大管径热水直埋供热管道保温层厚度的计算

第2 7 卷第2 期 2 (X)7年2月 煤 气 与 热 力 GAS 2 . 天津市建筑工程学校，天津 3 00022; 3 . 宁夏回族自治区墙体材料改革办公室，宁夏 银川 750001) 摘要: 根据热水直埋供热管道的传热原理， 对大管径热水直埋供热管道的保温层厚度计算 方法进行了 探讨。提出 保温层厚度的计算应采用控制热水直埋供热管道外表面温度和满足热网输 送效率的综合计算方法。 关键词: 大管径; 直埋供热管道; 中图分类号:T U 9 95文献标识码 保温层; 热网输送效率 :A文章编号:1 0 0 0 一 4 4 1 6 ( 2 0 0 7 ) 0 2 一 0 0 7 0一 0 3 C a l c u l a ti o no f I n s u l a ti n gL a y e r T h i c kne s s o f D i r e c ti yB u r i e d H o t 一 w a t e r H e a t s u P P l yPIP e l i n e 初thL a r g e Dia me t e r Y A N G L i a n g 一 z h o n g ，z H A N G L i a n 一 g a n g ，C A O B a o 一 u n Z ，x us h a n 一 z h o n g ， ( 1 . Nort h C h i n a Mun ic iP a l E 咭i ne e r i 鳍D es ig n 2 . Ti a njinCoo t ruct i o n E ngi n e e r i ng COl l e g e ， Ti a nj i n3 0 0 0 2 2 ， Chi n a ; 3 . N i 刀 9 % i aHui A u t o n o m o usR 塔i o n s R eform 记 对乞 c e of肠l l M d t e r i a ls ， Yi n c h u a n 7 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) A b s t r a c t : A c c o r d i n g t o t h e h e a t t r a n s fe r p r in c i p l e o f d i r e c t l y b u ri e d h o t 一 w a t e r h e a t 一 s u P p l y p ip e - l i n e ， t h e c a l c u l a t i o n m e t h o d o f i n s u l a t i n g I a y e r t h i c k n e s s o f d i re c t l y b u r i e d h o t 一 w a t e r h e a t 一 s u p p l y p i p e l i n e i s d i s c u s s e d . I t i s p u t fo rwa rdt h a t a c o m p r e h e n s i v e c a l c u l at i o n m e t h o d s h o u l d c o n t ro l t h e e x t e m a l s u rfac e t e m p e ra t u reo f d i re c t l y b u ri e d h o t 一 w a t e r h e a t 一 s u p p l y p i p e l i n e a n d m e e t t h e t r ans m i s s i o n e ffi c i e n c y o f h e a t - s u p p l yn e t w o rk. K e yw o r d s : l a 吧 ep i p ed i a m e t e r ; d i re c t l yb u ri e dh e at 一 s u p p l yP i p e l i n e ; i n s u l a t i n gl a y e r ; t r a n s m i s s i o ne ffic i e n c y o f h e a t 一 s u P P l y n e two rk 目 前， 我国正处于高速发展时期， 而能源紧张制 约着经济发展， 因此节能降耗是我国的长期基本国 策。对于改善居住环境和提高人民生活水平的集中 供热事业， 实现热电联产集中供热是节能降耗的有 效手段之一。随着城市化进程的进一步实施， 采用 大型供热机组实现热电联产的城市越来越普遍， 供 热普及率越来越高， 供热面积、 供热范围和供热距离 也越来越大。高效低耗的预制直埋式保温管道应用 日 益广泛， 但热网造价相应提高， 这就使得对热网 输 送效率的要求也越来越高， 保温层厚度及保温结构 设计显得更加重要。 合理的保温结构设计与计算应综合考虑各种因 素， 首先应按文献 1 的要求控制保温管道外表面 温度 50 ， 避免对地下其他市政设施及花草树木 等植物的根系产生影响， 其次要考虑整个热网的输 送效率必须大于等于90%。鉴于目前国内生产保 温管的主要厂家提供的保温层厚度在不同地区应用 时并不满足以上规范要求， 本文结合工程实践， 对大 管径直埋热水供热管道保温层厚度的计算方法进行 探讨。 7 0 www . w a t e r g a s h e a t . c o m杨良 仲， 等: 大管径热水直埋供热管道保温层厚度的计算第2 7 卷第2 期 1 计算方法 根据传热学原理及文献 1 、 2 ， 将保温层厚度 的计算方法分为经济厚度计算法、 允许散热损失计 算法、 控制外表面温度计算法。 文献 1 规定供热管道外表面温度高于3 23 K 时必须进行保温， 可以理解为供热管道的外表面温 度必须低于3 23 K 。因此， 在计算保温层厚度时应 控制保温层外表面温度， 使其低于3 23 K ， 在满足此 条件下再考虑是否满足允许最大热损失， 是否满足 热网的 输送效率) 90%的要求， 若不满足要求， 须增 大保温层厚度。 保温层厚度的 计算 一 在保温层厚度计算过程中， 关键问题是由于供 热管道敷设于土壤中， 尤其是大管径供热管道， 埋深 较深， 管道四周的土壤热阻远大于架空或管沟敷设 工艺， 可能出现供热管道外表面温度过高的现象。 因此， 在确定保温层厚度的计算过程中， 应采用控制 外表面温度计算方法。 保温管道一般为单层聚氨醋保温结构， 在不考 虑外护套管热阻时， 保温层厚度可按下式计算: tso i取 地面 大气温 度。当h/ 试 n ，。 2 时， h ， 二 h ， t so 、 取 管道中心埋深度处的土壤自 然温度。 热损失的计算 土壤热阻的计算式为: 之一d 了.吸、 R ，。 ; = 2 下 入 5 o 1 d in方 )2 一 (， ， 式中 Rs 、 土壤的热阻， m 份W 当h / 试 n ，。 ) 2 时， 式( 3)可 简 化为: R so= 2 叮 人 5 o 1 、 _ 4 h l ， 砚 ( 4 ) 由于式( 3)与( 4)的计算结果相差不大， 因此在 实际应用中大多使用式( 4 ) 。 保温层热阻的计算式为: 1试 _ _ R_=二 一 一 - In 一 2 叮 A i。 d s ，e ，。 ( 5 ) 式中 为: 尺 n 保温层的 热阻， m 份W 土壤中的单根管道单位长度热损失的计算式 q t o t。 ， 。 一 t 。 1 R ，0 1 + R in ( 6 ) d in ，。 一 d 。te ，。 2 ( 1 ) I n d in ，。 = n ! 人 5。 、 ( t 、n ，。 一 1 5。 、 ) I n d ，te ，。 A ;。 ( t ，t。 ，。 一 t in ，。 ) + 人 5。 1 ( t ，n ，。 A ，n ( t ，te ，。 一 t in ，。 ) I n ( 4 h ， ) 一 t so 1 ) 式中 q 管道单位长度热损失， W / m 通常供热管道一般为两条管道同槽平行敷设， 因此应根据两条管道的温度场互相叠加的原理计算 热损失。考虑平行敷设的管道之间的相互影响， 引 人一个附加热阻， 其计算式为: A ，。 ( t s，e ，。 一 t in ，。 ) + 5。 、 ( t ln ，。 一 t s。 、 ) 式中 占 保温层厚度， m 试 。 ，。 保 温 层 外 径， m dst e .。 工作钢管 外径， m ( 2 )R o = l 2 叮 人 ， 。 1 ，。 * / ， 十 ( 丛 ) 2 丫、 I j ( 7 ) 式中 式为 R O 附加热阻， m K/w 一两条管道中心线间的水平距离， m 第1 条与第2 条管道的单位长度热损失的计算 、.产、1.了 QOg 了百、了、 人 5。 卫 土壤的热导率， W / ( m K) ti n ，。 保温层外表面控制温度， ， 取50 t so i 管道周边土壤温度， 人 in 保温材料在运行温度下的热导率， W / ( m K ) t o e ，。 工作钢管外表面温度， ， 取热水的 温度 h l 管道的当量埋深， m 当h / 试 n ，。 2 时， h ， = h + ( 入 soi/a ) ， h 为管道的 中心埋深， 单位为m， 。为管道上方土壤的表面传热 系 数， 单位为W / ( 扩 K ) ， 取ro 巧w/ ( 耐 K)， q l = ( t in 。 ，1 一 t ，。 1 ) R Z 一 ( t ，n ，。 ，2 一 t s。 ， ) R 。 R I R Z 一 R ; A q Z = ( t in ，。 ，2 一 t ，。 、 ) R ， 一 ( t in ，。 ， 一 t s。 、 ) R 。 尺 ， 尺 2 一 R 孟 R I = R ， 。 1 + R ln ， 1 R Z = R s 。 ， + R in ，2 式中 q ， 、 q Z 第LZ 条管道的单位长度热损 失， W/ m t in ，。 ，1 、 t in， 。 ，2 第1 、 2 条管道的 保温层外表 面控制温度， 双 ; 、 尺 2 第1 、 2 条管道的总热阻， m 份W 71 第2 7 卷第2 期煤 气 与 热 力 www . W a l e 笔 as h e a t . c o m 风 n ， 、 风 n ，2 第1 、 2 条 管道的 保温 层热阻， m K / W 两条管道的单位长度总热损失计算式为: q o u m = q l + q :( 1 0 ) 式中 q sum 两条管道的单位长度的总热损失， W/ m 热网输送效率的计算 热网输送效率计算式为: 刀 = 1 一 ( 1 + 9 ) 各 。 5。m : 少 ( 1 1 ) 式中 刀 热网 输送效率 若 考虑阀门、 支座等未保温或保温薄弱环 节的附加热损失系数; 取0 . 1 一 0 . 巧 n 计算管段数量 入 第1 段计算管段的长度， m 中 供热系统的供暖热负荷， W 2 算例 某市集中供热工程， 供热介质为热水， 设计供、 回 水温度为1 3 0 、 7 0， 供热面积为l l O 0 x l o 4 m Z 。 为简化计算， 仅以两段管段为例进行计算。管段 1 一2 的长度为2 5 0 0 m ， 热水体积流量为8 3 56 m 3 / h ， 管段2 一3的长度为 1 0 00 m ， 热水体积流量为 7 60 om 3 / h 。两条平行管道中心线水平距离为 1 . 85m 。中心埋深为2 . l m ， 管道周边土壤温度为 10， 土壤热导率为1 . Z W / ( m K ) 。本工程工作 钢管外径为1 2 20 m m ， 壁厚为14m m 。采用聚氨醋 保温管， 保温材料的热导率单位为 W / ( m K ) ， 数 值为0 . 0 2 7 5 + 0 . 0 0 01 4 ( t 。 一 2 5 ) ， 其中t 。 为保温材 料的平均温度， 单位为。 保 温 管 外 表 面 控 制温 度tin，。 = 50， 按 式( 1 ) 、 ( 2 ) 和已 知计算参数计算保温层外径试 n ，。 和厚度占 分别为 1 3 6 9 、 7 4 . sm m 。目前， 对于外径为 1 2 2 0 m m的工作钢管， 国内保温管厂给出的聚乙烯外保 护管的外径为 1 3 7 0m m、 壁厚为 1 4m m， 即保温层 外径为1 3 4 2m m ， 保温层厚度为6l m m ， 小于计算 值。因此， 应根据实际晴 况重新确定保温层厚度。 根据保护管外径的定型尺寸向上取整， 本算例 的聚乙 烯外保护管外径应取1 4lom m 、 壁厚为17 m m ， 即保温层外径为 1 3 76 m m ， 保温层厚度为78 m m ， 大于计算值， 满足要求。通常供回 水管道保温 层厚度相同， 便于管道的安装和运行维护。 保温层厚度确定后进行热损失计算， 分别计算 供、 回 水管道单位长度热损失及两条管道热损失之 和， 再根据管段长度计算管段总热损失。 最后， 按式 ( 1 1)计算管网输送效率。 经计算可得， 供水管道单位长度的热损失为 1 6 9 . SW / m ， 回水管道单位长度的热损失为 56. 8 W / m ， 二者之和为2 26. 6W / m 。管