劉闖（大慶石化公司檢測公司）

保溫管線熱損失計算方法

劉闖（大慶石化公司檢測公司）

保溫管線節(jié)能是石化企業(yè)節(jié)能工作的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。通過表面溫度計測量保溫管線測量點(diǎn)的溫度，既可利用公式計算表面散熱熱流密度和保溫管線熱損失量，此為表面溫度法。該方法操作簡單，監(jiān)測人員可在短時間內(nèi)掌握操作方法。表面溫度法在石化企業(yè)生產(chǎn)中可廣泛推廣應(yīng)用，是節(jié)能工作的重要監(jiān)測方法及依據(jù)。

管線 熱損 表面溫度 熱流密度

管線保溫的日常維護(hù)，是大慶石化節(jié)能降耗的重中之重。各類蒸汽輸送管線及蒸汽伴熱線、水伴熱線，如果管線沒有保溫，那將損失大量能量。

1 傳熱原理

熱量總是從高溫物體傳向低溫物體，凡有溫度差的地方就會產(chǎn)生熱流，就有熱量轉(zhuǎn)移，保溫介質(zhì)溫度總是高于外部環(huán)境溫度，其傳熱過程就是將熱量從保溫介質(zhì)中向外部環(huán)境轉(zhuǎn)移。這一過程包含導(dǎo)熱、對流、輻射3種基本傳熱方式[1]。如圖1所示，穿過保溫結(jié)構(gòu)層的傳熱過程可分為3個階段：

1）保溫介質(zhì)以對流換熱和輻射換熱的方式將熱量傳遞給保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)表面。

2）保溫結(jié)構(gòu)內(nèi)表面以固體導(dǎo)熱的形式將熱量傳遞給保溫結(jié)構(gòu)外表面。

3）保溫結(jié)構(gòu)外表面以空氣對流換熱和輻射換熱的方式將熱量傳遞給外部環(huán)境。

2 表面溫度的測定方法

2.1 測定段選取

公司在用保溫管線普遍存在公稱直徑較大，管線較長的特點(diǎn)，因此在測定前，首先應(yīng)使用紅外熱像儀對要測量的管線進(jìn)行拍照、粗測，了解保溫層表面溫度的均勻狀態(tài)，確定有代表性區(qū)域，將代表性區(qū)域作為測定段，避開聯(lián)接縫隙處，結(jié)構(gòu)破損處或其他不連續(xù)處，必要時可將另設(shè)測定段。

2.2 測點(diǎn)選取

測定段選取后，在測定段上應(yīng)按照等溫區(qū)域布置測點(diǎn)，對于均質(zhì)保溫的管線，可按管線內(nèi)部介質(zhì)溫度的分布來劃分等溫區(qū)，對非均質(zhì)保溫管線，應(yīng)通過測定劃分等溫區(qū)。根據(jù)保溫管線布局，為保證測量精度，橫管和豎管應(yīng)分別布置測點(diǎn)。沿管線內(nèi)介質(zhì)走向取若干個測定截面，在每個測定截面上布置測點(diǎn)。圓周上布點(diǎn)位置和數(shù)量可采用等分法確定，或根據(jù)溫度場分布狀況，通過預(yù)測試測定。截面上測點(diǎn)布置如圖2所示，如有特殊要求，可適當(dāng)增加或更改測點(diǎn)位置。

2.3 表面溫度計測定法

測定條件：表面溫度計在使用時應(yīng)盡量排除和減少外界因素對測定的影響，盡量選擇在陰天或夜間進(jìn)行，避免傳感器受太陽直接輻射的影響，測定應(yīng)滿足一維穩(wěn)定傳熱條件，宜在穩(wěn)定工況運(yùn)行12h以上進(jìn)行測定，新建工程或修復(fù)工程需熱態(tài)運(yùn)行240h以上進(jìn)行測定。測定時應(yīng)在風(fēng)速不大于0.5 m/s的條件下進(jìn)行（根據(jù)大慶地區(qū)常年多風(fēng)及多雨雪氣候特點(diǎn)，測定時應(yīng)避免在雨雪天氣下進(jìn)行），并增加擋風(fēng)裝置，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄。

2.4 測定步驟

在保溫管線上已選定的測定段及測定點(diǎn)上，將熱電偶式、熱電阻式等各類表面溫度計的傳感器直接與管線外表面接觸，進(jìn)行測量，測量時應(yīng)保證傳感器與被測表面緊密接觸。用溫度計及風(fēng)速儀在被測管線1 m以外，測定環(huán)境溫度及環(huán)境風(fēng)速，環(huán)境溫度及環(huán)境風(fēng)速測定與表面溫度測定應(yīng)同步進(jìn)行。

3 數(shù)據(jù)處理方法

3.1 換熱系數(shù)

保溫管線外表面與大氣空間的換熱過程包括對流換熱和輻射換熱，對流換熱包括自然對流和強(qiáng)制對流，通常情況下的測定，可按照二、三級測定方法計算表面換熱系數(shù)。對于室內(nèi)布置的保溫管線，在沒有外界風(fēng)力影響時，表面換熱系數(shù)按照公式（1）計算：

式中：

α ——表面換熱系數(shù)，W/（m2?K）；

TW——表面溫度，K；

TF——環(huán)境溫度，K。

露天布置的保溫管線，可按式（2）計算表面換熱系數(shù)：

式中：

W——風(fēng)速，m/s。

3.2 熱流密度計算

根據(jù)被測物的表面溫度，環(huán)境溫度，環(huán)境風(fēng)速及表面換熱系數(shù)，即可按照式（3）計算散熱熱流密度：

式中：

q——熱流密度，W/m2；

計算出保溫管線表面散熱熱流密度值以后，即可根據(jù)保溫管線表面積與時間計算出管線每月或每年的熱損失量。根據(jù)熱損失量查找并修復(fù)保溫破損部分或調(diào)整保溫結(jié)構(gòu)，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

4 小結(jié)

表面溫度法是測定保溫管線熱損失的一種方便有效的測量方法，可快速的了解保溫結(jié)構(gòu)的整體效能，查找保溫破損及使用或結(jié)構(gòu)不合理之處。測量方法簡單，操作人員可迅速掌握，是開展節(jié)能降耗工作切實(shí)可行并能普遍推廣的監(jiān)測方法。

[1]李鴻發(fā).設(shè)備及管道的保冷與保溫[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:1.

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.004

劉闖，工程師，2005年畢業(yè)于佳木斯大學(xué)（電氣工程及其自動化專業(yè)），從事節(jié)能監(jiān)測工作，E-mail：llcc231532@163.com，地址：黑龍江省大慶石化公司檢測公司，163714。

2012-08-03）