蒸汽直埋管道散热损失测试的探讨职称论文发表

　　【摘要】：本文采用温差法和热平衡法对已投入满负荷运行的直埋蒸汽供热管道进行散热损失和管网热输送效率测试，试验选取了两个直管段测试截面、两内固定端测试截面和两个补偿器测试截面。试验结果表明在选定的六个测试截面中散热损失最大处出现在内固定端，提出工程现场测试时应注意问题。

　　【关键词】：蒸汽直埋管道,散热损失,管网热输送效率

　　前言

　　随着我国经济持续发展，人民生活水平日益提高，集中供热作为一种高效节能供热方式，得到飞速发展。到2005年，全国集中供热面积达到达25.21×108m2，蒸汽管道长度为1.48×104km，热水管道长度为7.13×104km，在供热量上，热电厂的供热量占47.0%[1]，占供热量的比例相当高，因而蒸汽供热系统能源利用率提高对我国节约能源、减少环境污染方面会产生重大的经济效益和社会效益。蒸汽供热系统由产生蒸汽的热源、蒸汽输配管网、和蒸汽热用户三部分组成。直埋蒸汽管道是蒸汽输配管网设计的一种主要铺设方式，其散热损失及管网热输送效率也成为建筑节能工程施工质量验收的重要强制性指标[2]，在行业内越来越重视其工程现场测试是否满足设计要求。本文对已建成的一段直埋蒸汽供热管道，用温差法进行工程现场散热损失测试，得出其直管道、管道补偿器、管道内固定端等多处测试段的散热损失;依据直埋蒸汽管道起始段和各测试截面蒸汽介质参数，用热平衡法得出各测试截面距蒸汽出口处的管网热输送效率。

　　一 工程概述

　　本工程为2008年4月底投入运行的自青岛热电公司至开源供热厂入口直埋蒸汽管网工程，测试时该工程接近满负荷运行状态。选用测试管道的设计工作管管径为φ630*10，设计外护管管径为φ1020*12，补偿器和内固定管段管径为φ1120*12。直埋管采用钢套钢结构，保温结构从内到外依次为工作钢管、离心玻璃棉保温层、15mm真空层、外护钢管、聚乙烯三层结构防腐层。抽检部分管段真空表显示真空度约为60 mbar。

　　二 实验方案

　　为全面反映测试管段散热损失和管网热输送效率，本实验选取了蒸汽供热管道直管段截面、内固定端截面、补偿器截面等6个截面进行现场测试，各测试截面位置见表1。采用温

　　差法测试各截面的散热损失，同一截面均匀布置测点如图1所示[3]。测试截面测试传感器已于2008年4月20 ~ 22日进行了敷设，并按要求进行了土壤回填，测试截面位置均设置测试井，排列各传感器接线端子。地温在距热流密度测定位置10m远处，且在相同埋深的自然土壤中测得。环境温度在无其他热源影响距热流密度测定位置1m远处测得。土壤导热系数在测试截面周边1m远处测得。主要测试仪器设为铂电阻温度传感器、三芯屏蔽电缆、硅酯、温度测点采集装置。

　　三 管道散热损失及管网热输送效率计算

　　温差法测量直埋管道的保温结构，热流密度按下式计算：

　　式中：q ¾ 热流密度，W/m2;

　　ql,E— 单位长度线热流密度，W/m;

　　D ¾ 保温结构外径，m;

　　单位长度线热流密度散热损失按下式计算：

　　式中：ti 工作钢管外表面温度(视为介质温度)，℃;

　　teO 地表面温度，℃;

　　Rl 管道保温结构热阻，m·K/W;

　　土壤热阻，m·K/W。

　　玻璃棉产品技术指标中导热系数：

　　0.027 + 0.00022 t W/(m·K); (3)

　　式中：λm 材料在温度t时 导热系数W/ m·K;

　　tp 保温层平均工作温度, ℃;

　　保温材料热阻 (4)

　　式中：Rml 保温材料热阻, m·K/W;

　　Dai 保温材料外径(真空层内径)，mm;

　　Di 工作钢管外径(保温材料内径), mm;

　　保温材料导热系数 和保温层尺寸Dai 、Di不能现场测定，按工作钢管温度和保温材料外表面温度，以及管道产品规格计算求取保温材料热阻。

　　空气层热阻 (5)

　　式中：Ral 空气层热阻, m·K/W;

　　对流放热系数， W/(m2·K); (6)

　　辐射放热系数， W/(m2ּK) (7)。

　　式中：λc 空气的当量导热系数，取为0.023 W/(m·K);

　　Dao 空气层外径 mm。

　　C 黑体辐射系数，取值5.768 W/(m2×K4);

　　εai 真空层内侧玻璃棉表面黑度，取值0.96;

　　εao 真空层外侧钢管壁表面黑度，取值0.82;

　　t ai 真空层内侧表面温度平均值 ℃;

　　t ao 真空层外侧表面温度平均值 ℃。

　　土壤热阻 按下式计算：

　　当HE / D≤2时，计算式为：

　　当HE / D>2时，公式简化为：

　　式中：HE 管道中心到地表的距离 m;

　　λE 土壤导热系数W /m·K

　　管道热传输的全程散热损失Q = 0.278·G·(h1 - h2) (10)

　　热输送效率η= 1 – [Q / (0.278ּGּh1)] (11)。

　　式中 Q管段的全程散热损失，W;

　　G蒸汽质量流量，kg/h;

　　h1,h2据蒸汽参数查得的被测管段进出口蒸汽比焓，kJ/kg;

　　四 测试结果与分析

　　在管道投入运行一段时间后，基本达到设计满负荷时，2008 年12月5日对6个测试截面进行散热损失和管网热输送效率进行现场测试。截面至蒸汽出口处管段管网热输送效率测试结果见表2。6个测试截面散热损失测试结果见表3，散热损失现场测试如图2所示。

　　由表3看出本次试验管道运行工况比较稳定，蒸汽介质工作温度最大为286℃，最小为250℃。经管道输至开源端测试管道流量约为50t / h ~ 61t / h之间，接近设计满负荷运行状态。检测结果数据表明，热平衡法计算的热输送效率大97 %，达到了优等水平。

　　散热损失测定结果表明两个直管段测试截面散热损失分别为42 W/m2、39 W/m2，平均值为40.5 W/m2;两个内固定端截面散热损失分别达到78 W/m2、75 W/m2，平均值为76.5 W/m2;两个补偿器测试截面散热损失测定值较低，分别为13 W/m2、32W/m2，平均值为22.5 W/m2，达到国家相关小于90 W/m2要求。由此可见，内固定端散热损失最大，补偿器散热损失最小，工程现场测试时，相比直管段和补偿器测试截面而言，选用内固定端作为测试截面得出最不利蒸汽直埋管道散热损失，在管道设计时应多注意内固定端的保温问题。

　　由表3看出外护管表面温度测试结果：管道直管段测试截面处分别是56.9℃、52.4℃、，平均为54.7℃;内固定测试截面上外护管表面平均温度分别是65.6℃、55.3℃，平均为60.5℃;补偿器测试截面上的表面平均温度分别为51.1℃、48.7℃，平均为49.9℃。内固定端测试截面表面温度高于50℃，对防腐层不利。

　　结论

　　直埋蒸汽供热管道不同测试截面散热损失存在明显差别，为能真实反映工程实际的保温效果，应选取有代表性的测试截面进行测试。

　　本次试验测试截面散热损失达到国家标准要求，但直埋蒸汽供热管道外护管表面温度较高，因而对工程现场测试时既要测试截面处散热损失也要测试其外表面温度，只有同时达到要求才能对工程实际管道保温效果真实质量有更好把握。

　　管网热输送效率的测试非常重要，为达到对管道长期运行时的监督，在设计时应有测试的压力、流量、温度等计量装置。

　　【参考文献】：

　　1. 城市集中供热系统现状和问题分析，张晓松，郭旭，煤气与热力，2009年11月，第29卷第11期

　　2. GB 50411-2007建筑节能工程施工质量验收规范

　　3. GB/T 28638-2012 城镇供热管道保温结构散热损失测试与保温并行果评定方法