多层管道保温材料的内外布局研究

2023年12月8日发(作者：大班健康活动)

-

化学工程师Sum

285

No.

6Chemical

Engineer2019年第6期继

DOI

：

10.16247/.23-117

l/tq.20190619l多层管道保温材料的内外布局研究*育梁莹，丁文捷(宁夏大学机械工程学院，宁夏

银川750021 )摘

要:为了减少工业上物料在管道运输过程中的热量损失，得到多层管道保温时最合理的内外布局。可

根据导热方程来计算,并且在设计计算时，保持外界与管道内温差不变的情况下，只需比较热阻的大小,便可

得知热损失大小，通过计算得到多层圆壁管道在不同情况下该如何布局和保温层的经济厚度，多层方管道的

选择提供了一些方法。关键词:保温材料;多层管道;热损失;保温效果中图分类号:TQ050.2

文献标识码:AStudy

on

internal

and

external

layout

of

multilayer

pipe

insulation

materials*LIANG

Ying,DING

Wen-jie(School

of

Mechanical

Engineering,

Ningxia

Uniwersity,

Yinchuan

750021,

China)Abstract：

In

order

to

reduce

the

heat

loss

of

industrial

materials

in

pipeline

transportation,

the

most

reasonable

internal

and

external

layout

of

multi-layer

pipeline

insulation

is

obtained.

It

can

be

calculated

according

to

the

heat

conduction

equation

and

keep

the

temperature

difference

between

the

outside

and

the

inside

of

the

pipeline

un­changed

in

the

design

calculation.

In

addition,

the

heat

loss

can

be

obtained

by

comparing

the

thermal

resistance.

The

layout

of

multi-layer

circular

wall

pipeline

under

different

conditions,

the

economic

thickness

of insulation

lay­er

and

the

lection

of

multi-layer square

pipeline

provide

some

words:thermal

insulation

material;pipeline

structure;heat

loss; heat

prervation

effect目前，化工工艺的管道运输方面关于多层圆管

道的保温层厚度确定给出保温层厚度相同时，管道

1.2保温系统的保温原理化工原理上按传热机理分为3种传热基本方

直径越大，则单位长度,单位温度差的热损失越大,

式,即热传导,对流给热,辐射传热。管道保温我们主

增加相同的保温层厚度，对大直径管道的保温效果

更显著。以及在保温材料不同时,应选用导热系数较

小的材料再确定合适的保温层厚度。对圆形管道进

要研究热传导。2保温材料布局对圆形、方形管道的

行多层保温时，当保温材料的厚度相同，从内向外按

保温材料的导热系数从小到大的顺序排列热损失最

小。方形管道的传导层厚度越大，热阻越大,热流量

越小，保温效果越好。保温效果2.1对圆形管道保温效果的影响2.1.1带有保温系统的圆形管道的热损失计算可通过多层圆筒壁稳态导热公式计算Q=AT/R

(1)1工厂的管道及保温概述1.1常见的管道类型一般情况下,常用的保温管道结构有两种，即方

形管道保温和圆形管道保温。式中Q：热流量,w；dr：内外温度差，七；/?：热阻，

(r-w-')oR=—-----

(2)讣

ln(H)■='

A,

r,式中厶管道长度，mM,：第层保温管道的材料导

热系数,W・(m2•七尸，r,：第i层管道的半径,m。收稿日期:2019-03-20在假定温度差AT相同的情况下，只需比较热

阻R的大小，相同温差下，热阻大的热流量小。由式基金项目:过程装备与控制工程专业创新创业教育改革探索(0180

25)作者简介:梁

莹(1998-),女,在读本科生。通信作者:丁文捷(1968-),男，教授，硕士，主要从事过程装备与控制

(2)可看出，多层圆筒壁的保温效果取决于多种因

素，包括管道内径,保温层的厚度，材料导热系数等

因素，因此，进行分类讨论。技术、企业信息化研究方面工作。20梁莹等：多层管道保温材料的内外布局研究.2019年第6期2.1.1不同保温材料的排放顺序对保温效果的影响为计算简便起见，以两层圆筒为例,假定有两种导

热系数不同的保温材料，导热系数分别为儿、入2,并

且A,

入2儿ln（&+?尸）=---------——>0

（5）人1人2式中△/?:热阻之差代・WT;d：保温层的厚度,m。可得结论,多层圆壁管道保温时，当保温层厚度

相同，导热系数大的材热系数小的材料的外层，这样

保温效果更好，热流量小。这是因为在内外温度差相

同时,热阻越大热流量越小,导热系数小的保温材料

相同当导热系数小的保温材料在里层时,热阻式（1）

中：In（臣）ln（b）R'=

2ttLX,

+2t7LA2

⑶放在内层的热阻比导热系数大的保温材料放置在内

式中

热阻管道长度,m;

A,：内层保温

层的计算所得的热阻大。管道的材料导热系数,W-（m2-r

）->;

r,:管道的半径，

m;入2：外层保温管道的材料导热系数,W-（m2-r尸;

2.1.2管道的内径对保温效果的影响

假定两层圆

壁管道保温层厚度相同,保温材料的排放顺序相同，

由式⑶r2:内层管道半径,m;

口：外层管道的半径,m。当导热系数小的材料在外层时,热阻为：In(臣)ln(^)R2=2nLA}

+2ttLA2(4)ln(

—)

ln(—)

ri

,

r2R=2〃厶入1

2〃厶入2取保温层厚度d二20mm,管道长度厶二100m入］二0.039入2二0.065

式中《2：导热系数小的材料在外层时的热阻，七冈7。

二者作差法比较热阻大小：取内径ri=30mm,50mm,70mm带入式（3）分别

进行计算，结果见表1。表1管道的内径对保温效果的影响Tab.l Shadows

of

Pipeline

Internal

Diameter

on

Thermal

Insulation

Effect编号12d]/m202020dzim202020儿冈畑代）-10.0390.0390.039A2/W-(m2-T：)-'0.0650.0650.065r/mr2/10由表1可得,以两层圆壁管道为例，多层圆壁管

位结构费用,11?•元T。道保温时，在保温层厚度相同,保温材料排列顺序相

管道保温的总费用为B=Bl+B2

经济厚度4=（八+『2）/2

（8）（9）同的情况下,管道内径越大，相应的热阻值越大，热

流量越小，保温效果越好。2.2带有保温系统的方形管道的热损失计算

平壁稳态导热公式中热阻计算式为：

2.1.3保温层厚度对保温效果的影响

由式（3）可

得,在管道保温材料排列顺序相同，管道内径相同的

情况下,保温层厚度越厚，热阻越大，热流量越小。但

居无一

（10）由于考虑到保温材料的经济实用性,根据文献［5］中

求保温层经济厚度的方法，式中第i层导热材料的传导层厚度,第i层

热损失费用：5=-塑

（6）导热面积,n?。ln（S2ttLX.x式中5：热损失费用，元;S：热损失的单位费用，2.2.1保温材料的排序对方形管道保温效果的影响

在假定温度差相同3T）相同的情况下,只需比

较热阻R的大小，相同温差下，热阻大的热流量小。

为方便起,以两层方形管道为例，并且假定两种材料

的导热系数为A,

等的情况下，J•元

7；保温层结构费用：F盼

（7）当导热系数小的保温材料在里层时，热阻式

式中B2：保温层的结构费用，元;P：保温材料的单

（⑴中:2019年第6期梁

莹等：多层管道保温材料的内外布局研究*21入1力|+_A_

入2人2(11)需比较热阻R的大小，相同温差下，热阻大的热流

量小。为方便起,以两层方形管道与两层圆柱型管道

为例,且两种管道布局相同，并且假定两种材料的导

热系数为入K入2,导热系数小的保温材料在内层，当导热系数小的保温材料在外层时,热阻r2=入2力1(12)2二者作商法比较热阻大小RJRf5]y42

入

2"^2

力

I入]

=15|/4

2

A

1

+^2力

1

入2圆形管道：(13)ln(d)

厂】

27t£A式中他:此种情况下圆形管道的热阻

方型管道：心=害

入力(14)由上式可以得出，在传导层厚度和传热面积相同的情况下，保温材料的排序对多层方形管道的影响很小，因此，可不用考虑。2.2.2传导层厚度对多层方管保温效果的影响由式(5)可直接看出传导层厚度越大，传热面积和导热系数越小热阻越大,热流量越小。(15)式中R”：此种情况下方形管道的热阻，七⑴“。用作商法3管道结构对保温效果的影响Q=AT/R在假定温度差U)相同的情况下，只A

In

(空)R*2ttL8(16)表2相同保温布局下管道形状对保温效果的影响Tab.2

Effect

of

Pipeline

Shape

on

Insulation

Effect

under

the

Same

Insulation

Layout编号Si/m82/mA

i

/m2A2/m2160f|

/m105050r2/m2060r3/m30L/m1RJRw00.2046886.5906214.4337610.807070900.0112771.014957584.41460.110..17104734.897050.004901由表2可以看出，布局相同时，圆管与方管的保

热系数越小，热阻越大,热流量越小。温效果取决于多种因素，包括管道直径，管道长度，

壁厚等，并不能直接的证明圆管或者方管的保温效

(4)布局相同时，圆管与方管的保温效果取决于

多种因素,包括管道直径，管道长度，壁厚等,并不能

直接的证明圆管或者方管的保温效果好。可根据实

果好。可根据实际需要选择管道形状。际需要选择管道形状。4结论参考文献(1)

本文给出了多层圆壁保温管道经济厚度计

算方法；[1

]邓志强，施雯，王琪，等.高温管道保温层优化设计研究进展[J].

管道技术与设备,2016,(6):14-16.(2)

多层圆壁保温管道布局时，在保温层厚度相

同的情况下，将导热系数小的保温材料放置在导热

系数大的材料的里面，保温效果更好;在保温层厚度

确定,保温材料确定的情况下,在一定范围内可选用

[2]

陈敏恒，潘鹤林.齐鸣斋.化工原理[M

].华东理工大学出版社,

2013.[3]

[4]

马俊林•对圆形管道保温层厚度的一些探讨[J].化学工程师,

1999,(4):35-38.王振华，王飞，雷勇刚•管廊供热管道保温材料及其厚度的比较

分析[J]•暖通空调,2018,48(9):24-30.管径较大的圆管,保温效果较好。(3)

多层方形管道保温时，保温材料的排序对方

管影响可忽略不计，传导层厚度越厚,传热面积和导

[5]

吴双应，陈凌霜,李友荣•管道保温层经济厚度计算[J].石油化工

设备,2001,(3):17-19.

-