保温保冷厚度计算举例.doc

参见化工工艺手册下册79页
一、蒸汽管道保温厚度计算
计算的已知条件
管道直径：219mm， 管道长度：100m 管道内介质温度：t0=400℃和150 ℃
环境温度：平均温度ta=25℃ 保温表面温度：ts=45℃（温差20℃）
CAS铝镁质保温隔热材料的导热方程：0.038+0.00015tcp，导热系数修正系数1.2
复合硅酸盐保温材料的导热方程：0.038+0.00018tcp，导热系数修正系数1.8
120kg/m3管壳的导热方程：0.048+0.00021 tcp，导热系数修正系数1.8
注：复合硅酸盐、岩棉管壳的导热方程摘自《保温绝热材料及其制品的生产工艺与质量检验标准规范实用手册》。
1、 介质温度为400℃，表面温度为45℃，温差为20℃，材料保温厚度计算
CAS铝镁质保温隔热材料（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数
λ=｛0.038+0.00015×（400+45）÷2｝×1.2=0.0857
复合硅酸盐保温隔热材料（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数
λ=｛0.038+0.00018×（400+45）÷2｝×1.8=0.1405
岩棉管壳（热面400℃，冷面45℃）的平均导热系数
λ=｛0.048+0.00021×（400+45）÷2｝×1.8=0.1705
温差为20℃，室内管道表面换热系数
as=5.0+3.4+1.27=9.67w/㎡.k
a、用CAS铝镁质保温隔热材料保温
D1ln(D1/D)=2λ(t0-ts)/
=｛2×0.0852×（400-45）｝÷｛9.67×（45-25）｝=0.3128
（D1/D）ln(D1/D)=0.3128/0.219=1.4282
查表X-XlnX函数得到：X=（D1/D）=2.02
（采用内查法：XlnX X
1.419 2.02
1.439 2.03
①1.439—1.419=0.02 0.02÷10=0002
②1.4282—1.419=0.0092
③0.0092÷0.002=4.6
④1.4282对应的X为：2.02+（2.03—2.02）×4.6=2.0246）
保温层厚度：δ=D（X-1）/2=219（2.02—1）/2=111.7mm。
保温厚度定为110mm。
b、用复合硅酸盐保温
D1ln(D1/D)=2λ(t0-ts)/
=｛2×0.1405×（400-45）｝÷｛9.67×（45-25）｝=0.5158
（D1/D）ln(D1/D)=0.5158/0.219=2.3552
查表得到：X=（D1/D）=2.53
保温层厚度：δ=D（X-1）/2=167.5mm。
保温厚度定为170mm。
C、采用岩棉管壳保温
D1ln(D1/D)=2λ(t0-ts)/
=｛2×0.1705×（400-45）｝÷｛9.67×（45-25）｝=0.6259
（D1/D）ln(D1/D)=0.6259/0.219=2.8581
查表得到：X=（D1/D）=2.79
保温层厚度：δ=D（X-1）/2=196.00mm。
保温厚度定为195mm。
2、 介质温度为150℃，表面温度为45℃，温差为20℃，材料保温厚度计算
CAS铝镁质保温隔热材料（热面150℃，冷面45℃）的平均导热系数
λ=｛0.038+（150+45）÷2×0.00015｝×1.2=0.0632
复合硅酸盐保温隔热材料（热面150℃，冷面45℃）的平均导热系数
λ=｛0.038+（150+45）÷2×0.00018｝×1.8=0.1000
岩棉管壳（热面150℃，冷面45℃）的平均导热系数
λ=｛0.048+（150+45）÷2×0.00021｝×1.8=0.1233
温差为20℃，室内管道表面换热系数
as=5.0+3.4+1.27=9.67w/㎡.k
a、用CAS铝镁质保温隔热材料保温
D1ln(D1/D)=2λ(t0-ts)/
=｛2×0.0632×（150-45）｝÷｛9.67×（45-25）｝=0.0686
（D1/D）ln(D1/D)=0.0686/0.219=0.3134
查表得到：X=（D1/D）=1.28
保温层厚度：δ=D（X-1）/2=30.66mm。
保温厚度定为30mm。
b、用复合硅酸盐保温
D1ln(D1/D)=2λ(t0-ts)/
=｛2×0.1×（150-45）｝÷｛9.67×（45-25）｝=0.1086
（D1/D）ln(D1/D)=0.1086/0.2190.4959
查表得到：X=（D1/D）=1.42
保温层厚度：δ=D（X-1）/2=45.99mm。
保温厚度定为45mm。
C、采用岩棉管壳保温
D1ln(D1/D)=2λ(t0-ts)/
=｛2×0.1233×（150-45）｝÷｛9.67×（45-25）｝=0.1339
（D1/D）ln(D1/D)=0.1339/0.219=0.6113
查表得到：X=（D1/D）=1.505
保温层厚度：δ=D（X-1）/2=55.29mm。
保温厚度定为55mm。
二、分支管道指定温降条件输送流体保温厚度计算
已知条件：凝结水蒸汽由罐A分配给车间B、C、D使用，如图所示，由罐A流出的水温为90℃，至B、C、D各车间温度为89℃，各段管道的长度和流量如表所列，室外环境温度为20℃，室外平均风速为3m/s,若以CAS铝镁质保温隔热材料做保温层，确定其保温厚度。
A
管段
管外经(mm)
管长L（m）
流量G（kg/h）
A--1
273
150
80×103
1--B
108
75
20×103
1--2
219
240
60×103
2--C
159
75
30×103
2--D
159
105
30×103

D
设保温层表面温度为30℃，保温材料的导热系数
λ=｛0.038+0.00015×（90+30）÷2｝×1.2=0.0564 w/m•c
计算结点1、结点2处温度确定主管线A→1→2→D的∑L/G；
Lc=Kr•L=1.15L （Kr——管道保温热损失附加系数）
∑（LA-D/GA-D）= (150×1.15/80×103)+(240×1.15/60×103)+( 105×1.15/30×103)
=0.0022+0.0046+0.0040=0.0108
1、计算各段温度的分配
A→1管段的温降的计算公式：
tA—t1=（tA—tD）×（LA-1/GA-1）/∑（LA-D/GA-D）
=(90—89) ×0.0022÷0.0108=0.2℃
结点1处的温度t1=90—0.2=89.8℃
1→2管段的温降的计算公式：
t1—t2=（tA—tD）×（L1-2/G1-2）/∑（LA-D/GA-D）
=(90—89) ×0.0046÷0.0108=0.426℃
结点2处的温度t2=89.8—0.426=89.376℃
2→D管段的温降的计算公式：
t2—tD=（tA—tD）×（L2-D/G2-D）/∑（LA-D/GA-D）
=(90—89) ×0.0022÷00108=0.37℃
结点D处的温度tD=89.376—0.37=89.004℃
2、按无分支管道计算各段隔热厚度：
在无分支管道计算中，
（tA—ta）/（t2—ta）=（90—20）/（89—20）=1.02＜2,则
保温厚度按下列公式计算：
ln(D0/Di)=2πλ[Lc (tm-ta)/G•C (t1-t2)—1/πD0a]
δ=（D0—Di）/2
Lc=Kr•L
A→1管段：设该管段保温层厚度为35mm, 则D0=0.343m
保温层换热系数：a=11.6+7√Vw=11.6+7√3=23.7 w•m-2•℃-1

水的比热 C=1.163 w•h/m•℃；Kr=1.15；tm=（90+89.8）/2=89.9℃
ln(D0/Di)=2×3.14×0.0564[150×1.15×(89.9-20)/ 80×103×1.163 ×0.2
—1/3.14×0.343×23.7]=0.215
D0ln(D0/Di)=0.215×0.343=0.073745
查表δ- D0ln(D0/Di)函数得到：δ=33
（采用内查法：D0ln(D0/Di) δ
0.05 23
0.1 44
①0.1—0.05=0.05 0.05÷10=0.005
②0.073745—0.05=0.023745
③0.023745÷0.005=0.4749
④0.073745对应的δ为：23+（44—23）×0.4749=33）
园整后A→1管段保温层厚度为35mm，与假设相符。
1→2管段：设该管段保温层厚度为25mm, 则D0=0.269m
ln(D0/Di)=2×3.14×0.0564[240×1.15×(89.587-20)/ 60×103×1.163 ×0.426
—1/3.14×0.269×23.7]=0.211
D0ln(D0/Di)=0.211×0.269=0.056759
查表δ- D0ln(D0/Di)函数得到：δ=
（采用内查法：D0ln(D0/Di) δ
0.05 23
0.1 44
①0.1—0.05=0.05 0.05÷10=0.005
②0.073745—0.05=0.023745
③0.023745÷0.005=0.4749
④0.073745对应的δ为：23+（44—23）×0.4749=33）
园整后1→2管段保温层厚度为 mm，与假设相符。
2→D管段：设该管段保温层厚度为20mm, 则D0=0.199mm
ln(D0/Di)=2×3.14×0.0564[105×1.15×(89.2-20)/ 30×103×1.163 ×0.373
—1/3.14×0.199×23.7]=0.206
D0ln(D0/Di)=0.206×0.199=0.040994
查表δ- D0ln(D0/Di)函数得到：δ=
（采用内查法：D0ln(D0/Di) δ
0.05 23

0.1 44
①0.1—0.05=0.05 0.05÷10=0.005
②0.073745—0.05=0.023745
③0.023745÷0.005=0.4749
④0.073745对应的δ为：23+（44—23）×0.4749=33）
园整后2→D管段保温层厚度为 mm，与假设相符。
1→B管段：设该管段保温层厚度为7mm, 则D0=0.122mm
ln(D0/Di)=2×3.14×0.0564[75×1.15×(89.4-20)/20×103×1.163 ×(89.8—89)
—1/3.14×0.122×23.7]=0.0381
D0ln(D0/Di)=0.0381×0.122=0.073745
查表δ- D0ln(D0/Di)函数得到：δ=
（采用内查法：D0ln(D0/Di) δ
0.05 23
0.1 44
①0.1—0.05=0.05 0.05÷10=0.005
②0.073745—0.05=0.023745
③0.023745÷0.005=0.4749
④0.073745对应的δ为：23+（44—23）×0.4749=33）
园整后1→B管段保温层厚度为 mm，与假设相符。
规范规定保温制品最小厚度为20mm，故1→B管段的保温层厚度取20mm,
2→C管段：设该管段保温层厚度为20mm, 则D0=0.185mm
保温层换热系数：a=11.6+7√Vw=11.67√3=23.7 w•m-2•℃-1
水的比热 C=1.163 w•h/m•℃；Kr=1.15；tm=（90+89.8）/2=89.9℃
ln(D0/Di)=2×3.14×0.0564[75×1.15×(89.2-20)/ 30×103×1.163 ×0.2(89.4—89)
—1/3.14×0.185×23.7]=0.126
D0ln(D0/Di)=0.126×0.185=0.02331
查表δ- D0ln(D0/Di)函数得到：δ=33
（采用内查法：D0ln(D0/Di) δ
0.05 23
0.1 44
①0.1—0.05=0.05 0.05÷10=0.005
②0.073745—0.05=0.023745
③0.023745÷0.005=0.4749
④0.073745对应的δ为：23+（44—23）×0.4749=33）
园整后2→C管段保温层厚度为 mm，与假设相符。
三、高温设备管道采用双层材料复合保温各材料厚度计算
计算的已知条件：ф530管道一根，管内介质温度为720℃，需采用双层材料复合保温，确定其保温厚度。内层采用硅酸铝纤维制品：λ1=0.056+0.0002tmw/m•c,
外层采用CAS铝镁质保温隔热材料：λ2=0.038+0.00015tmw/m•c,
年平均风速：Vw=3m/s
隔热层向大气的换热系数：a=11.6+7√Vw=11.67√3=23.7 w•m-2•℃-1
解：双层保温材料在两层交界处的温度，以外层CAS铝镁质保温隔热材料的最高耐热温度400℃为界限温度，保温层外表面温度为35℃。
1、允许最大热损失为Q=300w/m2
2、导热系数：λ1=0.056+0.0002（720+400）/2=0.168 w•m-1•℃-1
λ2=0.038+0.00015（400+35）/2=0.070625 w•m-1•℃-1
3、双层保温总厚度计算：
Dm0ln(Dm0/Di)=2{[λ1(t-t0)+ λ2(t0-ts)]/ Q—λ2/a}
=2{[0.168(720-400)+0.070625(400-35)]/300—0.070625/23.7}
=2{[53.76+25.778]/300—0.00298}=2（0.26513—0.00298）=0.5243
查表δ- D0ln(D0/Di)函数得到：δ=
（采用内查法：D0ln(D0/Di) δ
0.05 23
0.1 44
①0.1—0.05=0.05 0.05÷10=0.005
②0.073745—0.05=0.023745
③0.023745÷0.005=0.4749
④0.073745对应的δ为：23+（44—23）×0.4749=33）
计算结果总厚度δ= mm 取 mm
4、计算内层保温厚度：
ln(D0/Di)=2(λ1/Dm0){(t-t0)/ Q }
=2×0.168÷0.93×{(720-400)/330}=0.351
D0ln(D0/Di)=2(λ1/Dm0){(t-t0)/ Q }
=2×0.168÷0.93×{(720-400)/330}=0.351
计算结果外层保温厚度δ1= mm 取 mm
内层保温厚度δ2=δ-δ1= mm
四、冷热介质交替设备管道的绝热采用双层材料复合保温各材料厚度计算
计算条件：某反应釜ф1400，筒体长1200mm，椭圆形封头。夹套内交替使用-15℃冰盐水和140℃蒸汽。需采用双层材料复合保温，确定其保温隔热厚度。
内层采用CAS铝镁质保温隔热材料保温：λ1=0.038+0.00015tmw/m•c
外层采用CAS专用保冷材料进行保冷：λ2=0.0325+0.0002tmw/m•c
环境温度：ta=35℃,成都地区年平均相对湿度取值85%
换热系数as=8.141w/m2•k
1、露点计算：
环境温度ta=35℃,相对湿度85%时查湿空气焓湿图(p=101.325pa)得：露点温度为ts=32℃，
绝热层外表面温度td=ts+1=32+1=33℃
2、双层保温材料在两层交界处的温度，以外层CAS专用保冷材料的安全使用温度80℃的0.9倍为界限温度，即：内外层交界处的温度为t1=70℃。
λ1=0.038+0.00015tm =0.038+0.00015（140+70）/2=0.05375w/m•c
λ2=0.0325+0.0002tm=0.0325+0.0002（-15+33）/2=0.0361w/m•c
3、双层防结露计算：
内层厚度：δ1=（λ1/a）（t1-t0）/（ta-td）
=0.05375÷8.141×(140-70)÷（35-33）=0.231m=230mm
式中：t0——保冷结构内表面温度，℃
外层厚度：δ2=（λ2/a）（td-t1）/（ta-td）
=0.0361÷8.141×(33-70)÷（35-33）=0.281m=280mm
五、CAS专用保冷材料保冷厚度计算（北京地区）
计算条件：ф530管道‖一根，管内介质温度为-40℃，需采用CAS专用保冷材料进行保冷，确定其保冷厚度。累年夏季空调室外干球计算温度为34℃，累年室外最热月平均相对湿度为78查表的露点温度 为28.5℃，保冷层表面温度ts=28.5+2.5=31℃，在允许冷损失中换热系数as=8.141w/m2•k。则：
最大允许冷损失的计算：ta-td=34-28.5=4.5
q=4.5×8.14=36.63
导热系数:λ=0.0325+0.0002tm=0.0325+0.0002（-40+31）/2= 0.0316w/m•c
保冷厚度按隔热层表面冷损失计算：
D0ln(D0/Di)=2λ[‖t-ta‖ /q—1/a]
=2×0.0316×[‖-40-34‖ /36.63—1/8.141]=0.632[2.0202-0.1228]
=0.1199
计算结果：D0=
δ= (D0-D)/2=( -0.219)/2=
故保冷厚度为： mm
保冷层外表面温度验算如下：ts=ta- q/πD0a=34-36.63/3.14× ×8.141=30℃
故保冷厚度为 mm是合适的。
六、CAS专用保冷材料保冷厚度计算（达州地区）
计算条件：
1、环境温度：ta=35℃,达州地区年平均相对湿度取值85%（注：全国主要城市气象参数，《设备及管道的保冷与保温》P73），
2、换热系数as=8.141w/m2•k,导热系数λ=0.0325w/m•k，
3、介质温度：tf=40℃（安装方提供）
厚度计算：
管道保温保冷厚度计算，根据具体情况，设备应主要考虑保冷；在满足保冷的条件下，已经满足保温要求。
1、露点计算：
环境温度ta=35℃,相对湿度85%时的水蒸气分压值为：
EW=（5.6231÷101.325）×760×85%=35.85mmHg
（注：EW=Pbφ EW——水蒸汽分压值，单位千帕；Pb——同温度下空气的饱和水蒸汽分压值，单位千帕；φ——相对湿度，%。大气压101.325千帕换算为760mmHg。5.6231千帕，湿空气的物理性质表，《设备及管道的保冷与保温》P58）
露点Dr=237.3（0.66077—logEW）/（logEW—8.16077）=32.1
2、管道保冷防结露厚度计算公式
δ=λ×（ts- tf）/[as×（ta— ts）]
式中：
δ——CAS专用保冷材料厚度；
λ——CAS专用保冷材料导热系数：λ=0.0325 w/m•k；
as——保冷层外表面对空气的给热系数，一般取值8.141 w/m2•k；
tf ——管道内介质温度；
td ——露点温度（可根据周围空气温度ta和相对湿度Φ查表）
ts —— 保冷层表面温度（ts = td +1.0）
ta ——空气温度
3、保冷厚度计算
CAS专用保冷材料厚度
δ=λ×（ts- tf）/[as×（ta— ts）]
=0.0325×73.1/（8.14×1.9）=0.1536m=153.6mm
建议保冷厚度为150m
七、泡沫玻璃深冷保冷厚度设计计算
Φ219管道一根，管内介质温度-40℃，需采用泡沫玻璃管壳进行保冷，计算其保冷厚度。
已知条件：
a、λ=0.05+0.000233tm =0.05+0.000233（-40+31）/2=0.049w/m•c,（按北京地区进行计算）
b、累年夏季空调室外干球计算温度为34℃；
c、累年室外最热月月平均相对湿度为78%；
d、查表得露点温度为28.5℃；
e、保冷层表面温度ts =28.5+2.5=31℃；
f、在允许冷损失中换热系数a取8.141 w/m2•c；
g、最大允许冷损失的计算：ta – td =34-28.5=4.5
则q=4.5×8.14=36.63
1、 保冷厚度按隔热层表面冷损失计算：
q=2Л∣t– ta∣/{(1/λ)ln(D0/Di)+2/a D0}
上式经过变化得： D0ln(D0/Di)=2λ（∣t– ta∣/q-1/a）
=2×0.0489(∣-40–34∣/36.63-1/8.14)=0.186
计算结果D0=0.365m
δ=（0.365-0.219）/2=0.073m
园整后保冷厚度为70mm.
2、 表冷层外表面温度验算如下：
ts = ta –q/(ЛD0a)=34-36.63/(3.14×0.365×8.141)=30℃
保冷厚度为70mm是合适的。

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奖品名称：100万U豆体验卡
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奖品名称：100万U豆体验卡
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奖品名称：100万U豆体验卡
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