熱絕緣理論在復(fù)烤廠管道保溫中的應(yīng)用分析

毛光平

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.049

摘 要：工程技術(shù)上往往將熱力管道或熱設(shè)備外殼包裹一層絕熱保溫材料以削弱傳熱，這叫“熱絕緣”。復(fù)烤廠在建設(shè)過程中，根據(jù)各種保溫材料特性的不同，必須選擇合理的“臨界絕緣直徑”，不能盲目保溫，要消除“保溫總能節(jié)約熱能”的錯(cuò)誤思想，才能真正減少熱力管道的散熱損失，才能為企業(yè)節(jié)約能源，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：熱力管道 熱絕緣 散熱損失 臨界絕緣直徑

中圖分類號(hào)：TM30 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（a）-0049-02

工業(yè)生產(chǎn)中熱力管道的保溫很重要，因?yàn)楸刈龅煤镁湍芄?jié)約能源，有人把“節(jié)能”稱之為第五能源。隨著能源資源的不斷減少，降低能源消耗已成為現(xiàn)在急需解決的首要問題之一，在工業(yè)建設(shè)中人們對(duì)設(shè)備與管道保溫越來越重視，要求的質(zhì)量也越來越高，保溫工作做得好，可以防止生產(chǎn)過程中設(shè)備和管道向周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量，降低能源的消耗。在當(dāng)前世界能源日趨緊張的情況下，研究管道保溫技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。保溫絕熱材料的品種很多，按材質(zhì)分類，可分為無機(jī)絕熱材料、有機(jī)絕熱材料和金屬絕熱材料三大類。按形態(tài)分類，可分為纖維狀、微孔狀、氣泡狀和層狀等等。

1 熱絕緣理論

對(duì)于熱絕緣，就絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)而言，無論平壁或圓筒壁，絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈小，效果愈好。而就絕熱材料的厚度來說，平壁上的絕熱材料層愈厚，熱阻愈大，散熱也愈小。但圓筒壁外的絕熱材料層愈厚，散熱卻不一定愈小。

設(shè)圓筒壁外的絕熱材料的內(nèi)徑（即圓筒外徑）為d1，外徑為d2，絕熱材料的傳熱系數(shù)為：m2

k2=1/[d2/d1α1+（d2/2λ）Ln（d2/d1）+1/α2]W/（m2·k） （1）

設(shè)絕熱材料外側(cè)表面積為F2，當(dāng)增厚絕熱材料即增大d2時(shí)，k2將減?。ㄒ娛剑?）），但F2卻增大了，因而k2F2不一定減小，即散熱損失不一定減小。可以證明，當(dāng)d2從一較小的值開始增大時(shí)，散熱損失將隨d2的增大而增大。

d2=dc=2λis/α2 （2）

當(dāng)d2增大到式（2）時(shí)，散熱損失達(dá)到最大值。此后再增大d2，散熱損失就開始下降。dc稱為“臨界絕緣直徑”。其中λis為絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，α2為絕熱材料外側(cè)的放熱系數(shù)。由此可見，當(dāng)一圓管的外徑d1≥dc時(shí)，在圓管外表面包裹上絕熱材料總是可以減少散熱損失的，而且絕熱材料的外徑d2愈大，散熱損失愈小。當(dāng)d1dc后，進(jìn)一步增大d2才能使散熱損失減小，若d2不夠大，散熱損失仍會(huì)比未包裹絕熱材料時(shí)為大。

2 熱絕緣在復(fù)烤廠管道保溫中的應(yīng)用

復(fù)烤廠的熱力管道外殼保溫材料的種類一般為珍珠巖、蛭石、石棉粉、石棉繩、石棉絨、巖棉等，下面就針對(duì)這幾種保溫材料，計(jì)算出相應(yīng)的“臨界絕緣直徑”。

從何德廣主編的《熱工基礎(chǔ)及其應(yīng)用》187頁附表7查得上述幾種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)如下。

（1）珍珠巖：λ=0.06×1.163=0.0698W/m·k。

（2）蛭石：λ=0.11×1.163=0.1279W/m·k。

（3）石棉粉：λ=0.16×1.163=0.1861W/m·k。

（4）石棉繩：λ=0.18×1.163=0.2093W/m·k。

（5）石棉絨：λ=0.66×1.163=0.0768W/m·k。

（6）巖棉：λ=0.034×1.163=0.0390W/m·k。

又從何德廣主編的《熱工基礎(chǔ)及其應(yīng)用》65頁表6-5查得，空氣自然對(duì)流放熱系數(shù)α的大致范圍是5～25 W/（m2·k），取α=10 W/（m2·k），根據(jù)公式（2）d2=dc=2λis/α2計(jì)算出上述幾種保溫材料的“臨界絕緣直徑”如下。

（1）珍珠巖：dc=2λis/α2=2×0.698÷10=0.014 m。

（2）蛭石：dc=2λis/α2=2×0.1279÷10=0.026 m。

（3）石棉粉：dc=2λis/α2=2×0.1861÷10=0.037 m。

（4）石棉繩：dc=2λis/α2=2×0.2093÷10=0.042 m。

（5）石棉絨：dc=2λis/α2=2×0.0768÷10=0.015 m。

（6）巖棉：dc=2λis/α2=2×0.0390÷10=0.008 m。

從以上計(jì)算可以得出結(jié)論：根據(jù)保溫材料的不同，必須選擇合理的“臨界絕緣直徑”，不能盲目保溫，要消除“保溫總能節(jié)約熱能”的錯(cuò)誤思想。以石棉繩為保溫材料為例，當(dāng)管子外徑d1≥42 mm時(shí)，在管子外包裹上石棉繩總是可以減少散熱損失的，而且絕熱材料的外徑d2愈大，散熱損失愈小。當(dāng)d1<42 mm時(shí)，則包裹上石棉繩反而增大散熱損失，而且d2愈大，散熱損失愈大。只有當(dāng)d2>42 mm后，進(jìn)一步增大d2才能使散熱損失減小，若d2不夠大，散熱損失仍會(huì)比未包裹絕熱材料時(shí)為大。

3 結(jié)語

云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司大理復(fù)烤廠始建于1985年，經(jīng)過30多年的發(fā)展，經(jīng)過兩次大規(guī)模技改，現(xiàn)在已建成一條12 000 kg/h打葉復(fù)烤生產(chǎn)線及其配套設(shè)施。在多年的技改工作中，安裝了很多的熱力管道，在管道保溫施工過程中，筆者所在廠根據(jù)保溫絕熱材料的特性，合理地選擇“臨界絕緣直徑”，真正減少了熱力管道的散熱損失，為企業(yè)節(jié)約了能源，從而提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。

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