張國(guó)棟 徐志濱 曹素麗

1 概述

2009年石家莊某供熱公司主管網(wǎng)，供回水設(shè)計(jì)溫度130℃/70 ℃，設(shè)計(jì)壓力 1.6 MPa。最大管徑 1 400，管線(xiàn)長(zhǎng) 5.8 km，供水管聚氨酯保溫層厚90 mm，回水管聚氨酯保溫層厚60 mm，玻璃鋼外護(hù)管厚12 mm。除過(guò)路過(guò)河采用隧道敷設(shè)方式外，其余采用直埋敷設(shè)。另外供水管旁還同溝敷設(shè)一條鋼套管直埋蒸汽管道，工作鋼管DN700，外護(hù)鋼管DN1 400。

由于DN1 400是當(dāng)時(shí)全國(guó)最大的直埋高溫水供熱管徑，為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果是否與實(shí)際相符，供熱公司做了一項(xiàng)高溫水工作鋼管外表面和保溫層外表面溫度的測(cè)試。測(cè)試的方法是在不同埋深處，在供水管與回水管的工作鋼管表面頂部與保溫層表面頂部分別布置溫度傳感器，測(cè)試該處的溫度。供、回水管溫度測(cè)試6處，共設(shè)置了24個(gè)溫度傳感器。2009年采暖季及停運(yùn)后做了5次測(cè)試(采暖期4次，管網(wǎng)停運(yùn)后1次)，2010年采暖季前后做了5次測(cè)試(采暖期3次，管網(wǎng)運(yùn)行前后各1次)。

表1 2009年采暖季石家莊某熱電廠(chǎng)供熱參數(shù)表

2 實(shí)際供熱參數(shù)

2009年和2010年采暖季熱電廠(chǎng)提供的平均供熱參數(shù)見(jiàn)表1，表2。

表2 2010年采暖季石家莊某熱電廠(chǎng)供熱參數(shù)表

3 理論計(jì)算溫度

根據(jù)《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)》［1-5］，保溫層外表面溫度按式(1)計(jì)算。

其中，ts為保溫層表面溫度，℃;λt為土壤的熱導(dǎo)率，取1.75 W/(m·K);λ為保溫材料的熱導(dǎo)率，取0.033 W/(m·K);tT為土壤的溫度，℃，根據(jù)石家莊實(shí)際情況，覆土埋深在1.5 m時(shí)取9℃，2 m時(shí)取10.5℃，3 m時(shí)取14℃，3.5 m 時(shí)取15.8℃;H為管道的埋設(shè)深度(地面到管中心深度)，m;D為管道的保溫外徑，m;d為管道的保溫內(nèi)徑(即工作鋼管外徑)，m;t為工作鋼管外壁溫度，℃。通過(guò)式(1)計(jì)算得到保溫層外表面溫度，見(jiàn)表3。計(jì)算結(jié)果表明:相同管徑相同保溫厚度的供熱管道，在土壤和保溫材料熱導(dǎo)率不變的情況下，保溫層外表面溫度與管道運(yùn)行溫度和埋深有關(guān)，即管道運(yùn)行溫度越高，保溫層外表面溫度越高;埋深越大，外表面溫度越高。

表3 供、回水管保溫層外表面溫度計(jì)算結(jié)果表

4 實(shí)際保溫層外表面溫度測(cè)試結(jié)果

4.1 2009.11 ～2010.03 測(cè)試結(jié)果

2009.11～2010 .03供、回水管保溫層外表面溫度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 2009.11～2010.03供、回水管保溫層外表面溫度測(cè)試結(jié)果表

4.2 2010.11 ～2011.03 測(cè)試結(jié)果

2010.11～2011 .03供、回水管保溫層外表面溫度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 2010.11～2011.03供、回水管保溫層外表面溫度測(cè)試結(jié)果表

4.3 2010.11 ～2011.03 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，熱電廠(chǎng)出口到最末端換熱站大約降5℃，平均每千米溫降不到0.5℃。假設(shè)管道外表面溫度一樣，將所測(cè)數(shù)據(jù)按覆土埋深進(jìn)行平均值修正，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

5 數(shù)據(jù)比較分析

5.1 數(shù)據(jù)比較

將表6和表3中相同位置數(shù)據(jù)進(jìn)行相減，得出供、回水管保溫層外表面理論計(jì)算溫度與實(shí)測(cè)溫度偏差，見(jiàn)表7。

表6 供、回水管保溫層外表面實(shí)測(cè)溫度修正表

表7 供、回水管保溫層外表面理論計(jì)算溫度與實(shí)測(cè)溫度偏差表

5.2 分析

通過(guò)表7可以看出:1)每一組所測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算溫度值都有偏差:±10℃以?xún)?nèi)的有28個(gè)，±10℃ ～±15℃之間有11個(gè)，15℃ ～20℃之間有4個(gè)，20℃ ～25℃之間有3個(gè)，45℃ ～50℃之間有2個(gè);2)所測(cè)數(shù)據(jù)在15℃以下有正負(fù)偏差，當(dāng)超過(guò)15℃以上時(shí)，都是正偏差(實(shí)際所測(cè)溫度大于理論計(jì)算溫度);3)在2009年采暖季初級(jí)期以負(fù)偏差為主，采暖中后期及2010年采暖季都以正偏差為主。

產(chǎn)生偏差的原因分析認(rèn)為由以下一種或幾種原因造成的:1)表1和表2給出的是當(dāng)天熱電廠(chǎng)供熱參數(shù)的平均值，實(shí)際熱電廠(chǎng)的供熱溫度是波動(dòng)的，會(huì)產(chǎn)生一定的偏差;2)所測(cè)位置都是在保溫接頭處，保溫效果較差，也可能是現(xiàn)場(chǎng)接口保溫沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求;3)所測(cè)數(shù)據(jù)有一定的測(cè)試誤差;4)由于測(cè)點(diǎn)區(qū)域比較廣闊，實(shí)際土壤導(dǎo)熱系數(shù)土壤溫度會(huì)有一定的偏差;5)保溫層的實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)有偏差;6)回填土體壓實(shí)度及管道實(shí)際覆土埋深有一定的偏差;7)供水管附近有一條同溝敷設(shè)的蒸汽鋼套管直埋管道，也會(huì)影響實(shí)際所測(cè)數(shù)據(jù);8)理論公式是假設(shè)管道埋設(shè)深度H≥4D時(shí)的情況，與實(shí)際敷設(shè)情況有較大出入，這也是造成偏差的原因之一。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)所測(cè)數(shù)據(jù)和以上的分析，可以得到以下結(jié)論:

1)接頭處的保溫效果是管道保溫的薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)施工應(yīng)重視;

2)所測(cè)數(shù)據(jù)絕大部分滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(外表面溫度小于50℃);

3)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試保溫層外表面溫度與覆土埋深的關(guān)系不是很明顯;

4)第二年的保溫層外表面溫度明顯比第一年偏高;

5)熱電廠(chǎng)停運(yùn)后，距熱電廠(chǎng)越近，供、回水管道的溫度越高，距熱電廠(chǎng)越遠(yuǎn)，供、回水管道的溫度越低，在新采暖季運(yùn)行前供、回水管的溫度和保溫層外表面的溫度趨近于一致，約為20℃;

6)2010.12 .16 和 2011.01.23 兩次所測(cè)覆土 1.5 m 處的數(shù)據(jù)明顯異常，認(rèn)為除了可能是現(xiàn)場(chǎng)保溫不達(dá)標(biāo)的原因外，也有可能是附近蒸汽產(chǎn)生泄露造成的。

對(duì)以上有較大偏差的地方，熱電廠(chǎng)計(jì)劃在2011年對(duì)管道進(jìn)行局部檢查，以保證數(shù)據(jù)測(cè)試的準(zhǔn)確性。

［1］ 葉全樂(lè)，趙遷元，張國(guó)維，等.動(dòng)力管道手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007:276.

［2］ ［丹麥］蘭德勞夫.區(qū)域供熱手冊(cè)［M］.哈爾濱:哈爾濱大學(xué)出版社，1998.

［3］ 湯惠芬，范季賢.城市供熱手冊(cè)［M］.天津:天津技術(shù)出版社，1992.

［4］ CJJ/T 81-98，城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程［S］.

［5］ 王 飛，趙建偉.直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.