蒸汽直埋管道散熱損失實(shí)驗(yàn)的探討

 管道長(zhǎng)度為7.13×104km，在供熱量上，熱電廠的供熱量占47.0%[1]，占供熱量的比例相當(dāng)高，因而蒸汽供熱系統(tǒng)能源利用率提高對(duì)我國節(jié)約能源、減少環(huán)境污染方面會(huì)產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。蒸汽供熱系統(tǒng)由產(chǎn)生蒸汽的熱源、蒸汽輸配管網(wǎng)、和蒸汽熱用戶三部分組成。直埋蒸汽管道是蒸汽輸配管網(wǎng)設(shè)計(jì)的一種主要鋪設(shè)方式，其散熱損失及管網(wǎng)熱輸送效率也成為建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收的重要強(qiáng)制性指標(biāo)[2]，在行業(yè)內(nèi)越來越重視其工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試是否滿足設(shè)計(jì)要求。本文對(duì)已建成的一段直埋蒸汽供熱管道，用溫差法進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)散熱損失測(cè)試，得出其直管道、管道補(bǔ)償器、管道內(nèi)固定端等多處測(cè)試段的散熱損失；依據(jù)直埋蒸汽管道起始段和各測(cè)試截面蒸汽介質(zhì)參數(shù)，用熱平衡法得出各測(cè)試截面距蒸汽出口處的管網(wǎng)熱輸送效率。 一 工程概述  本工程為2008年4月底投入運(yùn)行的自青島熱電公司至開源供熱廠入口直埋蒸汽管網(wǎng)工程，測(cè)試時(shí)該工程接近滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。選用測(cè)試管道的設(shè)計(jì)工作管管徑為φ630*10，設(shè)計(jì)外護(hù)管管徑為φ1020*12，補(bǔ)償器和內(nèi)固定管段管徑為φ1120*12。直埋管采用鋼套鋼結(jié)構(gòu)，保溫結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次為工作鋼管、離心玻璃棉保溫層、15mm真空層、外護(hù)鋼管、聚乙烯三層結(jié)構(gòu)防腐層。抽檢部分管段真空表顯示真空度約為60 mbar。 二 實(shí)驗(yàn)方案  為全面反映測(cè)試管段散熱損失和管網(wǎng)熱輸送效率，本實(shí)驗(yàn)選取了  

蒸汽直埋管道散熱損失實(shí)驗(yàn)的探討

蒸汽供熱管道直管段截面、內(nèi)固定端截面、補(bǔ)償器截面等6個(gè)截面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各測(cè)試截面位置見表1。采用溫  差法測(cè)試各截面的散熱損失，同一截面均勻布置測(cè)點(diǎn)如圖1所示[3]。測(cè)試截面測(cè)試傳感器已于2008年4月20 ~ 22日進(jìn)行了敷設(shè)，并按要求進(jìn)行了土壤回填，測(cè)試截面位置均設(shè)置測(cè)試井，排列各傳感器接線端子。地溫在距熱流密度測(cè)定位置10m遠(yuǎn)處，且在相同埋深的自然土壤中測(cè)得。環(huán)境溫度在無其他熱源影響距熱流密度測(cè)定位置1m遠(yuǎn)處測(cè)得。土壤導(dǎo)熱系數(shù)在測(cè)試截面周邊1m遠(yuǎn)處測(cè)得。主要測(cè)試儀器設(shè)為鉑電阻溫度傳感器、三芯屏蔽電纜、硅酯、溫度測(cè)點(diǎn)采集裝置。  表1測(cè)試截面位置及介質(zhì)溫度   注1距蒸汽出口處管道長(zhǎng)度  2通過調(diào)取青島熱電集團(tuán)和開源供熱廠調(diào)度室測(cè)試時(shí)刻介質(zhì)壓力、溫度、流量，按測(cè)試截面沿管線長(zhǎng)度位置比例折算確定。 3地面至測(cè)試管道軸線距離 圖1測(cè)試截面測(cè)點(diǎn)布置圖  三 管道散熱損失及管網(wǎng)熱輸送效率計(jì)算  溫差法測(cè)量直埋管道的保溫結(jié)構(gòu)，熱流密度按下式計(jì)算： （1）  式中：q熱流密度，w/m2；  ql,e— 單位長(zhǎng)度線熱流密度，w/m；   d保溫結(jié)構(gòu)外徑，m；  單位長(zhǎng)度線熱流密度散熱損失按下式計(jì)算： (2)  式中：ti工作鋼管外表面溫度（視為介質(zhì)溫度），℃； teo 地表面溫度，℃；  rl管道保溫結(jié)構(gòu)熱阻，m·k/w； 土壤熱阻，m·k/w。  玻璃棉產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)中導(dǎo)熱系數(shù)： 0.027 + 0.00022 tw/(m·k)； (3)  式中：λm 材料在溫度t時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)w/ m·k； tp保溫層平均工作溫度, ℃； 保溫材料熱阻(4)  式中：rml 保溫材料熱阻,m·k/w； dai 保溫材料外徑（真空層內(nèi)徑），mm； di工作鋼管外徑（保溫材料內(nèi)徑）, mm；  保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)和保溫層尺寸dai 、di不能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，按工作鋼管溫度和保溫材料外表面溫度，以及管道產(chǎn)品規(guī)格計(jì)算求取保溫材料熱阻。 空氣層熱阻（5）  式中：ral 空氣層熱阻,m·k/w； 對(duì)流放熱系數(shù)，w/(m2·k)；

蒸汽直埋管道散熱損失實(shí)驗(yàn)的探討

（6） 輻射放熱系數(shù)，w/(m2k) （7）式中：λc 空氣的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，取為0.023 w/(m·k)； dao 空氣層外徑 mm。  c黑體輻射系數(shù)，取值5.768 w/(m2k4)； εai 真空層內(nèi)側(cè)玻璃棉表面黑度，取值0.96； εao 真空層外側(cè)鋼管壁表面黑度，取值0.82； t ai 真空層內(nèi)側(cè)表面溫度平均值 ℃； t ao 真空層外側(cè)表面溫度平均值 ℃。 土壤熱阻按下式計(jì)算： 當(dāng)he / d≤2時(shí)，計(jì)算式為： （8）  當(dāng)he / d＞2時(shí)，公式簡(jiǎn)化為： （9）  式中：he管道中心到地表的距離m； λe土壤導(dǎo)熱系數(shù)w /m·k  管道熱傳輸?shù)娜躺釗p失q = 0.278·g·(h1 - h2) （10） 熱輸送效率η= 1 – [q / (0.278gh1)] （11）。 式中 q管段的全程散熱損失，w;   g蒸汽質(zhì)量流量，kg/h;  h1,h2據(jù)蒸汽