大管徑蒸汽管道保溫結構及選材的優化分析

朱力軍

（廣西投資集團來賓發電有限公司，廣西 來賓 546138）

大管徑蒸汽管道保溫結構及選材的優化分析

朱力軍

（廣西投資集團來賓發電有限公司，廣西 來賓 546138）

隨著我國熱電聯產和集中供熱事業的蓬勃發展，蒸汽管道也向著大管徑方向發展，這對蒸汽管道的絕熱保溫設計提出了更高的要求。為探究復合保溫結構的經濟性及可靠性，本文通過理論計算蒸汽管道傳熱工況，數據整理、計算分析，結合工程造價，得出基本結論。

復合保溫結構；大管徑蒸汽管道；保溫結構

隨著我國材料加工工業技術水平的不斷發展，保溫材料也有了長足的進步和發展。為探究復合保溫結構實際保溫效果，結合某A電廠實際在建工程，通過分析計算蒸汽管道傳熱工況，參照GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》計算散熱損失，進行數據整理、經濟性分析，得出基本結論，為今后復合保溫結構的優化提供參考。

1 典型案例保溫結構

1.1 典型案例工況

本文結合某A電廠實際在建工程案例，以DN800為計算管徑，進行不同保溫結構的的計算分析，具體工況如下。（1）管徑：OD820×11；（2）介質：過熱蒸汽；（3）蒸汽壓力：1.6MPa；（4）蒸汽溫度：350℃；（5）環境平均溫度：20℃；（6）平均風速：3m/s；（7）要求保溫結構外表面溫度不高于環境溫度25℃。

1.2 保溫結構方案一

本設計方案一DN800管道保溫總厚度250mm，分5層包裹，材料為復合硅酸鋁棉針刺毯和高溫玻璃棉棉氈，考慮到管道工作溫度較高，為避免高溫玻璃棉高溫條件下失效，故管道第1層保溫采用硅酸鋁，外包耐高溫鋁箔玻纖布，其余2、3、4、5層采用高溫玻璃棉，第3層外包普通鋁箔玻纖布，并在第5層后的管道頂部1/2圓弧部分另加一層40mm厚度的高溫玻璃棉棉氈，最后采用普通玻璃絲布包裹，最外層為彩鋼板（δ=0.7mm）。

具體保溫結構示意圖如表1和圖1。

表1

圖1

1.3 保溫結構方案二

本設計方案二DN800管道保溫總厚度250mm，分6層包裹，材料為復合硅酸鋁棉針刺毯和高溫玻璃棉棉氈，同樣考慮到管道工作溫度較高，為避免高溫玻璃棉高溫條件下失效，故管道第1層、第2層保溫采用硅酸鋁，外包耐高溫鋁箔玻纖布，其余3、4、5、6層采用高溫玻璃棉，第3、4、5、6層外包普通鋁箔玻纖布，并在第6層后的管道頂部1/2圓弧部分另加一層40mm厚度的高溫玻璃棉棉氈，最后采用長輸熱網專用納米氣囊反射層包裹，最外層為彩鋼板（δ=0.7mm）。

具體保溫結構示意圖如表2和圖2。

1.4 保溫及表面溫度計算

（1）保溫計算公式。參照GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》計算散熱損失，并根據實驗結果進行修正。

計算公式如下：

表2

圖2

式中：

q線——管道線散熱損失，w/m；

T——介質溫度，℃；

Ta——環境溫度，℃；

λ——導熱系數，W/（m·k）；

D0——保溫層外徑，m；

Di——管道外徑，m；

ω——風速，m/s；

α——表面放熱系數，W/（m·k）。

（2）保溫材料性能特性。按照國內普遍使用的保溫材料特性性能，參照主要質量較好廠家提供的參數，統計如表3。

表3 保溫材料導熱系數數據

歐文斯科寧高溫玻璃棉（48kg/m3）材料的導熱系數方程為：

K=a+bt+Ct3,其中：

a=2.9071×10-2；

b=1.1022×10-4；

c=7.65229×10-10；

K=0.032W/m.k（平均溫度25℃）。

山東魯陽復合硅酸鋁棉（128kg/m3）材料的導熱系數方程為：

K=0.035+0.203×（t均 /1000）2。

（3）管道各層外表面溫度計算。根據上述兩個方案的保溫結構，按照GB/T 8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》公式計算，得各層外表面溫度如表4。

表4 保溫層間溫度數據一覽表

由上表可見，7層分包和5層分包相比，雖然保溫層數增加，反射層用得多很多，但二者的保溫效果基本一致，并沒有因為將保溫層分割過多，保溫反射層增加而保溫效果提高。因此根據理論計算，過厚、過多層數的保溫層、反射層，實際效果不明顯，同時保溫安裝難度和工作量增加，工程造價上升。

1.5 保溫材料用量及單位造價

1.5.1 保溫材料市場詢價（表5）

表5 保溫材料市場價格數據

1.5.2 兩種方案保溫材料用量及單位工程造價

結合市場詢價，分別統計兩個方案的主要保溫材料用量及單位造價，得到方案的統計數據，具體方案一、二如表6、7。

1.6 保溫方案設計比選及分析

從上述兩種保溫結構的外表面計算，及單位工程造價分析，方案一的保溫造價為530.24元/米，方案二的保溫造價為718.84元/米，方案二較之于方案一的單位投資高出188.6元/米，高出約35.5%。因而，方案一在能夠滿足管線的運行要求的條件下，保溫結構合理，工程造價較低。另外，若考慮安裝工程中的保溫安裝工程量及鋼帶用量，方案一的優勢更加明顯。

表6 方案一

表7 方案二

2 結語

隨著集中供熱的推進，蒸汽管網的敷設距離由早期的5km經濟半徑，拓展至現階段20～30km長輸管網，原來固有的保溫方式和方法已經不能滿足運行要求，通過詳細的保溫經濟計算，選擇合適合理的保溫結構，對滿足管線運行要求，降低單位保溫工程造價是設計工作中極為重要的一環。以上結合某A電廠實際在建工程案例，從保溫工程單位造價及保溫結構的適用性角度出發，以期提高保溫工程經濟性，減少不必要的浪費。

[1]施振球. 動力管道設計手冊.北京：機械工業出版社，2006.

[2]GB 50264-2013 工業設備及管道絕熱工程設計規范，2013.

TU995.3

A

1671-0711（2017）12（上）-0077-03