工业设备管道绝热计算.docx

工业设备管道绝热计算.docx

《工业设备管道绝热计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业设备管道绝热计算.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

工业设备管道绝热计算

工业设备管道绝热计算

5．1保温计算

5．1．1保温计算应根据工艺要求和技术经济分析选择保温计算公式，并应按本规范第5．8节规定确定计算参数。

当无特殊工艺要求时，保温的厚度应采用“经济厚度”法计算，经济厚度偏小以致散热损失量超过本规范附录B中最大允许热损失量时，应采用最大允许热损失量下的保温厚度，且保温结构外表面温度应符合下列要求：

1环境温度低于或等于25℃时，设备及管道保温结构外表面温度不应超过50℃。

2环境温度高于25℃时，设备及管道保温结构外表面温度不应高于环境温度25℃。

5．1．2防止人身遭受烫伤的部位，其保温层厚度应按表面温度法计算，且保温层外表面的温度不得大于60℃。

5．1．3当需要延迟冻结、凝固和结晶的时间及控制物料温降时，其保温厚度应按热平衡方法计算。

5．2保冷计算

5．2．1保冷计算应根据工艺要求确定保冷计算参数。

当无特殊工艺要求时，保冷厚度应采用本规范公式（5．3．3-1）计算，双层时应采用本规范公式（5．3．4-1）计算，并应用经济厚度调整。

5．2．2用经济厚度计算的保冷厚度应用防结露厚度校核。

5．3绝热层厚度计算

5．3．1圆筒型绝热层厚度应按下列公式计算：

单层保温时厚度：

双层保温时总厚度：

双层保温时内层厚度：

双层保温时外层厚度：

单层保冷时厚度：

双层保冷时总厚度：

双层保冷时内层厚度：

双层保冷时外层厚度：

式中：

D0——管道或设备外径（m）；

D1——内层绝热层外径（m），当为单层时，D1即绝热层外径；

D2——外层绝热层外径（m）；

δ——绝热层厚度（m），当绝热层为两种不同绝热材料组合的双层绝热结构时，为双层总厚度；

δ1——内层绝热层厚度（m）；

δ2——外层绝热层厚度（m）；

K——保冷厚度修正系数，除经济厚度计算中K值为1以外，其他计算中，K应按本规范第5．9．8条规定取值。

5．3．2绝热层的经济厚度应符合下列要求：

1圆筒型绝热层经济厚度计算中，应使绝热层外径D1满足下式要求：

式中：

PE——能量价格（元/GJ），PE的取值应符合本规范第5．7．1条和第5．7．2条的规定；

PT——绝热结构单位造价（元/m3），PT的取值应按实际价格或按本规范第5．7．3条的规定计算确定；

λ——绝热材料在平均温度下的导热系数[W/（m·K）]，λ的取值应符合本规范第5．8．5条的规定；

as——绝热层外表面与周围空气的换热系数[W/（m2·K）]，as的取值应符合本规范第5．8．4条及第5．9．4条的规定；

t——年运行时间（h），t的取值应符合本规范第5．8．8条及第5．9．7条的规定；

T0——管道或设备的外表面温度（℃），T0的取值应符合本规范第5．8．1条及第5．9．1条第1款的规定；

Ta——环境温度（℃），Ta的取值应符合本规范第5．8．2条及第5．9．1条第2款的规定；

|T0－Ta|——（T0－Ta）的绝对值；

S——绝热工程投资年摊销率（％），宜在设计使用年限内按复利率计算。

2平面型绝热层经济厚度应按下式计算：

5．3．3圆筒型单层最大允许热、冷损失下绝热层厚度，应符合下列要求：

1最大允许热损失量应按本规范附录B取值，最大允许冷损失量应按本规范第5．4．2条的规定取值，此时，绝热层厚度计算中，应使其外径D1满足下式要求：

式中：

[Q]——以每平方米绝热层外表面积为单位的最大允许热、冷损失量（W/m2）。

保温时，[Q]应按附录B取值；保冷时，[Q]为负值，应按本规范公式（5．4．2-1）和公式（5．4．2-2）计算。

2当工艺要求允许热、冷损失量以每米管道长度的热、冷损失量为准计算时，绝热层厚度计算中，应使其外径D1满足下式要求：

式中：

[q]——以每米管道长度为单位的最大允许热损失量（W/m），其值以工艺计算为准。

保温时，[q]为正值；保冷时，[q]为负值。

5．3．4圆筒型不同材料双层热、冷损失下的绝热层厚度，应符合下列要求：

1当最大允许热损失量按本规范附录B取值或最大允许冷损失量按本规范第5．4．2条规定取值时，应符合下列要求：

1）不同材料双层绝热层总厚度δ计算中，应使外层绝热层外径D2满足下式的要求：

2）内层厚度δ1计算中，应使内层绝热层外径D1满足下式的要求：

式中：

T1——内层绝热层外表面温度（℃），式中T1的绝对值应小于以℃计的外层绝热材料的推荐使用温度[T2]的0.9倍；对保冷设计取保冷材料推荐使用温度[T2]下限值的0.9倍；

λ1——内层绝热材料导热系数[W/（m·K）]；

λ2——外层绝热材料导热系数[W/（m·K）]。

3）外层厚度δ2应按本规范公式（5．3．1-4）或公式（5．3．1-8）计算。

2当工艺要求最大允许热、冷损失量按每米管道长度的热、冷损失量为基准计算时，应符合下列要求：

1）不同材料双层总厚δ计算中，应使外层绝热层外径D2满足下式的要求：

式中：

[q]——以每米管道长度为单位的最大允许热损失量（W/m），可按本规范第5．3．3条第2款的规定取值。

2）内层厚度δ1计算中，应使内层绝热层的外径D1满足下式的要求：

3）外层厚度δ2应按本规范公式（5．3．1-4）或公式（5．3．1-8）计算。

5．3．5平面型单层最大允许热、冷损失下绝热层厚度应按下式计算：

5．3．6平面型不同材料双层最大允许热、冷损失下绝热层厚度应按下列公式计算：

1内层厚度δ1应按下式计算：

2外层厚度δ2应按下式计算：

5．3．7圆筒型单层防止绝热层外表面结露的绝热层厚度计算中，应使绝热层外径D1满足下式的要求：

式中：

Ts——保冷层外表面温度（℃），按本规范第5．9．1条第4款规定取值。

5．3．8圆筒型不同材料双层防结露绝热层厚度计算中，应使绝热外径D2满足下列公式的要求：

1不同材料双层绝热层总厚度δ的计算中，应使外层绝热层外径D2满足下式的要求：

2内层厚度δ1的计算中，应使内层绝热层外径D1满足下式的要求：

3外层厚度δ2的计算中，应使内层绝热层外径D1满足下式的要求：

5．3．9平面型单层防结露保冷层厚度应按下式计算：

5．3．10平面型不同材料双层防结露绝热层厚度应按下列公式计算：

1内层厚度δ1应按下式计算：

2外层厚度δ2应按下式计算：

5．3．11用表面温度方法计算的圆筒型绝热层厚度，其绝热层外径D1应满足下式要求：

式中：

Ts——绝热层外表面温度（℃），对防烫伤保温，可取为60℃。

5．3．12用表面温度方法计算的平面型绝热层厚度应按下式计算：

5．3．13延迟管道内介质冻结、凝固、结晶的保温厚度计算，应使绝热层外径D1符合下式的要求：

式中：

Kr——管道通过吊架处的热损失附加系数，Kr＝1.1～1.2，大管取值应靠下限，小管取值应靠上限；

Tfr——介质凝固点（℃）；

Ta——环境温度（℃），室外管道应取冬季极端平均最低温度，可向当地气象局索取或按本规范附录C规定取值；

tfr——介质在管道内不出现冻结的停留时间（h）；

as——冬季最多风向平均风速下绝热层外表面与周围空气的换热系数，按本规范公式（5．8．4-1）计算；

V，Vp——分别为介质单位长度体积和管壁单位长度体积（m3/m）；

ρ，ρp——分别为介质密度和管壁密度（kg/m3）；

C，Cp——分别为介质热容和管壁热容[J/（kg·K）]。

5．3．14给定液体管道允许温度降时保温厚度计算，应符合下列要求：

1对于无分支（无结点）液体管道在给定允许温度降条件下的保温厚度计算中，应使绝热层外径D1满足下式的要求：

式中：

D——管道内径（m）；

W——介质流速（m/s）；

TA——介质在（上游）A点处的温度（℃）；

TB——介质在（下游）B点处的温度（℃）；

LAB——A、B之间管道实际长度（m）；

Ta、as、Kr——可按本规范第5．3．13条规定取值。

2对于有分支（有结点）管道，在干管管径及干管首末绝热层厚度相等情况下，应先按下列公式计算出干管各结点处的介质温度，再将各结点处的介质温度作为各分支管道介质起点TA，并应按本规范公式（5．3．14-1）计算各支管保温层外径：

式中：

TC，T（C-1）——分别为结点C与前一结点（C-1）处的温度（℃）；

Ti——管道起点的温度（℃）；

Tn——管道终点的温度（℃）；

L（C-1）→C——结点C与前一结点（C-1）之间的管段长度（m）；

L（i-1）→i——任意点i与前一结点（i－1）之间的管段长度（m）；

qmi——任意点i处管内介质质量流量（kg/h），qmi按本规范公式（5．3．14-3）计算；

qm（C-1）→C——C与（C－1）两点之间管道介质质量流量（kg/h）；

qm（i-1）→i——任意点i与前一结点（i－1）之间介质质量流量（kg/h）；

Di——任意点i处的管道内径（m）；

ωi——任意点i处的管内介质流速（m/s）；

ρ——介质密度（kg/m3）。

5．3．15球形容器保冷层厚度应按下列公式计算：

式中：

Ts——保冷层外表面温度（℃）。

5．4热、冷损失量计算

5．4．1最大允许热损失量应符合本规范附录B的规定。

5．4．2最大允许冷损失量，应按下列公式进行计算：

当Ta－Td≤4.5时：

当Ta—Td＞4.5时：

式中：

Td——当地气象条件下最热月的露点温度（℃）。

Td的取值可按本规范附录C确定。

5．4．3求取绝热层的热、冷损失量应按下列公式计算：

1圆筒型单层绝热结构热、冷损失量应按下式计算：

2两种不同热损失单位之间的数值转换，应采用下式计算：

式中：

Q——以每平方米绝热层外表面积表示的热损失量（W/m2），Q为负值时，为冷损失量；

q——以每米管道长度表示的热损失量（W/m），q为负值时，为冷损失量。

3圆筒型不同材料双层绝热结构热、冷损失量应按下式计算：

4两种不同热损失单位之间的数值转换，应采用下式计算：

5平面型单层绝热结构热、冷损失量应按下式计算：

6平面型不同材料双层绝热结构热、冷损失量应按下式计算：

7球形容器冷损失量应按下式计算：

（单层保冷层）

式中：

Q1——球形容器保冷层表面冷量总损失量（W）。

5．5绝热层外表面温度计算

5．5．1对Q以W/m2计的圆筒、平面，其单、双层绝热结构的外表面温度应按下式计算：

5．5．2对q以W/m计的圆筒，其单、双层绝热结构的外表面温度应按下式计算：

式中：

D2——外层绝热层的外径（m）。

对单层绝热，D2＝D1。

5．5．3对Q1以W计的球形容器，其单层保冷结构的外表面温度应按下式计算：

式中：

Q1——球形容器保冷层表面冷量总损失量（W）。

5．6双层绝热时内外层界面处温度计算

5．6．1圆筒型不同材料双层绝热结构层间界面处温度T1应按下式计算：

5．6．2平面型不同材料双层绝热结构层间界面处温度T1应按下式计算：

式中：

Ts——可按本规范公式（5．5．1）或公式（5．5．2）求取。

5．6．3对不同材料双层绝热结构内外层界面处的温度T1，应校核其外层绝热材料对温度的承受能力。

当T1超出外层绝热材料的推荐使用温度[T2]的0.9倍或保冷设计取保冷材料推荐使用温度[T2]下限值的0.9倍时，应重新调整内外层厚度比。

5．7能量价格、绝热结构单位造价计算

5．7．1能量价格PE在保温计算中应取热价PH的值，在保冷计算中应取冷价Pc的值。

热价的取值应符合下列规定：

1热价PH应按实际购价或生产成本取值，也可按下式计算：

式中：

PH——热价（元/GJ）；

PF——燃料到厂价（元/t）；

qF——燃料收到基低位发热量（kJ/kg）；

ηB——锅炉热效率（ηB＝0.76～0.02），对大容量、高参数锅炉ηB取值应靠上限，对小容量、低参数锅炉ηB取值应靠下限；

C1——工况系数，C1＝1.2～1.4；

C2——值系数。

2值系数C2应按表5．7．1取值：

表5．7．1值系数C2

5．7．2冷价Pc应按实际购价或生产成本取值，当无数据时，可用下列公式计算：

1Ｔａ～－39℃时冷价Pc1应按下列公式计算：

1）冷冻系数β应按下式计算：

式中：

β——冷冻系数；

Ｔ0——介质温度（℃），0℃以下为负值；

Ｔa——环境温度（℃），0℃以下为负值。

2）当制冷机选型已确定时，β·ηm乘积的值应直接从制冷机产品样本中查得制冷量QR及轴功率W后按下式计算：

式中：

ηm——制冷机机械效率，Ta～－39℃时，ηm＝0.23～0.5；－40℃～－196℃时，ηm＝0.5～0.8；

QR——制冷机每小时制冷量（GJ/h）或（kW）；

W——制冷机轴功率（GJ/h）或（kW）；运算中W的单位应与QR的单位对应一致。

3）普冷时冷价Pc1应按下式计算：

式中：

Pc1——普冷、中冷冷价（元/GJ）；

PH——热价（元/GJ）；PH取值应符合本规范第5．7．1条规定；

ηSE——汽电转换效率，ηSE＝0.39～0.47；

ηA——辅机综合效率，ηA＝0.87～0.92；

Pw——冷却用水价（元/m3）。

2－40℃～－196℃时冷价Pc2应按下列公式计算：

式中：

Pc2——－40℃～－196℃时冷价（元/GJ）；

Pc1——Ta～－39℃时的冷价，可采用公式（5．7．2-3）计算；

F——制冷车间总投资（元）；当全套流程为碳钢设备时，F可不计；

n——折旧年限（a）；

t——年运行时间（h）；

QR——制冷机每小时制冷量（GJ／h）。

当制造厂提不出此数据时，按公式（5．7．2-5）近似计算；

W——制冷机轴功率（GJ/h）；

β——冷冻系数，应采用公式（5．7．2-1）计算；

ηm——制冷机机械效率，ηm＝0.8。

5．7．3绝热结构单位造价PT可按下列公式计算：

1管道绝热结构单位造价PT可按下式计算：

2设备绝热结构单位造价PT应按下式计算：

式中：

PT——绝热结构单位造价（元/m3）；

Pi——绝热层材料到厂单价（元/m3）；

P9——保护层材料单价（元/m2）；

Fi——绝热层材料损耗及税费系数，Fi＝1.10～1.13；

Fia——绝热层每立方米施工费，Fia应按本规范表F．0．1取值；

F1——税费系数，F1＝1.0324；

F9——保护层材料损耗、重叠系数，F9＝1.20～1.30；

F91——管道保护层每平方米施工费，F91应按本规范表F．0．2取值；

F92——设备保护层每平方米施工费，F92应按本规范表F．0．2取值；

F93——防潮层及其他保护层每平方米施工费，F92应按本规范表F．0．3取值。

5．8保温计算的参数

5．8．1设备及管道外表面温度T0的取值，应符合下列要求：

1金属设备及管道的外表面温度T0，当无衬里时，应取介质的长期正常运行温度。

2当有内衬时，金属设备及管道的外表面温度T0，应按有外保温层存在的条件下进行传热计算确定。

5．8．2环境温度Ta的取值应符合下列要求：

1室外保温结构在经济厚度δ和热损失Q的计算中，当常年运行时，环境温度Ta应取历年的年平均温度的平均值；当采暖季节运行时，应取历年运行期日平均温度的平均值。

2室内保温经济厚度计算和热损失计算中，环境温度Ta可取为20℃。

3在地沟内保温经济厚度计算和热损失计算中，环境温度Ta取值应符合下列规定：

1）当外表面温度T0为80℃时，Ta取为20℃。

2）当T0在81℃～110℃之间时，Ta取为30℃。

3）当T0大于或等于110℃时，Ta取为40℃。

4在防止人身烫伤的厚度计算中，环境温度Ta应取历年最热月平均温度值。

5在防止设备管道内介质冻结的计算中，Ta应取冬季历年极端平均最低温度。

5．8．3对于不同材料复合保温结构在内外两种材料界面处以摄氏度（℃）计的温度，应控制在低于或等于外层保温材料推荐使用温度的0.9倍以内。

5．8．4保温结构表面换热系数as的取值应符合下列要求：

1外表面换热系数as应为表面材料的辐射换热系数ar与对流换热系数ac之和，ar和ac可按下列公式计算：

1）辐射换热系数ar应按下式计算：

式中：

ar——绝热结构外表面材料辐射换热系数[W/（m2·K）]；

ε——绝热结构外表面材料的黑度，ε的取值应符合本规范第5．8．9条规定。

2）无风时，对流换热系数ac应按下式计算：

式中：

ac——对流换热系数[W/（m2·K）]；

D1——绝热层外径，当为双层时，应代入外层绝热层外径D2的值。

3）有风时，对流换热系数ac应按下列公式计算：

当WD1小于或等于0.8m2/s时：

当WD1大于0.8m2/s时：

式中：

W——年平均风速（m/s）。

2防烫伤计算中，as可取为8.141[W/（m2·K）]。

3防冻计算中，as为辐射换热系数ar与对流换热系数ac之和，ac的计算中风速W取冬季最多风向平均风速。

5．8．5导热系数λ应取绝热材料在平均温度Tm下的导热系数，对软质材料应取使用密度下的导热系数。

5．8．6热价PH应按建设单位所在地实际价格取值，在无实际热价时，可按本规范公式（5．7．1-1）计算。

5．8．7绝热结构的单位造价PT应为包括主材费、防潮层费、保护层费、包装费、运输费、损耗费和安装（包括辅助材料）费在一起的综合实际价格。

当无综合实际价格时，可按本规范第5．7．3条的规定进行计算。

5．8．8年运行时间t，对常年运行的应按8000h计，对非常年运行时应按实际运行时间计。

5．8．9常用材料的黑度应按表5．8．9取值。

表5．8．9黑度

5．9保冷计算的参数

5．9．1温度选取应符合下列规定：

1保冷层计算时设备及管道外表面温度T0应取为介质的最低操作温度。

2环境温度Ta的取值应符合下列规定：

1）防结露厚度计算和最大允许冷损失下的厚度计算时，环境温度Ta应取夏季空气调节室外计算干球温度。

2）经济厚度计算时，Ta取值应符合本规范第5．8．2条第1款的规定。

3）表面温度和热量损失的计算中，Ta取厚度计算时的对应值。

3露点温度Td应根据夏季空气调节室外计算干球温度Ta和最热月月平均相对湿度ψ的数值查本规范表C．0．2确定。

4在只防结露保冷厚度计算中，保冷层外表面温度Ts应为露点温度Td加0.3℃。

5界面温度T1值应符合下列规定：

1）复合保冷结构的不同材料界面处以摄氏度计的温度T1的绝对值应小于或等于外层保冷材料的推荐使用温度下限值绝对值的0.9倍。

2）有热介质扫线要求的保冷结构，其界面温度尚不得超过保冷材料的推荐使用温度上限值的0.9倍。

5．9．2相对湿度ψ应取为最热月室外计算相对湿度的月平均值。

5．9．3导热系数λ取值原则应符合本规范第5．8．5条的规定。

5．9．4保冷结构表面换热系数as取值应符合下列规定：

1防结露保冷厚度计算和允许冷损失量的厚度计算中，as应取为8.141W/（m2·K）。

2经济厚度计算中，as应符合下列公式取值：

并排敷设：

单根敷设：

式中：

W——历年年平均风速（m/s）。

3表面温度、冷量损失计算中，as应取厚度计算时的对应值。

5．9．5在保冷厚度经济性核算中，冷价Pc应按建设单位所在地实际价格取值。

当无法索取实际价格时，宜按本规范第5．7．2条的规定计算。

5．9．6绝热结构单位造价PT的取值应符合第5．8．7条的规定。

5．9．7年运行时间常年运行者应按8000h取值，其余应按实际运行时间取值。

5．9．8保冷厚度修正系数K应按表5．9．8取值：

表5．9．8保冷厚度修正系数K