化工設備保溫狀況的檢測和分析

茅根新 顧素蘭

(上海寶鋼工業(yè)檢測公司)

節(jié)能技術

化工設備保溫狀況的檢測和分析

茅根新*顧素蘭

(上海寶鋼工業(yè)檢測公司)

對企業(yè)現(xiàn)有設備及管道的保溫效果進行分析和評價，以便合理更換保溫材料和確定保溫層厚度。介紹了企業(yè)內(nèi)設備和管道的保溫檢測工作，并開展了保溫結構的分析計算。通過對比計算分析，認為保溫厚度可按熱損要求計算并進行選取。

保溫層 保溫結構 最優(yōu)厚度 化工設備 熱損 塔設備

0 引言

設備及管道保溫效果是工廠設備系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要指標之一。保溫效果如何，對于節(jié)能降耗、挖潛改造和提高經(jīng)濟效益具有重要意義。要進行保溫節(jié)能工作，首先要摸清企業(yè)內(nèi)設備和管道的保溫情況，為進一步改進保溫效果提供科學依據(jù)。對于設備與管道，經(jīng)常會出現(xiàn)保溫材料破損、塌陷、散熱量超過國家標準的要求等情況，因此應對現(xiàn)有設備及管道的保溫效果進行分析和評價，以便合理更換保溫材料和確定保溫層的厚度。

保溫狀況是否合理不僅關系到是否能滿足工藝和生產(chǎn)的要求，同時對能源消耗也有較大的影響。目前保溫技術的使用包括保溫材料的選用，一般按工程經(jīng)驗或廠家規(guī)格選擇保溫材料，是一種經(jīng)驗性的選擇，包括設計單位，都沒有進行有針對性的設計。保溫層厚度的選擇不是量體裁衣，存在一定的粗放現(xiàn)象。因此有必要通過分析研究，建立一種保溫的模型和規(guī)范來指導日常的保溫工作，以達到在滿足工藝要求的情況下能源消耗最低化。本文介紹了企業(yè)內(nèi)設備和管道的保溫檢測工作，并開展了保溫結構的分析計算。通過對比計算分析，認為保溫厚度可按熱損要求計算并進行選取。

1 現(xiàn)場保溫狀況檢測

保溫狀況檢測通常采用表面溫度法。溫度法包括：表面溫度法、紅外熱像法。通常情況下檢測工作要求用紅外熱像法對保溫設備進行100%掃查，了解絕熱層表面溫度分布狀態(tài)，再選取代表性區(qū)域，然后使用表面溫度法進行檢測。

用紅外熱像法對設備及管道表面進行檢測，可獲取表面溫度分布圖，并據(jù)此進行散熱損失計算。該方法一方面可遠距離進行測試，解決現(xiàn)場條件不允許進行表面溫度法測試的局限；另一方面，當設備及管線保溫存在局部施工質(zhì)量不符合要求的地方時，也可通過紅外圖譜直觀、準確地判斷具體位置和程度。

同時，采用接觸式的熱電偶表面溫度計，在保溫結構表面直接測量外表溫度，根據(jù)所測量的外表溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境風速及保溫結構外形尺寸等數(shù)值，按照傳熱學理論計算散熱損失。

本次分析研究工作共檢測了管道、塔等設備，并在不同月份進行了三次保溫狀況的檢測。檢測結果表明，設備和管道的保溫總體狀況較好，表面熱損失超過國標允許最大散熱損失值的點較少。但在局部位置，如保溫施工困難的位置，仍存在熱損超標點。例如塔設備的熱損超標點主要集中在保溫接縫部位、塔體接管處以及人孔等部位。圖1所示為塔設備的人孔部位紅外熱成像檢測結果。

圖1 塔設備的人孔部位紅外熱成像檢測結果

2 保溫的計算分析

保溫結構設計除符合減少散熱損失、節(jié)約能源、滿足工藝要求等基本原則外，還必須考慮其經(jīng)濟性。在設備與管道的保溫層厚度設計中，通常采用以下基準 （或方法）進行設計：

（1）以經(jīng)濟性為基準。即以年總工作費用最低為目標，綜合熱價及保溫投資，優(yōu)化出保溫層經(jīng)濟厚度。

（2）以散熱量為基準。規(guī)定了邊界上的熱流密度值，稱為第二類邊界條件。此類邊界條件最簡單的典型例子就是規(guī)定邊界上的熱流密度保持定值，即qw=常數(shù)。

（3）以外表面溫度為基準。規(guī)定了邊界上的溫度值，稱為第一類邊界條件。此類邊界條件最簡單的典型例子就是規(guī)定邊界溫度保持常數(shù)，即tw=常數(shù)。

本次分析研究工作對所檢測的設備及管道進行保溫層厚度的計算分析，并討論目前保溫層厚度情況。

首先，如以散熱量為基準計算，則需按表1所規(guī)定的散熱密度進行校核，遞歸計算求得符合要求的保溫層厚度。

對于以外表面溫度為基準的計算，通常按防燙保溫設計，表面溫度不超過60℃。表2為防燙設計的推薦厚度。

表1 保溫結構外表面允許最大散熱密度

表2 防燙傷保溫層厚度 （mm）

對于以經(jīng)濟性為基準的計算，主要應用于熱力設備及管道等的保溫層厚度設計，對于工藝管道還需要符合工藝要求，同時還要了解保溫材料的損耗量及施工余量。

3 塔設備的保溫計算及分析研究

以塔設備為例來說明本次分析研究的計算過程。某塔設備的當前保溫厚度為150mm。表3為各種情況下計算的結果。

計算1，按防燙傷保溫，僅考慮外表面溫度不大于60℃，換熱系數(shù)按標準GB 50264—1997選取8.14W/(m2·K)，則計算保溫厚度為37mm，但散熱密度262W/m2超標。

計算2，按防燙計算并考慮散熱密度要求，則計算保溫厚度為62.5mm，外表面溫度為48℃。

計算3，按年平均環(huán)境溫度15.7℃，并考慮散熱密度要求，則計算保溫厚度為68mm，外表面溫度為22℃。換熱系數(shù)按標準GB 50264—1997選取公式計算。取上海平均風速3.2m/s，計算得到換熱系數(shù)為 24W/(m2·K)。

表3 塔在各種條件下的計算結果

計算4，按當前保溫厚度計算，在計算3的條件下，散熱密度為73.6W/m2，外表面溫度為25℃。

計算5，按測試值計算，換熱系數(shù)為4.7 W/(m2·K)，環(huán)境溫度為20℃，則外表面溫度為35℃，散熱密度為71W/m2。

計算6，按測試的換熱系數(shù)為4.7W/(m2·K)，環(huán)境溫度為27.8℃，如按最大允許散熱密度163 W/m2的散熱密度要求，以及防燙要求，則保溫厚度可在65mm。

計算7，取保溫厚度為100mm，計算得到外表面溫度為30℃，散熱密度為109W/m2。

計算8，為經(jīng)濟厚度計算，計算厚度48.3mm。散熱密度為228W/m2，大于最大允許值。從計算可知，增加保溫厚度，減少的熱損值費用少于保溫施工增加的費用。

根據(jù)上述計算，符合保溫標準要求的保溫厚度為68mm至150mm之間，經(jīng)濟厚度可選取這個范圍按熱價、費用等進行最后確定。對于工藝設備，保溫情況還需符合工藝設計要求。

對于該塔，按常用的保溫厚度規(guī)格，選取100 mm的保溫厚度也是合適的。

按以上計算分析可知：

（1）按防燙計算，保溫層厚度小，但熱損較大，并且按防燙標準計算的保溫厚度為最薄保溫厚度。

（2）按國家對熱損的要求計算，保溫厚度較大，但均小于目前的實際保溫厚度。

（3）按經(jīng)濟厚度計算，保溫厚度介于防燙計算厚度和熱損要求計算厚度之間，但熱損不符合我國相關標準要求。

（4）根據(jù)計算分析，建議設備和管道的保溫層壁厚按熱損要求計算并選其厚度即可。

4 結論

通過本次檢測和分析研究工作，摸清了企業(yè)內(nèi)設備和管道的保溫情況，同時得到以下結論：

（1）采用結合紅外熱成像和表面接觸式測溫的方法是非常高效的，熱成像能直觀地了解保溫層表面溫度分布狀況，同時減少了大量的腳手架工作。

（2）現(xiàn)場保溫施工困難的位置仍存在熱損超標點。例如保溫接縫部位和接管、人孔、三通、彎頭、閥門等部位。需加強保溫施工質(zhì)量監(jiān)督，保證保溫施工質(zhì)量，以減少表面散熱損失超標的部位。

（3）保溫厚度計算中，按防燙計算保溫厚度最薄，按熱損要求計算最厚，按經(jīng)濟厚度計算居中。根據(jù)實際情況，建議選用按熱損要求計算得到的保溫厚度。

[1]GB 50264—1997.工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范[S].

[2]GB/T 8174—2008.設備及管道絕熱效果的測試與評價[S].

[3]GB/T 17357—2008.設備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場測定：熱流計法和表面溫度法[S].

TQ 05

2011-01-11)

*茅根新，男，1958年7月生，工程師。上海市，201900。