蒸汽直埋管道散熱損失實驗的探討

 管道長度為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高，因而蒸汽供熱系統能源利用率提高對我國節約能源、減少環境污染方面會產生重大的經濟效益和社會效益。蒸汽供熱系統由產生蒸汽的熱源、蒸汽輸配管網、和蒸汽熱用戶三部分組成。直埋蒸汽管道是蒸汽輸配管網設計的一種主要鋪設方式，其散熱損失及管網熱輸送效率也成為建筑節能工程施工質量驗收的重要強制性指標[2]，在行業內越來越重視其工程現場測試是否滿足設計要求。本文對已建成的一段直埋蒸汽供熱管道，用溫差法進行工程現場散熱損失測試，得出其直管道、管道補償器、管道內固定端等多處測試段的散熱損失；依據直埋蒸汽管道起始段和各測試截面蒸汽介質參數，用熱平衡法得出各測試截面距蒸汽出口處的管網熱輸送效率。 一 工程概述  本工程為2008年4月底投入運行的自青島熱電公司至開源供熱廠入口直埋蒸汽管網工程，測試時該工程接近滿負荷運行狀態。選用測試管道的設計工作管管徑為φ630*10，設計外護管管徑為φ1020*12，補償器和內固定管段管徑為φ1120*12。直埋管采用鋼套鋼結構，保溫結構從內到外依次為工作鋼管、離心玻璃棉保溫層、15mm真空層、外護鋼管、聚乙烯三層結構防腐層。抽檢部分管段真空表顯示真空度約為60 mbar。 二 實驗方案  為全面反映測試管段散熱損失和管網熱輸送效率，本實驗選取了  

蒸汽直埋管道散熱損失實驗的探討

蒸汽供熱管道直管段截面、內固定端截面、補償器截面等6個截面進行現場測試，各測試截面位置見表1。采用溫  差法測試各截面的散熱損失，同一截面均勻布置測點如圖1所示[3]。測試截面測試傳感器已于2008年4月20 ~ 22日進行了敷設，并按要求進行了土壤回填，測試截面位置均設置測試井，排列各傳感器接線端子。地溫在距熱流密度測定位置10m遠處，且在相同埋深的自然土壤中測得。環境溫度在無其他熱源影響距熱流密度測定位置1m遠處測得。土壤導熱系數在測試截面周邊1m遠處測得。主要測試儀器設為鉑電阻溫度傳感器、三芯屏蔽電纜、硅酯、溫度測點采集裝置。  表1測試截面位置及介質溫度   注1距蒸汽出口處管道長度  2通過調取青島熱電集團和開源供熱廠調度室測試時刻介質壓力、溫度、流量，按測試截面沿管線長度位置比例折算確定。 3地面至測試管道軸線距離 圖1測試截面測點布置圖  三 管道散熱損失及管網熱輸送效率計算  溫差法測量直埋管道的保溫結構，熱流密度按下式計算： （1）  式中：q熱流密度，w/m2；  ql,e— 單位長度線熱流密度，w/m；   d保溫結構外徑，m；  單位長度線熱流密度散熱損失按下式計算： (2)  式中：ti工作鋼管外表面溫度（視為介質溫度），℃； teo 地表面溫度，℃；  rl管道保溫結構熱阻，m·k/w； 土壤熱阻，m·k/w。  玻璃棉產品技術指標中導熱系數： 0.027 + 0.00022 tw/(m·k)； (3)  式中：λm 材料在溫度t時導熱系數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（真空層內徑），mm； di工作鋼管外徑（保溫材料內徑）, mm；  保溫材料導熱系數和保溫層尺寸dai 、di不能現場測定，按工作鋼管溫度和保溫材料外表面溫度，以及管道產品規格計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； 對流放熱系數，w/(m2·k)；

蒸汽直埋管道散熱損失實驗的探討

（6） 輻射放熱系數，w/(m2k) （7）式中：λc 空氣的當量導熱系數，取為0.023 w/(m·k)； dao 空氣層外徑 mm。  c黑體輻射系數，取值5.768 w/(m2k4)； εai 真空層內側玻璃棉表面黑度，取值0.96； εao 真空層外側鋼管壁表面黑度，取值0.82； t ai 真空層內側表面溫度平均值 ℃； t ao 真空層外側表面溫度平均值 ℃。 土壤熱阻按下式計算： 當he / d≤2時，計算式為： （8）  當he / d＞2時，公式簡化為： （9）  式中：he管道中心到地表的距離m； λe土壤導熱系數w /m·k  管道熱傳輸的全程散熱損失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蒸汽質量流量，kg/h;  h1,h2據蒸汽