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管道及柱形设备保温结构的热损估算

浏览:25 发布日期:2020-04-07

对于多数管道和长柱形设备来说,保温层的形状都是可以称为“空心圆柱”的。对于这样的空心圆柱传热结构【1】,我们可以利用温差、保温层热阻、单位长度热损这三个家伙之间的关系,很方便地解决“这热损符合要求了没?”这样的实操问题。

这里不直接上计算公式,先给大家做下类比,大家对电压差、电阻、电流这三个家伙的关系肯定是了如指掌(你嘴角上扬且大脑飞速运转着:电流=电压差/电阻),没错,保温问题也可以这样简单:热损=温差/热阻。热损就是每秒流过的热量,温差、热阻同样可类比“电压差”、“电阻”。所以我们的保温层稳定传热时有这样的关系(注意,不是欧姆定律!):

 

其中:

q是每米管道上的热损(W/m);

Ti是保温层内侧的温度(℃);

Te是保温层外侧的温度(℃);

R是保温层的热阻(m.K/W)。

这个R,也就是热阻,是保温层材料、形状决定的,对于咱这里说的“空心圆柱”形保温层来说:

 

其中:

ri是保温层的内半径(m);

re是保温层的外半径(m);

Di是保温层的内径(m);

De是保温层的外径(m);

是材料在保温层平均温度下的导热系数(W/m.K)。

现在我们举例来计算一个保温结构是否已满足热损要求:

公称直径0.15m的蒸汽管道,蒸汽温度400℃,工艺要求每米管长热损不得高于285W/m,问题来了:该温度下导热系数为0.05W/m.KCAS-A0纳米铝镁质保温毡作为保温材料,安装50mm厚的保温层后,表面温度稳定在45℃,这样的保温层满足热损要求了吗?

计算步骤:

① 由上文中保温层热阻的表达式可以得到

② 保温层内外温差

③ 实际热损:


结果满足要求!(开心得合不拢嘴,因为要求最高热损285W/m)。

 


当然,本文只介绍了估算已保温管道或长柱面热损的一个方法。对一个保温结构实际热损的测量,则是要利用红外热像仪对保温结构外表面按温度划分区块,用热流计测量并计算各区块的热损失。

关于保温结构的设计,则需考虑当地的环境条件、材料在施工时的体积压缩等等问题,通过对介质-管道-保温层-外护层-环境空气这一整个传热链进行分析【2】,得出符合要求且经济的保温厚度。

参考:

1Industry technical Manual

    【2】《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013