朱力軍
(廣西投資集團來賓發(fā)電有限公司,廣西 來賓 546138)
大管徑蒸汽管道保溫結構及選材的優(yōu)化分析
朱力軍
(廣西投資集團來賓發(fā)電有限公司,廣西 來賓 546138)
隨著我國熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱事業(yè)的蓬勃發(fā)展,蒸汽管道也向著大管徑方向發(fā)展,這對蒸汽管道的絕熱保溫設計提出了更高的要求。為探究復合保溫結構的經(jīng)濟性及可靠性,本文通過理論計算蒸汽管道傳熱工況,數(shù)據(jù)整理、計算分析,結合工程造價,得出基本結論。
復合保溫結構;大管徑蒸汽管道;保溫結構
隨著我國材料加工工業(yè)技術水平的不斷發(fā)展,保溫材料也有了長足的進步和發(fā)展。為探究復合保溫結構實際保溫效果,結合某A電廠實際在建工程,通過分析計算蒸汽管道傳熱工況,參照GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》計算散熱損失,進行數(shù)據(jù)整理、經(jīng)濟性分析,得出基本結論,為今后復合保溫結構的優(yōu)化提供參考。
本文結合某A電廠實際在建工程案例,以DN800為計算管徑,進行不同保溫結構的的計算分析,具體工況如下。(1)管徑:OD820×11;(2)介質(zhì):過熱蒸汽;(3)蒸汽壓力:1.6MPa;(4)蒸汽溫度:350℃;(5)環(huán)境平均溫度:20℃;(6)平均風速:3m/s;(7)要求保溫結構外表面溫度不高于環(huán)境溫度25℃。
本設計方案一DN800管道保溫總厚度250mm,分5層包裹,材料為復合硅酸鋁棉針刺毯和高溫玻璃棉棉氈,考慮到管道工作溫度較高,為避免高溫玻璃棉高溫條件下失效,故管道第1層保溫采用硅酸鋁,外包耐高溫鋁箔玻纖布,其余2、3、4、5層采用高溫玻璃棉,第3層外包普通鋁箔玻纖布,并在第5層后的管道頂部1/2圓弧部分另加一層40mm厚度的高溫玻璃棉棉氈,最后采用普通玻璃絲布包裹,最外層為彩鋼板(δ=0.7mm)。
具體保溫結構示意圖如表1和圖1。
表1
圖1
本設計方案二DN800管道保溫總厚度250mm,分6層包裹,材料為復合硅酸鋁棉針刺毯和高溫玻璃棉棉氈,同樣考慮到管道工作溫度較高,為避免高溫玻璃棉高溫條件下失效,故管道第1層、第2層保溫采用硅酸鋁,外包耐高溫鋁箔玻纖布,其余3、4、5、6層采用高溫玻璃棉,第3、4、5、6層外包普通鋁箔玻纖布,并在第6層后的管道頂部1/2圓弧部分另加一層40mm厚度的高溫玻璃棉棉氈,最后采用長輸熱網(wǎng)專用納米氣囊反射層包裹,最外層為彩鋼板(δ=0.7mm)。
具體保溫結構示意圖如表2和圖2。
(1)保溫計算公式。參照GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》計算散熱損失,并根據(jù)實驗結果進行修正。
計算公式如下:
表2
圖2
式中:
q線——管道線散熱損失,w/m;
T——介質(zhì)溫度,℃;
Ta——環(huán)境溫度,℃;
λ——導熱系數(shù),W/(m·k);
D0——保溫層外徑,m;
Di——管道外徑,m;
ω——風速,m/s;
α——表面放熱系數(shù),W/(m·k)。
(2)保溫材料性能特性。按照國內(nèi)普遍使用的保溫材料特性性能,參照主要質(zhì)量較好廠家提供的參數(shù),統(tǒng)計如表3。
表3 保溫材料導熱系數(shù)數(shù)據(jù)
歐文斯科寧高溫玻璃棉(48kg/m3)材料的導熱系數(shù)方程為:
K=a+bt+Ct3,其中:
a=2.9071×10-2;
b=1.1022×10-4;
c=7.65229×10-10;
K=0.032W/m.k(平均溫度25℃)。
山東魯陽復合硅酸鋁棉(128kg/m3)材料的導熱系數(shù)方程為:
K=0.035+0.203×(t均 /1000)2。
(3)管道各層外表面溫度計算。根據(jù)上述兩個方案的保溫結構,按照GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》公式計算,得各層外表面溫度如表4。
表4 保溫層間溫度數(shù)據(jù)一覽表
由上表可見,7層分包和5層分包相比,雖然保溫層數(shù)增加,反射層用得多很多,但二者的保溫效果基本一致,并沒有因為將保溫層分割過多,保溫反射層增加而保溫效果提高。因此根據(jù)理論計算,過厚、過多層數(shù)的保溫層、反射層,實際效果不明顯,同時保溫安裝難度和工作量增加,工程造價上升。
1.5.1 保溫材料市場詢價(表5)
表5 保溫材料市場價格數(shù)據(jù)
1.5.2 兩種方案保溫材料用量及單位工程造價
結合市場詢價,分別統(tǒng)計兩個方案的主要保溫材料用量及單位造價,得到方案的統(tǒng)計數(shù)據(jù),具體方案一、二如表6、7。
從上述兩種保溫結構的外表面計算,及單位工程造價分析,方案一的保溫造價為530.24元/米,方案二的保溫造價為718.84元/米,方案二較之于方案一的單位投資高出188.6元/米,高出約35.5%。因而,方案一在能夠滿足管線的運行要求的條件下,保溫結構合理,工程造價較低。另外,若考慮安裝工程中的保溫安裝工程量及鋼帶用量,方案一的優(yōu)勢更加明顯。
表6 方案一
表7 方案二
隨著集中供熱的推進,蒸汽管網(wǎng)的敷設距離由早期的5km經(jīng)濟半徑,拓展至現(xiàn)階段20~30km長輸管網(wǎng),原來固有的保溫方式和方法已經(jīng)不能滿足運行要求,通過詳細的保溫經(jīng)濟計算,選擇合適合理的保溫結構,對滿足管線運行要求,降低單位保溫工程造價是設計工作中極為重要的一環(huán)。以上結合某A電廠實際在建工程案例,從保溫工程單位造價及保溫結構的適用性角度出發(fā),以期提高保溫工程經(jīng)濟性,減少不必要的浪費。
[1]施振球. 動力管道設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2006.
[2]GB 50264-2013 工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范,2013.
TU995.3
A
1671-0711(2017)12(上)-0077-03