基于偏差法分析的伴熱管道保溫計算優化

劉輝 唐溧

摘 要：分析了《火力發電廠保溫油漆設計規程》計算公式中的計算困難，提出通過基于溫度和熱量的誤差分析法，優化了復雜的保溫厚度的計算方法。

關鍵詞：偏差;伴熱;保溫厚度;計算優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.172

0 前言

伴熱管道的工作原理是通過伴熱媒介散發一定的熱量，以直接或間接的熱交換方式補充管道的熱損失，以達到加熱、保溫和防凍凝的目的。目前經常使用的伴熱方式有蒸汽伴熱、熱水伴熱、電伴熱及其它方式[1，2]。其中蒸汽伴熱由于其具有高散熱量、效率高，易于獲得等原因廣泛應用于火力發電廠的燃油管道、天然氣管道及其它需要保證介質工作溫度的工藝管道。

1 規程推薦的伴熱管道厚度計算方法

蒸汽伴熱管道模型通常由工藝管道、伴熱管道、保溫層組成，其中工藝管道和伴熱管道不直接接觸，伴熱管道通過保溫層所包圍的空氣向伴熱管道傳遞熱量。伴熱管道的數量根據工藝管道所需熱量、蒸汽參數確定。常見的蒸汽伴熱管道數量有1根和2根的，模型結構如圖1所示。圖1中兩根伴熱管的中心間距為工藝管道外徑的二分之一。

目前伴熱管道保溫厚度計算主要是以《火力發電廠保溫油漆設計規程》附錄B.4的要求為準。

2 基于誤差分析的伴熱管道厚度計算分析

《火力發電廠保溫油漆設計規程》附錄B.4中的公式組構成了計算伴熱管道保溫厚度的一個完整體系。但是方程式子多，參數互相引用嚴重，難以快速計算。

公式組中有2個式子，其未知數多于方程數目難以計算。（1）保溫層外表面傳熱系數α和保溫層外表面溫度ts共存于一個方程組，因未知數多于方程數無法計算。（2）保溫厚度δ、熱阻R、保溫層內空氣溫度t k共存于一個方程，因未知數多于方程數無法計算。

因此至少需要假定兩個參數，才能將方程體系求解。但是假定參數的準確性如何確定，需要研究。綜合考慮計算便捷性和假定參數準確性的確定，建議假定保溫厚度δ和保溫層外表面溫度ts。

在假定的外表面溫度和保溫厚度下，可以計算出所有的未知參數。但是未知參數的準確性尚無法判斷，因此需要增加判斷參數準確性的方程。

由于在以上假定的基礎上，可以再次計算出一個外表面溫度，因此可以將外表面溫度的假定值與計算值進行對比，當二者的誤差足夠小時可以認為假定外表面溫度具有合理性。

保溫厚度影響伴熱管道向空氣的散熱，從而影響熱量的平衡。如果伴熱管向保溫殼內空氣的散熱量為Q1，保溫殼內空氣向工藝管道的散熱量為Q2，保溫殼內空氣向外空氣的散熱量為Q3，那么|Q1-Q2|與Q3的誤差可以作為保溫厚度的判據。

3 案例試算

按照基于誤差分析的伴熱管道保溫厚度計算方法，可基于VB語言編制計算軟件，實現快速計算。只需在計算軟件中給定外表面溫度及保溫百度各一個初值，軟件會自動根據誤差按照初值與計算值均值不斷迭代，直至誤差達到設定的精度。精度可根據每個計算案例要求單獨設定，工程使用，精度可控制在5%以內。

以某供油管道為例，其供油管道、伴熱管道及重油參數如表1所示，其計算結果如表2所示。

借助于編制的計算軟件，可快速算出當假定保溫厚度為80mm，保溫外表面溫度為11℃時，外表面溫度誤差為3.10%，熱量平衡誤差為1.26%。精度可以滿足工程需要。

4 結語

通過假定外表面溫度和保溫厚度初值，在基于溫度與熱量偏差兩個誤差分析的判據方法支持下，實現了伴熱管道保溫厚度的計算迭代優化。極大的改善了《火力發電廠保溫油漆設計規程》推薦的伴熱管道保溫厚度的計算方法的可計算性，為其在工程實踐中進一步的廣泛應用提供了有利的計算方法。

參考文獻：

[1]甄崇汀.工藝管道蒸汽伴熱設計要點[J].化工設計，2014，24（06）：36-37.

[2]張鶴.火電廠蒸汽伴熱與電伴熱方案的對比[J].科技創新導報，2014（26）.