、阀门等附件，还有支架和吊架等。高温管线的阀门、法兰的保温结构，一般有两种类型。一种是软质材料保温，外壳采用铠装式镀锌铁皮。另一种类似于保冷的管件、阀门和法兰，用硬质保温制品组成规则的外形，不规则表面用软质保温材料充填，外护壳用铠装铁皮。

这些附件在监测中容易被忽略其对表面散热损失的影响。同时这些附件因结构形状特殊且不规则，热量易因保温层结合不够紧密而大量散失，是保温绝热的薄弱环节。如将这些附件散失热量折算至该条管线的直管段散热损失中，通过增加直管段的保温层改造厚度，减小整条管线的表面散热损失，可达到最佳节能效果。

根据红外热像仪或红外辐射温度计将管线表面划分为若干个等温区域，计算各个等温区域的表面散热热流密度之后，则整条管线总散热损失为（4）

――总热损失

――各等温区的表面散热热流密度（如有几个测点，取平均值）

――各等温区面积

如各等温区域面积相等，则（5）

――每块等温区的面积对于管线来说通常按照长度计算：

（6）式中

――第段单位管长的表面线散热量――第段单位管长的表面散热热流密度 ――各段的长度――管线的外径

管线中法兰、阀门等附件及支吊架，如果根据附件保温层表面积计算管线总热损失十分复杂，这时可以采用当量长度来确定热损失。在实际上如果对这些附件和支吊架缺乏统计数字，则计算长度可按下列原则考虑，室内管线为实际长度的1.2倍，室外管线为1.2-1.25倍。[2]

管线长度计算的确定：（7）――管线的计算长度，

――由于管线上设有支、吊、管线散（吸）热的附加系数，见表2。

――阀门，法兰等管件的当量长度，见表3。――管线的实际长度，

表2 支吊架散（吸）热附加系数

表3 阀门、法兰的当量长度

含有支、吊架及阀门法兰的管线实际总散热损失为

（8）

――第段直管段表面散热热流密度 ――第段直管段长度

――第个阀门、法兰表面散热热流密度 ――第个阀门、法兰当量长度

将整条管线表面散热损失折算到需改造管线的直管段，折算后表面散热热流密度

（9）――折算后管线直管段表面散热热流密度

――直管段总长度

因，所以经综合分析法计算后的表面散热热流密度会较大的超出最大允许散热热流密度。对管线进行保温层改造时，因管线附件表面形状不规则，保温层改造比较复杂。直管段保温层施工较方便，保温层结合较紧密。将支、吊架及阀门法兰这些附件结构散失热量补偿计算进入直管段改造计算中，以进一步减小直管段散热损失的方式减小整体管线表面散热，从整体上提高管线节能效果。

5、结论

蒸汽管线散热损失综合计算方法是对管线散热损失计算的进一步优化。尤其适用于高空及含法兰阀门较多的管线保温层改造。对节约生产能耗，提高经济效益具有重大意义。

参考文献

[1] 李媛媛.管线保温层绝热效果计算方法[J].炼油与化工，2014，25（113）：26-27.

[2] 裘应林.工业保温保冷应用技术[M].北京：国家建筑材料工业局标准化研究所，1995：124-124.

作者简介

高亚娟，1966年2月26日出生于黑龙江省伊春市。1998年毕业于大庆石油学院（现东北石油大学）化工与石油机械工程专业，专科。现就职于大庆石化公司检测公司质量安全科，从事设备管理工作，助理工程师。