王楠+彭曉中

摘 要：對于廠區(qū)環(huán)境下長距離供熱管道設(shè)計(jì)中，常規(guī)的管道支架產(chǎn)生的“熱橋”效應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)熱量損失較大。合理的選擇和布置隔熱管托不僅能夠改善管道應(yīng)力分布，確保管系安全穩(wěn)定，同時(shí)可以有效降低散熱損失，節(jié)省寶貴的能源。本文研究分析了隔熱管托在長輸管道項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：供熱管托；“熱橋”效應(yīng)；供熱管道

中圖分類號：TK17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0161-01

隨著城市建設(shè)的逐步擴(kuò)大，大型能源站集中供能依舊是大規(guī)模供應(yīng)能源的主要手段，長距離輸送熱能變得越來越常見。長輸熱水管網(wǎng)、長輸蒸汽管網(wǎng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。對于地上布置的管道而言，管道支架作為支撐管系荷載的重要零部件必不可少。但是常規(guī)管道支架不具備保溫措施，裸露在大氣環(huán)境下的支架部分造成較大的能耗。為了節(jié)省寶貴的能源，提高能源利用率，采取有效的手段減少能量輸送過程中的熱損失刻不容緩。

1 隔熱管托簡介

1.1 隔熱管托的類別

隔熱管托是目前熱網(wǎng)管道中節(jié)能減排的一個(gè)重要組成部分。隔熱管托由底板、下抱箍、上抱箍、緊固件和隔熱層組成。根據(jù)隔熱管托的使用方式可以分為水平隔熱保溫管托、立管隔熱保溫管托，彎頭隔熱保溫管托；根據(jù)隔熱層的性質(zhì)可以分為軟質(zhì)隔熱層和硬質(zhì)隔熱層；根據(jù)隔熱管道的支撐特性可以分為滑動(dòng)管托、導(dǎo)向管托、固定管托等。

1.2 隔熱管托與常規(guī)支架對比

對比常規(guī)的管道支架，隔熱管托最本質(zhì)的區(qū)別便在于其內(nèi)襯的隔熱層。隔熱管托為管道提供支撐的同時(shí)也可以提升管道的保溫效果。隔熱層主要是由異氰酸鹽與聚乙醚為主，再加上發(fā)泡劑、觸媒和防火劑，經(jīng)高速攪拌混合反應(yīng)生成的具有塑膠、橡膠和軟木特性的發(fā)泡聚合體。泡體是由成千上萬極微小均勻的獨(dú)立細(xì)胞組成，成立體蜂窩式的結(jié)果。其具備密度高、熱傳導(dǎo)率低、吸水率低的特性。

1.3 “熱橋”效應(yīng)

所謂“熱橋”效應(yīng)，是熱傳導(dǎo)的物理效應(yīng)。對于長輸管道而言，通常是由于在管道保溫層不連續(xù)的地方，由高溫側(cè)向低溫側(cè)擴(kuò)散熱量的薄弱環(huán)節(jié)。常規(guī)管道支架作為一個(gè)不規(guī)則體，外包保溫材料的時(shí)候無法達(dá)到如果直管段保溫一樣的精細(xì)程度，因此在管道支架處就存在一個(gè)保溫性能不均勻的區(qū)域，特別是在周圍環(huán)境溫度較低的時(shí)候，通過管道支架與大氣環(huán)境形成的“熱橋”，一定量的熱能由此損失掉。對于長輸管道而言，管道支架數(shù)量龐大，這部分白白損失掉的熱能不容忽視。若換成隔熱管托，在管道與支架之間有隔熱層分開，有效的阻斷“熱橋”效應(yīng)，降低能量損耗。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程簡介

某改造工程利用再熱熱段+四段抽汽作為工業(yè)供汽方案，分別從再熱母管與四抽連通管抽汽，蒸汽通過支管進(jìn)入壓力匹配器，經(jīng)過壓力匹配器后提供滿足熱用戶參數(shù)需求的蒸汽，采用母管制供給熱用戶。蒸汽母管管徑為OD720x10，管材為20#鋼，蒸汽參數(shù)為：1.8MPa，330℃，輸汽管線總長約27公里。

2.2 保溫性能對比

根據(jù)《發(fā)電廠汽水管道支吊架設(shè)計(jì)手冊》（D-ZD2010）選型111型夾式滑動(dòng)支座參見圖1所示，此種型式的支架管部是管夾直接夾緊管道，下方托座底板放置在土建預(yù)埋件頂部。選用滑動(dòng)型隔熱管托示意圖參見圖2所示，此種型式的支架能夠達(dá)到與普通滑動(dòng)支架同樣的支撐作用，同時(shí)管夾與管道外壁間增加了預(yù)制的隔熱層和膨脹墊，可以起到保溫的作用。

2.2.1 支吊架間距計(jì)算

管道支架的跨距大小直接決定著管道支架的數(shù)量?？缇嗵≡斐晒艿乐Ъ苓^密，支架建設(shè)費(fèi)用產(chǎn)生不必要的增高，并且單一支架承擔(dān)荷載過小。因此在保證管道安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，適當(dāng)?shù)脑龃笾У跫荛g距可以有效的降低支吊架的建設(shè)費(fèi)用。

管道支架許用跨距取決于管材自身的強(qiáng)度、管道截面積、外部荷載大小、管道布置條件以及管道允許的最大撓度等因素。水平管道支吊架最大間距應(yīng)同時(shí)滿足管道強(qiáng)度條件和剛度條件。強(qiáng)度條件是指控制管道自重彎曲應(yīng)力不超過設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的一半。剛度條件是指限制管道自重產(chǎn)生的彎曲擾度。對有壓力脈動(dòng)的管道，考慮管道支架間距時(shí)，還應(yīng)核算管道的固有頻率，防止管道產(chǎn)生共振。本設(shè)計(jì)參照《管道支架設(shè)計(jì)手冊2000》和《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊》，本設(shè)計(jì)蒸汽母管經(jīng)計(jì)算得出管道最大允許跨距及選用跨距見表1所示。

2.2.2 散熱量模擬計(jì)算

能量的傳遞共有三種形式，熱傳導(dǎo)、熱對流和輻射換熱。常規(guī)管道支架和隔熱管托兩種形式輻射換熱相差不大，因此二者的輻射換熱量的差別暫不考慮。此外為了簡化計(jì)算模型，本模擬計(jì)算按照管道外壁溫度均勻，且支架各處溫度一致，管道支架或隔熱管托下部金屬支座的導(dǎo)熱系數(shù)一致來考慮。

以相鄰的兩支架及中間的直管段作為一個(gè)計(jì)算單元，通過模擬計(jì)算得到表2中的結(jié)果。

對比可見，采用隔熱管托作為管道支架的方案，散熱損失密度較常規(guī)支架有一定程度的下降，散熱量較常規(guī)支架減少約55%。再利用水利計(jì)算軟件（AFT Arrow）對全長27公里的管系進(jìn)行建模計(jì)算可得，合理的選擇管道保溫主材，再配合采用了隔熱管托形式的管道支架，可以控制每公里管內(nèi)蒸汽溫降小于2.5℃，保溫效果良好。

隔熱管托的使用可以有效的減少蒸汽溫降，提升系統(tǒng)的可靠性，更好的確保輸送至熱用戶側(cè)的蒸汽品質(zhì)滿足用戶要求。除此之外，由于管道與管托間存在溫度梯度變小，由此產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕得以改善，延長了管托的使用壽命。

3 結(jié)語

（1）從管道支架設(shè)計(jì)選型的角度出發(fā)，型式多樣化的隔熱管托能夠滿足管道熱應(yīng)力計(jì)算對于管道支架的選型要求；（2）采用常規(guī)設(shè)計(jì)方案選型長距離輸送管道的支架，熱量損失較大，介質(zhì)品質(zhì)下降明顯。（3）采用高效節(jié)能的隔熱管托可以從根本上改善管道和支架之間的“熱橋”效應(yīng)，有效的降低能耗，特別是對于長距離輸送能量的管道，可以顯著的減少熱量損失，延長管托使用壽命，節(jié)能減排效果具有明顯的優(yōu)勢。endprint