直埋蒸汽管道保温厚度计算浅析

科技信息专 砚击城 直理扭提圈值保侣国澳计.浅析 郑州市市政二程勘浏设计研究优王景涛 【 摘 典7 集中袂热的健康里展P . 成为衡全个城市基抽建诬水平的不可 跳少Of要却介， 春立A落汽甘通砚设中， 裸 沮层浮度的 许弃， 又几一个昨常失健的 技未环节. 准城姚 共热t o签汽借珑长未抚祖未白合 贡， 像派层浮度大多是根 拐厂家提拱的资并所得， 成者是根拐国术 裸遥困 泉选取， 这样得刘的保注展浮崖不能准确反映所A设落汽呀过的实际 价觅。本文足从城镇挤热Y理落汽借过胶未锐粗的自度作了有关分析计葬， 以便粗碑引玉。 C -A F .询 宜汉 落汽f道 保注层 一、问题的提出 在 城镇供热直埋蒸汽管道技术规程 文献1 未发布实施以 前，直埋熟汽管道保温厚度计算大多是根据厂家所提供的保 温管道厚度资料进行. 由于不同的保温厂家保温厚度也不尽相同， 这使得在实际设计中选取直埋蒸汽管道保温结构出现这样或 那样的问 题. 如: 因各保温层保温厚度较小 或者不合理导致外有机保温层耐温能力超过其承受范围 而被破坏， 从而使保温结构 进水，进而保温管冒汽，热损失猛增，最后导致整个管系. 抱汤” 甚至殃及管网报废等等问题。随着国家标准 城镇供热直埋 蒸汽管道技术规程的出台， 直埋蒸汽管道保温结构中保温厚度的计算就步入了 正式的轨道， 保温厚度的计算问 题也成为在工 程设计中最为重要的一步 二、直埋燕汽管道保温厚度的计算 1 、 保温厚度的计算 城 镇供 热 直 埋蒸 汽 管 道技 术 规 程 “ 中 规 定: 在 设 计 保 温结 构 时， 应 按 外 护管 外 表 面 温 度小 于 或 等 于5 0 L 计 算保 温 层 厚 度。 采用复合结构时， 保温层间的界面温度不应超过外层保沮材料安全使用温度的0 . 8 倍。 并给出了相应的计算公式. 直埋燕 汽管道一般采取复合保温结 构，工程中大多应用内 滑动式。复 合保温结构的 计算公式和方法是这样规定的 1 )多层保温结构的散热损失( 初算值)应按下式计算: ，。 市 气 2 . 1 力 从 O t 式中:。一 单位管长热损失 ( 初算值)( W / m ) o D W 根据经脸设定的保沮层外径 ( m )。 t w - 探温管外表面温度 ( ， 按设计要求确定: t s -直埋燕汽管道周边环境温度 ( 亡) A 9 土的导热系数 W / ( m “ K ) 1 : H l - 管道当 盘埋深 ( 。 ): 当R / D . C 2 时，H 1 = H + a 盯n i s 取地面大气摄度 ( 卜 当H / D w 2时，H 1 - H , i s 取直埋燕汽管道中心埋设深度处的自 热地温 ( ) 式 中: H 一管道 中心埋设 探度 m ): 。 t 方地表面大气的换热系数 W AR ? “ K ) 7 ,取1 D - 1 5 , D W 一一保温层外径 ( m ); 2 )第一层保温材料厚度应按下列公式计算: W A 二 、 % ， 竺才迫 止 业 h lh Z 00 改 2 . 卜导 式中:D l -第一层保温材料外径 ( 的 ; 入l -第一层保温材料在运行温度下的导热系数， / (二 K ) : t 1-第一层保温材料外表面温度 ( ，按设计要求确定: 占 1 -第一层保温层厚度 伽). 3 )第1 层保温材料厚度应按下列公式计算: 呻. 筛望 上 已计im 叮 A l , 1 2 1 7 7 式中: D i - 第i 层保沮材料外径 ( m ): a i -第i 层保温材料在运行温度下的导热系数 侧(。 幼 ; 桩 第I 层保沮材料外表面温度 ( ，按设计要求确定: 5 i -第i 层保温层厚度 ( 耐 。 的计算得到的D i .应按公式( 5 . 2 . 3 - 1 ) 校核计算散热损失，其校核值与公式( 5 . 2 . 卜3 )计算的散热损失初算值相比较， 两个值的相对差值应小于或等于5 % . 5 ) 当相对差值大于5 % 时， 应将按公式( 5 . 2 . 1 - 6 ) 计算得到的保温层外径， 作为新设定的保温层外径， 代入公式( 5 . 2 . 1 - 3 ) . ( 5 . 2 . 1 - 4 )、( 6 . 2 . 1 - 6 ) 重新计算散热损失 ( 初算值)、 D 1 和D i ,并应符合第4 )项的规定. 2 、直埋蒸汽管道的热损失的计算应按下式计算: 2 4 1 科技信息 专趁击述 “ 瓜资 ;十 、 厂6之 于1) 式中: R 召 一 - 一 直埋蒸汽管道环境热阻 ( 二 . K 邝); 3 、直埋燕汽管道保温层界面温度的校核计算应按下式计算: _ 及 介 二场一 叼 乞 二 .，娇吮 户 2 麟练 【 ( 52今1 ) 4 、保温管外表面沮度的校核计算应按下式计算 t rt o 一 q xR( 5 . 2 . 4 一 2 ) 式中公R 一一保温层总热阻 ( 匹K 邝) 下面以 一个工程为实例来说明影响直埋蒸汽管道保温厚度的因素. 以郑州市秦岭路热力管网改造工程为例.其设计参数为工作管道D52 9xg 、设计温度3 50，管道中心埋设深度为1 . 5 土城导热系数 1 . 75贾 腼. K ，管 道外表面温度50， 保温结构为复合保温结构， 第一层保温材料为 耐煮沸硅酸镁瓦块保温层，其 导热系戮为0 . 096 ， / ， . K ，第二层保温材料为改性聚氨醋保温层，常年耐温1 2 0 ，其导热系数为0 . O 2 7 ， /m. K ，保温层间界面 温度1 20，埋深处土壤甲均温度1 ? . 1 ，燕汽管线敷设位置为人行遭. 根据上述公式，可算得直埋蒸汽管道各保温层厚度 计 算 步 魏 一 l 含义单位取值 1D 旧工 作管外径坦0 . 5 2 9 2 人 8土城的导热系数 侧 m . k1 . 7 5 0 0 3入l 第一层保温材料的导热系数 切 尹 喃 k0 09 6 4H 管道中心埋设深度 口1 5 0 5 t .工作管外 表面温度 3 5 0 . 0 0 6七 直埋燕汽管道周边环境温度 1 7 . 1 0 7七 。 保温管外表面温度 5 0 . 0 0 8氏几根据经验设定的保温层外径 田1 08 9入2 第二层保温材料的导热系数认恤 . k 0 ， 0 2 7 0 1 0t . 第一层保温材料夕 卜 表面温度 1 2 0 . 0 0 l lt 2第二层保温利科夕 卜 表面温度 5 0 . O Q 1 2 q ( 初定)单位 管长热损 失 侧 m2 1 0 . 9 6 1 3 D.第一层保温材料外径 m1 . 0 2 1 1 1 4压 第二层保温材料外径 m1 0 80 2 1 561第一层 保温层厚度 皿0 2 4 6 l 6 62 第二层保温层厚度 m0 0 2 9 6 1 7 q ( 校核) 单位管长热 损失W /m 2 1 0 . 9 6 3 1 8K直埋恭汽 管道环境热 阻压k /份0 . 1 5 5 9 3 1 9R l第一层保温材料热阻 . K 邝 1 . 0 9 02 5 2 0R 2 第二层保温材料热阻 拍 . K 翔 0 . 3 3 1 8 1 6 2 1t ，l 第 一 层保温材料的平均温度 K 5 0 8 2 2t 嵘第二层保湘材料的平均温度 K 3 5 8 2 3 热损 失百分 比 肠0. 0 01 佣 4 6 以不同管径、 不同 埋深、 不同 土坡导热系数、 不同介质温度、 直埋蒸汽管道周边环境温度为例计算直埋热汽管道各保温层厚度: 2 42 科技信息专砚击述 士 壤 导 热系 数 N / mk m 周边 环境 锡度 介 质温 度 工作钢管外径二 2 1 93 2 5 3 ， 了 了4 2 6 内 保温 层 享 度 外 保 泪一 层得 渡 内 m 层厚 度 外保 温 层厚 度 内9R E 层厚 度 夕 R i 层厚 度 内 例 层 厚度 外 保温 层浮 度 1 . 01 . 01 4 . 3 2 0 0 7 0 2 3 . 18 6 . 22 7 . 59 2 . 92 9 . 29 8 . 43 0 . 5 2 . 01 7 . 12 5 01 7 44 3 . 82 1 6 . 25 1 . 82 3 3 . 8 ， 5 4 . 9 2 4 95 了 . 5 3 . 01 8 . 83 0 03 2 37 0 . 13 9 88 1 . 34 2 9 . 38 5 . 74 5 6 . 58 9 . 4 1 . 5 1 . 0 1 4 . 3 2 0 04 6 . 41 4 . 25 8 . 11 7 . 26 2 . 81 8 . 56 6 . 71 9 . 5 2 . 01 7 . 12 5 01 1 22 51 4 1 . 93 0 . 31 5 4 . 43 2 . 51 6 5 . 43 4 . 4 3 . 01 8 . 83 0 02 0 33 82 5 5 . 74 5 . 62 7 8 . 24 8 . 62 9 7 . 75 1 . 3 2 . 0 一 一 1 . 01 4 . 32 0 03 4 . 81 0 . 21 3 . 71 2 . 54 7 . 41 3 . 5 5 0 . 41 4 . 2 ! 2 . 。1 7 . 12 5 08 2 , 31 7t O S . 12 11 1 4 . 82 2 . 61 2 3 . 3 2 4 . 1 3 . 01 8 . 83 0 01 4 6 . 22 4 . 91 8 6 . 63 0 . 42 0 1 93 2 . 82 1 9 . 13 4 . 8 2 5 1 . 01 4 . 32 0 02 7 . 883 59 . 83 81 0 . 54 0 . 6 1 1 . 1 2 . 01 7 . 12 5 06 4 . 81 2 . 88 3 . 31 69 1 . 31 7 . 39 8 . 21 8 . 4 3 - 01 8 . 83 0 01 1 41 8 . 11 4 5 . 32 2 . 51 6 0 . 32 4 . 31 7 2 . 72 5 . 9 5 、保温厚度的分析 从上面的计算结果表格巾可以看出， 随着输送介质温度的升高， 各保温层厚度越来越大: 随着输送介质管径的增大， 各保 温层厚度也越来越大; 随着敷设L 壤导热系数的 增大. 各保a层厚度越来越小叭 随着埋深的增加， 各保温层厚度也越来越大; 各保温材料的导热系数越小， 各保温层厚度也是越来越小; 根据经验设定的保温层外径在一定的花围内 越小，也使各保温层厚 度相应增加。 但根据计算过程中的分析， 各保温层厚 度也不能无限制增加.比如对于内滑动保沮结构来说， 在内层硬质瓦块保 温层厚度一定的条件下，聚 氨M有机保温层厚度如果一直增人， 界面处的温度就会超过聚氨醋有机保温层所承受的安全使用温 度范围，使聚氨酷有机保温层炭化，使外护层温度升高，加速对外护层的侵袭， 从而破坏整个直埋蒸汽管道的保温结构。 直埋 蒸汽管道的埋深也不能太深，因为从计算表格可以看出， 随着管 道埋深的增加， 各保温层厚度越来越大， 比如对于土壤导热系 数为1 . O A / m . k , 埋深为3 m , 输送燕汽介质温度为3 0 0 C 、 工博猎4 限为0 18 6 的直埋燕汽管道， 内层保温厚度竟然达到4 5 . 6 5 - 外层保温厚度也达到9 c m ,山此可见其直埋蒸汽管道的造价是很高的.各保沮层厚度的增加也会使保温层界面 处的温度和保温 管外表面温度升高， 达到一定极限时， 会破坏聚氨m有机保温 层， 从而破坏整个宜埋恭汽管道的 保温结构。 所以在设计直埋蒸 汽管道时，最好不要敷设太深. 当然， 影响直埋蒸汽管道保沮厚度的因素还有地下水.因为水会使土壤导热系数， 各保温材料导热系数、 周边环境温度有 所变化. 城镇供热直埋蒸汽管道技术规程)中也明确规定直埋燕汽管道管底低于地下 水位时， 其保a外护结构必须选用钥质 外护管.从此点上也可以看出地下 冰对直埋蒸汽管道保温厚度的影响. 三 、结论 从以上的分析可以看出， 影响直埋蒸汽管道保温厚度计算的因素主要有: 上壤热阻、 埋深、 输送介质温度和周围环境因素、 运行工况、气候条件以及工作钥管管径的大小、各保湿材料的导热系数、 根据经验设定的保 温层外径大小等因素。 蒸汽管道直埋技术是一项涉及热力学、材料力学、岩十力学、 流体力学以及有机 材料、 无机材料、防腐、电化学等多学