基于偏差法分析的伴热管道保温计算优化

刘辉 唐溧

摘 要：分析了《火力发电厂保温油漆设计规程》计算公式中的计算困难，提出通过基于温度和热量的误差分析法，优化了复杂的保温厚度的计算方法。

关键词：偏差;伴热;保温厚度;计算优化

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

0 前言

伴热管道的工作原理是通过伴热媒介散发一定的热量，以直接或间接的热交换方式补充管道的热损失，以达到加热、保温和防冻凝的目的。目前经常使用的伴热方式有蒸汽伴热、热水伴热、电伴热及其它方式[1，2]。其中蒸汽伴热由于其具有高散热量、效率高，易于获得等原因广泛应用于火力发电厂的燃油管道、天然气管道及其它需要保证介质工作温度的工艺管道。

1 规程推荐的伴热管道厚度计算方法

蒸汽伴热管道模型通常由工艺管道、伴热管道、保温层组成，其中工艺管道和伴热管道不直接接触，伴热管道通过保温层所包围的空气向伴热管道传递热量。伴热管道的数量根据工艺管道所需热量、蒸汽参数确定。常见的蒸汽伴热管道数量有1根和2根的，模型结构如图1所示。图1中两根伴热管的中心间距为工艺管道外径的二分之一。

目前伴热管道保温厚度计算主要是以《火力发电厂保温油漆设计规程》附录B.4的要求为准。

2 基于误差分析的伴热管道厚度计算分析

《火力发电厂保温油漆设计规程》附录B.4中的公式组构成了计算伴热管道保温厚度的一个完整体系。但是方程式子多，参数互相引用严重，难以快速计算。

公式组中有2个式子，其未知数多于方程数目难以计算。（1）保温层外表面传热系数α和保温层外表面温度ts共存于一个方程组，因未知数多于方程数无法计算。（2）保温厚度δ、热阻R、保温层内空气温度t k共存于一个方程，因未知数多于方程数无法计算。

因此至少需要假定两个参数，才能将方程体系求解。但是假定参数的准确性如何确定，需要研究。综合考虑计算便捷性和假定参数准确性的确定，建议假定保温厚度δ和保温层外表面温度ts。

在假定的外表面温度和保温厚度下，可以计算出所有的未知参数。但是未知参数的准确性尚无法判断，因此需要增加判断参数准确性的方程。

由于在以上假定的基礎上，可以再次计算出一个外表面温度，因此可以将外表面温度的假定值与计算值进行对比，当二者的误差足够小时可以认为假定外表面温度具有合理性。

保温厚度影响伴热管道向空气的散热，从而影响热量的平衡。如果伴热管向保温壳内空气的散热量为Q1，保温壳内空气向工艺管道的散热量为Q2，保温壳内空气向外空气的散热量为Q3，那么|Q1-Q2|与Q3的误差可以作为保温厚度的判据。

3 案例试算

按照基于误差分析的伴热管道保温厚度计算方法，可基于VB语言编制计算软件，实现快速计算。只需在计算软件中给定外表面温度及保温百度各一个初值，软件会自动根据误差按照初值与计算值均值不断迭代，直至误差达到设定的精度。精度可根据每个计算案例要求单独设定，工程使用，精度可控制在5%以内。

以某供油管道为例，其供油管道、伴热管道及重油参数如表1所示，其计算结果如表2所示。

借助于编制的计算软件，可快速算出当假定保温厚度为80mm，保温外表面温度为11℃时，外表面温度误差为3.10%，热量平衡误差为1.26%。精度可以满足工程需要。

4 结语

通过假定外表面温度和保温厚度初值，在基于温度与热量偏差两个误差分析的判据方法支持下，实现了伴热管道保温厚度的计算迭代优化。极大的改善了《火力发电厂保温油漆设计规程》推荐的伴热管道保温厚度的计算方法的可计算性，为其在工程实践中进一步的广泛应用提供了有利的计算方法。

参考文献：

[1]甄崇汀.工艺管道蒸汽伴热设计要点[J].化工设计，2014，24（06）：36-37.

[2]张鹤.火电厂蒸汽伴热与电伴热方案的对比[J].科技创新导报，2014（26）.