保溫管線熱損失計算方法

劉闖（大慶石化公司檢測公司）

保溫管線熱損失計算方法

劉闖（大慶石化公司檢測公司）

保溫管線節能是石化企業節能工作的重點領域之一。通過表面溫度計測量保溫管線測量點的溫度，既可利用公式計算表面散熱熱流密度和保溫管線熱損失量，此為表面溫度法。該方法操作簡單，監測人員可在短時間內掌握操作方法。表面溫度法在石化企業生產中可廣泛推廣應用，是節能工作的重要監測方法及依據。

管線 熱損 表面溫度 熱流密度

管線保溫的日常維護，是大慶石化節能降耗的重中之重。各類蒸汽輸送管線及蒸汽伴熱線、水伴熱線，如果管線沒有保溫，那將損失大量能量。

1 傳熱原理

熱量總是從高溫物體傳向低溫物體，凡有溫度差的地方就會產生熱流，就有熱量轉移，保溫介質溫度總是高于外部環境溫度，其傳熱過程就是將熱量從保溫介質中向外部環境轉移。這一過程包含導熱、對流、輻射3種基本傳熱方式[1]。如圖1所示，穿過保溫結構層的傳熱過程可分為3個階段：

1）保溫介質以對流換熱和輻射換熱的方式將熱量傳遞給保溫結構內表面。

2）保溫結構內表面以固體導熱的形式將熱量傳遞給保溫結構外表面。

3）保溫結構外表面以空氣對流換熱和輻射換熱的方式將熱量傳遞給外部環境。

2 表面溫度的測定方法

2.1 測定段選取

公司在用保溫管線普遍存在公稱直徑較大，管線較長的特點，因此在測定前，首先應使用紅外熱像儀對要測量的管線進行拍照、粗測，了解保溫層表面溫度的均勻狀態，確定有代表性區域，將代表性區域作為測定段，避開聯接縫隙處，結構破損處或其他不連續處，必要時可將另設測定段。

2.2 測點選取

測定段選取后，在測定段上應按照等溫區域布置測點，對于均質保溫的管線，可按管線內部介質溫度的分布來劃分等溫區，對非均質保溫管線，應通過測定劃分等溫區。根據保溫管線布局，為保證測量精度，橫管和豎管應分別布置測點。沿管線內介質走向取若干個測定截面，在每個測定截面上布置測點。圓周上布點位置和數量可采用等分法確定，或根據溫度場分布狀況，通過預測試測定。截面上測點布置如圖2所示，如有特殊要求，可適當增加或更改測點位置。

2.3 表面溫度計測定法

測定條件：表面溫度計在使用時應盡量排除和減少外界因素對測定的影響，盡量選擇在陰天或夜間進行，避免傳感器受太陽直接輻射的影響，測定應滿足一維穩定傳熱條件，宜在穩定工況運行12h以上進行測定，新建工程或修復工程需熱態運行240h以上進行測定。測定時應在風速不大于0.5 m/s的條件下進行（根據大慶地區常年多風及多雨雪氣候特點，測定時應避免在雨雪天氣下進行），并增加擋風裝置，待讀數穩定后記錄。

2.4 測定步驟

在保溫管線上已選定的測定段及測定點上，將熱電偶式、熱電阻式等各類表面溫度計的傳感器直接與管線外表面接觸，進行測量，測量時應保證傳感器與被測表面緊密接觸。用溫度計及風速儀在被測管線1 m以外，測定環境溫度及環境風速，環境溫度及環境風速測定與表面溫度測定應同步進行。

3 數據處理方法

3.1 換熱系數

保溫管線外表面與大氣空間的換熱過程包括對流換熱和輻射換熱，對流換熱包括自然對流和強制對流，通常情況下的測定，可按照二、三級測定方法計算表面換熱系數。對于室內布置的保溫管線，在沒有外界風力影響時，表面換熱系數按照公式（1）計算：

式中：

α ——表面換熱系數，W/（m2?K）；

TW——表面溫度，K；

TF——環境溫度，K。

露天布置的保溫管線，可按式（2）計算表面換熱系數：

式中：

W——風速，m/s。

3.2 熱流密度計算

根據被測物的表面溫度，環境溫度，環境風速及表面換熱系數，即可按照式（3）計算散熱熱流密度：

式中：

q——熱流密度，W/m2；

計算出保溫管線表面散熱熱流密度值以后，即可根據保溫管線表面積與時間計算出管線每月或每年的熱損失量。根據熱損失量查找并修復保溫破損部分或調整保溫結構，以達到節能降耗的目的。

4 小結

表面溫度法是測定保溫管線熱損失的一種方便有效的測量方法，可快速的了解保溫結構的整體效能，查找保溫破損及使用或結構不合理之處。測量方法簡單，操作人員可迅速掌握，是開展節能降耗工作切實可行并能普遍推廣的監測方法。

[1]李鴻發.設備及管道的保冷與保溫[M].北京:化學工業出版社,2002:1.

10.3969/j.i ssn.2095-1493.2012.011.004

劉闖，工程師，2005年畢業于佳木斯大學（電氣工程及其自動化專業），從事節能監測工作，E-mail：llcc231532@163.com，地址：黑龍江省大慶石化公司檢測公司，163714。

2012-08-03）