預(yù)制架空蒸汽保溫管保溫性能

預(yù)制架空蒸汽保溫管保溫性能

隨大機(jī)組進(jìn)行長(zhǎng)距離區(qū)域集中供熱日益成為解決工業(yè)和居民日益增長(zhǎng)的用熱需求的主要途徑，熱力蒸汽保溫管道在我們的生產(chǎn)生活中越發(fā)重要。但我們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期使用的熱力蒸汽保溫管道的溫降和壓降會(huì)變得非常明顯，往往比剛剛建成投用時(shí)的效果相差巨大，這是為什么呢？下面我們來(lái)一探究竟吧。熱力蒸汽道主要依靠保溫材料包裹在鋼管外壁形成嚴(yán)密的保溫層來(lái)防止熱力輸送過(guò)程中的熱量損失，而一般保溫層使用的大多為高溫玻璃棉、硅酸鋁棉氈或巖棉等軟質(zhì)保溫材料。我們發(fā)現(xiàn)蒸汽保溫管中的保溫材料隨著使用年份的增長(zhǎng)，保溫層會(huì)因?yàn)橹亓Φ仍驅(qū)е卤夭牧掀某两翟斐煽諝鈯A層，這會(huì)對(duì)保溫的效果造成較大影響。我們通過(guò)保溫性能與導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量，數(shù)值分析模型等方式及應(yīng)用單一變量法對(duì)產(chǎn)生保溫層偏心、鏤空與材料惡化的一條已投運(yùn)使用14年的舊保溫管道進(jìn)行測(cè)量，使用全新的同型號(hào)保溫材料進(jìn)行替換對(duì)比溫差，同時(shí)結(jié)合導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試和數(shù)值模擬的手段研究舊保溫層受到的性能影響程度。
一、 保溫性能測(cè)量首先，我們對(duì)熱力蒸汽保溫管道的保溫性能采用對(duì)比溫差法進(jìn)行比較分析。如圖1所示，在選定的熱力管道上，選取兩段長(zhǎng)度約1.5 m的相鄰保溫管道，其中一段保持原有的保溫材料不變，另一端更換新的同種保溫材料。同時(shí)在兩段保溫層的中間位置的表面分別正交布置4根T型熱電偶，測(cè)得外表面各點(diǎn)溫度，并計(jì)算平均溫度。并且在更換保溫材料段的管道表面上下對(duì)稱(chēng)布置兩根T型熱電偶，測(cè)得熱力管道壁面平均溫度。

預(yù)制架空蒸汽保溫管保溫性能

二、 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)新、舊保溫材料（在役14年玻璃棉）進(jìn)行采樣，如圖2所示，使用Hot Disk熱常數(shù)分析儀對(duì)采集的玻璃棉樣品在室溫(25±3℃)、100±2℃、200±2℃下進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試。測(cè)試均重復(fù)3次以保證準(zhǔn)確。
三、 數(shù)值分析模型根據(jù)實(shí)際測(cè)量的幾何尺寸，利用ICEM進(jìn)行二維幾何結(jié)構(gòu)建模并生成網(wǎng)格，并利用Fluent 15.0對(duì)其散熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。在數(shù)值模擬中，根據(jù)新、舊保溫材料的不同及偏心、鏤空的存在與否，如圖3所示，模擬計(jì)算了以下4個(gè)算例：a）采用新保溫材料無(wú)偏心與無(wú)鏤空的保溫層b）采用舊保溫材料無(wú)偏心與無(wú)鏤空的保溫層c）采用舊保溫材料有偏心與無(wú)鏤空的保溫層d）采用舊保溫材料有偏心又有鏤空的保溫層
四、分析經(jīng)過(guò)測(cè)試與計(jì)算，分析后發(fā)現(xiàn)，相較于新保溫層，舊保溫層的散熱損失增大了65%，導(dǎo)熱系數(shù)的提高、偏心沉降與鏤空結(jié)構(gòu)分別使得保溫層的散熱損失增大了44%，9%與12%，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)、偏心和鏤空結(jié)構(gòu)對(duì)選定熱力管道保溫性能惡化所占比重分別為67.7%，13.8%和18.5%，導(dǎo)熱系數(shù)是熱力管道保溫性能重要影響因素。五、結(jié)論我們通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試與數(shù)值模擬分析等手段研究了長(zhǎng)時(shí)間使用后保溫層保溫性能的惡化情況，以及保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的提高、保溫層偏心沉降與鏤空等結(jié)構(gòu)變異對(duì)保溫性能的影響程度，可以得出以下結(jié)論：
1、舊（14年）玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)高出新玻璃棉約52%。導(dǎo)熱系數(shù)提高對(duì)選定熱力管道保溫惡化的影響占比為67.7%，是造成保溫性能下降的主要原因。
2、沉降與鏤空對(duì)選定熱力管道保溫惡化的影響占比分別為13.8%與18.5%，是造成保溫性能下降的次要原因。
3、傳統(tǒng)架空蒸汽保溫管道的性能缺陷是因保溫材料老化和保溫層形變形導(dǎo)致的，在不改變保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)的前提下，很難避免。目前行業(yè)中已經(jīng)有成熟的預(yù)制架空蒸汽保溫管道產(chǎn)品，結(jié)合新型保溫材料和保溫結(jié)構(gòu)很好地解決了以上這些問(wèn)題，是熱力蒸汽保溫管道的一個(gè)解決方案。

隨著城鎮(zhèn)集中供熱的發(fā)展，熱力管道的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，保溫管道成為輸送城鎮(zhèn)熱能的重要途徑。因?yàn)槲矬w受到溫度的影響會(huì)熱脹冷縮，蒸汽保溫管道也不例外，而僅僅依靠蒸汽管道自身的位移是不足以抵消熱膨脹的，一般蒸汽保溫管道會(huì)采用安裝補(bǔ)償器的方法來(lái)降低熱膨脹帶來(lái)的作用。1、補(bǔ)償器的作用補(bǔ)償器也稱(chēng)為伸縮器，其作用為吸收管道因熱漲而伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度；補(bǔ)償因冷縮而回縮的長(zhǎng)度。2、補(bǔ)償器的種類(lèi)補(bǔ)償器分為自然和人工補(bǔ)償器兩種。自然補(bǔ)償器是供熱管道中的自然拐彎，分為Z型、L型或π型。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器波紋補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)緊湊，占空間少，可直埋；缺點(diǎn)是制造要求較高，補(bǔ)償能力較小。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償量大，可根據(jù)自然地形及管道強(qiáng)度布置，不產(chǎn)生由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的盲板力；缺點(diǎn)是需要多組搭配使用，非常占空間。3、直埋波紋補(bǔ)償器的制作用于直埋敷設(shè)供熱管道的波紋補(bǔ)償器，我們一般又稱(chēng)之為直埋軸向波紋補(bǔ)償器，需要在工廠(chǎng)里將軸向波紋補(bǔ)償器加工成直埋用的管件，就是在波紋補(bǔ)償器的本體上進(jìn)行保溫作業(yè)，并安裝進(jìn)相應(yīng)的鋼套管外護(hù)殼中，并進(jìn)行防腐處理。直埋波紋補(bǔ)償器4、人工補(bǔ)償器的安裝一般情況下，供熱管道自始至終并非所有管段都需要安裝人工補(bǔ)償器。實(shí)際工程中，有的管段需要安裝人工補(bǔ)償器；有的管段可不必安裝人工補(bǔ)償器。當(dāng)供熱管道中有自然拐彎（即有Z型、L型或π型自然補(bǔ)償器）時(shí)，其彎頭前、后的直管段又較短，可不設(shè)人工補(bǔ)償器。當(dāng)供熱管道中無(wú)自然拐彎時(shí)，應(yīng)設(shè)人工補(bǔ)償器；或者有自然拐彎，但其彎頭前、后的直管段較長(zhǎng)，也應(yīng)在直管段上裝設(shè)人工補(bǔ)償器。人工補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)在兩固定支架之間直管段的中點(diǎn)，安裝時(shí)水平放置，其坡度、坡向與相應(yīng)管道相同。為了減小熱態(tài)下（運(yùn)行時(shí)）補(bǔ)償器的彎曲應(yīng)力，提高其補(bǔ)償能力，安裝波紋補(bǔ)償器時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)拉伸或預(yù)撐（即：不加熱進(jìn)行冷拉或冷撐）。拉伸的方法通常采用拉管器、手動(dòng)葫蘆，也可以采用千斤頂進(jìn)行預(yù)撐。