1、供热管道保温影响因素分析摘要：供热管道的保温对供热工程的可靠性与经济性起着关键性的作用，通过对影响供热管道保温的因素进行分析，确定各种参数与供热管道热损失之间的关系，以便在实际工程建设、运行中降低工程造价、节约运行成本、提高供热系统的热效率。 关键词管道保温管道热损失热导率保温层厚度 中图分类号：TU81 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 随着经济的发展，供热工程正在中国北方地区大规模建设，供热管道的保温对供热工程的可靠性与经济性起着关键性的作用，保温效果的关键是保温材料的选取及保温层厚度的计算。保温层太薄，则热损失严重;反之，则保温工程投资太大。 影响管道保温的因素主要有：土壤温度，保温
2、材料热导率，保温层厚度，管道顶部的覆土埋深，土壤热导率，管道外径 D，输水温度等。本文以西安地区为例，对影响供热管道保温的因素进行分析，以便确定各种参数与供热管道热损失之间的关系。在实际工程建设、运行中能抓住主要因素，降低工程造价、节约运行成本、提高供热系统的热效率【1】 。1 管道保温结构模型 保温结构一般由防腐层、保温层、防水层及保护层组成【2】 ，其中保温层的优劣直接影响保温效果。埋地供热管道横断面示意图见图 1 图 1 保温管道物理模型图 图中大地表面空气温度为 Tk,大地表面与空气的放热系数为 1，土壤的热导率为 t,埋深为 h，供热管道外径为 D，保温材料厚度为 ，保温材料的热导率
3、为 b，管内介质温度为 Tr，热水对管壁的换热系数为 2。 2 管道保温结构数学模型 供热管道保温结构热阻由管内热水至地面空气之间的传热热阻，即热水与钢管内表面放热热阻、钢管导热热阻、保温层导热热阻、外保护套管导热热阻、土壤导热热阻、地面与空气的放热热阻组成。其中以保温层导热热阻和土壤导热热阻为主，因此热工计算时只考虑这 2 项热阻。土壤导热热阻、保温材料热阻等采用热能工程设计手册中的理论公式【3】 。 （1）供热保温管道单管单位长度热损失按照式(2.1)计算： （2.1） 式中:q单位长度管道热损失(W/m)； Tr管道内热媒温度()； Tb室外空气温度()； Rb保温层热阻（m/W） ；
4、Rt土壤热阻（m/W） 。 （2）供热保温管道双管单位长度热损失按照式(2.2)、式(2.3)计算：（2.2） （2.3） 式中：q1、q2单位长度供回水热管损失(W/m)； Tg、Th供回水管热媒温度()； Rb1、Rb2供回水管保温热阻（m/W） ； Rt1、Rt2供回水管土壤热阻（m/W） ； Re附加热阻（m/W） 。 （3）土壤热阻按式(2.4)计算： （2.4） （2.5） 式中：Hz管道中心的折算埋深(m)； H管道顶部的覆土埋深(m)； t土壤的热导率(W/( m)； Dk保温管的外壳直径(m)； k土壤表面的表面传热系数，通常可取 1215 W/( m2)。（4）保温材料的热
5、阻，按式(2.6)计算: （2.6） 式中：Db保温材料外表面的直径(m)； dw钢管的外壁直径(m)； b保温材料的热导率（W/( m)） 。 （5）附加热阻按式(2.7)计算： （2.7） 式中：b0供回水管中心线间的距离(m)。 管道单位长度表面积热损失 q (W/m2)的计算： （2.8） 在由保温层厚度计算出的管道单位长度表面积散热损失后，要小于国家规定的允许热损失，否则要调整保温层厚度的大小，直到满足要求为止。 3 管道保温的主要影响因素分析 西安地区采暖天数为 100 天，采暖期间室外平均温度为 0.9，其他参数取值表 1： 表 1 各参数取值 3.1 管道内热媒温度对供热管道热
6、损失的影响 取输水温度 ts=65130，其它参数见表 1， 得到图 2 所示的保温管道热损失随管道内热媒温度的变化曲线： 图 2 保温管道热损失随管道内热媒温度的变化曲线 当供回水温度为80/65；95/70；115/80；120/80；115/70；130/80、120/70；130/70时，得到图 3 所示的保温管道热损失随供回水温差的变化曲线： 图 3 保温管道热损失随供回水温差的变化曲线 从图 2、图 3 可以分析如下：对于一定输水温度的保温管道，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。当输水温度较小时，管道散失的热量在不同管径处随输水温度的降低，其差距越来越小；反之越大。对于一定管径
7、的保温管道，管道散失的热量随管内供回水温差的增大总体呈增加的趋势。 3.2 保温材料热导率对供热管道热损失的影响 取保温材料热导率 b =0.0180.060 W/(m)，其它参数见表 1，得到图 4 所示的保温管道热损失随保温材料热导率的变化曲线： 图 4 保温管道热损失随保温材料热导率的变化曲线 从图 4 可以分析如下：对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随保温材质热导率的增大而增加，且二者之间近似成线性关系。对于一定保温材质热导率的保温管道，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。 3.3 土壤热导率对供热管道热损失的影响 取土壤热导率 f =0.52.0 W/(m) 其它参数见表1，数
8、得到图 5 所示的保温管道热损失随土壤热导率的变化曲线： 图 5 保温管道热损失随土壤热导率的变化曲线 从图 5 可以分析如下：对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。在土壤热导率一定的情况下，管道散失的热量随管道外径的增大而增加，且增大的幅度较大。当土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径处随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。 3.4 保温层厚度对供热管道热损失的影响 取保温层厚度 (mm) =2575 mm，其它参数见表 1，得到图 6 所示的保温管道热损失随保温层厚度的变化曲线： 图 6 保温管道热损失随管道保温层厚度的变化曲线 从图 6 可以
9、分析如下：对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小，且二者之间近似成反比例关系. 在保温层厚度一定的情况下，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径处随保温层厚度的降低，其差距越来越大。 4 结论 通过对管道保温影响因素的分析可以总结出以下结论： （1）当供回水温差一定时，要尽量采用低水温，这样可以减少热损失、节约能量。 （2）为减小管道散热损失，适当采用热导率较小的保温材质和外径较小的保温管道。 （3）供热管道热损失在保温材质热导率较低时，要受到其价格的制约，反之，要受到热损失费用和管道周围土壤热导率等因素制约。 （4）靠增大或者减小土壤热导率来改变管道散失的热量，其意义不大，要靠改变管道外径才能使管道散热损失大幅度改变。 （5）适当采用一定厚度的保温层，可以为达到减小管道散热损失的目的。 参考文献： 【1】黄文，管昌生供热系统优化方法研究国外建材科技J2005，Vol.26（2）：81-83 【2】刑晓凯，陈永昌，马重芳.输油管道及保温层的同步设计. 煤气与热力J2004，Vol.24（12）：692-695 【3】汤惠芬，范季贤.热能工程设计手册S.北京：机械工业出版社.1999
