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供熱管道保溫材料的選擇及經濟保溫層厚度計算
查看:200  發稿日期:2019-03-11 18:04:03

供熱管道保溫材料的選擇及經濟保溫層厚度計算

中國北方地區冬季采暖,是由熱源通過管道將90℃以上的熱水輸送至居民小區的用戶或小區的換熱站,由于東北地區冬季室外溫度較低,管道在輸送過程中,熱媒溫度高于管外環境溫度和凍土層溫度,熱量將不斷的通過供熱管道的壁面傳遞給管外空氣或凍土層,這部分熱量稱為管道散熱損失。因此,要通過對供熱管道進行保溫來減少這項熱損失。

目前,集中供熱系統的熱水管網,即使有良好的保溫措施,其散熱損失仍約占總輸入熱量的5%~8%。在未實現熱電聯產的中小城鎮,供熱形式仍為獨立小鍋爐分片供熱,因保溫材料選擇的不合理,施工質量達不到設計要求,保溫層破損維修不及時等原因,其散熱損失會大大增加,而且這種熱損失是持續存在的,它不僅會造成熱媒參數的變化而影響供熱質量,還會造成較大的能源浪費。根據國家規定的城市供熱管網輸送熱效率達到90%以上的要求,合理選擇供熱管網保溫材料、保溫層厚度及保溫方法,對有效減少熱媒在輸送過程中的散熱損失,節約燃料消耗尤為重要。

保溫材料的選擇

由于中國地域遼闊,氣候條件差異較大,在東北地區,冬季室外溫度低,應考慮選用高效保溫材料對供熱管網進行保溫。保溫范圍應按《熱網規范》規定的,供熱介質設計溫度高于40℃的熱力管道、閥門、設備一般應進行保溫。其目的是減少散熱損失,使熱媒能維持一定的溫度和壓力,以滿足生產和生活用熱要求,節約燃料,并保證熱力管道不受外界影響。目前,熱力管道工程常用的保溫材料種類較多,有石棉、巖棉、珍珠巖、玻璃棉、泡沫橡塑、聚氨脂硬質泡沫塑料等制品,按照國家對保溫材料選用的現行標準和有關規定,保溫材料的導熱系數不得大于0.12(w/m·k);容重不得大于300kg/m3;含水率小于7.5%;抗壓強度不小于0.4 MPa。為了滿足上述要求,在選擇保溫材料時應參考下列條件進行選擇。

(1) 導熱系數小

(2) 容重小

(3) 堅固耐用,有一定的抗壓強度

(4) 能耐一定溫度,不燃或難燃

(5) 抗濕性強,吸水率低,不會因水泡受潮而變質損壞

(6) 原料來源廣,制造施工方便,價格低廉。

幾種常用保溫材料的性能見表1。

供熱管道保溫材料的選擇及經濟保溫層厚度計算

表1 中介紹了部分常用保溫材料的性能參數,表內未列的其它保溫材料的性能參數可在有關設計手冊中查到。

根據國家標準和規范對供熱管道保溫材料的選擇要求,考慮材料的綜合性能和工程中實際應用的保溫效果,聚氨脂硬質泡沫塑料和泡沫橡塑材料在近年來被廣泛用于供熱管道保溫工程[1]。

聚氨脂硬質泡沫塑料主要用于外網供熱管道的保溫,其優點是,導熱系數小、容重輕、吸水率低,有一定的抗壓強度。聚氨脂發泡后因附著力較強,管道外表面可不做防腐處理,節省防腐材料和人工費,同時外層的塑料保護層可以起到防水阻燃,保護聚氨脂材料的完好,延長使用壽命等作用,使保溫材料的維修更換費用大大降低。

泡沫橡塑管殼,由于該材料的抗壓強度低,目前主要用于地溝、管井內的采暖干管和支管的保溫,其優點是導熱系數小、容重輕、便于安裝,并容易對閥門、三通、彎頭等不規則管件進行吻合包裹,達到減少散熱損失的目的,也是供熱管道理想的保溫材料。

經濟合理保溫層厚度的簡便計算

供熱管道保溫層厚度是由技術和經濟兩方面因素來決定的。所謂“保溫層經濟厚度”是指包括供熱管道保溫結構的投資、折舊費、年運行維修費和管道保溫后的散熱損失費在內的總費用為最小時的保溫層厚度,保溫層厚度不夠,散熱損失增

大,造成能源的浪費。保溫層厚度的增加,可以減少散熱損失,節省燃料,減少運行費用,然而確增加了保溫結構的一次性投資。所以,合理的確定保溫層厚度既節約了能源又減少了工程造價,是供熱管網工程十分重要的環節。

根據《設備及管道保溫設計導則》GB /T8175中管道允許最大散熱損失的規定,見表2。

供熱管道保溫材料的選擇及經濟保溫層厚度計算

管道的保溫層厚度與管道的直徑、管道表面溫度、材料的導熱系數、管道允許最大的散熱損失有關。

經濟合理的保溫層厚度的簡便計算方法,可按下式計算:

供熱管道保溫材料的選擇及經濟保溫層厚度計算

式中:D—管道外徑(mm);λ—保溫材料的導熱系數(w/m.k) 查表得出; t1—管道外表面溫度,(℃)約等于管道內介質溫度; q—允許最大散熱損失(w /m) ,由表2 查得;δ—保溫層厚度(mm)。

由上式可以看出,管道外徑、保溫材料的導熱系數、輸送的介質溫度一定時,保溫層的厚度是隨管道的散熱損失的變化而變化的,因此按照表2,國家規定的允許最大散熱損失確定保溫層厚度,是經濟合理的。

結束語

合理的選擇供熱管道保溫材料及保溫層厚度,降低供熱管道的散熱損失,在當前節能減排的新形勢下十分重要,為了達到降低能源消耗的目的,在設計過程中應根據各地區的氣候、材料的性能、保溫效果等方面綜合考慮,選擇合理的保溫材料和經濟的保溫層厚度。

本文作者:魏玉滿,暖通南社整理編輯。

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