直埋蒸汽管道保溫層厚度的優化計算

管道保溫層越厚，則管路散熱損失越小，節約了燃料；但厚度加大，保溫結構投資費用 增加。“經濟保溫厚度”就是綜合考慮管道保溫結構的投資和管道散熱損失的年運行費用兩 者因素，折算得出在一定年限內其“年計算費用”為zui小時的保溫層厚度。但是隨著《城鎮供熱直埋蒸汽管道技術規程》的出臺，“經濟 保溫厚度”就滿足不了國家標準的要求了。
例：鄭州市某工程直埋蒸汽供熱管道 DN500, 設計壓力為 1.0MPa ，管內介質溫度 to=350 ℃， 室外季節性運行， 周圍環境溫度 ts =17.1 ℃， 無機保溫材料擬選用耐煮沸硅酸鎂瓦塊， 有 機保溫材料擬選用改性聚氨酯， λ =0.027 W/(m · K) ， 外護層選用卷焊鋼板， 并用玻璃鋼防腐。 按文獻 [1] 計算的“經濟保溫厚度”， δ 1=180mm ， δ 2=30mm 。但是，根據《城鎮供熱直埋蒸 汽管道技術規程》的規定，設計計算保溫結構時，應按外護管外表面溫度小于或等于 50 ℃計 算保溫層厚度。采用復合保溫層結構時，保溫層間的界面溫度不應超過外層保溫材料安全使 用溫度的 0.8 倍。另外規程還規定直埋蒸汽管道保溫層界面溫度和保溫管外表面溫度的校核 計算。根據此規定，計算如下：
1 、 對直埋敷設的蒸汽管道應按單管敷設進行分析計算， 對有凝結水管的雙管敷設管道， 凝結 水管的附加熱阻不計。
2 、 工作管外表面溫度為 350 ℃， 保溫管道外表面溫度為 50 ℃， *層保溫材料外表面溫度為 120 ℃。
3 、 計算公式：
3.1、熱損失公式：
其中：tw—保溫管外表面溫度℃
 
所得到的保溫層厚度與“經濟保溫厚度”不同，若是根據“經濟保溫厚度”來推算，保 溫層界面溫度和保溫管外表面溫度均超過規程規定的數值，由此可見，應當按外護管外表面 溫度不超過 50 ℃和保溫層界面溫度不超過外層安全使用溫度的 0.8 倍來計算保溫層厚度。 土壤的導熱系數在 0.5 ～ 2.5w/m.k 之間， 跨度很大， 其大小與土壤種類、 含水量大小、 化 學成分、埋設條件等多種因素有關。在工程設計時應堅持實測當地土壤導熱系數或求助當地 地質部門提供資料， 認真確定土壤導熱系數值。 如果只根據 “無資料可查時取 1.5w/m.k ” 確 定土壤導熱系數不是科學的，因為不能確切反映管道所處的土壤實際情況，造成計算結果誤 差很大。例如南方高水位地區和西部干燥地區的土壤導熱系數值相差成倍，那么保溫結構計 算結果也會差異很大，如果草率計算，會造成管道表面溫度過高或過低，破壞管道保護層或 不經濟。所以，應使用當地實測土壤導熱系數值來計算。
     對各種保溫材料的導熱系數，不能簡單以廠家提供的單體數值為準，而應搞清楚該數值 10 是在何種溫度，何種條件，哪一級檢測部門測定的，有否導熱系數方程式。然后盡量參照行 業標準確定的導熱方程式來選取、確定導熱系數。例如微孔硅酸鈣，筆者見過幾個廠家標出 的導熱系數都不同， 這時應憑據標準 GB/T10699 － 1998 <硅酸鈣絕熱制品> 相關條文選取， 送 樣檢測后確定導熱系數。