茅根新 顧素蘭

(上海寶鋼工業(yè)檢測公司)

節(jié)能技術(shù)

化工設(shè)備保溫狀況的檢測和分析

茅根新*顧素蘭

(上海寶鋼工業(yè)檢測公司)

對企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備及管道的保溫效果進行分析和評價，以便合理更換保溫材料和確定保溫層厚度。介紹了企業(yè)內(nèi)設(shè)備和管道的保溫檢測工作，并開展了保溫結(jié)構(gòu)的分析計算。通過對比計算分析，認為保溫厚度可按熱損要求計算并進行選取。

保溫層 保溫結(jié)構(gòu) 最優(yōu)厚度 化工設(shè)備 熱損 塔設(shè)備

0 引言

設(shè)備及管道保溫效果是工廠設(shè)備系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要指標之一。保溫效果如何，對于節(jié)能降耗、挖潛改造和提高經(jīng)濟效益具有重要意義。要進行保溫節(jié)能工作，首先要摸清企業(yè)內(nèi)設(shè)備和管道的保溫情況，為進一步改進保溫效果提供科學依據(jù)。對于設(shè)備與管道，經(jīng)常會出現(xiàn)保溫材料破損、塌陷、散熱量超過國家標準的要求等情況，因此應(yīng)對現(xiàn)有設(shè)備及管道的保溫效果進行分析和評價，以便合理更換保溫材料和確定保溫層的厚度。

保溫狀況是否合理不僅關(guān)系到是否能滿足工藝和生產(chǎn)的要求，同時對能源消耗也有較大的影響。目前保溫技術(shù)的使用包括保溫材料的選用，一般按工程經(jīng)驗或廠家規(guī)格選擇保溫材料，是一種經(jīng)驗性的選擇，包括設(shè)計單位，都沒有進行有針對性的設(shè)計。保溫層厚度的選擇不是量體裁衣，存在一定的粗放現(xiàn)象。因此有必要通過分析研究，建立一種保溫的模型和規(guī)范來指導日常的保溫工作，以達到在滿足工藝要求的情況下能源消耗最低化。本文介紹了企業(yè)內(nèi)設(shè)備和管道的保溫檢測工作，并開展了保溫結(jié)構(gòu)的分析計算。通過對比計算分析，認為保溫厚度可按熱損要求計算并進行選取。

1 現(xiàn)場保溫狀況檢測

保溫狀況檢測通常采用表面溫度法。溫度法包括：表面溫度法、紅外熱像法。通常情況下檢測工作要求用紅外熱像法對保溫設(shè)備進行100%掃查，了解絕熱層表面溫度分布狀態(tài)，再選取代表性區(qū)域，然后使用表面溫度法進行檢測。

用紅外熱像法對設(shè)備及管道表面進行檢測，可獲取表面溫度分布圖，并據(jù)此進行散熱損失計算。該方法一方面可遠距離進行測試，解決現(xiàn)場條件不允許進行表面溫度法測試的局限；另一方面，當設(shè)備及管線保溫存在局部施工質(zhì)量不符合要求的地方時，也可通過紅外圖譜直觀、準確地判斷具體位置和程度。

同時，采用接觸式的熱電偶表面溫度計，在保溫結(jié)構(gòu)表面直接測量外表溫度，根據(jù)所測量的外表溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境風速及保溫結(jié)構(gòu)外形尺寸等數(shù)值，按照傳熱學理論計算散熱損失。

本次分析研究工作共檢測了管道、塔等設(shè)備，并在不同月份進行了三次保溫狀況的檢測。檢測結(jié)果表明，設(shè)備和管道的保溫總體狀況較好，表面熱損失超過國標允許最大散熱損失值的點較少。但在局部位置，如保溫施工困難的位置，仍存在熱損超標點。例如塔設(shè)備的熱損超標點主要集中在保溫接縫部位、塔體接管處以及人孔等部位。圖1所示為塔設(shè)備的人孔部位紅外熱成像檢測結(jié)果。

圖1 塔設(shè)備的人孔部位紅外熱成像檢測結(jié)果

2 保溫的計算分析

保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計除符合減少散熱損失、節(jié)約能源、滿足工藝要求等基本原則外，還必須考慮其經(jīng)濟性。在設(shè)備與管道的保溫層厚度設(shè)計中，通常采用以下基準 （或方法）進行設(shè)計：

（1）以經(jīng)濟性為基準。即以年總工作費用最低為目標，綜合熱價及保溫投資，優(yōu)化出保溫層經(jīng)濟厚度。

（2）以散熱量為基準。規(guī)定了邊界上的熱流密度值，稱為第二類邊界條件。此類邊界條件最簡單的典型例子就是規(guī)定邊界上的熱流密度保持定值，即qw=常數(shù)。

（3）以外表面溫度為基準。規(guī)定了邊界上的溫度值，稱為第一類邊界條件。此類邊界條件最簡單的典型例子就是規(guī)定邊界溫度保持常數(shù)，即tw=常數(shù)。

本次分析研究工作對所檢測的設(shè)備及管道進行保溫層厚度的計算分析，并討論目前保溫層厚度情況。

首先，如以散熱量為基準計算，則需按表1所規(guī)定的散熱密度進行校核，遞歸計算求得符合要求的保溫層厚度。

對于以外表面溫度為基準的計算，通常按防燙保溫設(shè)計，表面溫度不超過60℃。表2為防燙設(shè)計的推薦厚度。

表1 保溫結(jié)構(gòu)外表面允許最大散熱密度

表2 防燙傷保溫層厚度 （mm）

對于以經(jīng)濟性為基準的計算，主要應(yīng)用于熱力設(shè)備及管道等的保溫層厚度設(shè)計，對于工藝管道還需要符合工藝要求，同時還要了解保溫材料的損耗量及施工余量。

3 塔設(shè)備的保溫計算及分析研究

以塔設(shè)備為例來說明本次分析研究的計算過程。某塔設(shè)備的當前保溫厚度為150mm。表3為各種情況下計算的結(jié)果。

計算1，按防燙傷保溫，僅考慮外表面溫度不大于60℃，換熱系數(shù)按標準GB 50264—1997選取8.14W/(m2·K)，則計算保溫厚度為37mm，但散熱密度262W/m2超標。

計算2，按防燙計算并考慮散熱密度要求，則計算保溫厚度為62.5mm，外表面溫度為48℃。

計算3，按年平均環(huán)境溫度15.7℃，并考慮散熱密度要求，則計算保溫厚度為68mm，外表面溫度為22℃。換熱系數(shù)按標準GB 50264—1997選取公式計算。取上海平均風速3.2m/s，計算得到換熱系數(shù)為 24W/(m2·K)。

表3 塔在各種條件下的計算結(jié)果

計算4，按當前保溫厚度計算，在計算3的條件下，散熱密度為73.6W/m2，外表面溫度為25℃。

計算5，按測試值計算，換熱系數(shù)為4.7 W/(m2·K)，環(huán)境溫度為20℃，則外表面溫度為35℃，散熱密度為71W/m2。

計算6，按測試的換熱系數(shù)為4.7W/(m2·K)，環(huán)境溫度為27.8℃，如按最大允許散熱密度163 W/m2的散熱密度要求，以及防燙要求，則保溫厚度可在65mm。

計算7，取保溫厚度為100mm，計算得到外表面溫度為30℃，散熱密度為109W/m2。

計算8，為經(jīng)濟厚度計算，計算厚度48.3mm。散熱密度為228W/m2，大于最大允許值。從計算可知，增加保溫厚度，減少的熱損值費用少于保溫施工增加的費用。

根據(jù)上述計算，符合保溫標準要求的保溫厚度為68mm至150mm之間，經(jīng)濟厚度可選取這個范圍按熱價、費用等進行最后確定。對于工藝設(shè)備，保溫情況還需符合工藝設(shè)計要求。

對于該塔，按常用的保溫厚度規(guī)格，選取100 mm的保溫厚度也是合適的。

按以上計算分析可知：

（1）按防燙計算，保溫層厚度小，但熱損較大，并且按防燙標準計算的保溫厚度為最薄保溫厚度。

（2）按國家對熱損的要求計算，保溫厚度較大，但均小于目前的實際保溫厚度。

（3）按經(jīng)濟厚度計算，保溫厚度介于防燙計算厚度和熱損要求計算厚度之間，但熱損不符合我國相關(guān)標準要求。

（4）根據(jù)計算分析，建議設(shè)備和管道的保溫層壁厚按熱損要求計算并選其厚度即可。

4 結(jié)論

通過本次檢測和分析研究工作，摸清了企業(yè)內(nèi)設(shè)備和管道的保溫情況，同時得到以下結(jié)論：

（1）采用結(jié)合紅外熱成像和表面接觸式測溫的方法是非常高效的，熱成像能直觀地了解保溫層表面溫度分布狀況，同時減少了大量的腳手架工作。

（2）現(xiàn)場保溫施工困難的位置仍存在熱損超標點。例如保溫接縫部位和接管、人孔、三通、彎頭、閥門等部位。需加強保溫施工質(zhì)量監(jiān)督，保證保溫施工質(zhì)量，以減少表面散熱損失超標的部位。

（3）保溫厚度計算中，按防燙計算保溫厚度最薄，按熱損要求計算最厚，按經(jīng)濟厚度計算居中。根據(jù)實際情況，建議選用按熱損要求計算得到的保溫厚度。

[1]GB 50264—1997.工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB/T 8174—2008.設(shè)備及管道絕熱效果的測試與評價[S].

[3]GB/T 17357—2008.設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場測定：熱流計法和表面溫度法[S].

TQ 05

2011-01-11)

*茅根新，男，1958年7月生，工程師。上海市，201900。