大管径蒸汽管道保温结构及选材的优化分析

朱力军

（广西投资集团来宾发电有限公司，广西 来宾 546138）

大管径蒸汽管道保温结构及选材的优化分析

朱力军

（广西投资集团来宾发电有限公司，广西 来宾 546138）

随着我国热电联产和集中供热事业的蓬勃发展，蒸汽管道也向着大管径方向发展，这对蒸汽管道的绝热保温设计提出了更高的要求。为探究复合保温结构的经济性及可靠性，本文通过理论计算蒸汽管道传热工况，数据整理、计算分析，结合工程造价，得出基本结论。

复合保温结构；大管径蒸汽管道；保温结构

随着我国材料加工工业技术水平的不断发展，保温材料也有了长足的进步和发展。为探究复合保温结构实际保温效果，结合某A电厂实际在建工程，通过分析计算蒸汽管道传热工况，参照GB/T 8175-2008《设备及管道绝热设计导则》计算散热损失，进行数据整理、经济性分析，得出基本结论，为今后复合保温结构的优化提供参考。

1 典型案例保温结构

1.1 典型案例工况

本文结合某A电厂实际在建工程案例，以DN800为计算管径，进行不同保温结构的的计算分析，具体工况如下。（1）管径：OD820×11；（2）介质：过热蒸汽；（3）蒸汽压力：1.6MPa；（4）蒸汽温度：350℃；（5）环境平均温度：20℃；（6）平均风速：3m/s；（7）要求保温结构外表面温度不高于环境温度25℃。

1.2 保温结构方案一

本设计方案一DN800管道保温总厚度250mm，分5层包裹，材料为复合硅酸铝棉针刺毯和高温玻璃棉棉毡，考虑到管道工作温度较高，为避免高温玻璃棉高温条件下失效，故管道第1层保温采用硅酸铝，外包耐高温铝箔玻纤布，其余2、3、4、5层采用高温玻璃棉，第3层外包普通铝箔玻纤布，并在第5层后的管道顶部1/2圆弧部分另加一层40mm厚度的高温玻璃棉棉毡，最后采用普通玻璃丝布包裹，最外层为彩钢板（δ=0.7mm）。

具体保温结构示意图如表1和图1。

表1

图1

1.3 保温结构方案二

本设计方案二DN800管道保温总厚度250mm，分6层包裹，材料为复合硅酸铝棉针刺毯和高温玻璃棉棉毡，同样考虑到管道工作温度较高，为避免高温玻璃棉高温条件下失效，故管道第1层、第2层保温采用硅酸铝，外包耐高温铝箔玻纤布，其余3、4、5、6层采用高温玻璃棉，第3、4、5、6层外包普通铝箔玻纤布，并在第6层后的管道顶部1/2圆弧部分另加一层40mm厚度的高温玻璃棉棉毡，最后采用长输热网专用纳米气囊反射层包裹，最外层为彩钢板（δ=0.7mm）。

具体保温结构示意图如表2和图2。

1.4 保温及表面温度计算

（1）保温计算公式。参照GB/T 8175-2008《设备及管道绝热设计导则》计算散热损失，并根据实验结果进行修正。

计算公式如下：

表2

图2

式中：

q线——管道线散热损失，w/m；

T——介质温度，℃；

Ta——环境温度，℃；

λ——导热系数，W/（m·k）；

D0——保温层外径，m；

Di——管道外径，m；

ω——风速，m/s；

α——表面放热系数，W/（m·k）。

（2）保温材料性能特性。按照国内普遍使用的保温材料特性性能，参照主要质量较好厂家提供的参数，统计如表3。

表3 保温材料导热系数数据

欧文斯科宁高温玻璃棉（48kg/m3）材料的导热系数方程为：

K=a+bt+Ct3,其中：

a=2.9071×10-2；

b=1.1022×10-4；

c=7.65229×10-10；

K=0.032W/m.k（平均温度25℃）。

山东鲁阳复合硅酸铝棉（128kg/m3）材料的导热系数方程为：

K=0.035+0.203×（t均 /1000）2。

（3）管道各层外表面温度计算。根据上述两个方案的保温结构，按照GB/T 8175-2008《设备及管道绝热设计导则》公式计算，得各层外表面温度如表4。

表4 保温层间温度数据一览表

由上表可见，7层分包和5层分包相比，虽然保温层数增加，反射层用得多很多，但二者的保温效果基本一致，并没有因为将保温层分割过多，保温反射层增加而保温效果提高。因此根据理论计算，过厚、过多层数的保温层、反射层，实际效果不明显，同时保温安装难度和工作量增加，工程造价上升。

1.5 保温材料用量及单位造价

1.5.1 保温材料市场询价（表5）

表5 保温材料市场价格数据

1.5.2 两种方案保温材料用量及单位工程造价

结合市场询价，分别统计两个方案的主要保温材料用量及单位造价，得到方案的统计数据，具体方案一、二如表6、7。

1.6 保温方案设计比选及分析

从上述两种保温结构的外表面计算，及单位工程造价分析，方案一的保温造价为530.24元/米，方案二的保温造价为718.84元/米，方案二较之于方案一的单位投资高出188.6元/米，高出约35.5%。因而，方案一在能够满足管线的运行要求的条件下，保温结构合理，工程造价较低。另外，若考虑安装工程中的保温安装工程量及钢带用量，方案一的优势更加明显。

表6 方案一

表7 方案二

2 结语

随着集中供热的推进，蒸汽管网的敷设距离由早期的5km经济半径，拓展至现阶段20～30km长输管网，原来固有的保温方式和方法已经不能满足运行要求，通过详细的保温经济计算，选择合适合理的保温结构，对满足管线运行要求，降低单位保温工程造价是设计工作中极为重要的一环。以上结合某A电厂实际在建工程案例，从保温工程单位造价及保温结构的适用性角度出发，以期提高保温工程经济性，减少不必要的浪费。

[1]施振球. 动力管道设计手册.北京：机械工业出版社，2006.

[2]GB 50264-2013 工业设备及管道绝热工程设计规范，2013.

TU995.3

A

1671-0711（2017）12（上）-0077-03