浅谈直埋蒸汽供热管道保温层厚度计算

文/周晓阳 丹东市规划设计研究院 辽宁丹东 118000

浅谈直埋蒸汽供热管道保温层厚度计算

文/周晓阳 丹东市规划设计研究院 辽宁丹东 118000

本文通过对直埋蒸汽供热管道热损失量的影响因素及供热介质本身特性的分析说明，例举出蒸汽管道设备的组成部分及保温层的结构样式。经过举例计算，得出直埋蒸汽供热管道的保温层厚度。用计算出的保温层厚度对直埋蒸汽供热管道的热损失量及保温层外表面温度进行验算，以此证实此保温层厚度是否可以满足蒸汽介质在运行期间温降要求及对外环境放热要求。同时为节约成本，降低工程造价，应对蒸汽管道的保温层厚度进行反复验算，以寻求最佳的保温层厚度。掌握直埋蒸汽供热管道保温层厚度的计算，对直埋蒸汽供热管道的设计将有重要的意义。

管道；保温层；厚度；温度；热损失

水在定压状态下经加热可呈现出一下几种发生过程，即未饱和水过程、饱和水过程、湿蒸汽过程、干饱和蒸汽过程、过热蒸汽过程。本文将重点介绍干饱和蒸汽及其以后状态对供热管道保温层厚度的要求的计算。

蒸汽作为供热介质与热水相比具有通用性高、因高差而产生的静压力小、蒸汽介质温度高、传输压力大等特点，决定了蒸汽供热管道的保温层的结构样式及厚度与热水管道相比具有很大的不同。

直埋蒸汽供热管道保温层厚度除应满足工艺对介质温降的要求外，还应满足蒸汽供热管道的热损失对周围温度场的影响等技术要求。同时，在保证直埋蒸汽供热管道保温层厚度的技术要求外，还应通过严谨的科学计算和对保温层材料细致的选择，取得最小保温层厚度，降低经济成本。

直埋蒸汽供热管道通常由三部分组成，分别为工作管，保温层和外护管。影响直埋蒸汽供热管道的热损失量和造价成本的关键部分为保温层。考虑到蒸汽供热管道对比热水供热管道的特殊性以及达到良好的保温性能，直埋蒸汽供热管道的保温材料通常由两部分组成，即多层保温层结构，亦称为复合保温层结构。

近年来，由于厂家的制造工艺不同及保温和外护管的材料的多样性，出现了不同形式的蒸汽保温管道。如保温材料可分为用岩棉、复合硅酸盐毡与聚氨酯泡沫复合；微孔硅酸钙瓦与聚氨酯泡沫复合；硅酸钙、高密度玻璃棉管壳、硅珠复合等材料。而外护管亦有多种样式，如采用“塑套钢”，型式，即外护层采用高密度聚乙烯；玻璃钢外护层；钢外护层等。

近年来专家通过对蒸汽供热介质特性的深入研究，得出蒸汽供热管道保温层厚度不同计算方法，如“表面温度控制法”；“经济厚度计算法”；“允许最大散热损失法”等。为进一步讨论直埋蒸汽管道的保温层厚度，现运用“表面温度控制法”举例分析：

例一 DN400蒸汽管道，采用复合保温层结构（内层保温层为微孔硅酸钙，外层保温层为耐温型改性聚氨酯泡沫材料），同时在计算中忽略外护管及土壤的传热量。计算参数如下所示：

T0——工作管外表面设定温度（可取介质温度，例：介质温度为220℃）

Ta——冬季室外极端平均最低温度（试取-10℃）

T1——内层保温层外表面温度（由于外层保温层介质的特殊性，因此可取T1=90℃）

T2——外层保温层表面温度（℃）

D0——工作管外表面直径（D0=0.426m）

D1——内层保温层外径（m）

δ1——内层保温层厚度（m）

D2——外层保温层外径（m）

δ2——外层保温层厚度（m）

λ1——内层保温层导热系数（λ1=0.07 W ／m·℃）

λ2——外层保温层导热系数（λ2=0.03 W ／m·℃）

as——蒸汽管道上方地表面大气换热系数（在防烫计算中as可取为8.14 W／m2）

Q——直埋蒸汽管道最大热损失（管道最大热损失可限定为116 W／m2。）

1、由上述数据可知，内层保温层外径可计算得出

由此可得出内层保温层厚度δ1=40mm。

2、由上述数据可知，外层保温层外径可计算得出

由此可得出外层保温层厚度δ2=40mm。

经计算可知，直埋蒸汽供热管道采用复合保温层结构时，内层保温层厚度为40mm，外层保温层为40mm。由此得出的保温层厚度还须进一步计算蒸汽管道的热损失量及保温层外表面温度，方可知道其是否满足要求。

1、直埋蒸汽供热管道热损失量可按下式进行验算：

在防烫计算中 as可取为8.14W／m2由此可计算出直埋蒸汽管道在此保温层下最大热损失量为105.5W／m2，小于规定的116 W／m2的最大热损失量，因此蒸汽管道的热损失量可以满足要求。

2、直埋蒸汽供热管道外层保温层表面温度可按下式进行验算

由此可计算出直埋蒸汽供热管道外层保温层表面温度T2为3.0℃，小于规定的50℃。因此蒸汽管道的外层保温层表面温度可以满足要求。

由上述计算结果可知，采用内层保温层厚度为40mm，外层保温

层厚度为40mm的复合保温层结构，理论上可认为直埋蒸汽供热管道的此种保温结构已满足蒸汽介质在运行期间的温降要求及对外环境放热要求。

为追求更经济的保温形式，可适当调整保温层厚度。参考相关文献，当直埋蒸汽供热管道设备外表面温度不超过50℃，蒸汽供热介质热损失量小于116 .0W／m2时，便满足保温层厚度要求。因此，只要调整管道设备外表面温度及保温层厚度进行重新验算即可。

当然，要寻求更好的保温效果，除采用上述科学的计算外，保证保温层材料的质地和管道设备的制造工艺以及提高施工质量等也是非常重要的因素。同时还应加强施工质量，做好节点端面的保温防水设计，如预制保温管端头密封处理；固定支墩的隔热防水处理；补偿器、三通、弯头、疏水器、穿井壁及节点都有配套的防水保温密封措施等，以达到全线保温防水密封的目的。

结束语

由于我国南北跨度大，气候差异较大，同时供热管道保温结构的经济性的技术要求也千差万别，因此采用手册或规范推荐的经济保温厚度与工程实际情况有较大差异；同时，保温材料及保温结构形式技术进步日新月异，原有的计算方法无法对新型保温结构形式进行较为准确的定量计算。采用本文计算方法可以方便工程人员根据项目自身特点确定保温结构，以满足工程需求最经济的散热量，工程适应性较强。

[1]章锡民，任泽霈，梅飞鸣，等．传热学(第4版)，[M]．北京：中国建筑工业出版社，2001．

[2]范季贤，汤惠芬．热能工程设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1999．

[3]韩彦荣,谢华.热力管道保温材料的选用分析[J].制冷与空调,2006,(4):59-61.