供熱管道保溫材料的選擇
及經(jīng)濟保溫層厚度計算
中國北方地區(qū)冬季采暖,是由熱源通過管道將90℃以上的熱水輸送至居民小區(qū)的用戶或小區(qū)的換熱站,由于東北地區(qū)冬季室外溫度較低,管道在輸送過程中,熱媒溫度高于管外環(huán)境溫度和凍土層溫度,熱量將不斷的通過供熱管道的壁面?zhèn)鬟f給管外空氣或凍土層,這部分熱量稱為管道散熱損失。因此,要通過對供熱管道進行保溫來減少這項熱損失。
目前,集中供熱系統(tǒng)的熱水管網(wǎng),即使有良好的保溫措施,其散熱損失仍約占總輸入熱量的5%~8%。在未實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)的中小城鎮(zhèn),供熱形式仍為獨立小鍋爐分片供熱,因保溫材料選擇的不合理,施工質(zhì)量達不到設(shè)計要求,保溫層破損維修不及時等原因,其散熱損失會大大增加,而且這種熱損失是持續(xù)存在的,它不僅會造成熱媒參數(shù)的變化而影響供熱質(zhì)量,還會造成較大的能源浪費。根據(jù)國家規(guī)定的城市供熱管網(wǎng)輸送熱效率達到90%以上的要求,合理選擇供熱管網(wǎng)保溫材料、保溫層厚度及保溫方法,對有效減少熱媒在輸送過程中的散熱損失,節(jié)約燃料消耗尤為重要。
1.保溫材料的選擇
由于中國地域遼闊,氣候條件差異較大,在東北地區(qū),冬季室外溫度低,應(yīng)考慮選用保溫材料對供熱管網(wǎng)進行保溫。保溫范圍應(yīng)按《熱網(wǎng)規(guī)范》規(guī)定的,供熱介質(zhì)設(shè)計溫度高于40℃的熱力管道、閥門、設(shè)備一般應(yīng)進行保溫。其目的是減少散熱損失,使熱媒能維持一定的溫度和壓力,以滿足生產(chǎn)和生活用熱要求,節(jié)約燃料,并保證熱力管道不受外界影響。目前,熱力管道工程常用的保溫材料種類較多,有石棉、巖棉、珍珠巖、玻璃棉、泡沫橡塑、聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料等制品,按照國家對保溫材料選用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)不得大于0.12(w/m·k);容重不得大于300kg/m3;含水率小于7.5%;抗壓強度不小于0.4 MPa。為了滿足上述要求,在選擇保溫材料時應(yīng)參考下列條件進行選擇。(1)導(dǎo)熱系數(shù)小;(2)容重小;(3)堅固耐用,有一定的抗壓強度;(4)能耐一定溫度,不燃或難燃;(5)抗?jié)裥詮姡实停粫蛩菔艹倍冑|(zhì)損壞;(6)原料來源廣,制造施工方便,價格低廉。
幾種常用保溫材料的性能見表
表1 中介紹了部分常用保溫材料的性能參數(shù),表內(nèi)未列的其它保溫材料的性能參數(shù)可在有關(guān)設(shè)計手冊中查到。
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對供熱管道保溫材料的選擇要求,考慮材料的綜合性能和工程中實際應(yīng)用的保溫效果,聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料和泡沫橡塑材料在近年來被廣泛用于供熱管道保溫工程。
聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料主要用于外網(wǎng)供熱管道的保溫,其優(yōu)點是,導(dǎo)熱系數(shù)小、容重輕、吸水率低,有一定的抗壓強度。聚氨酯發(fā)泡后因附著力較強,管道外表面可不做防腐處理,節(jié)省防腐材料和人工費,同時外層的塑料保護層可以起到防水阻燃,保護聚氨酯材料的完好,延長使用壽命等作用,使保溫材料的維修更換費用大大降低。
泡沫橡塑管殼,由于該材料的抗壓強度低,目前主要用于地溝、管井內(nèi)的采暖干管和支管的保溫,其優(yōu)點是導(dǎo)熱系數(shù)小、容重輕、便于安裝,并容易對閥門、三通、彎頭等不規(guī)則管件進行吻合包裹,達到減少散熱損失的目的,也是供熱管道理想的保溫材料。
2.經(jīng)濟合理保溫層厚度的簡便計算
供熱管道保溫層厚度是由技術(shù)和經(jīng)濟兩方面因素來決定的。所謂“保溫層經(jīng)濟厚度"是指包括供熱管道保溫結(jié)構(gòu)的投資、折舊費、年運行維修費和管道保溫后的散熱損失費在內(nèi)的總費用為zui小時的保溫層厚度,保溫層厚度不夠,散熱損失增大,造成能源的浪費。保溫層厚度的增加,可以減少散熱損失,節(jié)省燃料,減少運行費用,然而確增加了保溫結(jié)構(gòu)的一次性投資。所以,合理的確定保溫層厚度既節(jié)約了能源又減少了工程造價,是供熱管網(wǎng)工程十分重要的環(huán)節(jié)。
根據(jù)《設(shè)備及管道保溫設(shè)計導(dǎo)則》GB /T8175中管道允許zui大散熱損失的規(guī)定,見表2。
管道的保溫層厚度與管道的直徑、管道表面溫度、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、管道允許zui大的散熱損失有關(guān)。經(jīng)濟合理的保溫層厚度的簡便計算方法,可按下式計算:
式中:D—管道外徑(mm);λ—保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)(w/m.k) 查表得出; t1—管道外表面溫度,(℃)約等于管道內(nèi)介質(zhì)溫度; q—允許zui大散熱損失(w /m) ,由表2 查得;δ—保溫層厚度(mm)。
由上式可以看出,管道外徑、保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)、輸送的介質(zhì)溫度一定時,保溫層的厚度是隨管道的散熱損失的變化而變化的,因此按照表2,國家規(guī)定的允許zui大散熱損失確定保溫層厚度,是經(jīng)濟合理的。
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