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1、第43卷第1期化工设备与管道Vol143No112006年2月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGFeb12006管道保温的技术经济优化分析柏荣(四川大学化学工程学院,成都610065)摘要:从传热基本理论原理入手,阐述了管道临界保温直径的计算及应用;着重叙述了圆形管道保温优化计算的方法,分析了影响优化结果的主要常见因素;指出保温材料导热系数的取值、能源价格的波动是影响优化结果的关键要素。关键词:管道保温;技术经济;优化。中图分类号:TQ05518+1文献标识码:B文章编号:100923281(2006)0057205AnalysisofTechnicalandEconom
2、icalOptimuminPipingInsulationBaiRong(InstituteofChemicalEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065)AbstractOnthebasisoftheoreticalprincipleofheattransfer,thecalculationandtheapplicationofthecriticalinsulatordiameterwerestatedinthispaper,emphatically,theoptimummethodofcalculatinginsulatorthickn
3、essforroundpipelinewasdescribed.Themaincommonfactorsaffectingtheresultofoptimumwereanalyzed.Itispointedoutthattheconductivityofinsulatingmaterialandthefluctuationofenergycostarekeysoftheoptimum.Keywordsinsulatedpipeline,technologicaleconomy,optimization按一般常识:保温层越厚,保温效果越好;但事根据叠加原理,参照式(1)得多层壁圆管的传
4、热实不尽其然。在一定条件下,保温层加厚,保温效果热流q,反而降低,散热量增大。本文先就前述现象进行探tftsq=(2)n讨分析和定量计算,而后对圆形管道经济合理的保Σ1lndi+1i=12πλidi温层厚度dopt和总费用St进行优化分析和敏感性式中n为管壁层数,d为直径m。讨论,最后对工程实践中相关问题进行了探讨。考虑使用时自然对流和热辐射后传热量为:1圆管保温的基础计算tfta[1,2,3]q=(3)1.1稳态传热过程nd1i+11Σln+据傅立叶传热基本方程(圆柱坐标):i=12πλidiαdndt式中n为管壁层数,α为管外总传热系数,ta为环境Q=λF可以推导出在工程上常用到
5、的单位dr温度,dn为管道最外径m。管长的热流q,1.2保温层传导系数[4]q=Q=tfts(1)在前述中,设λ为常数。但实际上λ是温度的l1roln函数:λ=λo(1+bt),λ=λo+ktcp(4)2πλri式中tf———管壁内表面温度K;ts———管壁外表面温度K;收稿日期:2005208209;修改日期:2005211230λ———壁材料的导热系数W/(m·K);作者简介:柏荣(1968—),男,高级工程师,在读工程硕士。从事有机ri———管道内半径m;氟、有机硅高分子材料工作。ro———管道外半径m;q———单位管长传热量W/m。©1994-2006ChinaAcademi
6、cJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·58·化工设备与管道2006年第1期1为更好地明确临界的含义,将(11)改写为:式中b、k为常数,tcp=(tfts)。2tftatftaq==(12)1.3管外总传热系数R1+R21ro1ln+(1)自然对流传热系数[4,5]2πλri2πroα自然环境中对流(无风)时圆管传热系数为:式中导热热阻R1=1lnro,传热热阻R2=2πλriλ0.252αe=0154(Gr·Pr)W/(m·K)(5)1d。令外径ri不变,厚度δ(=rori)增
7、加,则R12παroβ3g(tsta)dcpμ式中准数Gr=2,Pr=。增加,但R2由于外径ro增加而变小;这样会使总热vλ[6]阻R1+R2下降,从而q增加。由式(11)求出的rcr在工程中通常采用下面的经验公式:为临界绝热半径,此点散热最大qmax;意即保温半径426138tstaαe=(621)小于rcr时,随δ增加q增加;只有厚度超过rcr时,随1do297+(tf+ts)δ增加q才减少(并不一定比裸管q小)。24在实践中,有时必须考虑增加δ的重要
