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3.1蒸汽伴管伴热保温
时间：2008-02-26 来源： 作者：
3 伴热保温的选用
当隔热不能满足工艺物料的隔热保温要求时，一般采用伴热保温的形式。伴热保温通常有蒸汽伴热、热水伴热、导热油伴热和电热带伴热等。
3.1 蒸汽伴管伴热保温
3.1.1 蒸汽伴管伴热保温适用范围
设备、管道中介质的凝固点、粘度较大，工艺介质需维持的温度较高，或者设备、管道所在区域的防爆等级较高，介质的腐蚀性、热敏性较强时，应选择蒸汽伴热的热保温形式。
3.1.2 热源介质的选用
蒸汽伴热常用饱和蒸汽作热源介质，蒸汽压力通常由蒸汽温度决定，而蒸汽温度根据工艺介质需保温的情况而定，一般情况下蒸汽应高于被保温介质的温度。选用的蒸汽温度应考虑工艺物料的特性，如结焦点、凝固点等。使用蒸汽压力一般等于或低于1300kPa，常用350～1000kPa，最低200kPa。压力太低时，管道阻力造成蒸汽的压力降低会产生冷凝液，因而伴管长度较短，工程上一般不采用低于200kPa压力的伴管蒸汽。蒸汽热源在操作期间及开、停车时不应中断。
3.1.3 蒸汽伴管伴热保温的设计要求
a) 设备伴管伴热保温的设计要求
设备内介质是酸或其他严重腐蚀性的物料时，设备如需伴热保温应采用外部伴热，对于其他物料，可以采用外部伴热，或内部伴热。
工艺系统专业根据化工工艺专业发表的设备工艺数据表中提出的伴热保温的要求对设备的伴热长度、伴管间距进行计算。
b) 管道伴管伴热保温的设计要求
物料管道一般采用外部伴热。工艺系统专业根据化工工艺专业的条件和由管道材料专业提出的伴热保温管道所需伴热管的根数及其他要求，在“管道命名表说明”中写明管子的蒸汽伴热管的根数。
3.1.4 蒸汽伴管伴热保温计算
3.1.4.1 设备蒸汽伴管伴热保温计算
a) 设备伴热管管径的选择
设备伴管的规格，通常采用DN15～DN25管径的管子，如果需要，也可以采用大一点的管径。
b) 设备伴管伴热经隔热后的热损失计算
1) 保温隔热层表面至周围空气给热系数(α0)
α0=αr＋αk (3.1-1)
式中
α0——保温隔热层表面至周围空气给热系数，W/(m2·℃)；
αr——保温隔热层的辐射传热系数，W/(m2·℃)；
αk——对流传热系数，W/(m2·℃)。
辐射传热系数(αr)

式中
Ts——保温隔热层外表面温度，℃；
Ta——周围环境温度，℃（室外常年运行的取历年之年平均温度的平均值，季节性运行的取历年运行期日平均温度的平均值，或者根据工程标准选取；室内均取25℃或者根据工程标准选取）；
C——辐射系数，W/(m2·℃4)。
薄铁皮或油漆表面C＝5.23，铝板表面C＝0.33
对流传热系数（αk）
① 在室内无风情况下

D1——保温隔热层外径m。如果设备外形不是圆形，则。
式中
P——横截面的外周长，m；
π——圆周率(π=3.14)。
其余符号说明与式(3.1-1)及式(3.1-2)相同。
② 在室外有风的情况下
若WD1＜0.8m2/s

式中
W——风速，m/s。隔热保温采用冬季平均风速，隔冷保温采用夏季平均风速，或者根据工程标准选取。
其余符号说明与式(3.1-1)～式(3.1-3)相同。
③ 工程计算中，也可用下述简便计算方法确定隔热层表面至周围空气的给热系数。
在室内时，α' 0 =9.76＋0.07（ts-ta） (3.1-6)
一般取ts－ta=15～20℃
在室外时，α0 =α'0 +6.97   (3.1-7)
对于隔热或加热保护绝热结构,一般α' 0=11.62W/(m2·℃)
2) 热损失的传热系数（K）

式中
K——热损失的传热系数，W/(m2·℃)；
α1——设备外壁至保温隔热层内侧空隙间空气的给热系数，W/(m2·℃)，一般工程计算中取α
1=11.62～13.95 W/(m2·℃)；
δ2——保温隔热层厚度，m；
λ2——保温隔热层导热系数，W/(m2·℃)。
其余符号说明与式(3.1-1)～式(3.1-7)相同。
3) 热损失的传热温差（Δt）
保温设备内介质对外壁的传热一般忽略不计，这样设备外壁温度(tW)与设备内工作温度(t)可视作相同。
Δt=tw－ta=t－ta (3.1-9)
式中
Δt——热损失的传热温差，℃；
Tw——保温设备的外壁温度，℃；
t——保温设备内的工作温度，℃；
其余符号说明与式(3.1-1)～式(3.1-8)相同。
4) 热损失的负荷（Q）
Q=K·F·Δt (3.1-10)
式中
Q——热损失的负荷，W；
F——设备外表面积，m2.
其余符号说明与式(3.1-1)～式(3.1-9)相同。
c) 计算伴管长度（L）
1) 伴热管与热保温设备之间的传热系数（K1）

式中
K1——伴热管与热保温设备之间的传热系数，W/(m2·℃)；
α2——伴热管内蒸汽冷凝给热系数，一般取11622.50W/( m2·℃)；
δ——伴热管的管壁厚度，m；
λ——伴热管的导热系数，W/(m·℃)；
α3——蒸汽伴热管至保温隔热层内空气给热系数，W/(m2·℃)；
α4——保温隔热层内空气至被加热设备的给热系数，W/(m2·℃)；
α3、α4 的经验数据见表3.1-1～2。

2) 伴热管与保温设备之间的传热温差(Δt1)
由前述可知，设备的外壁温度(tw)与设备内工作温度(t)可视作相同。
Δt1=tv－tw=tv－t (3.1-12)
式中
Tv——伴热管内蒸汽的工作温度，℃。
其余符号说明与式(3.1-1) ～式(3.1-11)相同。
3) 伴热管面积(F1)

式中
L——伴热管长度，m；
r——伴热管外半径，m；
d——伴热管外直径，m；
其余符号说明与式(3.1-1) ～式(3.1-13)相同。
d) 使用本计算方法的注意事项
1) 上述方法适用于伴管与被保温设备壁间有空气层存在。
2) 被保温的设备的外径（圆筒形）＞1m。
3.1.4.2 设备伴热管计算举例
计算某设备的伴管长度
a) 列出已知条件
1) 保温设备直径φ1400mm，高度约为3000mm；
2) 设备中物料温度160℃；
3) 按工程标准，环境温度为-10℃；
4) 保温伴管直径d=25mm，厚度δ=3mm；
5) 保温隔热层厚度100mm；
6) 冬季平均风速7m/s；
7) 饱和蒸汽温度175℃，压力900kPa；
b) 热损失计算；
1) 热损失传热系数(K)
保温隔热层表面至周围空气的给热系数(α0)，由式(3.1-7)得：

设备外壁至保温隔热层内侧空隙间空气的给热系数(a1)
取α1＝11.62 W／(m2·℃)
保温隔热层的导热系数(λ2)
λ2＝0.0604 W／(m·℃)
热损失传热系数（K）
由式(3.1-8)得：

2) 设备的外表面积（F） F=3.14×1.4×3=13.19m2
3) 热损失的传热温差(Δt)
由式(3.1-9)得：
Δt=tw－ta=160－(-10)=170℃
4) 热损失（Q）
由式(3.1-10)得
Q=K·F·Δt=0.56×13.19×170=1255.69 W
c) 伴管长度计算
1)传热面积（F1）
① 伴热管与保温设备之间的传热系数（K1）
蒸汽冷凝给热系数(α2)
取α2＝11622.50 W／(m2·℃)
钢管导热系数λ=46.52 W／(m·℃)
伴热管至保温隔热层内空气给热系数(α3)
查表3.1-1，α3=22.08 W／(m2·℃)
保温隔热层内空气至被加热设备的给热系数(α4)
查表3.1-2，α4=14.53 W／(m2·℃)，伴管壁厚δ＝3mm
伴热管与保温设备之间的传热系数(K1)
由式(3.1-11)得：

② 伴热管与保温设备之间的传热温差(Δt1)
由式(3.1-12)得：
Δt1=tv－tw=175－160=15℃
③ 传热面积（F1）
由式(3.1-13)得：

3.1.4.3 管道蒸汽伴管伴热保温
a) 管道伴热管管径的选择
一般情况下对工艺、公用工程管路采用DN15～DN25管径的管子，如果需要可选用直径大于DN25的伴管。
b) 管道伴热管管数的确定
管道伴热管管数与被伴热管内工艺介质的情况和工艺管道的直径有关，应按适合本工程设计项目的要求，由管道材料专业编制“绝热保温设计规定”，规定绝热保温等级和有关数据，确定管道伴热管管数。
c) 其它设计要求
输送腐蚀性或热敏性介质的管道不可与伴管直接接触，在管道与伴管之间要加一层隔离板（如石棉纸或石棉板）。