LPG低温管道经济保冷层厚度的计算
LPG低温管道经济保冷层厚度的计算
摘要针对低温LPG管道输送特点，在对该管道保冷层投资费用、制冷费用以及约束条件分析的基础上，根据费用最低原则，建立了计算保冷层厚度的数学模型。对该模型进行了求解分析，并编制了相应的计算程序，辅以实例说明了该程序的正确性。
主题词液化石油气管道保温层厚度数学模型计算
LPG(液化石油气)输送管道保冷层厚度的计算，可分为两种情况。对于输送距离较短的LPG输送管道，由于保冷层的投资费用占总投资费用的百分比较小，可直接应用保冷层厚度的理论计算公式［1］。对于低温长距离输送LPG的管道，由于管道内的LPG温度比外界温度低，LPG要从外界吸收热量，再加上LPG的摩擦升热，LPG的温度会沿管道轴向逐渐升高，当LPG的温度超出规定的温度范围,就必须用冷却系统降温。因此，需要对保冷层的厚度进行优化选择，以下通过建立数学模型来选择费用最小的保冷层厚度。
一、数学模型
根据技术经济学理论，建立数学模型的总原则为费用现值最小原则［2］。现假设如下：
(1)管道保冷投资(包括材料与施工费等)为一次性投资费用；
(2)管道吸热需要的制冷装置的投资也为一次性费用；
(3)每年的制冷运行费用为定值，其它费用也为定值,在数学模型中可以忽略。
设管道保冷和制冷的总费用为S，保冷投资费用为S1(δ)，制冷费用为
S2(δ)，则数学模型为
minS＝S1(δ)＋S2(δ)
(1)
1、保冷层投资费用(包括施工和材料费)
设保冷层厚度为δ，单位体积保冷层投资费用为y1(元/m3)，则保冷层投资费用S1(δ)应为
S1(δ）＝［（1／2 d＋δ）2－(1／2 d)2］πly1
(2)
式中d--管道内径，m；
δ--保冷层厚度，m；
l--管道长度，m；
y1--单位体积保冷层的投资费用，元/m3。
2、制冷费用
根据传热学原理，单位时间内需要制冷的能量应为Q＝cG(T L－T R)。
根据管道沿轴向的温度变化公式
T L＝T0＋b＋(T R－T0－b)e-aL
得到
Q＝cG［T0＋b＋(T R－T0－b)e－aL－T R］
(3)
设单位热流量的制冷投资费用为y2(元/W)，每小时的制冷运行费用为y3(元／(W.h))，现值折算系数为k j［2］，设管路每年的运行时间为h，N为制冷系统功率，则制冷总费用为：
S2(δ)＝cG［T0＋b＋(T R－T0－b)e－aL－T R］y2
＋Ny3hk j
(4)
根据技术经济学理论计算，k j值按下式计算
k j＝(F/A，i，n)
式中i--基准折现率；
n--使用年限。
一般k j值可查表求得,有关数据见文献［2］。
3、约束条件
(1)对于保冷管道来说,管道外壁的温度T W应不低于环境中的露点温度,以免影响管道的安全运行。
由于低温管道沿程温度的不均匀性,使得T R 设从外界到管内的传热过程是稳态的,则 kπD(T0－T R)＝k1πD(T W－T R) 即 T W＝T R＋(T0－T R) (5) 其中 (2)管道末端温度T l不应高于储罐要求的进口温度或不应高于管道要求的最高温度。 T l＝(T0＋b)＋［T R－(T＋b)］e-aL≤T L 由上面的讨论可得到下述数学模型 （6） 其中T h--大气中露点温度，℃； T l1--管道末端LPG允许的最高温度，℃。 二、数学模型的求解步骤 从上述数学模型可以看出，对模型函数求导比较困难，必须借助于计算机求解。 1、区间的确定 根据传热学理论，对于圆筒，求传热量公式为 （7） 由公式可知，加大保温层厚度，并不一定削弱传热，这是因为d0增大，会使导热热阻增大，但外侧的对流热阻（α0d0）－1却会减小，所以加厚保温层，并不一定能使Q下降，这样就有一个临界热绝缘直径的问题,根据文献［3］，有： d cr＝2λ／α0 式中d cr--临界热绝缘直径，m； α0--外界对流换热系数，W／（m2.℃）； λ--保温层的导热系数W／（m.℃）。 当圆柱外径d小于d cr时,增大外径反而使管道传热量增大,现取λ＝ 0.1W/(m.℃)，α0＝9 W/(m2.℃)，算得d cr＝22mm，对于一般的动力保温管道直径，d大于此值，因此不必考虑临界热绝缘直径的问题。根据以上讨论，对于保冷层厚度取值范围，其下限可以取为0。而对其上限,根据管道设计的经验,可以取几倍的管径值。 2、求解方法 在数学模型函数中，保冷层的投资费用S1(δ) 是随着保冷层的厚度增大而增大的,而制冷费用 S2(δ)是随着保冷层的厚度增大而减少的,如图1所示，总费用函数S(δ)是S1(δ)和S2(δ)两个函数迭加而成。因此如果上述数学模型有解，那么S(δ)＝S1(δ)＋S2(δ)，在S－δ坐标平面内,图形为单谷图形,即函数为单谷函数。由于模型函数求导很困难,根据以上分析，可以用黄金分割方法求解上述模型。根据上述讨论和求解，编制了相应的计算程序。 图1 投资费用S与保冷层δ之间的关系 3、计算实例 由码头至太仓LPG低温储存库的一条LPG低温管道，管径d＝0.4 m，管道长度l＝2 900 m，LPG流速V y＝2.21 m/s，管道起始温度t r＝－44 ℃，限定管道末端温度t h＝－43.0 ℃。应用所编制的程序进行了计算，得到的计算结果为：保冷层的厚度δ＝0.096 m，与实际保冷层厚度(d＝0.1 m)计算结果相吻合。 根据以上分析，针对低温LPG管道的数学模型编制了计算程序，并对太仓LPG管道进行了验证计算，得到的结果和实际设计结果相吻合。因此，可以得出结论，该数学模型可以用于相应条件下低温管道保冷层厚度的计算。 另外，该数学模型适用于限定的低温管道末端温度的计算。当无限定时，根据管输LPG的条件，输送温度下的压力不能低于液化石油气的饱和蒸气压。对于短距离LPG管道,一般不设制冷系统。 一、蒸汽管道保温厚度计算 计算的已知条件 管道直径：219mm，管道长度：100m 管道内介质温度：t0=400℃和150 ℃ 环境温度：平均温度t a=25℃保温表面温度：t s=45℃（温差20℃） CAS铝镁质保温隔热材料的导热方程：+，导热系数修正系数 复合硅酸盐保温材料的导热方程：+，导热系数修正系数 120kg/m3管壳的导热方程：+ tcp，导热系数修正系数 注：复合硅酸盐、岩棉管壳的导热方程摘自《保温绝热材料及其制品的生产工艺与质量检验标准规范实用手册》。 1、介质温度为400℃，表面温度为45℃，温差为20℃，材料保温厚度计算 CAS铝镁质保温隔热材料（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数 λ=｛+×（400+45）÷2｝×= < 复合硅酸盐保温隔热材料（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数 λ=｛+×（400+45）÷2｝×= 岩棉管壳（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数 λ=｛+×（400+45）÷2｝×= 温差为20℃，室内管道表面换热系数 as=++=㎡.k a、用CAS铝镁质保温隔热材料保温 D1ln(D1/D)=2λ(t0-t s)/ 保温层厚度的计算与校核 1 已知条件 保温棉内侧对流换热系数h1=70w/(m2·k)，温度分别为0℃、-60℃、-138℃。铝片的厚度∝1为5mm，传热系数λ1=236w/(m2·k)。保温棉的传热系数λ2=0.022 w/(m2·k)。保温棉外侧的空气温度为35℃，其表面温度查空气焓湿图，取35℃、65%相对湿度情况下的露点温度。保温棉外侧的对流换热系数h2=8 w/(m2·k)。 2 保温棉厚度计算 2.1 露点温度 空气温度T a=35℃，相对湿度为65%时，查空气焓湿图得到露点温度T d=27.57℃。2.2最大允许冷损失量的计算 根据《工业设备及管道绝热工程设计规范（GB50264-97）》，最大允许冷损失量应按以下公式进行计算： 当T a-T d≤4.5时： [Q]=-(T a-T d)αs; 当T a-T d >4.5时： [Q]=-4.5αs 其中αs绝热层外表面向周围环境的放热系数。 T a-T d=（35-27.57）℃=7.43℃，故最大允许冷损失量 [Q]=-4.5αs=-4.5×8=-36w。 2.3 保温棉厚度的计算 由传热公式知： [Q]= (T i-T a)/ (1 ?1+∝1 λ1 +∝2 λ2 +1 ?2 ) 其中∝2为保温层的厚度。 由此得到∝2=λ2×（T i?T a Q ?1 ?1 ?1 ?2 ?∝1 λ1 ） 1 保温层内侧温度为0℃时 保温层厚度∝2= λ2×T i?T a Q ?1 ?1 ?1 ?2 ?∝1 λ1 =0.022×0?35 ?36 ?1 70 ?1 8 ?0.005 236 =0.018m 2 保温层内侧温度为-60℃时 保温层厚度∝2= λ2×T i?T a Q ?1 ?1 ?1 ?2 ?∝1 λ1 =0.022×?60?35 ?36 ?1 70 ?1 8 ?0.005 236 =0.054m 3 保温层内侧温度为-138℃时 保温层厚度∝2= λ2×T i?T a Q ?1 ?1 ?1 ?2 ?∝1 λ1 =0.022×?138?35 ?36 ?1 70 ?1 8 ?0.005 236 =0.103m 3 保温层厚度的校核 设保温层外侧表面的温度为T f 1 保温层内侧温度为0℃时 取保温层厚度∝2=0.025m 传热量[Q] = (T i-T a)/ (1 ?1+∝1 λ1 +∝2 λ2 +1 ?2 )= (0-35)/ (1 70 +0.005 236 +0.025 0.022 +1 8 )=-27.44w T f=T a+Q ?2=35?27.44 8 =31.57℃>T d=27.57℃故符合要求。 保温层厚度计算(2021新版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0646 保温层厚度计算(2021新版) 保温层厚度计算有A种方法，选择介绍四种方法：经济厚度法；直埋管道保温热力法；多层绝热层法；允许降温法。将计算结果经对比分析后选定厚度。 1．保温层经济厚度法 (1)厚度公式 式中δ——保温层厚度，m； Do ——保温层外径，m； Di ——保温层内径，取0．125m； A1 ——单位换算系数，A1 =1．9×10-3 ； λ——保温材料制品导热系数，取0．028W／(m·℃)； τ——年运行时间，取5840h； fn ——热价，现取7元／106kJ； t——设备及管道外壁温度，不计玻璃钢管酌保温性能，取介质温度55℃； ta ——保温结构周围环境的空气温度，取极端土壤地温5℃； Pi ——保温结构单位造价， Pl ——保温层单位造价，硬质聚氨酯泡沫塑料造价1700元／m3 ； P2 ——保护层单位造价，玻璃钢保护层取135元／m2 ； S——保温工程投资贷款年分摊率，按复利率计息， n——计算年限，取15年； i——年利率(复利率)，取7％； a——保温层外表向外散热系数，取11．63W／(cm2 ·℃)。 用试差法，经计算δ=22．5mm。 (2)管道保温层表面散热损失 式中q——单位表面散热损失，W／m。经计算q=42．2W／m，满足国标GB4272—84《设备及管道保温技术通则》要求。 (3)温降计算 式中△t ——卑位长度温降，℃／km； Q——流量，kg／h； 保温保冷厚度计算举例 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H- 一、蒸汽管道保温厚度计算 计算的已知条件 管道直径：219mm，管道长度：100m管道内介质温度：t0=400℃和150 ℃ 环境温度：平均温度t a=25℃保温表面温度：t s=45℃（温差20℃） CAS铝镁质保温隔热材料的导热方程：0.038+0.00015tcp，导热系数修正系数1.2 复合硅酸盐保温材料的导热方程：0.038+0.00018tcp，导热系数修正系数1.8 120kg/m3管壳的导热方程：0.048+0.00021tcp，导热系数修正系数1.8 注：复合硅酸盐、岩棉管壳的导热方程摘自《保温绝热材料及其制品的生产工艺与质量检验标准规范实用手册》。 1、介质温度为400℃，表面温度为45℃，温差为20℃，材料保温厚度计算 CAS铝镁质保温隔热材料（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数 λ=｛0.038+0.00015×（400+45）÷2｝×1.2=0.0857 复合硅酸盐保温隔热材料（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数 λ=｛0.038+0.00018×（400+45）÷2｝×1.8=0.1405 岩棉管壳（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数 λ=｛0.048+0.00021×（400+45）÷2｝×1.8=0.1705 温差为20℃，室内管道表面换热系数 as=5.0+3.4+1.27=9.67w/㎡.k a、用CAS铝镁质保温隔热材料保温 D 1ln(D 1 /D)=2λ(t -t s )/ 保温层“经济厚度法”计算公式中有关参数的取用 幺莉，黄素逸 (华中科技大学，湖北武汉430074) 摘要着重介绍了采用保温层“经济厚度法”的计算公式中有关参数的取用和分析，为热力设备和管道保温结构的工程设计，提供一定的参考。 关键词热力设备保温层经济厚度 1前言 保温层“经济厚度”的计算方法，不但考虑了传热基本原理，而且考虑了保温材料的投资费用、能源价格、贷款利率、导热系数等经济因素对保温层厚度的影响。因此，在火力发电厂的设计过程中，通常采用“经济厚度法”对热力设备 和管道的保温层厚度进行计算。 对于火力发电厂的热力设备和管道，可分为平壁和管道两种物理模型。当管道和设备的外径大于1020mm时，可按平壁的公式，来计算保温层厚度。 平壁和管道的保温层经济厚度计算公式如下所示： 式中，δ：保温层的经济厚度，m；P h：热价，元/GJ；λ：保温材料的导热系数，W/(m·K)；h：年运行小时数，h；t：设备和管道的外表面温度，℃；ta：环境温度，℃；P i：保温材料单位造价，元/m3；S：保温工程投资贷款年分摊率；α：保温层外表面向大气的放热系数，W/(m2·K)；d o：保温层外径,m; d i： 保温层内径，m。 由以上列出的保温层“经济厚度法”计算公式可以看出，公式中涉及的参数较多。在保温计算时，这些参数的取值直接会影响到保温层厚度的计算结果。所以，针对不同工程的实际情况，选取适当的参数，对计算结果的精度至关重要。 以下着重对计算公式中的各参数的取值进行讨论和分析。 2参数的取用和分析 2.1设备和管道的外表面温度t 对于无内衬的金属设备和管道，其外表面温度应取介质的设计温度或最高温度；对于有内衬的金属设备和管道，应按有保温层存在进行传热计算确定其外表 面温度。 2.2环境温度t a 保温工程的环境温度，实际上是一个变数，但通常情况下，如果载热介质的温度高而且稳定，环境温度的变化对计算温差的影响有限。因此，一般把工业保温的传热过程视为稳定传热，环境温度通常取用其年平均值来代表，并分为室内、 空调系统保温材料及保温厚度计算 1. 保温的类型： 保热：热水系统，蒸汽管道等； 保冷：新风系统风管，冷冻水供回水管等； 2. 需保温的场合： 不保温，冷、热损耗大，且不经济时； 由于冷、热损失，使介质温度达不到要求温度，因而不能保证室内参数时； 当管道穿过室内参数要求严格的空调房间，而管道散出的冷热量对室内参数影响不利时； 管道的冷表面可能结露时。 3. 空调系统常用保温材料： 岩棉 离心玻璃棉 橡塑海绵 阻燃聚乙烯泡沫塑料 硬质聚氨酯泡沫塑料 4. 标准中对空调保温厚度的规定： 设备及管道保温技术通则 上海市公共建筑节能设计标准 ASHARE 90.1-1999 5. 保温厚度的算法： 保冷厚度一般大于保热厚度，具保冷效果对空调系统影响较大，因而一般在设计中，按照保冷的厚度计算； 按防结露厚度计算 防结露是指要求保温后管道、设备表面湿度应大于保温层外的空气露点温度，保证绝大多数时间不结露，这也是空调系统保温的基本要求。 矩形设备、管道： 圆形管道： 按经济厚度计算 经济厚度是指保温后，全年的冷或热损失价值与保温投资的年折算价值之和为最小的保温材料厚度。 矩形设备、管道： 圆形管道： 其中： ——保温层厚度，m； ——保温材料导热系数，w/m-k； ——保温材料外表面换热系数，w/m2-k，一般取8.14； ——保温层外空气露点温度，℃； ——管内流体温度，℃； ——保温层外空气温度，℃； ——保温前管道外径，m； ——计算年限，取12年； ——单位换算系数，； ——全年输送冷媒的小时数，h； ——冷价，元/106kJ； ——保温层单位造价，元/m3； ——保温工程投资贷款分摊率，%，按复利计息，取0.15； 一、 聚丙烯PP 外壁热损计算： 采用设备上一个筒形作为研究对象。 根据保温层厚度计算公式： 5 .175.135.12.114.3q d w τλδ= （1－1） 式中： δ————保温层厚度，4.6mm; w d ————管道或圆柱设备的外径，此处为水柱外径，40.8mm; λ————保温层的热导率，0.33kJ/(h.m. ℃); τ———未保温的管道或圆柱设备外表面温度，60℃; q —————保温后的允许热损失，kJ/(h.m.); 所以δτλ75.135.12.15.114.3w d q Q == （1－2） ==67.0Q q (δ τ λ75.135.12.114.3w d )0.67 （1－3） 得出：聚丙烯外壁的热损值为：681.152 kJ/(h.m.) 二、聚丙烯外层的表面温度的确定按下式计算 πλ2ln 12 11d d q t t w - = （1－4） 式中：q ———聚丙烯层保温热损失，kJ/(h m.)；. λ———聚丙烯的热导率，kJ/(h.m. ℃); 1w t ———聚丙烯层外表面温度，℃； 1t ———聚丙烯层内表面温度，℃； 2d ———聚丙烯保温层外径，mm; 1d ———聚丙烯保温层内径，mm; 聚苯乙烯内表面温度即为聚丙烯保温层外表面温度。得出聚丙烯层外温度为：52.72℃ 三、聚苯乙烯保温层计算过程如下： 通过式（1－3）计算外层聚苯乙烯保温层的厚度为： 5 .175.135.12.114.3q d w τλδ= 式中： δ————聚苯乙烯保温层厚度， mm; w d ————管道或圆柱设备的外径，40.8mm; λ————保温层的热导率，0.1476kJ/(h.m. ℃); τ———未保温的管道或圆柱设备外表面温度，52.72℃; q —————保温后的允许热损失，104.7kJ/(h.m.); 计算得： 聚苯乙烯保温层厚度为：24.97mm 。 同理： 聚乙烯保温层计算同上。厚度为：30.03 mm 。 风管保温层要工程量计算方 法 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March 风管保温层要工程量计算方法 1、矩形按矩形单边长度加一个保暖厚度作为边长计算； 2、圆形按园半径加一个保温厚度作为半径； 3、其中：保温厚度=设计要求的保温厚度+规范规定的允许超厚系数%（即保温厚度*）。 4、通风空调风管橡塑板保温体积计算公式： （1）矩形风管=（长+宽+保温厚度*）*2*长度*保温厚度* （2）圆形风管=（直径+保温厚度**2）**长度*保温厚度* 5、通风空调风管橡塑板保温面积计算公式： （1）矩形风管=（长+宽+保温厚度*）*2*长度=保温面积 （2）圆形风管=（直径+保温厚度**2）**长度=保温面积 6、风管保温层厚度计算方法 1、可以用风管面积乘以一个系数来确定，系数一般取15%左右，视风管大小、施工方法确定。 2、公式：(a+b+4d)*2*L（a、b分别为风管长宽、L为风管长度） 3、公式这样算出来还是要乘以一个损耗及包法兰边的系数 4、直接用风管面积乘以15%左右最方便，也比较准确。（参考方法） 如果你自己弄不明白，或没时间计算，建议找代算，根据情况不同，费用不等。 套定额 套用保温定额中有关于风管保温的定额 一、其他方法 1、你可以搜索下小蚂蚁算量，能做工程量计算、预算，高质、高效 2、你可以在网上搜下预算造价单位，有一些单位做的比较好 3、你可以去第三方平台委托别人做，平台上注意防骗，你可以找单位、也可以找个人来做。 二、注意点 1、计算工程量应按照工程所在地的定额或规定标准计算； 2、工程量计算熟悉定额、规定是基础； 3、计算工程量前看清楚图纸是前提，应注意小的注释，以免看漏看错是计算结果出现错误； 4、工程量计算原则上是不允许错误的，希望不要抱侥幸态度去计算工程量。 保温层厚度计 保温层厚度计算有 A 种方法，选择介绍四种方法：经济厚度法；直埋管道保温热力法；多层绝热层法；允许降温法。将计算结果经对比分析后选定厚度。 1．保温层经济厚度法 (1)厚度公式 式中S ――呆温层厚度，m ； Do 保温层外径，m ； Di ――保温层内径，取 0. 125m; T运行时间，取 5840h ; fn --- 热价，现取 7元/ 106kJ； t――设备及管道外壁温度，不计玻璃钢管酌保温性能，取介质温度 55C；ta ――保温结构周围环境的空气温度，取极端土壤地温5C； Pi --- 保温结构单位造价, Pl --- 保温层单位造价，硬质聚氨酯泡沫塑料造价1700元/ m3; P2 --- 保护层单位造价，玻璃钢保护层取135元/ m2 ; S――保温工程投资贷款年分摊率，按复利率计息, n ——计算年限，取 15 年； i――年利率(复利率)，取7%； a――保温层外表向外散热系数，取11. 63W/ (cm2 -°C ) 用试差法，经计算S =22 5mm (2)管道保温层表面散热损失 式中q――单位表面散热损失，W/ m。经计算q=42 . 2W/ m，满足国标 GB4272—84《设备及管道保温技术通则》要求。 (3)温降计算 式中△ t――卑位长度温降，C/ km ; Q 流量，kg / h ； cp --- 比热容，W-h/(kg °C )； L 管长，km △ t=0 . 15 C/ km,满足建设方提岀的温降要求。 (4)保温结构外表面温度 式中ts――保温层外表面温度，c 经计算ts=9 . 44 C 空调系统保温材料及保温厚度计算 晨怡热管2008-4-20 20:03:18 1. 保温的类型： 保热：热水系统，蒸汽管道等； 保冷：新风系统风管，冷冻水供回水管等； 2. 需保温的场合： 不保温，冷、热损耗大，且不经济时； 由于冷、热损失，使介质温度达不到要求温度，因而不能保证室内参数时； 当管道穿过室内参数要求严格的空调房间，而管道散出的冷热量对室内参数影响不利时；管道的冷表面可能结露时。 3. 空调系统常用保温材料： 岩棉 离心玻璃棉 橡塑海绵 阻燃聚乙烯泡沫塑料 硬质聚氨酯泡沫塑料 阻燃聚乙烯 泡沫塑料 220.0310.054x10-11离火自息900损害环境 硬质聚氨酯泡沫塑料330.0180.8 2.2x10-7 可燃，加 阻燃剂后 离火2s 内自息 2500 损害环境 抗老化性 能差 4. 标准中对空调保温厚度的规定： 设备及管道保温技术通则 上海市公共建筑节能设计标准 ASHARE 90.1-1999 5. 保温厚度的算法： 保冷厚度一般大于保热厚度，具保冷效果对空调系统影响较大，因而一般在设计中，按照保冷的厚度计算； 按防结露厚度计算 防结露是指要求保温后管道、设备表面湿度应大于保温层外的空气露点温度，保证绝大多数时间不结露，这也是空调系统保温的基本要求。 矩形设备、管道： 圆形管道： 按经济厚度计算 经济厚度是指保温后，全年的冷或热损失价值与保温投资的年折算价值之和为最小的保温材料厚度。 矩形风管： 圆形管道： 其中： ——保温层厚度，m； ——保温材料导热系数，w/m-k； ——保温材料外表面换热系数，w/m2-k，一般取8.14；——保温层外空气露点温度，℃； ——管内流体温度，℃； ——保温层外空气温度，℃； ——保温前管道外径，m； ——计算年限，取12年； ——单位换算系数，； ——全年输送冷媒的小时数，h； ——冷价，元/106kJ； ——保温层单位造价，元/m3； ——保温工程投资贷款分摊率，%，按复利计息，取0.15； 6. 保温厚度推荐值： 保温工程量计算公式 所属分类：数据/知识/短文-> 工程造价-> 基本知识 点击:5385 一、除锈、刷油工程： 1. 设备筒体、管道表面积计算公式：S=π×D×L（1） 式中：π——圆周率 D——设备或管道直径 L——设备筒体高或管道延长米。 2. 计算设备筒体、管道表面积时各种管件、法门、人孔、管口凹凸部分，不再另行计算。 二、防腐蚀工程： 1. 设备筒体、管道表面积式同（1） 2. 阀门、弯头、法兰表面积计算公式： （1）阀门表面积：S=π×D×2.5D×K×N 式中：D——直径 K——1.05 N——阀门个数 （2）弯头表面积： S=π×D×1.5D×K×2π×N/B 式中：D——直径 K——1.05 N——弯头个数 B值取定为：90°弯头B=4，45°弯头B=8。 （3）法兰表面积： S=π×D×1.5D×K×N 式中：D——直径 K——1.05 N——法兰个数 3. 设备和管道法兰翻边防腐蚀工程量计算式： S=π×（D+A）×A 式中：D——直径 A——法兰翻边宽。 二、绝热工程量： 1 .设备筒体或管道绝热、防潮和保护层计算公式： V=π×（D+1.033δ）×1.033δ×L（2） S=π×（D+2.1δ+0.0082）×L （3） 式中：D——直径 1.033， 2.1——调整系数 δ——绝热层厚度 L——设备筒体或管道长 0.0082——捆扎线直径或钢带厚。 2.伴热管道绝热工程量计算式： （1）单管伴热或双管伴热（管径相同，夹角小于90°时）。 K=D1+D2 +（10~20㎜） 式中：K——伴热管道综合值 D1——主管道直径 D2——伴热管道直径 （10~20㎜）——主管道与伴热管道之间的间隙。 1.保温的类型： 保热：热水系统，蒸汽管道等； 保冷：新风系统风管，冷冻水供回水管等； 2.需保温的场合： 1、不保温，冷、热损耗大，且不经济时； 2、由于冷、热损失，使介质温度达不到要求温度，因而不能保证室内参数时； 3、当管道穿过室内参数要求严格的空调房间，而管道散出的冷热量对室内参数影响不利时； 4、管道的冷表面可能结露时。 3.景瑞空调系统常用保温材料： 岩棉 离心玻璃棉 橡塑海绵 阻燃聚乙烯泡沫塑料 硬质聚氨酯泡沫塑料 4.标准中对空调保温厚度的规定： 设备及管道保温技术通则 上海市公共建筑节能设计标准 ASHARE 90.1-1999 5.保温厚度的算法： 保冷厚度一般大于保热厚度，具保冷效果对空调系统影响较大，因而一般在设计中，按照保冷的厚度计算； 按防结露厚度计算 防结露是指要求保温后管道、设备表面湿度应大于保温层外的空气露点温度，保证绝大多数时间不结露，这也是空调系统保温的基本要求。 矩形设备、管道： 圆形管道： 按经济厚度计算 经济厚度是指保温后，全年的冷或热损失价值与保温投资的年折算价值之和为最小的保温材料厚度。 矩形设备、管道： 圆形管道： 其中： ——保温层厚度，m； ——保温材料导热系数，w/m-k； ——保温材料外表面换热系数，w/m2-k，一般取8.14； ——保温层外空气露点温度，℃； ——管内流体温度，℃； ——保温层外空气温度，℃； ——保温前管道外径，m； ——计算年限，取12年； ——单位换算系数， ； ——全年输送冷媒的小时数，h； ——冷价，元/106kJ； ——保温层单位造价，元/m3； 保温层的厚度怎么计算 我有个内蒙古的项目，冰冻线为2米，排水管是浅埋的，需要保温。保温材料采用PU硬泡， 但是保温材层需要多厚阿。保温层的厚度由什么决定，有计算的公式吗，怎么计算？内蒙的 最低温度大概是零下三四十度。有哪位有这方面的经验的，请帮帮忙阿 保温计算 1蒸汽直埋保温管的蒸汽温度，℃，蒸汽压力，MPa； 2土壤导热系数，W/m.K； 3管中心平均埋深，m； 4最热月地表面平均温度，℃； 5保温结构采用: “钢套钢—外滑动（滚动型）—空气层”； 6钢外套管的外壁温度≤50℃； 7管道沿程平均热损失≤200W/m； 8保温管寿命≥20年（正常使用）。 一个完整的热工管道和热工设备的绝热结构，通常包括：（1）防腐层；（2）滑动层（可与腐层并用）；（3）绝热层；（4）防水防潮层；（5）外保护层（也可以兼作防水防潮层）。由于热水系统所用的管道都已经经过防腐处理，所以绝热设计的任务主要是绝热层、防水防 潮层和外保护层的设计。 9 绝热层的设计 9.1 材料导热系数 导热系数λ，单位W/(m·℃)，是表证物质导热能力的热物理参数，在数值上等于单位导热面积、单位温度梯度，在单位时间内的导热量。数值越大，导热能力越强，数值越小，绝热性能越好。该参数的大小，主要取决于传热介质的成分和结构，同时还与温度、湿度、压力、密度、以及热流的方向有关。成分相同的材料，导热系数不一定相同，即便是已经成型的同一种保温材料制品，其导热系数也会因为使用的具体系统、具体环境不同而有所差异。 为了计算的方便，本文根据相关的部门标准和国标的相关规定来选择材料的导热系数作 为设计的标准。 9.1.1 硬质聚氨脂泡沫塑料 硬质聚氨脂泡沫塑料是用聚醚与多异氰酸脂为主要原料，再加入阻燃剂、稳泡剂和发泡剂等，经混合搅拌、化学反应而成的一种微孔发泡体，其导热系数一般在0.016～ 0.055W/(m·℃)。使用温度-100～100℃。 按照原石油部部颁标准（SYJ18-1986），对于设备及管道用的硬质聚氨脂塑料泡沫的基 本要求如表1： 9.1.2 聚苯乙烯泡沫塑料 聚苯乙烯泡沫塑料简称EPS，是以苯乙烯为主要原料，经发泡剂发泡而成的一种内部有无数密封微孔的材料。聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数在0.033～0.044 W/(m·℃)，安全使 空调系统管道防结露保冷厚度计算与分析 摘要：本文针对空调系统工程设计中空调系统管道防结露保冷厚度的选取依赖 既有经验或图集，不能满足复杂工程中实际需求的现状，采用经典的一维圆筒壁 稳态传热模型，结合数值方法形成了空调系统管道防结露保冷厚度的实用计算方法，并对计算结果进行了分析和探讨，为工程计算和软件编程提供了理论依据。 关键词：空调系统，保冷厚度，防结露 0、引言 在空调系统工程设计中，管道保冷主要通过包覆绝热材料的方式实现，绝热 材料的厚度通常由3个因素决定：防止表面结露，减少管道热损失，满足经济性 要求。管道表面结露会破坏吊顶或房间结构，影响美观，带来卫生问题，同时也 会增加管道冷量耗损。故防止结露是选择管道保冷厚度的最基本的要求。目前， 随着峰谷电价政策的推行，水蓄冷、冰蓄冷空调系统得到大力推广，空调系统冷 冻水温度由常规的7~12℃降低至1~4℃，常规空调系统的保冷厚度已不能适应水 蓄冷、冰蓄冷空调系统或其它低温冷冻水系统；常规空调系统保冷厚度的选取通 常基于常规的环境，对于一些高温高湿的特殊环境需要重新核算；规范手册主要 适用于常用的几种绝热材料，不适用于新型绝热材料。因此，本文采用经典的一 维圆筒壁稳态传热模型，结合数值方法，形成了在工程应用中实用的计算方法， 并对计算结果进行了分析和探讨，为工程计算和软件编程提供理论依据。 1、数学模型 管道传热模型实际上是一种复杂的二维非稳态传热过程，传热过程包括了热 传导、对流换热和辐射换热过程，对流换热又同时包括受迫对流和自然对流方式，如果按照这样的模型来计算求解，过程繁琐且缺乏工程应用的实际意义。因此， 理论上通常采用经典的一维圆筒壁稳态传热模型[1]近似求解。 由于是理想计算模型，在模型建立过程中作了一些必要的假设。该传热模型 中假设各层材料之间是紧密连接的，忽略了材料间的接触热阻。由于空调系统管 道外表面温度接近环境温度，有限的辐射换热量也被省略。完整的保冷管道通常 由三层材料组成，管道壁层、绝热材料层和防水保护材料层。各层材料的厚度和 温度如图1所示。 根据牛顿冷却公式，管道内流体与管道内壁的对流换热量和防水保护材料层 外侧与空气的对流换热量满足： 等式中绝热材料外表面对流换热系数hW根据管道所处的环境而定，它受到 环境介质的流速、温度、导热系数及管道的定型尺寸等影响，可通常采用经验数据、经验公式或通过实验实测得到。对于hW的取值各文献存在一些不一致之处，本文综合各文献的观点，采取分情况计算的方式。当环境条件不易确定，可根据 文献[4]推荐值取。对于环境条件明确且处于强制对流条件下时，可采用外掠圆管 准则关联式[5]，该准则关联式适用于的情况。 图2. 保冷厚度随相对湿度的变化 空调系统保温材料及保温厚度计算 空调系统保温材料及保温厚度计算 1. 保温的类型： 保热：热水系统，蒸汽管道等； 保冷：新风系统风管，冷冻水供回水管等； 2. 需保温的场合： 不保温，冷、热损耗大，且不经济时； 由于冷、热损失，使介质温度达不到要求温度，因而不能保证室内参数时； 当管道穿过室内参数要求严格的空调房间，而管道散出的冷热量对室内参数影响不利时； 管道的冷表面可能结露时。 3. 空调系统常用保温材料： 岩棉 离心玻璃棉 橡塑海绵 阻燃聚乙烯泡沫塑料硬质聚氨酯泡沫塑料 种类 密度 kg/m3 导热系数 w/m-K 吸水率 g/100cm2 透湿系数 g/m2-s-Pa 防火性能 参考价格 元/m2 备注 岩棉100 0.038 83.3 1.3x10-5不燃烧板材600 管壳900 防水防腐性 差 离心玻璃棉48 0.031-0.038 25(%随重 量增加) 4x10-5不燃烧 棉毡750 管壳1250 橡塑海绵87 0.038 0.4 - 阻燃性 FV-0级 11000 燃聚乙烯泡 沫塑料 22 0.031 0.05 4x10-11离火自息900 损害环境 质聚氨酯泡沫塑料33 0.018 0.8 2.2x10-7 可燃，加阻燃 剂后离火2s 内自息 2500 损害环境 抗老化性能 4. 标准中对空调保温厚度的规定： 设备及管道保温技术通则 上海市公共建筑节能设计标准 ASHARE 90.1-1999 5. 保温厚度的算法： 保冷厚度一般大于保热厚度，具保冷效果对空调系统影响较大，因而一般在设计中，按照保冷的厚度计算； 按防结露厚度计算 防结露是指要求保温后管道、设备表面湿度应大于保温层外的空气露点温度，保证绝大多数时间不结露，这也是空调系统保温的基本要求。 矩形设备、管道： 圆形管道： 按经济厚度计算 经济厚度是指保温后，全年的冷或热损失价值与保温投资的年折算价值之和为最小的保温材料厚度。 矩形设备、管道： 圆形管道： 其中： 最佳保温层厚度的计算（再取个名字） 一、 摘要 通过对热传导和保温隔热材料性能的研究，根据题意，建立了解决保温层材料和厚度的计算模型。 针对第一个问题（即珍珠岩的厚度应为多少），我们建立模型一。利用傅立叶定律列出方程，通过室温与屋顶内表面有温差和对散热过程、感热过程的分析，给出两个不等式，通过对不等式的求解，得出珍珠岩保温层的厚度范围5δ≥0.533893cm 且5δ≥10.3713cm ，由于保温层材料已给定是珍珠岩，单价为定值，所以用料最省就最经济，又由于保温层要同时考虑保温和隔热两种效果，还要用料最省，故珍珠岩保温层的厚度选择为10.3713cm ，约为10.4cm ，通过资料查证，保温层珍珠岩的厚度在7cm 到20cm 之间，所以在忽略误差的情况下，通过模型一对珍珠岩保温层的计算得出的结果是正确的。 针对第二个问题（即如果更换保温层成其他保温材料，哪种好？并求其厚度。），我们建立模型二。在保温层用一种材料替代的情况下，利用0，1规划，列出关系式，目标函数设为保温层费用的求解函数，由于热阻大的材料保温隔热的效果好，所以在限制条件中，替代材料的热阻要大于等于珍珠岩的热阻，在目标函数中未知变量为所选保温隔热材料的厚度和单价，厚度又由导热系数导出，通过编译程序代入所有已知材料的种类数，并依次输入它们对应的导热系数和对应的单价，即算出最优材料及其对应的厚度和价钱，输出的结果为 。 本文的特色在于两个模型用了两种不同的计算方法，模型一思路清晰，运行简单，但只能计算已知保温隔热材料的厚度，并不是判断最优材料和计算厚度的通式，模型二利用0，1规划，建立了判断最经济材料和计算其厚度的通式，运行简便，无论是思路还是使用范围都优于模型一，模型二可为模型一求解，模型一可为模型二检验。 (最后一个问题不知道是否可行，你检验一下程序二。) 关键词：保温隔热材料，热阻，导热系数，温度差，外围结构 （一）工程量计算公式 1、除锈、刷油工程。 (1)设备筒体、管道表面积计算公式： S＝π×D×L 式中π——圆周率； D——设备或管道直径； L——设备筒体高或管道延长米。 (2)计算设备筒体、管道表面积时已包括各种管件、阀门、法兰、人孔、管口凹凸部分，不再另外计算。 2、防腐蚀工程。 (1)设备筒体、管道表面积计算公式同(1)。 (2)阀门表面积计算式：(图一) S＝π×D××K×N 图一 式中D——直径； K——； N——阀门个数。 (3)弯头表面积计算式：(图二) 图二 S＝π×D××K×2π×N／B 式中D——直径； K——； N——弯头个数； B值取定为:90°弯头B＝4；45°弯头B＝8。 (4)法兰表面积计算式：(图三) S＝π×D××K×N 图三 式中D——直径； K——； N——法兰个数。 (5)设备和管道法兰翻边防腐蚀工程量计算式：(图四) 图4 S＝π×(D＋A)×A 式中D——直径； A——法兰翻边宽。 (6)带封头的设备防腐(或刷油)工程量计算式：(图五) 图五 S＝L×π×D+(D[]22)×π××N 式中N——封头个数； ——系数值。 3、绝热工程量。 (1)设备筒体或管道绝热、防潮和保护层计算公式： V＝π×(D＋δ)×δ S＝π×(D＋δ＋×L图五 式中D——直径 、——调整系数； δ——绝热层厚度； L——设备筒体或管道长； ——捆扎线直径或钢带厚。 (2)伴热管道绝热工程量计算式： ①单管伴热或双管伴热(管径相同，夹角小于90°时)。 D′＝D1＋D2 ＋(10～20mm) 式中D′——伴热管道综合值； D1 ——主管道直径； D2 ——伴热管道直径； (10～20mm)——主管道与伴热管道之间的间隙。 ②双管伴热(管径相同，夹角大于90°时)。 D′＝D1＋＋(10～20mm) ③双管伴热(管径不同，夹角小于90°时)。 D′＝D1 ＋D伴大＋(10～20mm) 式中D′——伴热管道综合值； D1 ——主管道直径。 将上述D′计算结果分别代入相应公式计算出伴热管道的绝热层、防潮层和保护层工程量。 (3)设备封头绝热、防潮和保护层工程量计算式。 V＝\[(D＋δ)／2\]2 π×δ××N S＝\[(D＋δ)／2\]2 ×π××N (4)阀门绝热、防潮和保护层计算公式。 V＝π(D＋δ)××δ××N 保温层厚度的计算 (1)保温层厚度的计算公式 δ=3.14dwl.2λ1.35tl.75／ql.5 (式1) δ——保温层厚度(mm)； dw——管道的外径(mm)： λ一一保温层的导热系数(KJ／h·m·℃)； t一一未保温的管道的外表面的温度(℃)： q一一保温后的允许热损失(KJ／m·h)。 (2)允许热损 根据建设部2003年颁布的《全国民用建筑工程设计技术措施·给水排水》中的规定选取（若要用到这本书里的数据可向我要，我已经下载下来了） 3)参数确定 公称管径为：2 0、40、5 0的管道(钢)其外径分别为33.5mm、48mm、60mm 保温层的导热系数λ：1.1中已经确定，未保温的管道的外表面的温度t：由于钢的导热系数很大，管道壁又薄，所以可以认为管道的外表面的温度和流体的温度相等(误差不超过0．2℃) (4)根据式——1计算的保温层厚度如表4： 3．结果验证和实际热损 (1)模型的建立 如图所示是包裹着保温材料的管道的横截面。设管道中的热水温度为t1，管道内壁的温度是t 2，管道和保温材料接触处的温度为t3，保温材料外表面的温度为t4，管道所处空间的温度为t5：设管道的内径是r1外径是r2，保温材料的外径是r3。 设管道材料的数为λ2，管内热水和管导热系数为λ1，保温材料导热系外空气与管壁间的对流换热系数分别a1、a2。 由传热学公式可知，热水通过管道壁和保温层传热给空气的过程总热阻为 R=1／(2a1πr1)+(1nr2/r1)／2πλ1+(1nr3／r2)／2πλ2+l／2a2πr3 =R1十R2+R3+R4 (式2) 式中： R1——管内对流换热热阻，R1=1／(2a1πr1); R2——管壁导热热阻，R2=(1nr2／r1)／2πλ1; R3——保温层导热热阻，R3=(1nr3/r2)／2πλ2; R4——保温层外对流换热热阻，R4=1／2a3πr3. q=(t1－t5)／(Rl+R2+R3+R4) (式3) 由于所计算的管道材料为铸铁、钢或者铜，其导热系数都很大，而且管道壁的厚度很小，所以其热阻可以忽略，认为其外壁温度和其中热水的温度相等；同时，为了计算的简便可以将R4忽略，这样得出的结果将比实际的值偏大，但若在偏大的情况下能满足表——3的要求，则精确的结果肯定也能满足。 所以 q≈(tl－t5)／R3=(tl-t5)／(1nr3／r2)／2πλ2 (式4) (2)分区 在采用同一种保温材料并且厚度也相同的条件下，如果环境的温度不相同，管道的热损是不一样的。为了验证所选用的保温层是否符合使用要求，现根据一月份(全年温度最低的月份)的平均气温的高低把全国划分为五个区。 1月份平均气温不低于1 0℃的(A区)： 设备与管道最小保温保冷厚度及冷凝水管防结露厚度选用表 K.0.1空调设备与管道保温厚度可按表K.0.1-1～表K.0.1-3选用。 表K.0.1-1热管道柔性泡沫橡塑经济绝热厚度（热价85元/GJ） 表K.0.1-2热管道离心玻璃棉经济绝热厚度道（热价35元/GJ） 续表K.0.1-2 表K.0.1-3热管道离心玻璃棉经济绝热厚度道（热价85元/GJ） 注：管道与设备保温制表条件： 1 全部按经济厚度计算，还贷6年，利息10％，使用期按120天，2880小时。热价35元/GJ相当于城市供热；热价85元/GJ相当于天然气供热。 2 导热系数λ：柔性泡沫橡塑λ=0.034+0.00013t m；离心玻璃λ=0.031+0.00017t m。 3 适用于室内环境温度20℃，风速0m/s；室外温度为0℃，风速3m/s。 4 设备保温度可按最大口径管道的保温厚度再增加5mm。 δ为环境温度0℃时的查表厚度，T。为管内 5 当室外温度非0℃时，实际采用的厚度。其中 介质温度（℃），T w为实际使用期平均环境温度（℃）。 K.0.2 室内机房内空调设备与管道保冷厚度可按表K.0.2-1～表K.0.2-2中给出的厚度选用。 表K.0.2-1室内机房冷水管道最小绝热层厚度（mm） （介质温度≥5℃） 表K.0.2-1室内机房冷水管道最小绝热层厚度（mm） （介质温度≥-10℃） 注：管道与设备保冷制表条件： 1 均采用经济厚度和防结露要求确定的绝热层厚度。冷价按75元/GJ；还贷6年，利息10％，使用期按120天，2880小时。 2 Ⅰ区系指较干燥地区，室内机房环境温度不高于31℃、相对湿度不大于75％；Ⅱ区系指较潮湿地区，室内机房环境温度不高于33℃、相对湿度不大于80％；各城市或地区可对照使用。 3 导热系数λ：柔性泡沫橡塑λ=0.034+0.00013t m；离心玻璃λ=0.031+0.00017t m；聚氨酯发泡λ =0.0275+0.00009t m。 4 蓄冰设备保冷厚度应按最大口径管道的保冷厚度再增加5mm~10mm。 K.0.3 室外空调设备管道发泡橡塑和硬质聚氨酯泡塑保冷层防结露厚度可按下述方法确定： 1 根据工程所在地的夏季空调室外计算干球温度、最热月平均相对湿度和管道内冷介质的温度，查表 文件编号：TP-AR-L8384 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 保温层厚度计算(正式版) 保温层厚度计算(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 保温层厚度计算有A种方法，选择介绍四种方 法：经济厚度法；直埋管道保温热力法；多层绝热层 法；允许降温法。将计算结果经对比分析后选定厚 度。 1．保温层经济厚度法 (1)厚度公式 式中δ——保温层厚度，m； Do——保温层外径，m； Di——保温层内径，取0．125m； A1——单位换算系数，A1=1．9×10-3 ； λ——保温材料制品导热系数，取0．028 W ／(m·℃)； τ——年运行时间，取5840h； fn——热价，现取7元／106kJ； t——设备及管道外壁温度，不计玻璃钢管酌保温性能，取介质温度55℃； ta——保温结构周围环境的空气温度，取极端土壤地温5℃； Pi——保温结构单位造价， 保温层厚度计算 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. 编订：___________________ 审核：___________________ 单位：___________________ 文件编号：KG-A0-3696-80 保温层厚度计算 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行 具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 保温层厚度计算有A种方法，选择介绍四种方法: 经济厚度法；直埋管道保温热力法；多层绝热层法；允许降温法。将计算结果经对比分析后选定厚度。 1?保温层经济厚度法 (1)厚度公式 式中5——保温层厚度，m； Do ---- 保温层外径，m； D i 保温层内径，取0. 125m； A1——单位换算系数，A1=? 9X10-3 ■ ， 入保温材料制品导热系数9取0. 028 W / (m ?°C)； T---- 年运行时间，取5840h ； fn ------ 热价，现取7元/ 106kJ ； t——设备及管道外壁温度，不计玻璃钢管酌保温性能，取介质温度55°C； ta——保温结构周围环境的空气温度，取极端土壤地温5°C； Pi——保温结构单位造价， PI——保温层单位造价，硬质聚氨酯泡沫塑料 造价1700元/ m3 ■ J保温保冷厚度计算举例
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