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預製架空蒸汽保溫管保溫層優化設計探討與應用

來源:/news/723.html時間:2020-11-04

預製架空蒸汽保溫管保溫層優化設計探討與應用

李德恒、潘存業、楊智麗、王海利

河北太阳2科技股份有限公司




摘要:現如今,預製架空蒸汽保溫管道在供熱行業中的應用越來越廣泛,但在設計和施工過程中往往因為成本高不容易被業主接受,本文通過對實際設計熱網案例進行管道保溫層優化設計的分析和研究,詳細說明預製架空蒸汽管道保溫層設計在滿足標準要求的前提下進行優化設計,以達到設計和實施最優化配比,並根據成功案例詳細說明優化方案和優化過程,嗎, 也從案例中提出了一些實施過程中的指導性技術,和在設計當中所使用一些相關技術措施。希望能夠為預製架空蒸汽保溫管道優化設計提供一定的借鑒。

關鍵詞:預製架空蒸汽管道;保溫層優化設計;熱損失;界麵溫度;表麵溫度。

 

前言:在蒸汽管網中,設計是源頭,尤為重要,如何實現管道保溫層既滿足國家標準要求又能做到最經濟的實施方法是供熱行業內研究的課題,本文通過案例詳細介紹預製架空蒸汽保溫管道保溫層設計規範要求設計優化過程,通過控製表麵溫度、散熱損失、複合保溫界麵溫度、用戶使用參數等指標對管道保溫層進行優化設計計算,最終形成一個滿足所有指標要求並最低成本的設計方案。

一、設計標準要求

1.保溫外表麵溫度的要求

(1)對操作人員需要接近維修的地方,當維修時,設備及管道保溫結構的表麵溫度不得超過60℃[1]。

(2)具有下列情況之一的設備、管道及其附件,應進行保溫:

1)外表麵溫度高於50℃(環境溫度為25℃時)且工藝需要減少散熱損失者。

2)外表麵溫度低於或者等於50℃且工藝需要減少介質的溫度降低或者延遲介質凝結者。

3)工藝不要求保溫的設備及管道,當其表麵溫度超過60℃,對需要操作維護,又無法采取其他措施防止人身燙傷的部位,在距離地麵或工作台麵2.1米高度以下及工作麵邊緣與熱表麵間的距離小於0.75米範圍內,必須設置防燙傷保溫措施。[2]

(3)具有下列情況之一的設備、管道及其附件,應進行保溫:

1)外表麵溫度高於323K(50℃)者;

2)工藝生產中需要減少介質的溫度降或者延遲介質凝結的部位;

3)工藝生產中不需要保溫的設備、管道及其附件,當其外表麵溫度超過333K(60℃)並需要經常操作維護,而又無法采取其他措施防止引起燙傷的部位。[3]

結合上述三項國家標準規定,在蒸汽管道設計過程中,架空蒸汽保溫管道外表麵溫度小於等於50℃為最優的參數選擇。

2. 熱損失的要求

管道散熱損失國家標準中做要求如下:[4]



2. 複合保溫界麵溫度的要求

當采用複合保溫結構時,保溫層間的界麵溫度不應大於外側保溫材料安全使用溫度的0.8倍。[5]

3. 滿足用戶使用參數的要求

架空蒸汽管道的保溫厚度設計在滿足國家標準要去的前提下還要滿足管網中個用戶的出口溫度、出口壓力等要求,當各用戶在最小蒸汽流量的工況下,管道的散熱損失最大,溫降也就越大,出口溫度為工況下最低值,即該工況下為滿足用戶溫度要求最低值。所以在做管道優化設計時需要滿足各用戶在最小蒸汽流量的工況下的用戶處的溫度是否滿足要求。

二、案例分析

以華北地區某項目為例說明,項目蒸汽的設計溫度為260℃,環境溫度12℃;年平均風速2.5m/s;蒸汽管網長度為6.5公裏,其中中共有DN350、DN300、DN400三種型號蒸汽管道,項目為常年運行。

1.保溫結構設計為:工作鋼管+矽酸鋁針絲毯+反射層+微孔矽酸鈣瓦+反射層+硬質聚氨酯泡沫+鍍鋅鋼板螺旋管。



圖1架空蒸汽保溫管結構示意圖


2. 根據第一項各項要求進行初步設計所得保溫結構和保溫層厚度如下:

DN300矽酸鋁針絲毯10mm+微孔矽酸鈣瓦200mm+硬質聚氨酯泡沫36mm;

DN350矽酸鋁針絲毯10mm+微孔矽酸鈣瓦205mm+硬質聚氨酯泡沫35mm

DN400:矽酸鋁針絲毯10mm+微孔矽酸鈣瓦230mm+硬質聚氨酯泡沫35.5mm;

3. 保溫層優化設計

為便於比較將前述條件進行梳理如下:

1)保溫層外表麵溫度要求小於等於50℃;

2)散熱損失的要求小於或等於52W/m2;

3)保溫層間的界麵溫度小於等於外側保溫材料安全使用溫度的0.8倍;

4)用戶供熱參數要求:用戶A、B、C要求出口溫度不低於165℃,用戶D、E、F要求出口溫度不低於170℃。

5) 各保溫材料工況下導熱係數按如下公式計算:(Tm為工況溫度)

A. 矽酸鋁針絲毯保護層的導熱係數 λ1 =0.044+0.0002×(Tm-70);

B. 微孔矽酸鈣的導熱係數 λ2 = 0.0456+0.0000889×Tm;

C. 聚氨酯的導熱係數  λ3 = 0.033 W/m℃

6)假設管道保溫結構和厚度如下:

DN300矽酸鋁針絲毯20mm+微孔矽酸鈣瓦140mm+硬質聚氨酯泡沫35mm;

DN350矽酸鋁針絲毯20 mm+微孔矽酸鈣瓦120mm+硬質聚氨酯泡沫45mm

DN400:矽酸鋁針絲毯20mm+微孔矽酸鈣瓦120mm+硬質聚氨酯泡沫45mm;

根據上述條件計算各型號最優化蒸汽管道保溫層厚度,計算數據如下:


表1管道保溫結構結構計算表


根據表1計算可以得出,管徑為DN350、DN300、DN400的最外層保溫外表麵溫度分別為13.77℃、13.84℃、13.8℃,滿足“保溫外表麵溫度小於或等於50℃的要求;(2)管徑為DN350、DN300、DN400的散熱損失分別為50.32W/m2、51.91 W/m2、51.1 W/m2,滿足“散熱損失小於或等於52W/m2的要求”;(3)管徑為DN350、DN300、DN400第3層保溫層界麵溫度分別為61.69℃、63.12℃、70.57℃,聚氨酯耐溫120℃,根據“保溫層間的界麵溫度不應大於外側保溫材料安全使用溫度的0.8倍”的要求此界麵溫度小於等於96℃,滿足要求”。

2. 用戶參數驗證

1)第一片區用戶(A、B、C)蒸汽管道水力計算,水力計算簡圖見圖2。


圖2  第一片區蒸汽管道水力計算簡圖


經蒸汽管道水力計算後,得出第一片區用戶(A、B、C)最小流量工況下蒸汽管道水力計算結果,見表2


表2  化工園蒸汽管道水力計算結果


根據表2數據可以看出,采用表1中的假設保溫厚度進行計算,第一片區用戶(A、B、C)小流量工況下,各用戶的壓力、溫度都滿足要求。

 

2)第二片區用戶(D、E、F)蒸汽管道水力計算,水力計算簡圖見圖3。


圖3  第二片區蒸汽管道水力計算簡圖


經蒸汽管道水力計算後,得出第二片區用戶(D、E、F)最小流量工況下蒸汽管道水力計算結果,見表3。


表3  冷軋園用戶水力計算結果


根據表3數據可以看出,采用表1中的假設保溫厚度進行計算,第二片區用戶(D、E、F)最小流量工況下,各用戶的壓力、溫度都滿足要求。

5.總結:根據實際案列,通過以上分別對保溫外表麵溫度的要求、散熱損失的要求、複合保溫界麵溫度的要求、滿足各用戶參數的要求將四個條進行計算和分析分析,得出了上述蒸汽管道保溫層厚度假設方案可行的。

結論:

總而言之,通過實際當中的案例可以得知,在蒸汽管道保溫層設計時要滿足外表麵溫度的要求、散熱損失的要求、複合保溫界麵溫度的要求、滿足各用戶參數,各項指標需要控製在國家標準的範圍之內,這也是進行管道設計所必要的基礎條件;在滿足要求的前提下進行的蒸汽保溫管道保溫層優化設計是降低實施成本和避免過度保溫的有效途徑。所以預製架空蒸汽保溫管保溫層優化設計有一定的可行性。


參考文獻

[1]《城鎮供熱管網設計規範》CJJ34-2010

[2]《工業設備及管道絕熱工程設計規範》GB50264-2013第3.0.1條

[3]《設備及管道絕熱技術通則》GB/T4272-2008

[4]《工業設備及管道絕熱工程設計規範》GB50264-2013附錄B

[5]《城鎮供熱直埋蒸汽管道技術規程》CJJ T104-2014第6.1.5