低压蒸汽管道保温层经济厚度计算

第 27 卷第 6 期 山 � 西 � 化 � 工 Vol. 27� No. 6 2007 年 12月 SHANXI CHEMICAL INDUSTRY Dec. 2007 收稿日期: 2007�08�22 作者简介:谢 � ,男, 1981年出生,华东理工大学机械与动力 学院在读硕士。研究方向:化工节能。 � 化工设计 低压蒸汽管道保温层经济厚度计算 谢 � 1, � 吴吁生1, � 张国钊2 ( 1. 华东理工大学机械与动力工程学院, 上海 � 200237; 2. 上海化工设计院有限公司, 上海 � 200032) 摘要: 以改造后的 14# 低压蒸汽管道为例, 采用经济厚度法对其进行了保温层的厚度计算。介绍 了热力管网保温厚度的设计原则和保温材料的选择。 关键词: 管道;保温层; 经济厚度 中图分类号: T M621. 7+ 2 � � 文献码: A � � 文章编号: 1004�7050( 2007) 06�0067�02 1 � 工程现状 目前,上海石化低压蒸汽有两个热源点, 即热电 总厂的热电一站和热电二站。其中,热电一站建于 20世纪 70年代, 设备老化, 效率低下,年维修工作 量大, 费用高, 1# 、2# 、7# 机组及 1# 、6# 锅炉由于调 节性能差,故障较多,已于 1999年底封存,基本没有 再开的可能。上海市环境监测中心对热电一站仍在 运行的 4# 燃油锅炉进行的监测显示, 该锅炉的氮氧 化物排放浓度超标,要求在限期内完成氮氧化物达 标排放的治理。结合中石化总公司压缩燃烧油政策 和热电一站设备老化的实际情况,上海石化决定停运 热电总厂热电一站的所有机炉,并将低压蒸汽热源点 由原来的东西两个变为公司西侧热电二站的一个。 热电一站停运后给上海石化供热系统带来了以 下问: 1) 整个供热系统只有一个热源点, 由热电 二站向东供热的蒸汽干管基本处于满负荷运行, 没 有备用管线可以调整,无法进行切换供汽,因此在生 产上不能合理地安排供热管线的维护、检修和抢修。 2) 原由该站供给腈纶事业部的 150 t / h~ 180 t/ h 低压蒸汽全部由热电二站 14# 供热管提供。由于腈 纶事业部处在整个供热系统的末端,供热介质的输 送距离长达 7 km,所以如不对该部供热管线进行扩 径改建, 将因蒸汽参数的变化而影响腈纶事业部的 正常生产。3) 到 2008年, 上海石化将有 38 万 t / a 乙二醇、120 万 t / a 延迟焦化及 60 万 t/ a芳烃装置 相继建成投运, 其中前两装置用汽量也将由 14# 管 道供应。14# 供热管道供热示意图如图 1所示。 图 1 � 14# 供热管示意图 由此可见, 14# 供热管的供热负荷将会增加,现 有的 DN600管道将不能满足工程要求,必须对其进 行扩径改造, 把原来的 DN600 扩径至 DN800,才能 满足用户对蒸汽用量的要求。 除此之外,保温也是一个及其重要的环节。因 为改造后,用户增加了, 若保温不好, 易造成末端用 户蒸汽压力和温度的降低, 出现饱和水的状态。 2 � 热力管网保温厚度设计原则 热力管网保温厚度设计原则是:根据不同目的 和限制条件采用不同的计算。为减少散热损失 并获得最经济的效果, 采用经济厚度法计算;为限定 表面温度,采用表面温度法计算;为限定表面散热热 流流量,采用最大允许散热损失计算。此外,还要考虑 安全问题,并严格执行国家GB4272�84的规定。 保温层结构的厚度设计以经济保温层厚度为首 选[ 1] ,其散热损失不得超过表 1的数值。 表 1 � 常年运行工况允许最大散热损失 管道壁温/ � 50 100 150 200 250 300 350 400 450 允许最大散热 损失/ W�m- 2 58 93 116 140 163 186 209 227 244 3 � 保温材料的选择 由于岩棉不燃烧,抗老化、抗化学腐蚀性能好, 所以此低压蒸汽管道仍用改造前采用的岩棉作为保 温材料。 4 � 热力管网保温层厚度的计算[ 2] 4. 1 � 管道经济厚度( �) 计算公式为: D 1ln D 1 D 0 = 3. 795 � 10- 3 � PH��( t 0- t a) PTS - 2��s ( 1) �= (D 1- D0) / 2 ( 2) 式中: D 0 � � � 管道外径, m; D 1 � � � 保温层外径, m; PH � � � 热价, 元/ GJ; PT � � � 保温结构单位造 价,元/ m3; �� � � 保温结构在平均温度下的导热系 数, W/ ( m � � ) ; �s � � � 表面放热系数, W/ m2; t 0 � � � 管道的外表面温度(考虑到与保温层的导热 热阻相比, 管壁的导热热阻及管内的对流传热热阻 很小, 在工程上一般可认为近似等于管内介质温 度) , � ; ta � � � 环境温度, � ; �� � � 年运行时间, h; S � � � 绝热保温投资年分摊率, % ; �� � � 保温 层厚度, m。 绝热保温投资年分摊率按照复利计算,如式( 3) : S = [ i ( 1+ i ) n ] / [ (1+ i ) n - 1] ( 3) 式中: i � � � 年利率(复利息) , % ; n � � � 计息年数。 改造后的 14# 低压蒸汽管道, 管道外径为 820 mm ,保温层外径为 12 mm ,计算得出: D 1ln D1 D0 = 0. 405 6 由绝热厚度曲线或者绝热厚度表, 根据插值法 求得保温层厚度: �= 170 mm。 4. 2 � 保温后的散热量( q ) 计算公式为: q= [ 2�( t 0- t a) ] / [ 1�ln D1 D0 + 2�sD 1] ( 4) 经计算得出 q= 368. 1 W/ m, 换算成每平方米的 散热量为101. 1 W/ m2,满足允许最大散热损失要求。 4. 3 � 核算表面温度( t s) t s= q�D 1�s+ ta ( 5) 由公式计算得出 t s= 24 � , 与假设表面温度 ( 28 � )基本符合。故计算出的厚为 170 mm 的保 温层,可满足工程要求。 5 � 结论 1) 热电一站停运后, 整个供热系统只有一个热 源点即热电二站, 此热电二站供热的 14# 蒸汽管道 已不能满足用户的用汽要求,将原来的 DN600 扩径 到 DN800,可满足工程要求。 2) 采用岩棉保温材料,可以重复利用改造时拆 除的经检测合格的保温材料,节省了成本。 3) 经计算, 当 14# 管道中岩棉保温层的厚度为 170 mm 时,可满足工程要求。 参考文献: [ 1] � 于 � 明. 保温层经济厚度的确定[ J] . 化学工业与工程 技术, 1998, 19( 2) : 12�14. [ 2] � 夏敏文. 热能工程设计手册 [ M ] . 北京: 化学工业出版 社, 1998. Calculation of economical thickness for 14 # low pressure stream pipeline insulation of a petrochemical company XIE Sheng1 , WU Yu�sheng1 , ZHANG Guo�zhao2 ( 1. East China University of Science and Technology, School of Mechanicaland Power Engineering, Shanghai 200237, China; 2. Shanghai Chemical Industry Design Institute Co. , LTD. , Shanghai 200032, China) Abstract:The low pressure stream pipeline must be reconstr ucted to satisfied user� s need after primary heat r esource became only one. T he method of economical t hickness was used to calculate the insulation thickness based on reconstructive 14# pipeline o f SPC in t his art icle. The design principle of economical t hickness for 14# low pressure stream pipeline and select of preservation material w er e in� troduced. Key words:heat pipeline netwo rk; heat pr eserv ation; economical thickness �68�� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 山 � 西 � 化 � 工 � � � � � � � � � � � � � � � � � 2007年 12 月