直埋热力管道保温材料及热损失计算分析

直埋热力管道保温材料及热损失计算分析直埋热力管道保温材料及热损失计算分析 摘摘 要要 本文介绍了目前国内外直埋保温管道预制保温管的技术性能 并通过 计算分析得出采用此类保温材料要比采用地沟敷设的常规保温材料热损失减少 40 左右 而且节约投资并缩短施工周期 建议有条件的供热工程应采用预制 保温管直埋敷设 关健词关健词 直埋技术 预制保温管 热力保温管 热损保温管 前言前言 国内外直埋技术的发展 已经有 60 余年的历史 早在 30 年代 原苏联最 初采用泥作保温材料 40 年代又改用浇灌泡沫混凝土作直埋管道的保温材料 实践证明 这些保温材料吸水率大 直埋管道腐蚀严重 50 年代初的美国 丹 麦和加拿大等国的各大公司研制了预制保温管 即 管中管 技术 从而使管道 直埋技术发展到了一个新水平 国内在 50 年代曾采用过浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式 70 年代开 始研究沥青珍珠岩保温材料的直埋热力管 取得了很大成绩 80 年代我国出现 了两种新型预制保温管 一类是天津大学根据国外经研制的保温结构为 氰聚塑 型式的预制保温管 另一种是引进国外生产线的 管中管 型式的预制保温管 目前这种型式的预制保温管已先后在天津 北京 郑州等地进行大批量生产并 广泛用于城市热力管网 2 直埋预制保温管技术性能直埋预制保温管技术性能 咨询 徐咨询 徐 国内外部份厂家生产的预制保温技术性能国内外部份厂家生产的预制保温技术性能 见表 1 表表 1 国内外部分厂家生产的预制保温管技术性能国内外部分厂家生产的预制保温管技术性能 性 能 天津市建 筑塑料制 品厂 哈尔滨东 光机械厂 大城县荣 邦防腐保 温材料有 限公司 瑞典供热 协 会 芬 兰 ECOPIPE 钢管防锈防腐层氰凝 保温材料聚氨脂聚氨脂聚氨脂聚氨脂聚氨脂 工作温度 120 通用型 120 120 130 130 容重 kg m380 10045 8060 1008080 闭孔率 90 929090 88 88 导热系数 W m 0 0350 027 0 027 0 0270 027 吸水性 kg m30 2 0 32 3 4 102 抗压强度 MPa0 5 0 6 0 2 100 防护外壳材料玻璃钢聚乙烯管聚乙烯管聚乙烯管聚乙烯管 直径 mm94 880100 63025 900110 1000110 1000 厚度 mm1 23 11 62 17 63 10 63 19 6 耐腐蚀性耐酸碱耐酸碱耐酸碱耐酸碱耐酸碱 耐用年15年以上50505050 氰聚塑直埋保温管是用硬质聚氨脂泡沫塑料作保温材料 外部用玻璃钢作防护 外壳 钢管外壁刷一层 氰凝 作防腐层 通用型适用于120 以下介质的热力管 网 高温型适用于250 以下介质的热力管网 其保温材料为硅酸镁发泡聚氨脂 复合保温材料 保护外壳为玻璃钢 第二种类型是 管中管 预制保温管 其保 温材料为聚氨脂硬质泡沫塑料 保护外壳为高密度聚乙烯外套管 适用于120 以下部介质的热力管网 3 保温层厚度及热损失计算保温层厚度及热损失计算 保温层厚度应根据热损失法或经济厚度计算后并经综合经济效益比较后确定 直埋管保温层厚度应根据热损失法或经济厚度计算后并经综合经济效益比较后确定 直埋管 道的设计结构如图道的设计结构如图1所示 图图1 直埋保温管结构示意图直埋保温管结构示意图 1 热力管 2 主保温层 3 保温层 4 土壤 5 地面 直埋管道的保温计算其原理与一般保温管道相同 但一般热力管的表面散热由外界空气吸 收 而直埋管道由周围土壤来吸收 一般管道属于无限空间放热 直埋管道放热与管道埋 设深度有关 直埋敷设的供热管道热损失计算 它和预制保温管结构 介质温度 管径大小 土壤 性质 保温层的导热系数及管间距等多种因素有关 一般可按图2给定的尺寸进行管道热损 失计算 图图2 直埋保温管计算示意图直埋保温管计算示意图 3 1 单根直埋管道的保温层厚度及热损失计算 1 式中 保温材料的导热系数 W m 实际计算时 应根据土壤的干湿程度分别 乘以系数1 2或1 5 当确定保温层平均温度 Tm 时 保温层表面温度按 Ts 60 70 取值 SO 土壤的导热系数 W m 干土壤取0 50 不大湿土壤取0 50 较湿土壤取1 74 很湿土壤取2 32 q 允许热损失 W m T0 管道的外表面温度 TSO 管道敷设处的土壤温度 h 管道的埋设深度 地表面至管中心 m D0 管道外径 m D1 保温层外径 m 管道热损失计算 2 式中 R 总热阻 m W R1 保温层热阻 m W RSO 土壤热阻 m W 3 2 多根直埋管道的保温层厚度及热损失计算 多根直埋管道的保温层计算应考虑到管道彼此间热损失的影响 现以两根埋深相同的 管道为例说明计算方法 对第一根管道 3 对第二根管道 4 式中 角标 表示第一 第二根管道 其余符号的意义同前 R0 两根管道相互间影响的当量热阻 m W 5 b 两根管道的中心距离m 按式 3 4 算出值后 即可求出保温厚度 热损失计算 两管道 埋深相同 第一根管道 6 第二根管道 7 式中 R 第一根管道热阻 m W 8 R 第二根管道热阻 m W 9 RSO R0 土壤热阻及管道相互影响的当量热阻 m W 10 上述公式适用于直埋管道 h D0 2 5的情况 当埋深较小时 即 h D0 2 5的情况 管 道散热会有一部分通过地层传至地面 但在实际工程中很少使用 其土壤热阻可按下式计 算 11 式中 h埋 埋设深度计算值 m h 管中心距地表面距离 m SO 土壤的导热系数取1 16 2 32 W m SO 由土壤表面至周围空气的给热系数 一般取23 2 34 8 W m2 例如 当管内介质温度 T0 95 T0 70 土壤的温度 TSO 5 0 027W m h 0 8 m SO 1 15 W m b D1 200 D0 560 mm 时 b D1 300 D0 560 mm 时 将上述数据代入 3 10 可得出下表2 表表2 直埋敷设热损失计算结果表直埋敷设热损失计算结果表 DN D0 mm D1 mm b mm RSOW m R1W m R0W m q1W m qnW m 50571173170 384 230 2320 512 52 80891473470 432 960 2125 517 6 1001081683680 412 600 219 619 6 1251332034030 382 490 2029 9320 56 1501592194190 371 890 1937 6725 59 2002192794790 341 430 1747 7632 14 2502733335330 311 170 1656 7237 79 3003253955930 291 120 1559 6039 76 计算结果表明 采用聚氨脂预制保温管直埋敷设供热管的热损失要比用岩棉管 壳 玻璃棉制品 矿渣棉制品等保温材料 地沟敷设的供热管道热损失减少40 以 上 不同保温材料热损失比较见表3 表表3 不同保温材料热损失比较表不同保温材料热损失比较表 地沟敷设热损失 预制保温 管 直埋敷设 DN 岩棉管 壳 W m 玻璃棉制 品 W m 矿渣棉制 品 W m 聚氨脂保 温 W m 5035 937 838 720 5 8049 855 055 925 5 10057 965 455 019 6 12568 569 766 229 93 15079 590 373 137 67 20083 7126 4107 547 76 250101 3130 7127 356 72 300118 1144 5146 259 6 4 结论结论 1 预制保温管与常用的保温管相比 具有热损失少 防水 耐酸碱 耐腐 蚀等优点 在热网工程中应大力推广使用 2 节约投资 直埋管道敷设比地沟敷设可节约投资近30 3 施工简便 缩短周期 由于直埋管道敷设要比地沟敷设时