谈谈设备和管道绝热层厚度的计算

谈谈设备和管道绝热层厚度的计算作者：设计院 陈永俊 发布人：shaoys 发布时间：2007-4-12 上午 11:17:53 浏览次数：1354 收藏【关键词】绝热 保温 保冷 露点 介质【摘要】为了防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，绝热工程已成为生产和建设过程中不可缺少的。但是计算绝热层厚度的公式多而繁琐。本文介绍一种新的绝热材料计算程序PEISU.BAS，结合空分装置设计着重介绍其使用方法。浏览字体设置：-+1 概述绝热是保温和保冷的统称。为了防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，绝热工程已成为生产和建设过程中不可缺少的。其功能如下：1） 减少设备、管道及其附件的热（冷）量损失。2） 保证操作人员安全，改善劳动条件，防止烫伤和减少热量散发到操作区。3） 控制长距离输送介质时的热量损失，以满足生产上所需要的温度。4） 在冬季，采用保温来延缓或防止设备、管道内液体的冻结。5） 当设备、管道内的节制温度低于周围空气露点温度时，采用绝热可防止设备、管道的表面结露。6） 不但可减少工艺设备或炉窑的热量损失，还可以提高生产能力。1.1 保温范围具有下列工况之一的设备管道及其附件必须保温：a.介质温度高于323K（50）；b.介质温度低于323K（50）时，工艺生产需减少介质温度降低或介质凝结；c.介质温度高于333K（60），工艺生产不需保温，但需经常操作维护而无法采取其它措施防止烫伤的部位（距离地面或工作平台的高度小于2.1m，靠近操作平台距离小于0.75m）；1.2 保冷范围具有下列工况之一的设备管道及其附件（设备支座、裙座、支腿、吊耳、管道支架、吊架等）必须保冷：a.为减少冷介质及载冷介质在生产和运输过程中的冷损失；b.为防止或降低冷介质及载冷介质在生产和运输过程中温度升高或汽化；c.为防止0以上常温以下的设备或管道外表面凝露；d.与保冷设备或管道相连的仪表及其管道。1.3绝热厚度的计算a.设备和管道的保温厚度根据当地自然环境条件、介质温度和保温材料的性能，按“允许最大散热损失”方法计算保温层厚度。b.防止烫伤的保温层厚度按表面温度计算，保温层外表面温度不超过333K（60）。c. 蒸汽伴热设备和管道以蒸汽和介质温度高者为基准，按“允许最大散热损失”方法计算保温层厚度。d设备和管道的保冷厚度根据当地自然环境条件、介质温度和保冷材料的性能，按“允许最大冷损失”方法计算保冷层厚度。e.所有上述条款规定的绝热层厚度计算公式及参数均按GB 50264-97 工业设备及管道绝热工程设计规范第4章“绝热计算”的规定进行。1.3.1 保温计算本规定保温厚度按下列公式计算（单层保温）：公称直径小于或等于900mm的设备或管道：ln（D1/D0）=2（ Rs）=D0/2*（D1/D01）公称直径大于900mm的设备或管道：=（ ）其中：D1保温层外径，米D0管道外径，米保温材料的导热系数，千卡/米小时Tf介质温度，Ta周围空气温度，q管道的总热损失量， 千卡/米小时（管道）；千卡/米2小时（平壁）Rs保温层表面至空气的热阻，米小时/千卡（管道）；米2小时/千卡（平壁）s隔热层表面至周围空气的给热系数，千卡/米2小时，保温层厚，米室外保温计算，环境温度取冬季采暖室外温度，风速取冬季平均风速；室内保温计算，环境温度取25；通行地沟中管道保温计算，环境温度取40。1.3.2 保冷计算采用夏季空调室外温度作为周围空气温度，采用最热月平均相对湿度作为湿度数据。保冷层表面温度定为露点加12。计算公式（单层保冷）：公称直径小于或等于900mm的设备或管道： D1*ln（D1/D0）=2/s*（Ts-Tf）/（Ta-Ts）=（D1-D0）/2公称直径大于900mm的设备或管道：=/s*（Ts-Tf）/（Ta-Ts）其中：Ts保冷层表面温度，其余参数定义同保温计算。2 绝热计算程序 由于计算绝热层厚度的公式多而繁琐，靠手工计算往往需花费大量时间且容易出错。如果查表计算，由于采用的绝热材料表中不一定列出，以及温度需采用内插法，导致结果有一定偏差。为解决以上困难，设计院原高级工程师孔小勇用BASIC语言编写了绝热计算程序PEISU.BAS。该程序非常实用，大大降低了劳动强度，计算结果精确，极大的缩短了设计时间。本人在空分装置设计中率先使用了这一运算程序，现将这一计算程序的操作作一介绍，作为对孔师傅劳动成果的推广，希望对设计院同事在工作中有所帮助。PEISU.BAS程序结构分为保温与保冷二大部分，保温部分有六种计算类型，保冷部分有八种计算类型供计算选择，计算选项以及计算需要输入的数据均有屏幕提示采用人机对话从键盘输入。从方便计算考虑，诸如绝热（保温与保冷）材料（常用）的导热系数方程中0和系数b、保温层外表面至环境的对流放热系数2或环境至保冷层外表面的对流放热系数2等屏幕均有相关数据供计算选择输入。工程设计时保温或保冷计算无论选择何种类型计算，一般要队计算所得的绝热层厚度进行圆整取值（以10mm为单位圆整取值），因此该程序中保温与保冷计算均设置了“校核计算”类型。这样运用“校核计算”类型项，即已知绝热层厚度，可校核计算绝热层（保温层或保冷层）外表面温度和热损失或冷损失；而且本程序特在计算结果中统计出管子和弯头（90）表面积、绝热层体积、绝热层表面积，绝热材料体积，绝热层外保护层材料（如铝皮等）面积用量。程序使用方法：1）启动BASIC,出现“OK”状态提示符后，装入本计算程序，即按F2键，（即LOAD命令），敲入文件名：LOAD：“PEINSU”OK2） 运行PEISU程序：（敲入）RUN屏幕提示输入计算选项：保温计算1保冷计算2敲入数字1或2，即屏幕又提示，保温或保冷计算类型选项：保温计算选项已知热损失或表面温度，计算保温层厚度：单层保温厚度1复合层保温厚度2已知绝热层厚度，计算热损失和表面温度：单层保温3复合层保温4保温经济厚度计算5控制管道内介质终端温度的计算6保冷计算选项防止保冷层表面结露的绝热计算：单层1双层2控制冷量损失的绝热计算：单层3双层4保冷经济厚度计算5球形容器保冷计算6已知保冷层厚度，校核计算单层7其中：圆筒壁1，平壁2， 球壁3双层8在程序使用过程中，需注意以下几点：a、保温计算选项中复合层可选计算2层或3层，保冷计算选项中复合层只计算2层。b、计算设备绝热厚度时，保温计算外径大于2000mm，程序自动按平壁公式计算；保冷计算外径大于1020mm，程序自动按平壁公式计算；球罐保冷计算应按实际外径数据输入。C、非圆形管道和设备的绝热计算，可按圆形管道和设备的绝热计算，但须将非圆形管道和设备的定形尺寸按下式换算为圆形管道和设备的当量直径De。De=P/式中De当量直径P横截面外周长圆周率3.14计算选项确定后，各项计算所需输入的数据（已知条件）均可按屏幕提示要求输入。请注意数据的使用单位。如果发现已输入数据有误，可中断程序运行，重新输入数据。在程序运行过程中，可以使用控制键进行人工干预，常用的控制键有几个：Ctrl-Break 终止（中断）程序的运行Ctrl-Numlock 暂停显示和暂停打印Ctrl-Prtsc 接通/断开打印机计算结束后退出BASIC状态，用SYSTEM命令，即按F8键或敲入SYSTEM。以下列出常用绝热材料名称：超细玻璃棉-ULTRAFINE GLASS BLANKET矿棉毡-SLAG WOOL聚氨脂泡沫塑料-POLYURETHANE FOAM酚醛泡沫塑料-PHENOLIC FOAM聚氯乙烯泡沫塑料-CELLULAR POLYVINYLCAS系列铝镁质保温（保冷）材料-CAS(Mg-Al)3计算实列在大甲醇空分装置中，有大量保温和保冷管道需要计算。本人采用PEISU.BAS程序很快完成了这些计算。以中压蒸汽管道为例，370的蒸汽管道有DN32、DN50、DN150 和DN250的管道规格，采用硅酸镁保温材料制品，导热系数: =0.04W/(m)，环境温度Ta取25，保温层外表面至环境的对流放热系数2取11.4W/(m2)。利用程序计算结果如下：管道外径保温厚度(mm)热量损失w/m2直管段弯头保温材料体积m3/100m外表面积m2/100m保温材料体积m3/100m外表面积m2/100m328078.62.8110.05/60.320.270.97/5.79579080.14.1617.91/74.460.713.06/12.73168.311083.29.6252.87/121.994.8626.7/61.5927312083.514.8285.77/161.1612.1370.24/131.99表中外面积分别表示管道和弯头在保温前后的外表面积，分别用于统计防腐材料和绝热层外保护层材料（如铝皮等）面积用量。对装置中的低温空气管道（空气温度15），采用福利凯聚酚醛泡沫进行保冷，导热系数: =0.04W/(m)，环境至保冷层外表面的对流放热系数2取8.14W/(m2)，干球温度取30，湿球温度取28，计算结果如下：管道外径保冷厚度（mm）热量损失w/m2直管段弯头保冷材料体积m3/100m外表面积m2/100m保冷材料体积m3/100m外表面积m2/100m5730-10.20.8217.91/36.760.143.06/6.2910830-11.41.333.93/52.780.4210.99/17.115930-121.7849.95/68.80.8523.83/32.8227340-9.53.9385.77/110.93.2270.24/90.8342640-9.95.86133.83/158.967.48171.04/203.1653050-89.09166.19/197.6114.43263.74/313.663060-6.713.01197.72/235.6224.58374.07/445.3282060-6.816.59257.61/295.3140.81633.72/726.46表中外面积分别表示管道和弯头在保冷前后的外表面积，分别用于统计防腐材料和绝热层外保护层材料（如铝皮等）面积用量。4结束语绝热计算在设计中是必需而又复杂的。PEISU.BAS计算程序应用于设备管道的绝热设计，追求简洁、易用和专业的风格，在