保温层“经济厚度法”计算公式中有关参数的取用
(来源:网站编辑 2024-10-25 02:44)
文章正文
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；Ph：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，℃；Pi：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)；do：保温层外径,m; di：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ta
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、室外、地沟设施、防烫伤等几种情况。
布置在室内的设备和管道，在保温层“经济厚度法”计算中，环境温度ta 均取20℃。布置在室外的保温设备和管道，在保温层“经济厚度法”计算中，环境温度ta根据热力设备和管道运行方式的不同，取值有所不同。对于常年运行的设备和管道，取历年之平均温度的平均值；对于季节性运行的热力设备和管道取历年运行期间日平均温度的平均值；对于用于采暖的设备和管道，则取其所在地区采暖期的平均温度。根据全国部分城市的气象资料，可以取用以下的经验数值。对于常年运行的设备和管道，取值如下：东北地区ta =4℃; 华北地区ta =12℃; 南方地区ta =16℃。
对于采暖期运行的设备和管道，取值如下：东北地区ta = -10℃；华北地区ta =-2℃。
设置在地沟中的管道，环境温度按表1取值。
防烫伤保温计算中，环境温度可取历年最热月的平均温度。
在校核有工艺要求的保温计算中，环境温度ta 应按最不利的条件取值。
2.3保温材料单位造价Pi
保温材料单位造价Pi并不是单纯的指保温材料每立方米出厂价格，而是一项综合指标。包括保温设施所花费的各项费用，如保温材料费用、运输费用、施工费用、施工管理费用和运行维护费用等。通常，在计算保温材料单位造价时有两种方法。
2.3.1保温层与保护层投资都作为保温材料单位造价
对于平壁保温经济厚度公式中的Pi值则为：Pi = Pi 1 Pi 2; 式中：Pi 1：保温层材料单位造价，元/m3）；Pi2：保护层材料单位造价，元/m3
对于管道保温经济厚度公式中的Pi值则为：Pi 
式中，Pi 1：保温层材料单位造价，元/m3；Pi 2：保护层材料单位造价，元/m3。由上式可见，对于不同do值，Pi值是一个变数，保温层厚度小，do值小，则
值大，Pi值亦增大，从而使保温层计算厚度减小，由do=di 2δ,则do值的大小，除了受保温层厚度的影响之外，也受管道直径di的影响，di值小，Pi值增大更显著，保温层计算厚度就更薄，散热损失将会明显增大。
同时Pi也可由下式计算: Pi =P1V P2F。式中，P1:保温材料价格元/m3；P2:保护层价格元/m2；F：保护层面积m2；V：保温材料体积，m3。
2.3.2保温层与保护层的经济性分别考虑
在计算保温层的经济厚度时，只计算保温层材料单位造价，并用一个综合指标来表示保温材料的单位投资费用。这样，Pi值就成为一个不随保温外径do值变化而变更的定值，不仅使分析简化，计算方便，并且使管道保温厚度有所增加，对于节能也是有利的。
2.4保温工程投资贷款年分摊率S
保温工程投资贷款年分摊率是指保温投资费用在其投资回收年限内，每年平均回收费用占整个投资的百分比（%）。分以下三种情况进行计算。
工程项目由财政拨款，投产后企业向国家上缴利润时，其年分摊率计算公式为：
式中，P：保温的年折旧率与维修费率，取P=11%；n：投资偿还年限，一般n=7～10年。
当工程项目采用贷款，投产后企业按单利偿还时，年分摊率计算公式为：
式中，n：投资偿还年限，一般n=7～10年；i：年利率，i=10%。
当工程项目采用贷款，投产后企业按复利偿还时，年分摊率计算公式为：
公式中的投资偿还年限和年利率，应按工程的实际情况确定；在无详细资料时，可按上述推荐值取用。根据最新的资料统计，上述第三种的贷款方式目前在国内最为普遍。对于国外贷款的工程项目，保温工程投资的贷款年分摊率可适当提高。
2.5导热系数
导热系数是保温层厚度计算公式中的一个重要指标，应由生产厂家提供保温材料和制品的导热系数方程，同时应符合《设备及管道保温技术通则》（GB4272-92）中的规定。
影响保温材料导热系数的因素诸多，以下仅以影响保温层“经济厚度法”计算的两个最主要的因素——湿度和温度加以说明。
2.5.1温度
温度是指平均温度tm，即保温层内、外表面温度的平均值，可用tm=1/2(t t0)℃来表示，其中t为设备和管道的外表面温度，即保温层内表面温度，℃；to为保温结构外表面温度，℃。通常保温材料的导热系数随平均温度的变化而变化，是平均温度tm的一次函数，即λ=λ0 b.tm。在工业保温中，由于各种热力设备和管道的外表面温度t差别很大，就会对导热系数λ值带来很大的影响。因此，在经济厚度计算中，必须在求得平均温度tm后，才能确定工作温度下的导热系数计算值。
2.5.2湿度
关于保温材料的湿度问题，通常保温材料及制品的导热系数方程式是在干燥条件下测得的结果，而保温材料一旦受潮，其导热系数就会增大。据有关资料显示，保温材料含湿量增加1%，将会导致其导热系数增大5%。过去普遍认为由于热力设备和管道的载热介质温度高，可以使受潮的保温层在实际运行过程中逐渐干燥，其实不然。通过对实际管道的测试结果表明，即使当介质温度达到535℃的蒸汽管道上仍可能存在潮湿的保温层。因为通过保温层的热传递仅能将受潮的保温材料干燥到100℃的等温线处，而剩下的外层保温层仍然是潮湿的。因此，在热力设备和管道的保温结构施工过程中，应该避免使用受潮的保温材料。对于难以避免的由保护层施工工艺带入的水份和抹面层外露淋雨而使保温层受潮等因素，必须在计算中考虑对导热系数进行修正。在保温层计算过程中，要视实际的环境条件和保温材料吸水能力大小等因素来确定导热系数修正系数，通常取1.2～1.7。
2.6热价Ph
热价指产生热能的价格，即生产单位热能所需的费用，单位为元/GJ。当缺乏资料时，热价可按下列公式进行计算：Ph=(1 Ai)·Pb。式中，Ai：内部收益率或利润，一般可取15%；Pb：锅炉产热成本，元/GJ。
锅炉产热成本包括燃料费、产生热能的设备费、厂房及附属设施的基建投资、运行维护费及管理费用（包括人工费用）等，应根据工程具体条件计算确定。锅炉产热成本可按下列公式计算：
式中，Pf：实际燃料价格，元/t；Ab：产热成本系数（考虑锅炉设备折旧费、运行维护费及管理费等），可取1.05～1.20（大容量锅炉取低值）；η：锅炉效率；Qnet.ar：燃料收到基低位发热量，MJ/kg。
燃料价格的波动，对热价的影响很大，制定合理的燃料价格，用以确定相应的热价，才能保证计算经济保温厚度的正确性。我国的燃料价格相对稳定，因此，在实际计算中，可以将热价作为一个定值来处理。
2.7年运行小时数h
保温工程的年运行小时数h是指产生或输送载热介质的设备或管道的全年运行累计小时数，它对全年的保温热损失及其费用影响甚大。
计算经济厚度公式中的年运行小时数h，应按设备和管道的运行情况来确定。通常，设备或管道的运行可分为常年运行和间断（或季节）运行。考虑到设备维护、检修的时间，一般来说，常年运行的设备和管道的年运行小时数取为8000h。对于间断运行的设备和管道很难统一规定其年运行小时数，要视工程的具体情况进行取值。但对于以采暖为目的的设备或管道，一般东北地区按4000h计；华北地区按3000h计。
2.8外表面换热系数α
3结束语
通过以上对保温层“经济厚度法”计算公式的参数取值的讨论和分析，可以帮助工程技术人员在进行热力设备和管道的保温层工程设计中，根据工程的实际情况，较为准确地计算出保温层的经济厚度。
