多層管道保溫材料的內(nèi)外布局研究

2023年12月8日發(fā)(作者：大班健康活動)

-

化學(xué)工程師Sum

285

No.

6Chemical

Engineer2019年第6期繼

DOI

：

10.16247/.23-117

l/tq.20190619l多層管道保溫材料的內(nèi)外布局研究*育梁瑩，丁文捷(寧夏大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，寧夏

銀川750021 )摘

要:為了減少工業(yè)上物料在管道運輸過程中的熱量損失，得到多層管道保溫時最合理的內(nèi)外布局。可

根據(jù)導(dǎo)熱方程來計算,并且在設(shè)計計算時，保持外界與管道內(nèi)溫差不變的情況下，只需比較熱阻的大小,便可

得知熱損失大小，通過計算得到多層圓壁管道在不同情況下該如何布局和保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度，多層方管道的

選擇提供了一些方法。關(guān)鍵詞:保溫材料;多層管道;熱損失;保溫效果中圖分類號:TQ050.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AStudy

on

internal

and

external

layout

of

multilayer

pipe

insulation

materials*LIANG

Ying,DING

Wen-jie(School

of

Mechanical

Engineering,

Ningxia

Uniwersity,

Yinchuan

750021,

China)Abstract：

In

order

to

reduce

the

heat

loss

of

industrial

materials

in

pipeline

transportation,

the

most

reasonable

internal

and

external

layout

of

multi-layer

pipeline

insulation

is

obtained.

It

can

be

calculated

according

to

the

heat

conduction

equation

and

keep

the

temperature

difference

between

the

outside

and

the

inside

of

the

pipeline

un-changed

in

the

design

calculation.

In

addition,

the

heat

loss

can

be

obtained

by

comparing

the

thermal

resistance.

The

layout

of

multi-layer

circular

wall

pipeline

under

different

conditions,

the

economic

thickness

of insulation

lay-er

and

the

lection

of

multi-layer square

pipeline

provide

some

words:thermal

insulation

material;pipeline

structure;heat

loss; heat

prervation

effect目前，化工工藝的管道運輸方面關(guān)于多層圓管

道的保溫層厚度確定給出保溫層厚度相同時，管道

1.2保溫系統(tǒng)的保溫原理化工原理上按傳熱機(jī)理分為3種傳熱基本方

直徑越大，則單位長度,單位溫度差的熱損失越大,

式,即熱傳導(dǎo),對流給熱,輻射傳熱。管道保溫我們主

增加相同的保溫層厚度，對大直徑管道的保溫效果

更顯著。以及在保溫材料不同時,應(yīng)選用導(dǎo)熱系數(shù)較

小的材料再確定合適的保溫層厚度。對圓形管道進(jìn)

要研究熱傳導(dǎo)。2保溫材料布局對圓形、方形管道的

行多層保溫時，當(dāng)保溫材料的厚度相同，從內(nèi)向外按

保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)從小到大的順序排列熱損失最

小。方形管道的傳導(dǎo)層厚度越大，熱阻越大,熱流量

越小，保溫效果越好。保溫效果2.1對圓形管道保溫效果的影響2.1.1帶有保溫系統(tǒng)的圓形管道的熱損失計算可通過多層圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式計算Q=AT/R

(1)1工廠的管道及保溫概述1.1常見的管道類型一般情況下,常用的保溫管道結(jié)構(gòu)有兩種，即方

形管道保溫和圓形管道保溫。式中Q：熱流量,w；dr：內(nèi)外溫度差，七；/?：熱阻，

(r-w-')oR=—-----

(2)訃

ln(H)■='

A,

r,式中厶管道長度，mM,：第層保溫管道的材料導(dǎo)

熱系數(shù),W?(m2?七尸，r,：第i層管道的半徑,m。收稿日期:2019-03-20在假定溫度差A(yù)T相同的情況下，只需比較熱

阻R的大小，相同溫差下，熱阻大的熱流量小。由式基金項目:過程裝備與控制工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革探索(0180

25)作者簡介:梁

瑩(1998-),女,在讀本科生。通信作者:丁文捷(1968-),男，教授，碩士，主要從事過程裝備與控制

(2)可看出，多層圓筒壁的保溫效果取決于多種因

素，包括管道內(nèi)徑,保溫層的厚度，材料導(dǎo)熱系數(shù)等

因素，因此，進(jìn)行分類討論。技術(shù)、企業(yè)信息化研究方面工作。20梁瑩等：多層管道保溫材料的內(nèi)外布局研究.2019年第6期2.1.1不同保溫材料的排放順序?qū)Ρ匦Ч挠绊憺橛嬎愫啽闫鹨姡詢蓪訄A筒為例,假定有兩種導(dǎo)

熱系數(shù)不同的保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)分別為兒、入2,并

且A,

入2兒ln（&+?尸）=---------——>0

（5）人1人2式中△/?:熱阻之差代?WT;d：保溫層的厚度,m。可得結(jié)論,多層圓壁管道保溫時，當(dāng)保溫層厚度

相同，導(dǎo)熱系數(shù)大的材熱系數(shù)小的材料的外層，這樣

保溫效果更好，熱流量小。這是因為在內(nèi)外溫度差相

同時,熱阻越大熱流量越小,導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料

相同當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料在里層時,熱阻式（1）

中：In（臣）ln（b）R'=

2ttLX,

+2t7LA2

⑶放在內(nèi)層的熱阻比導(dǎo)熱系數(shù)大的保溫材料放置在內(nèi)

式中

熱阻管道長度,m;

A,：內(nèi)層保溫

層的計算所得的熱阻大。管道的材料導(dǎo)熱系數(shù),W-（m2-r

）->;

r,:管道的半徑，

m;入2：外層保溫管道的材料導(dǎo)熱系數(shù),W-（m2-r尸;

2.1.2管道的內(nèi)徑對保溫效果的影響

假定兩層圓

壁管道保溫層厚度相同,保溫材料的排放順序相同，

由式⑶r2:內(nèi)層管道半徑,m;

口：外層管道的半徑,m。當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)小的材料在外層時,熱阻為：In(臣)ln(^)R2=2nLA}

+2ttLA2(4)ln(

—)

ln(—)

ri

,

r2R=2〃厶入1

2〃厶入2取保溫層厚度d二20mm,管道長度厶二100m入］二0.039入2二0.065

式中《2：導(dǎo)熱系數(shù)小的材料在外層時的熱阻，七岡7。

二者作差法比較熱阻大小：取內(nèi)徑ri=30mm,50mm,70mm帶入式（3）分別

進(jìn)行計算，結(jié)果見表1。表1管道的內(nèi)徑對保溫效果的影響Tab.l Shadows

of

Pipeline

Internal

Diameter

on

Thermal

Insulation

Effect編號12d]/m202020dzim202020兒岡畑代）-10.0390.0390.039A2/W-(m2-T：)-'0.0650.0650.065r/mr2/10由表1可得,以兩層圓壁管道為例，多層圓壁管

位結(jié)構(gòu)費用,11??元T。道保溫時，在保溫層厚度相同,保溫材料排列順序相

管道保溫的總費用為B=Bl+B2

經(jīng)濟(jì)厚度4=（八+『2）/2

（8）（9）同的情況下,管道內(nèi)徑越大，相應(yīng)的熱阻值越大，熱

流量越小，保溫效果越好。2.2帶有保溫系統(tǒng)的方形管道的熱損失計算

平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式中熱阻計算式為：

2.1.3保溫層厚度對保溫效果的影響

由式（3）可

得,在管道保溫材料排列順序相同，管道內(nèi)徑相同的

情況下,保溫層厚度越厚，熱阻越大，熱流量越小。但

居無一

（10）由于考慮到保溫材料的經(jīng)濟(jì)實用性,根據(jù)文獻(xiàn)［5］中

求保溫層經(jīng)濟(jì)厚度的方法，式中第i層導(dǎo)熱材料的傳導(dǎo)層厚度,第i層

熱損失費用：5=-塑

（6）導(dǎo)熱面積,n?。ln（S2ttLX.x式中5：熱損失費用，元;S：熱損失的單位費用，2.2.1保溫材料的排序?qū)Ψ叫喂艿辣匦Ч挠绊?

在假定溫度差相同3T）相同的情況下,只需比

較熱阻R的大小，相同溫差下，熱阻大的熱流量小。

為方便起,以兩層方形管道為例，并且假定兩種材料

的導(dǎo)熱系數(shù)為A,

等的情況下，J?元

7；保溫層結(jié)構(gòu)費用：F盼

（7）當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料在里層時，熱阻式

式中B2：保溫層的結(jié)構(gòu)費用，元;P：保溫材料的單

（⑴中:2019年第6期梁

瑩等：多層管道保溫材料的內(nèi)外布局研究*21入1力|+_A_

入2人2(11)需比較熱阻R的大小，相同溫差下，熱阻大的熱流

量小。為方便起,以兩層方形管道與兩層圓柱型管道

為例,且兩種管道布局相同，并且假定兩種材料的導(dǎo)

熱系數(shù)為入K入2,導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料在內(nèi)層，當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料在外層時,熱阻r2=入2力1(12)2二者作商法比較熱阻大小RJRf5]y42

入

2"^2

力

I入]

=15|/4

2

A

1

+^2力

1

入2圓形管道：(13)ln(d)

廠】

27t￡A式中他:此種情況下圓形管道的熱阻

方型管道：心=害

入力(14)由上式可以得出，在傳導(dǎo)層厚度和傳熱面積相同的情況下，保溫材料的排序?qū)Χ鄬臃叫喂艿赖挠绊懞苄。虼耍刹挥每紤]。2.2.2傳導(dǎo)層厚度對多層方管保溫效果的影響由式(5)可直接看出傳導(dǎo)層厚度越大，傳熱面積和導(dǎo)熱系數(shù)越小熱阻越大,熱流量越小。(15)式中R”：此種情況下方形管道的熱阻，七⑴“。用作商法3管道結(jié)構(gòu)對保溫效果的影響Q=AT/R在假定溫度差U)相同的情況下，只A

In

(空)R*2ttL8(16)表2相同保溫布局下管道形狀對保溫效果的影響Tab.2

Effect

of

Pipeline

Shape

on

Insulation

Effect

under

the

Same

Insulation

Layout編號Si/m82/mA

i

/m2A2/m2160f|

/m105050r2/m2060r3/m30L/m1RJRw00.2046886.5906214.4337610.807070900.0112771.014957584.41460.110..17104734.897050.004901由表2可以看出，布局相同時，圓管與方管的保

熱系數(shù)越小，熱阻越大,熱流量越小。溫效果取決于多種因素，包括管道直徑，管道長度，

壁厚等，并不能直接的證明圓管或者方管的保溫效

(4)布局相同時，圓管與方管的保溫效果取決于

多種因素,包括管道直徑，管道長度，壁厚等,并不能

直接的證明圓管或者方管的保溫效果好。可根據(jù)實

果好。可根據(jù)實際需要選擇管道形狀。際需要選擇管道形狀。4結(jié)論參考文獻(xiàn)(1)

本文給出了多層圓壁保溫管道經(jīng)濟(jì)厚度計

算方法；[1

]鄧志強(qiáng)，施雯，王琪，等.高溫管道保溫層優(yōu)化設(shè)計研究進(jìn)展[J].

管道技術(shù)與設(shè)備,2016,(6):14-16.(2)

多層圓壁保溫管道布局時，在保溫層厚度相

同的情況下，將導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料放置在導(dǎo)熱

系數(shù)大的材料的里面，保溫效果更好;在保溫層厚度

確定,保溫材料確定的情況下,在一定范圍內(nèi)可選用

[2]

陳敏恒，潘鶴林.齊鳴齋.化工原理[M

].華東理工大學(xué)出版社,

2013.[3]

[4]

馬俊林?對圓形管道保溫層厚度的一些探討[J].化學(xué)工程師,

1999,(4):35-38.王振華，王飛，雷勇剛?管廊供熱管道保溫材料及其厚度的比較

分析[J]?暖通空調(diào),2018,48(9):24-30.管徑較大的圓管,保溫效果較好。(3)

多層方形管道保溫時，保溫材料的排序?qū)Ψ?

管影響可忽略不計，傳導(dǎo)層厚度越厚,傳熱面積和導(dǎo)

[5]

吳雙應(yīng)，陳凌霜,李友榮?管道保溫層經(jīng)濟(jì)厚度計算[J].石油化工

設(shè)備,2001,(3):17-19.

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