蒸汽管道保温

[管件资讯]GB4272-92设备及管道保温技术通则相关内容：华胜管件浏览次数:2425更新时间:2008-10-25GB4272-92标准旨在减少设备、管道及其附件在工作过程中的散热损失和生产工艺过程中介质的温度降，延迟介质凝结，保持设备及管道的生产能力与安全，节约能源，提高工作效益，降低环境温度，改善劳动条件，防止操作人员烫伤。1、主题内容与适用范围本标准规定了有关保温材料及其制品的性能、保温设计、保温工程的施工与验收、保温效果的测试与评价等的原则要求。本标准适用于动力、采暖、供热及一般用热部门。具有下列工况之一的设备、管道及其附件必须保温：a．外表面温度高于323K(50℃)者；b．工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结的部位；c．工艺生产中不需保温的设备、管道及其附件，其外表面温度超过333K(60℃)并需要经常操作维护，而又无法采用其他措施防止引起烫伤的部位。具有下列情况之一的设备、管道及其附件不受本标准的约束；a．工艺生产中不宜或不需保温的部位；b．施工中的临时设施；c．各种热工仪表系统。2、引用标准GB4132绝热材料名词术语GB8174设备及管道保温效果测试与评价方法GB8175设备及管道保温设计导则GBJ126工业设备及管道绝热工程施工及验收规范3、术语本标准所用术语除按GB4132外，应用下列术语：保温：为减少设备、管道及其附件向周围环境散热，在其外表面采取的增设保温层的措施。经济厚度：保温后的年散热损失费用和投资的年分摊费用之和为最小值时保温层的计算厚度。4、保温材料及其制品的性能要求4．1在于均温度等于或小于623K(350℃)时导热系数值不得大于0.12W/(m.K)并有明确的随温度变化的导热系数方程式或图表。对于松散或可压缩的保温材料及其制品应提供在使用密度下的导热系数方程式或图表。4．2密度不大于350kg／m3。4.3除软质、半硬质、散状材料外，硬质无机成型制品的抗压强度不应小于0.3MPa，有机成型制品的抗压强度不应小于0.2MPa。4．4必须注明最高安全使用温度。4．5必要时尚须注明不燃性和自熄性、含水率、吸湿率、热膨胀系数、收缩率、抗折强度、腐蚀性及耐腐蚀性等性能。4.6本章所述各项性能应按相应国家标准、行业标准及有关专业部门规定的方法测定。5、保温设计5．1保温层厚度的计算原则5．1．1为减少保温结构散热损失的保温层厚度应按“经济厚度”的方法计算，并且其散热损失不得超过表l或表2的数值。只有在用“经济厚度”的方法计算无法满足本条规定或无条件使用“经济厚度”公式时方可按允许散热损失计算。表1季节运行工况允许最大散热损失表2常年运行工况允许最大散热损失5．1．2设备及管道内介质在允许或指定温度降条件下输送时，保温层厚度按热平衡方法计算。5．1．3为延迟管道内介质冻结、凝固的保温层厚度按热平衡方法计算。5．1．4防止烫伤的保温层厚度按表面温度计算。保温层外表面温度不得超过333K(60℃)。5．1．5加热伴热保温及保温保冷双重结构按各专业部门规定的方法计算。5．1．6锅炉及工业炉窑的保温按各专业部门规定的方法计算。5．2保温层选材原则在保温材料的物理、化学性能满足工艺要求的前提下，应优先选用导热系数低、密度小，价格低廉、施工方便、便于维护的保温材料。5．3保温结构的基本要求5．3．1保温结构一般由保温层和保护层组成。5．3．2保温结构设计必须保证其在经济寿命年限内的完整性。5．3．3保温结构设计应保证其有足够的机械强度，不允许有在自重或偶然轻微外力作用下被破坏的现象发生。5．3．4保温结构一般不考虑可拆卸性，但需要经常维修的部位宜采用可拆卸式的保温结构。5．3．5保护层5．3．5．1保护层必须切实起到保护保温层的作用，以阻挡环境和外力对保温材料的影响，延长保温结构的寿命，并使保温结构外形整齐美观。5．3．5．2保护层材料应具有防水、防湿性，不燃性和自熄性，化学稳定性好，强度高，不易开裂，使用年限长等性能。6、保温工程的施工与验收6．1施工前准备6．1．1对于到达施工现场的保温材料及其制品，必须检查其出厂合格证书或化验、物性试验记录，凡不符合性能要求的不予使用。6．1．2堆放保温材料及其制品应采取防雨雪措施，严防受潮。6．1．3对需要保温的设备、管道及其附件必须检查、评定，确认合格后才能进行保温施工。6．2施工6．2．1室外保温工程不得在雨雪中施工。6．2．2保温层施工应严格消除各种隐患，如接缝不严、充填不均、膨胀缝处理不当、防腐处理不善、捆扎不牢等。6．2．3保护层施工应确保其严密和牢固性。6．2．4施工中应有相应的劳动保护及安全措施。6．3验收保温工程完成后必须按GBJ126进行验收。7、保温效果的测试与评价保温工程投入使用后，应按GB8174进行测定与评价并提出报告。蒸汽管道保温层经济厚度优化的Excel程序方法以实例介绍了用EXCEL软件求解蒸汽管道单层保温经济厚度的方法。关键词：EXCEL蒸汽管道经济厚度传热模型1、保温层的经济厚度管道保温层越厚，则管路散热损失越小，节约了燃料；但厚度加大，保温结构投资费用增加。“经济保温厚度”就是综合考虑管道保温结构的投资和管道散热损失的年运行费用两者因素，折算得出在一定年限内其“年计算费用”为最小时的保温层厚度。见图1图中A曲线表示保温所需的费用随着保温层厚度的增加而增加，B曲线表示热损失的费用随着保温层厚度的增加而减少，C曲线表示A、B曲线叠加的结果，C曲线最低点（即最低费用）所对应的厚度即为保温材料的经济厚度。图1保温层厚度与费用的关系微软公司的Excel是一种大众化的应用软件，它功能强大，界面友好，操作简单，直观明了。本文将就如何利用微软公司的Excel软件进行单层保温材料经济厚度的计算作一详细的介绍。2、数学模型2.1传热模型[1]传热模型用于计算管道的热损失，以单位长度单层热绝缘圆管为计算基准（图2）。则通过单层保温层传递的热量Q为：Q=(1)图2单层保温结构若管内流体为饱和蒸汽，管内流体到管壁的放热系数a1的数值很大，则分母中第一项可忽略，式(1)简化为：Q0=(2)式中Q0——单位时间每米管道热损失，W/mt1、t2——管内流体温度和周围介质温度，℃d0、d1、d2——管内径、管外径和保温层的外径，ma1、a2——管内流体到管壁的放热系数和保温层外表面到周围介质的放热系数λ——保温材料的平均导热系数，W/(m·K)2.2经济模型最经济的保温厚度应该使全年运行费用Y为最小。它是由两部分组成：一是全年热损失费用Y1，二是设备折旧费用Y2。全年热损失费用：Y1=bQ(元/米)；设备折旧费用：Y2=PS=P(d22-d12)a×10-3（元/米）；Y=Y1+Y2即：Y=bQ+PS=bmQ0(3)式中Q——单位长度管道全年热损失,W/(m.a)m——管道年运行时间,m=8000h/ab——1W热损失的价格,元/kWh；P——保温材料的年折旧费，一般为12%~15%S——单位长度管道保温的一次投资，元/ma——保温材料单价，元/m3对(3)式做微分处理，求解经济保温厚度。即：令,则可得：(4)采用计算机进行试凑，计算出d2,则最佳经济厚度为：δ=。3、MicrosoftExcel的“规划求解”通过“规划求解”，可以为工作目标单元格中的公式找到一个优化值。“规划求解”将对直接或间接与目标单元格中公式相联系的一组单元格中的数值进行调整，最终在目标单元格中求得期望的结果。这些在求解过程中可以修改其中数值的指定单元格称为可变单元格。在创建模型过程中，可以对“规划求解”模型中的可变单元格数值应用约束条件，而且约束条件可以引用其他影响目标单元格公式的单元格[2]。具体过程如下：（1）单元格引用位置：在此指定需要约束其中数据的单元格或单元格区域。（2）约束值“在此指定对“单元格引用位置”编辑框中输入的内容的限制条件。即，对于单元格引用及其约束条件，选定相应的需要添加或修改的关系运算符（=、=、=、Int、或Bin），然后在右侧和编辑框中输入数字、单元格或区域引用公式等约束条件。（3）设置“规划求解”的最长运算时间和迭代次数。如果求解过程在找到结果之前即达到最长运算时间或最大迭代次数，则会显示“显示中间结果”对话框。（4）设置“规划求解”的精度和收敛度。在“精度”编辑框中，键入要求的精度：数值越小，精度越高。在“收敛度”编辑框中，键入一个数值。如果目标单元格中的数值在连续五次求解过程中的变化量小于这个数值，“规划求解”将停止运算。这个数值越小，允许相邻求解结果之间的差别就越小。（5）设置“规划求解”的整体误差。在“允许误差”编辑框中，键入允许的误差的百分比。下面以一蒸汽管道为例详细说明MicrosoftExcel“规划求解“在计算蒸汽管道经济保温厚度中的应用。例：蒸汽供热管道DN200,PN1.0MPa，管内介质温度t1=280℃，周围环境温度t2=15℃，室外常年运行，拟选用岩棉保温材料λ=0.057W/(m·K)，保温材料单价600元/m3，外包镀锌铁皮，热价为30.05元/GJ，表面散热系数23.71W（/m2·K）。将上述数据按表格式在Excel中排列。表1规划求解在Excel中的排列ABCD1原始数据2管线外径d10.219介质温度t12803保温材料导热系数λ0.057环境温度t2154保温材料价格a600热价b0.030055管道年运行时间m8000保温材料外表面散热系数a223.716可变单元格7管道保温层外径d2保温层厚度δ8计算结果9微分方程左边微分方程右边10目标单元格11热损失费用12年设备折旧费13总费用上表中B2至B5，D2至D5为原始数据，B7为可变单元格，D7为保温层的厚度δ=，B9为微分方程的左边，则B9=，D9为微分方程的右边，则D9=，B10为目标单元格，由于微分方程是一等式方程，所以在目标单元格中输入=B9-D9，在热损失费用、年设备折旧费、总费用单元格输入相应的计算公式。完成表格中数据输入后，就可以开始求解，步骤如下：(1)选中工具菜单，选中规划求解命令，出现规划求解参数对话框(图3)；(2)在[目标单元格]编辑框中，键入目标单元格的名称$B$10，然后单击[值为0]选项；#p#副标题#e#(3)在[可变单元格]中，键入$B$7；(4)在[约束]窗口选中单击增加按钮，产生增加约束对话框，在[单元格引用位置]和[约束值]输入栏中键入相应单元格，本例是一组约束条件，选中确定按钮，回到规划求解参数对话框；图3规划求解界面和参数设置(5)选中选项按钮，进入规划求解对话框，选中[自动按比例缩放]、[假定非负]，其余条件可按图4设置，选中确定按钮，回到规划求解对话框(图3)；图4规划求解选项参数(6)选中求解按钮，开始计算进入规划求解对话框，在报告窗口中根据需要选定计算结果表，如选择[运算结果报告]则运算后就产生一张新表。选定三项，产生三张表。4、结果根据对本例的计算，从运算结果可以看出，热损失的费用随着保温层厚度的增加而减少，保温所需的费用随着保温层厚度的增加而增加，正好符合图1曲线的规律。表2列出了运算结果报表，其中管道的经济保温厚度为0.1485m。此结果和文献资料[3]（经济保温厚度为0.147m）中的计算数据接近，两者之间的差别是循环迭代过程中溢出条件不同和允许误差导致。表2运算结果报表可变单元格单元格名字初值终值$B$7管道保温层外径d210.516结果单元格单元格名字初值终值$B$7保温层厚度δ0.39050.1485$B$9微分方程左边20$D$9微分方程右边0.44330.4422$B$10目标单元格10$B$11热损失费用14.968426.3216$B$12年设备折旧费53.809212.3385$B$13总费用68.777638.66015、结束语在蒸汽管道保温设计过程中，设计者一般都是根据经验或参考相关设计手册选用保温材料的经济厚度。然而，当热价、材料价、温度等条件发生变化后，经济保温厚度的选择也必然会发生变化，此时就不能仅仅依靠经验和设计手册进行机械的套用，否则将会造成较大的能