隔热管托在长输管道项目中的应用

王楠+彭晓中

摘 要：对于厂区环境下长距离供热管道设计中，常规的管道支架产生的“热桥”效应导致系统热量损失较大。合理的选择和布置隔热管托不仅能够改善管道应力分布，确保管系安全稳定，同时可以有效降低散热损失，节省宝贵的能源。本文研究分析了隔热管托在长输管道项目中的应用。

关键词：供热管托；“热桥”效应；供热管道

中图分类号：TK17 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）23-0161-01

随着城市建设的逐步扩大，大型能源站集中供能依旧是大规模供应能源的主要手段，长距离输送热能变得越来越常见。长输热水管网、长输蒸汽管网已经普遍应用于工业生产中。对于地上布置的管道而言，管道支架作为支撑管系荷载的重要零部件必不可少。但是常规管道支架不具备保温措施，裸露在大气环境下的支架部分造成较大的能耗。为了节省宝贵的能源，提高能源利用率，采取有效的手段减少能量输送过程中的热损失刻不容缓。

1 隔热管托简介

1.1 隔热管托的类别

隔热管托是目前热网管道中节能减排的一个重要组成部分。隔热管托由底板、下抱箍、上抱箍、紧固件和隔热层组成。根据隔热管托的使用方式可以分为水平隔热保温管托、立管隔热保温管托，弯头隔热保温管托；根据隔热层的性质可以分为软质隔热层和硬质隔热层；根据隔热管道的支撑特性可以分为滑动管托、导向管托、固定管托等。

1.2 隔热管托与常规支架对比

对比常规的管道支架，隔热管托最本质的区别便在于其内衬的隔热层。隔热管托为管道提供支撑的同时也可以提升管道的保温效果。隔热层主要是由异氰酸盐与聚乙醚为主，再加上发泡剂、触媒和防火剂，经高速搅拌混合反应生成的具有塑胶、橡胶和软木特性的发泡聚合体。泡体是由成千上万极微小均匀的独立细胞组成，成立体蜂窝式的结果。其具备密度高、热传导率低、吸水率低的特性。

1.3 “热桥”效应

所谓“热桥”效应，是热传导的物理效应。对于长输管道而言，通常是由于在管道保温层不连续的地方，由高温侧向低温侧扩散热量的薄弱环节。常规管道支架作为一个不规则体，外包保温材料的时候无法达到如果直管段保温一样的精细程度，因此在管道支架处就存在一个保温性能不均匀的区域，特别是在周围环境温度较低的时候，通过管道支架与大气环境形成的“热桥”，一定量的热能由此损失掉。对于长输管道而言，管道支架数量庞大，这部分白白损失掉的热能不容忽视。若换成隔热管托，在管道与支架之间有隔热层分开，有效的阻断“热桥”效应，降低能量损耗。

2 工程实例分析

2.1 工程简介

某改造工程利用再热热段+四段抽汽作为工业供汽方案，分别从再热母管与四抽连通管抽汽，蒸汽通过支管进入压力匹配器，经过压力匹配器后提供满足热用户参数需求的蒸汽，采用母管制供给热用户。蒸汽母管管径为OD720x10，管材为20#钢，蒸汽参数为：1.8MPa，330℃，输汽管线总长约27公里。

2.2 保温性能对比

根据《发电厂汽水管道支吊架设计手册》（D-ZD2010）选型111型夹式滑动支座参见图1所示，此种型式的支架管部是管夹直接夹紧管道，下方托座底板放置在土建预埋件顶部。选用滑动型隔热管托示意图参见图2所示，此种型式的支架能够达到与普通滑动支架同样的支撑作用，同时管夹与管道外壁间增加了预制的隔热层和膨胀垫，可以起到保温的作用。

2.2.1 支吊架间距计算

管道支架的跨距大小直接决定着管道支架的数量。跨距太小造成管道支架过密，支架建设费用产生不必要的增高，并且单一支架承担荷载过小。因此在保证管道安全稳定运行的前提下，适当的增大支吊架间距可以有效的降低支吊架的建设费用。

管道支架许用跨距取决于管材自身的强度、管道截面积、外部荷载大小、管道布置条件以及管道允许的最大挠度等因素。水平管道支吊架最大间距应同时满足管道强度条件和刚度条件。强度条件是指控制管道自重弯曲应力不超过设计温度下材料许用应力的一半。剛度条件是指限制管道自重产生的弯曲扰度。对有压力脉动的管道，考虑管道支架间距时，还应核算管道的固有频率，防止管道产生共振。本设计参照《管道支架设计手册2000》和《动力管道设计手册》，本设计蒸汽母管经计算得出管道最大允许跨距及选用跨距见表1所示。

2.2.2 散热量模拟计算

能量的传递共有三种形式，热传导、热对流和辐射换热。常规管道支架和隔热管托两种形式辐射换热相差不大，因此二者的辐射换热量的差别暂不考虑。此外为了简化计算模型，本模拟计算按照管道外壁温度均匀，且支架各处温度一致，管道支架或隔热管托下部金属支座的导热系数一致来考虑。

以相邻的两支架及中间的直管段作为一个计算单元，通过模拟计算得到表2中的结果。

对比可见，采用隔热管托作为管道支架的方案，散热损失密度较常规支架有一定程度的下降，散热量较常规支架减少约55%。再利用水利计算软件（AFT Arrow）对全长27公里的管系进行建模计算可得，合理的选择管道保温主材，再配合采用了隔热管托形式的管道支架，可以控制每公里管内蒸汽温降小于2.5℃，保温效果良好。

隔热管托的使用可以有效的减少蒸汽温降，提升系统的可靠性，更好的确保输送至热用户侧的蒸汽品质满足用户要求。除此之外，由于管道与管托间存在温度梯度变小，由此产生的电化学腐蚀得以改善，延长了管托的使用寿命。

3 结语

（1）从管道支架设计选型的角度出发，型式多样化的隔热管托能够满足管道热应力计算对于管道支架的选型要求；（2）采用常规设计方案选型长距离输送管道的支架，热量损失较大，介质品质下降明显。（3）采用高效节能的隔热管托可以从根本上改善管道和支架之间的“热桥”效应，有效的降低能耗，特别是对于长距离输送能量的管道，可以显著的减少热量损失，延长管托使用寿命，节能减排效果具有明显的优势。endprint