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        大管徑蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)及選材的優(yōu)化分析

        2017-12-07 11:03:47朱力軍
        中國(guó)設(shè)備工程 2017年23期
        關(guān)鍵詞:硅酸鋁玻璃棉保溫材料

        朱力軍

        (廣西投資集團(tuán)來(lái)賓發(fā)電有限公司,廣西 來(lái)賓 546138)

        大管徑蒸汽管道保溫結(jié)構(gòu)及選材的優(yōu)化分析

        朱力軍

        (廣西投資集團(tuán)來(lái)賓發(fā)電有限公司,廣西 來(lái)賓 546138)

        隨著我國(guó)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(duì)蒸汽管道的絕熱保溫設(shè)計(jì)提出了更高的要求。為探究復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性,本文通過(guò)理論計(jì)算蒸汽管道傳熱工況,數(shù)據(jù)整理、計(jì)算分析,結(jié)合工程造價(jià),得出基本結(jié)論。

        復(fù)合保溫結(jié)構(gòu);大管徑蒸汽管道;保溫結(jié)構(gòu)

        隨著我國(guó)材料加工工業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,保溫材料也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。為探究復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)實(shí)際保溫效果,結(jié)合某A電廠實(shí)際在建工程,通過(guò)分析計(jì)算蒸汽管道傳熱工況,參照GB/T 8175-2008《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》計(jì)算散熱損失,進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、經(jīng)濟(jì)性分析,得出基本結(jié)論,為今后復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供參考。

        1 典型案例保溫結(jié)構(gòu)

        1.1 典型案例工況

        本文結(jié)合某A電廠實(shí)際在建工程案例,以DN800為計(jì)算管徑,進(jìn)行不同保溫結(jié)構(gòu)的的計(jì)算分析,具體工況如下。(1)管徑:OD820×11;(2)介質(zhì):過(guò)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(fēng)速:3m/s;(7)要求保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度不高于環(huán)境溫度25℃。

        1.2 保溫結(jié)構(gòu)方案一

        本設(shè)計(jì)方案一DN800管道保溫總厚度250mm,分5層包裹,材料為復(fù)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(jié)構(gòu)示意圖如表1和圖1。

        表1

        圖1

        1.3 保溫結(jié)構(gòu)方案二

        本設(shè)計(jì)方案二DN800管道保溫總厚度250mm,分6層包裹,材料為復(fù)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)示意圖如表2和圖2。

        1.4 保溫及表面溫度計(jì)算

        (1)保溫計(jì)算公式。參照GB/T 8175-2008《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》計(jì)算散熱損失,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。

        計(jì)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(dǎo)熱系數(shù),W/(m·k);

        D0——保溫層外徑,m;

        Di——管道外徑,m;

        ω——風(fēng)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(guó)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(jì)如表3。

        表3 保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)

        歐文斯科寧高溫玻璃棉(48kg/m3)材料的導(dǎo)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(yáng)復(fù)合硅酸鋁棉(128kg/m3)材料的導(dǎo)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(jì)算。根據(jù)上述兩個(gè)方案的保溫結(jié)構(gòu),按照GB/T 8175-2008《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》公式計(jì)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(jiàn),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(méi)有因?yàn)閷⒈貙臃指钸^(guò)多,保溫反射層增加而保溫效果提高。因此根據(jù)理論計(jì)算,過(guò)厚、過(guò)多層數(shù)的保溫層、反射層,實(shí)際效果不明顯,同時(shí)保溫安裝難度和工作量增加,工程造價(jià)上升。

        1.5 保溫材料用量及單位造價(jià)

        1.5.1 保溫材料市場(chǎng)詢價(jià)(表5)

        表5 保溫材料市場(chǎng)價(jià)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(jià)

        結(jié)合市場(chǎng)詢價(jià),分別統(tǒng)計(jì)兩個(gè)方案的主要保溫材料用量及單位造價(jià),得到方案的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),具體方案一、二如表6、7。

        1.6 保溫方案設(shè)計(jì)比選及分析

        從上述兩種保溫結(jié)構(gòu)的外表面計(jì)算,及單位工程造價(jià)分析,方案一的保溫造價(jià)為530.24元/米,方案二的保溫造價(jià)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(yùn)行要求的條件下,保溫結(jié)構(gòu)合理,工程造價(jià)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(shì)更加明顯。

        表6 方案一

        表7 方案二

        2 結(jié)語(yǔ)

        隨著集中供熱的推進(jìn),蒸汽管網(wǎng)的敷設(shè)距離由早期的5km經(jīng)濟(jì)半徑,拓展至現(xiàn)階段20~30km長(zhǎng)輸管網(wǎng),原來(lái)固有的保溫方式和方法已經(jīng)不能滿足運(yùn)行要求,通過(guò)詳細(xì)的保溫經(jīng)濟(jì)計(jì)算,選擇合適合理的保溫結(jié)構(gòu),對(duì)滿足管線運(yùn)行要求,降低單位保溫工程造價(jià)是設(shè)計(jì)工作中極為重要的一環(huán)。以上結(jié)合某A電廠實(shí)際在建工程案例,從保溫工程單位造價(jià)及保溫結(jié)構(gòu)的適用性角度出發(fā),以期提高保溫工程經(jīng)濟(jì)性,減少不必要的浪費(fèi)。

        [1]施振球. 動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [2]GB 50264-2013 工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范,2013.

        TU995.3

        A

        1671-0711(2017)12(上)-0077-03

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