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1、设备及管道绝热设计1常用绝热材料的性能2保温计算参数求取3保温层厚度计算4附录1常用绝热材料的性能表6-1常用绝热材料性能表序材料名称使用密度KgZm3极限使用温度C使用温度常温导热系数导热系数参考方程抗压强度MPa1硅酸钙制品170220240Ta-6505500.0550.0620.064%=o0.00011(Tm-70)0.40.50.5304050普通型T0.0460.0530.0592泡沫石棉a-500防水型-50-500=o+0.00014(Tm-70)原棉1506506000.044毡60-80-4004000.0493岩棉矿渣100120板管80-6004000.049=M+0
2、.00018棉制品-4003500.044(Tm-70)1001206。3500.0461501606003500.048200-6003500.0444玻璃棉制品05m60-4003000.042=+0,00023X(Tm-70)8m4064120-3503000.044=+0,00017(Tm-70)-4003000.0425普通硅酸铝纤维制品100170干法制品-4004000.046TmW400C时：L=o+000。18(Tm-70)Tm400t时：h=4l+0.00036(Tm-400)湿法制品-8508506膨胀珍珠岩散料8080-150150250-200-8500.0530.0
3、53-0.0640.064-0.0757膨胀珍珠岩制品200250300Ta6505500.0600.0680.072=o+0.00013X(Tm-25)0.48憎水膨胀珍珠岩制品200220-70-6000.0590.070=o+0,00013X(Tm-25)0.59复合硅酸盐保温涂料300Ta-5000.071TmW300C时：Xl=Ao+0.00019(Tm-70)300,CTm400P:三000030(Tm-300)400PTm500P:2=Hi+0.0006X(Tm-400)10硬质聚氨醋泡沫塑料30-60-180-100-6580(25C时)0.0275保温时=3070-65(20
4、C时)0.041=o+0.000093X(Tm-20)12聚乙烯泡沫塑料24-100-800.02913酚醛泡沫塑料30-50-100-1500.03514泡沫玻璃150-200-400(35C时)0.062-IOlC,=0.046-46C,=0.05210,=0.05824t,=0.06093C,=0.073204C,三0.099=o+0.000192X(Tm-35)0.5180(35C时)0.064-101aC,=0.050T6C,三0.05646。=0.06246C,=0.06446C,=0.07246C,三0.103=o+0.000192X(Tm-35)0.7注：1.设”计算采用的技术
5、数据必须以产品生产厂商提供的数据为准。本表数据仅供参考。2.设计采用的各种绝热材料的物理化学性能及数据应符合各自的产品的标准规定。一般绝热材料的导热系数都与温度近似地成线性关系：=o+b(Tw-TO)(6-1)式中客楮m温度下的导热系数，W(m2C);_0常温，To时的导热系数，W(m0C);b系数b,见表61；Tm=()Tm保温层平均温度，,2；TS-管道外表面温度，计算时取介质温度，；Ta周围环境温度，C。表达式中各个参数的取值请参照表61。2保温计算参数求取2.1总给热系数的求取式中ar管道或保温层的辐射传热系数，W(m2C);ak对流传热系数，W(m2C)oC1(7；+2734(.+2
6、73丫“”一.100Jl100)_式中Ts-管道外表面温度，计算时取介质温度，C；Ta周围环境温度，C；Cr-辐射系数，W(m2oC)o材料表面状态Cr材料表面状态Cr铝板磨光0.32钢板黑色光泽3.95铝漆2.33钢板已氧化4.65油涿5.23黑潦有光泽5.00薄铁皮5.23黑漆无光泽5.47在密闭场合(如地沟)：式中Dl-管道或保温层外径，m。在室内无风情况下：26.33I-Taa.=l4-J297+.VDlTm=y()式中Tm保温层平均温度，C,2。当风速小于5ms时：平壁：式中w风速，应以当地气候资料为依据，m/s；1.沿风速向德平壁长度，m：Dl-保温层外径，m0圆筒：/08ak=3
7、.95万T1.,在实际应用上，给热系数的求取可以简化，因为(1)有许多公式本身是基于相似理论或实验的基础上得出的。(2)保温计算的精度不需要很高，考虑到安全的因素，对于气象因素实际与计算的出入，故允许带有一定范围的公差。(3)保温的制作和施工属于建筑工艺范畴，本身允许的工艺误差是亳米级。故室内总给热系数：Ta=O150时，可近似计算管道6=8.1+0.45(7；-7；)(6.2)平壁4=8.4+0.06(7；-7；)(6_3)也可把as进一步当作一个近似不变得常数，见=910w/(m2C)室内保温也可取as=11.63W(m2C)考虑受风的影响，当风速大于5ms时：a,s=ax+6yW)63v
8、v(m2C)(6_4)2.2 周围环境温度Ta室内：一般采用20。通行地沟：当介质温度80时，取20；当介质温度81IlOC时，取30；当介质温度110C时，取40。室外保温：常年运行采用历年年平均温度，季节运行采用历年运行期日平均气温。保冷：可采用历年最热月平均温度。防冻：取冬季历年极端平均最低温度。防烫伤：取年最热平均温度值。2.3 相对湿度及露点温度Td保冷采用最热月相对湿度。露点温度Td可根据选定的周围空气温度Ta和相对湿度从附表1中查询。2.4 室外风速W保温采用冬季风速，保冷采用夏季平均风速。实用文档2.5 管道或设备的外壁温度TO在绝热计算中，对外壁的传热一般忽略不计，因此外壁温
9、度可采用载热介质温度。2.6 保温层外表面温度TS保温表面温度的确定，是关系到热损失和经济厚度的计算。我国目前规定：当周围空气为25C时，绝热结构外表面温度应低于50。在室内情况下，表面温度可按下式计算：1=32+0.0287；式中Tf-载热介质温度，C。表62表面温度TS取用表介质温度TfC100150200250300350400450500540550600650表面温度TSC34.836.237.639.040.441.843.244.646.047.147.548.850.23保温层厚度计算3.1本软件计算中的一些约定（只适用于本软件说明）计算保温材料导热系数用通式（6-1）：2=4
10、+M-）有关参数可参考表6-1。计算总给热系数，不同情况分别用（6-2）、（6-3）、（6-4）o/7=Z）1In为计算表达方便，令。，取名为保温因子。为了计算式的通用性，如没有直接表达式计算保温厚度b时，最后求取结果为Dl-保温层外径，m。计算机用以下方程求取：DI=DQXInX由计算机方程求解。Dl求取后，再另行计算保温厚度b。管道与设备的计算分界线为公称直径DNlOO0,WDNlOOO的管道和设备，都视为管道（即圆筒面）计算，DN1000的管道和设备，都视为设备（即平壁面）计算。22经济厚度计算保温层经济厚度是指设备、管道采用保温结构后，年热损失值与保温工程投资费的年分摊率价值之和为最小
11、值时的保温厚度。（1）管道绝热层厚度计算：=I（D1-D0）2 J（6_5）说明：保冷经济厚度必须用防结露厚度校核。式中B保温因子D0管道外径，m；Dl-绝热层外径，m与一能价，元/106KJ,保温中，Pr=Ph,乙称“热价”；保冷中，PR=Pc,PC称为“冷价”；PT绝热结构单位造价，元/m3：%-绝热材料在Tm平均温度下的导热常数,W（m2C）;绝热层（最）外表面向周围空气的给热系数，W（m2C）;Z-年运行时间，h（常年运行的按8000hih其余按实际情况计算）：T0管道外表面温度，C；金属设备和管道的壁温，在无衬里时，取介质的正常运行温度；保冷时取介质的低操作温度；当要求实用文档用热介
12、质吹扫管线时，取吹扫介质的最高温度。环境温度，(运行期间平均气温);S绝热投资年分摊率，%oe/(I+O=(1+Om-i式中S绝热投资贷款年分摊率，%；i年利率(复利率)，%；n计息年数，年；绝热层厚度，11o例1设一架空蒸汽管道，管道DO=IO8mm,蒸汽温度TO=200,当地环境温度Ta=20,室外风速W=3ms,能价为PR=3.6元106kJ,投资计息年限数n二5年，年利率i=10%(复利率)，绝热材料总造价Pr=640元/m3；选用岩棉管壳作为保温材料。计算管道需要的保温厚度，热损失量以及表面温府W求导热系数200+20Tm=2=110岩棉管壳200kgm3：=0.044+0.0001
13、8(Tm-70)=0.044+0.00018(110-70)=0.0512W(m0C)求总表面给热系数见取4=7,ccS=(4+6麻)1.163=(7+6百)1.163=20.23保温工程投资偿还念分摊率按下式计算：i+(l+i)0.1(1+0.1)5S=(l+0n-l=(l+0l)5-l=0.264求保温厚度OJn幺=3.795X10-XFMj(T。-TJ_2DoNPrSas3 /3.6X0.0512X8000(200-_2x0.0512=.XXV6400.26420.23=o.1454由计算机求解函数xlnx_x,返回函数值X=1.9759,则：D1=x*D0=1.9759*1.9759=
14、0.2134(m)=-(0.2134-0.108)2=0.0527(m)取=60mm(2)设备绝热层经济厚度计算=1.8975103J%硒一-1-AVPTSas(6_6)式中符号意义及注释内容同上。例2容器内装物料，Tf=300oC,当地环境温度，Ta=22oC,风速3.5ms,热价为3.6元106kJ,投资计息年限n=6,年利率10%,保温材料采用水泥珍珠岩制品，保温工程总价为400元/m3,常年生产使用，求需要的保温厚度，热损失及表面温度。解求材料导热系数实用文档选用200kgm3增水珍珠岩制品=0+0.00013（7；-25）300+40.42=170.2oC=0.07+0.00013(
15、170.2-25)=0.089求表面给热系数取，a=7,ccS=(4+6折)1.163=(7+61.163=21.2保温工程投资偿还年分摊率i+(l+i)”0.1(1+0.1)6S=(l+0-l=(l+0,1)6-l=0229求保温厚度=1.8975103= 1.89751033.6 0.089 8000(300 - 22) 0.089400 0.229212 =0.163 (m)取厚度17Omm3.3允许热（冷）损失盘的规定值计算3.3.1 管道单层热（冷）损失下绝热层厚度（1）按允许热（冷）损失量的规定值计算 = 2(.-a 1)b=；(A-Z)O)(保温时)5=5(2-。)(保冷时)（6
16、_7）式中Q以每平方米绝热层外表面积为计算单位的“最大允许”放热（冷）损失量W/m2；Q按附表3、4取值；X修正值,取1.11.4。最大允许冷损失量分不同情况，按下列二式进行计算：a-d 4.5Ta-Td 4.5时, = 一(Ta-Td)&时，Q= 一 45Td-当地气象条件下（最热月的）的露点温度，C；其余符号同前。（2）当工艺要求允许热（冷）损失量以每米管道长的热（冷）损失量为准计算时:In4=2砌7；_7；I_2A_DjqDlas5=；(A-OO)(保温时)6=(Ro)(保冷时)（6_8）式中q以每米管道长度为计算单位的“最大允许”放热损失损失量，Wm,其值以工艺计算为准。其余符号同前。
17、2A手算时，可先设2q=0,代入式（6_8）求出Dl的初始值。再将初始A代入式（6_8）,用逐次逼近法计算12次，即可得A精确值。3.3.2 管道多层热（冷）损失下绝热层厚度（1）按允许热（冷）损失量的规定值计算（a）.总厚各层代号为i,总层数为n时:Dln = 2（Do4（T（）-工）+4 、Q23=130+7015=215三?3.6延迟介质冻结保温厚度计算延迟管道内介质冻结、凝固、结晶的保温厚度，应按达到凝固点前时的热平衡状态进行计算。式中Kr-管件及管道支吊架附加热损失系数，Kr=I.11.2（大管取值靠下限，反之靠上限）；T。一介质凝固点，；1环境温度，,室外管道取冬季极端平均最低温度
18、；加一介质在管道内不出现结冻的停留时间，h;4冬季最多风向平均风速下的放热系数，按式17_10计算;zy3V、P分别为介质体积和管壁体积，7；P、0。一分别为介质密度和管壁密度，kgm3;c、P-分别为介质比热容和管壁比热容，JZ（kgeO;其余符号同前。3.7 在液体允许的温度降下保温厚度计算液体管道在允许的温度下保温厚度应按热平衡方法计算。3.7.1 无分支（无节点）管道lnD1=SLabK20。D2WpchJAT,ds-a(6_24)J=I(Dl-D0)式中D-管道内径，加；W-介质流速，m/s；TA介质在（上游）4点处的温度，C；TB介质在（下游）B点处的温度，；LABA.B之间管道实
19、际长度，机；9、的取值规定与式6-23一致；其余符号同式6-23。3.8 热（冷）损失量计算3.8.1 管道单层绝热结构热（冷）损失量按下式计算：Q=22Doasq=TrDIQ(625)(626)式中Q以每平方米绝热层外表面积表示的放热损失，Wm2,Q为负值时，为冷损失量;夕一以每米管道长度表示的放热损失，w/m。夕为负值时，为冷损失量。例6己知条件见例1,求管道热损失。解：在例1中已求解的条件：二60mm,=0.0512W(m2C),DO=0.108mm,as=20.23W(m2C),A=IO8+60x2=228(mm)AlnA+11Doas200-20iczmzz、工三三)20.05120
20、.10820.233.8.2管道异材多层绝热结构热(冷)损失量按下式计算:(a)qQ=0三,nDiDrq=叫。(b)管道异材双层绝热结构损失量计算TLTaD.D1D2.D21221D022,Diasq=7iD2Q(6_27)(627a)(C)三层Q=匕21DO22D23D2as夕=血。(628)(628a)3.8.3设备单层绝热结构热(冷)损失量按下式计算：v31+一ax(629)例7已知条件见例2,求热损失解，在例2中已求解的条件：=170mm,=0.089W(m20C),as=21.2W(m2C),则Tiy-Ta_300-221+一av0.17142.050.089+2L23.8.4设备多
21、层绝热结构热(冷)损失量按下式计算:q实用文档(a)+一(b)设备双层绝热结构损失量计算Q=TLTa且+工，42as(6_30)(C)三层Q =+A+4 4 4 4(6_30a)式中符号意义和单位同前。3.9 绝热层外表面温度计算3.9.1 管道单层绝热结构外表面温度按下式计算:对Q以Wm2计时的平壁及圆筒面对夕以W/m计时的平壁及圆筒面(6_31)Ts=或IaS3.9.2管道异材多层绝热结构外表面温度按下式计算:(a)(6_32)1)O.5D,fl(X-ln-)j=iIDl+0.5avZ)n(y-In-snJr,=1AiUi-(b)管道异材双层绝热结构损失量计算T0.5asD2Ta1+0.5
22、asDinlnD4Z)J1+0.5SaIn+InIn(6_33a)14DO4D3D2J式中”一第n层绝热层外径，mo3.9.3 设备单层绝热结构外表面温度计算同式6-31。3.9.4 设备多层绝热结构外表面温度按下式计算：(a)（b）设备双层绝热结构外表面温度计算（O三层(634)(634a)3.9.5 双层绝热时内外层界面处温度计算：（1）管道异材双层绝热结构层界面温度Tl按下式校核:(635)（2）设备双层绝热结构层界面温度（按下式校核:(636)AL = a0L(T0-Ta)1000(6 37)式中1用式631、632计算。3.10 绝热层伸缩量计算3.10.1 房道或设备的线膨胀量或收
23、缩量的计算:式中AL-管道或设备的线膨胀或收缩（为负值时）量，mm；a-管道或设备的线胀系数，优C；L伸缩缝间距，m；其余符号意义同前。3.10.2 绝热材料的线膨胀量或收缩量的计算：(638)AL2=a2L(-Ta)1000(639)(640)式中AL，一第i层绝热材料的线膨胀或收缩（为负值时）量，mm；ai绝热材料的线膨胀系数，1/；其余符号意义同前。实用文档3.10.3 绝热层伸缩缝的膨胀或收缩量的计算：L=ALOlL=,-l-,式中Z-绝热层伸缩缝的扩展或压缩(为负值时)量，mm。3.11地下敷设管道的保温计算地下管道有三种敷设方法，保温计算也因敷设情况不同而有所区别。在通行地沟中敷设
24、的管道，其保温计算可按前述室内架空管道的保温计算方法计算。无沟直埋敷设的管道以及在不通行地沟敷设的管道,保温计算方法如下。3.11.1 无管沟直埋敷设的单根管道的保温计算,(a)已知数据：允许热损失q,W/m；载热介质温度Tt,C；管道的埋设深度(由地表面至管中心)h,m；土壤特征(土壤的种类、温度)：管道敷设处的土壤温度ts。，；保温厚度计算：,4InDA(6_41)式中入。一土壤的导热系数，W(mK);干土壤=0.58：不太湿的土壤较湿的土壤九二1.74：很湿的土壤4。=1.163：儿。=2.23实际计算时，对于潮湿土壤，因易使保温材料受潮，故材料的导热系数”应乘以系数m=1.5；对于较干
25、土壤，输送介质不中断，且温度较高的情况下，保温材料的导热系数可乘以系数m=1.2(当确定保温层平均温度图时，保温层表面温度采用1=6070)。(b)热损失计算：TfTSO 二 TfTSO 二TfTSQR &+4 _LinA +In丝2 DO 2 D(6 42)式中火总热阻(=q+4。),(m0C)W;(=In)与一保温层热阻20。,(moC)W;,(mC)WL)27rzs 式中 角标I、表示第一、第二根管道，其他符号同前; RO-两根管道相互间影响的当量热阻；(6_44)B两根管道的中心距离，moDoI4。4/2成SoInaln%算出及DOn值后，5=）（MT）再以ADQ式求取厚度。（b）热损
26、失计算（以两根埋深相同的管道为例来说明）：第一根管道二（Tfl）（+.“,）一（,川一4）Ro%-（Rl+Rso）（Ru+RJ-R第二根管道二储一%）（+）%TGRo“L（与+凡）（RH+七）-42（_（TCTSo）InRq、（二J式中RI第一根管道热阻；,（mC）W;z（%-4。）及0（=-）Rll-第二根管道热阻；夕H,（mC）W;Rso,Ro-分别同式6-42、6-43.3.11.3不通行地沟中的单根管道的保温计算：已知数据：允许热损失Q,W/（mh）；载热介质温度Tt；C：管道外径DO,m；管沟深度h（由土壤表面至管沟水平对称轴心的距离），m；管沟的主要尺寸（横截面尺寸）m：土壤特征（
27、土壤种类、温度）：管沟埋设处的土壤温度tSO,0C（a）保温层厚度计算n-=2R-(Rs+Raw+Rso)G3TSO(1114=2-(+In)1(6_45)qa加aHag2次。Das式中R总热阻(Rl+RS+Raw+Rso),(mhC)/kcal；RS保温层表面放热阻,（mC）W:RS按附表5取值。RaW-管沟内空气至管沟内壁的热阻Qa血&，（mC）/W；R1、RSo-分别为保温层及土壤热阻，（mC）W;aaw管沟内空气至管沟壁的给热系数，取aaw=a1=9,W/（m0C）；Dag管沟的当量直径，m0/=竺8u式中F-管沟截面积，m2；u-截面周边长，mo实际计算时，管沟壁的热阻（RaW）可忽略不计。因为管沟壁材料的导热系数（人aw）常与土壤的导热系数（入s。）相同，所以大多数情况下就采用土壤的导热系数值。In25=4g）计算求得“。值后，再以2DO式求取厚度。保温材料在管沟中可能受潮，实际计算时，保温材料的导热系数应乘以系数1.25。如土壤较干燥，输送介质温度高且不中断，保温材料导热系数可乘以系数1.1。计算平均温度下的导热系数值时，1.、CP（0+4）2可近似取为外，约6070。（b）热损失计算（C）管沟内空气温度（C）计算q= 凡 + Rs + Raw +（6_46）%=G+Kq
