談談設備和管道絕熱層厚度的計算

談談設備和管道絕熱層厚度的計算作者：設計院陳永俊發(fā)布人：shaoys發(fā)布時間：2007-4-12上午11:17:53瀏覽次數(shù)：1354嗟收藏【關鍵詞】絕熱保溫保冷露點介質【摘要】為了防止生產過程中設備和管道向周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量，絕熱工程已成為生產和建設過程中不可缺少的。但是計算絕熱層厚度的公式多而繁瑣。本文介紹一種新的絕熱材料計算程序PEISU.BAS，結合空分裝置設計著重介紹其使用方法。瀏覽字體設置：—+1概述絕熱是保溫和保冷的統(tǒng)稱。為了防止生產過程中設備和管道向周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量，絕熱工程已成為生產和建設過程中不可缺少的。其功能如下：1）減少設備、管道及其附件的熱（冷）量損失。2）保證操作人員安全，改善勞動條件，防止燙傷和減少熱量散發(fā)到操作區(qū)。3）控制長距離輸送介質時的熱量損失，以滿足生產上所需要的溫度。4）在冬季，采用保溫來延緩或防止設備、管道內液體的凍結。5）當設備、管道內的節(jié)制溫度低于周圍空氣露點溫度時，采用絕熱可防止設備、管道的表面結露。6）不但可減少工藝設備或爐窯的熱量損失，還可以提高生產能力。1.1保溫范圍具有下列工況之一的設備管道及其附件必須保溫：介質溫度高于323K（50°C）；介質溫度低于323K（50C）時，工藝生產需減少介質溫度降低或介質凝結；介質溫度高于333K（60C），工藝生產不需保溫，但需經常操作維護而無法采取其它措施防止燙傷的部位（距離地面或工作平臺的高度小于2.1m，靠近操作平臺距離小于0.75m）；1.2保冷范圍具有下列工況之一的設備管道及其附件(設備支座、裙座、支腿、吊耳、管道支架、吊架等)必須保冷：為減少冷介質及載冷介質在生產和運輸過程中的冷損失；為防止或降低冷介質及載冷介質在生產和運輸過程中溫度升高或汽化；為防止0°C以上常溫以下的設備或管道外表面凝露；與保冷設備或管道相連的儀表及其管道。1.3絕熱厚度的計算設備和管道的保溫厚度根據(jù)當?shù)刈匀画h(huán)境條件、介質溫度和保溫材料的性能，按“允許最大散熱損失”方法計算保溫層厚度。防止燙傷的保溫層厚度按表面溫度計算，保溫層外表面溫度不超過333K(60C)。蒸汽伴熱設備和管道以蒸汽和介質溫度高者為基準，按“允許最大散熱損失''方法計算保溫層厚度。設備和管道的保冷厚度根據(jù)當?shù)刈匀画h(huán)境條件、介質溫度和保冷材料的性能，按“允許最大冷損失''方法計算保冷層厚度。所有上述條款規(guī)定的絕熱層厚度計算公式及參數(shù)均按GB50264-97《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》第4章“絕熱計算”的規(guī)定進行。1.3.1保溫計算本規(guī)定保溫厚度按下列公式計算(單層保溫)：公稱直徑小于或等于900mm的設備或管道：ln(D1/D0)=2n入(—Rs)a二D0/2*(D1/D0—1)公稱直徑大于900mm的設備或管道：a二入()其中：D1保溫層外徑，米D0——管道外徑，米入一保溫材料的導熱系數(shù)，千卡/米?小時?°CTf介質溫度，CTa周圍空氣溫度，Cq—管道的總熱損失量，千卡/米?小時(管道)；千卡/米2?小時(平壁)Rs——保溫層表面至空氣的熱阻，米?小時?C/千卡(管道)；米2-小時?C/千卡(平壁)as——隔熱層表面全周圍空氣的給熱系數(shù)，千卡/米2?小時?C，。——保溫層厚，米室外保溫計算，環(huán)境溫度取冬季采暖室外溫度，風速取冬季平均風速；室內保溫計算，環(huán)境溫度取25C；通行地溝中管道保溫計算，環(huán)境溫度取40C。1.3.2保冷計算采用夏季空調室外溫度作為周圍空氣溫度，采用最熱月平均相對濕度作為濕度數(shù)據(jù)。保冷層表面溫度定為露點加1~2C。計算公式(單層保冷)：公稱直徑小于或等于900mm的設備或管道：D1*ln(D1/D0)=2入/as*(Ts-Tf)/(Ta-Ts)a=(D1-D0)/2公稱直徑大于900mm的設備或管道：a二入/as*(Ts-Tf)/(Ta-Ts)其中：Ts——保冷層表面溫度，C其余參數(shù)定義同保溫計算。2絕熱計算程序由于計算絕熱層厚度的公式多而繁瑣，靠手工計算往往需花費大量時間且容易出錯。如果查表計算，由于采用的絕熱材料表中不一定列出，以及溫度需采用內插法，導致結果有一定偏差。為解決以上困難，設計院原高級工程師孔小勇用BASIC語言編寫了絕熱計算程序PEISU.BAS。該程序非常實用，大大降低了勞動強度，計算結果精確，極大的縮短了設計時間。本人在空分裝置設計中率先使用了這一運算程序，現(xiàn)將這一計算程序的操作作一介紹，作為對孔師傅勞動成果的推廣，希望對設計院同事在工作中有所幫助。PEISU.BAS程序結構分為保溫與保冷二大部分，保溫部分有六種計算類型，保冷部分有八種計算類型供計算選擇，計算選項以及計算需要輸入的數(shù)據(jù)均有屏幕提示采用人機對話從鍵盤輸入。從方便計算考慮，諸如絕熱（保溫與保冷）材料（常用）的導熱系數(shù)方程中入0和系數(shù)b、保溫層外表面至環(huán)境的對流放熱系數(shù)a2或環(huán)境全保冷層外表面的對流放熱系數(shù)a2等屏幕均有相關數(shù)據(jù)供計算選擇輸入。工程設計時保溫或保冷計算無論選擇何種類型計算，一般要隊計算所得的絕熱層厚度進行圓整取值（以10mm為單位圓整取值），因此該程序中保溫與保冷計算均設置了“校核計算”類型。這樣運用“校核計算”類型項，即已知絕熱層厚度，可校核計算絕熱層（保溫層或保冷層）外表面溫度和熱損失或冷損失；而且本程序特在計算結果中統(tǒng)計出管子和彎頭（90°）表面積、絕熱層體積、絕熱層表面積，絕熱材料體積，絕熱層外保護層材料（如鋁皮等）面積用量。程序使用方法：1）啟動BASIC,出現(xiàn)“OK”狀態(tài)提示符后，裝入本計算程序，即按F2鍵，（即LOAD命令），敲入文件名：LOAD："PEINSU”/OK2）運行PEISU程序：（敲入）RUN/屏幕提示輸入計算選項：保溫計算1保冷計算2敲入數(shù)字1或2/，即屏幕又提示，保溫或保冷計算類型選項:保溫計算選項已知熱損失或表面溫度，計算保溫層厚度：單層保溫厚度復合層保溫厚度已知絕熱層厚度，計算熱損失和表面溫度:TOC\o"1-5"\h\z單層保溫3復合層保溫4保溫經濟厚度計算5控制管道內介質終端溫度的計算……6保冷計算選項防止保冷層表面結露的絕熱計算：單層1雙層2控制冷量損失的絕熱計算：單層3雙層4保冷經濟厚度計算5球形容器保冷計算6已知保冷層厚度，校核計算單層7其中：圓筒壁1，平壁2，球壁3雙層8在程序使用過程中，需注意以下幾點：a、保溫計算選項中復合層可選計算2層或3層，保冷計算選項中復合層只計算2層。b、計算設備絕熱厚度時，保溫計算外徑大于2000mm，程序自動按平壁公式計算;保冷計算外徑大于1020mm，程序自動按平壁公式計算；球罐保冷計算應按實際外徑數(shù)據(jù)輸入。隊非圓形管道和設備的絕熱計算，可按圓形管道和設備的絕熱計算，但須將非圓形管道和設備的定形尺寸按下式換算為圓形管道和設備的當量直徑De。De=P/n式中De當量直徑P橫截面外周長n圓周率3.14計算選項確定后，各項計算所需輸入的數(shù)據(jù)（已知條件）均可按屏幕提示要求輸入。請注意數(shù)據(jù)的使用單位。如果發(fā)現(xiàn)已輸入數(shù)據(jù)有誤，可中斷程序運行，重新輸入數(shù)據(jù)。在程序運行過程中，可以使用控制鍵進行人工干預，常用的控制鍵有幾個：Ctrl-Break終止（中斷）程序的運行Ctrl-Numlock暫停顯示和暫停打印Ctrl-Prtsc接通/斷開打印機計算結束后退出BASIC狀態(tài)，用SYSTEM命令，即按F8鍵或敲入SYSTEMo以下列出常用絕熱材料名稱：超細玻璃棉ULTRAFINEGLASSBLANKET礦棉氈SLAGWOOL聚氨脂泡沫塑料——POLYURETHANEFOAM酚醛泡沫塑料PHENOLICFOAM聚氯乙烯泡沫塑料CELLULARPOLYVINYLCAS系列鋁鎂質保溫（保冷）材料CAS（Mg-Al）3.計算實列在大甲醇空分裝置中，有大量保溫和保冷管道需要計算。本人采用PEISU.BAS程序很快完成了這些計算。以中壓蒸汽管道為例，370°C的蒸汽管道有DN32、DN50、DN150和DN250的管道規(guī)格，采用硅酸鎂保溫材料制品，導熱系數(shù)：入=0.04W/（m?C），環(huán)境溫度Ta

取25°C，保溫層外表面至環(huán)境的對流放熱系數(shù)a2取11.4W/(m2?。0。利用程序計算結果如下：管道外徑保溫厚度(mm)熱量損失w/m2直管段彎頭保溫材料體積m3/100m外表面積m2/100m保溫材料體積m3/100m外表面積m2/100m328078.62.8110.05/60.320.270.97/5.79579080.14.1617.91/74.460.713.06/12.73168.311083.29.6252.87/121.994.8626.7/61.5927312083.514.8285.77/161.1612.1370.24/131.99表中外面積分別表示管道和彎頭在保溫前后的外表面積，分別用于統(tǒng)計防腐材料和絕熱層外保護層材料(如鋁皮等)面積用量。對裝置中的低溫空氣管道(空氣溫度15C)，采用福利凱聚酚醛泡沫進行保冷，導熱系數(shù)：入=0.04W/(m?C)，環(huán)境全保冷層外表面的對流放熱系數(shù)a2取8.14W/(m2?C)，十球溫度取30C，濕球溫度取28C，計算結果如下：管道外徑保冷厚度(mm)熱量損失w/m2直管段彎頭保冷材料體積m3/100m外表面積m2/100m保冷材料體積m3/100m外表面積m2/100m5730-10.20.8217.91/36.760.143.06/6.2910830-11.41.333.93/52.780.4210.99/17.115930-121.7849.95/68.80.8523.83/32.8227340-9.53.9385.77/110.93.2270.24/90.8342640-9.95.86133.83/158.967.48171.04/203.1653050-89.09166.19/197.6114.43263.74/313.663060-6.713.01197.72/235.6224.58374.07/445.3282060-6.816.59257.61/295.3140.81633.72/726.46表中外面積分別表示管道和彎頭在保冷前后的外表面積，分別用于統(tǒng)計防腐材料和絕熱層外保護層材料(如鋁皮等)面積用量。4.結束語絕熱計算在設計中是必需而又復雜的。PEISU.BAS計算程序應用于設備管道的絕熱設計，追求簡潔、易用和專業(yè)