一种水平热力管道不等厚保温层及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种水平热力管道不等厚保温层及其制作方法，热力管道的保温层左右对称，热力管道保温层的右半部分从顶部到底部每隔α角分成一段，则保温层的右半部分被分成了n段，其中第i段，中心线与热力管道顶部的夹角为θi，1≤i≤n，第i段的保温层厚度为δi。本发明专利技术节约材料，不等厚保温层通过局部保温层材料的厚度调整增加保温效果，在不增加保温材料总量的前提下提高保温效果，相比传统的通过增加保温层厚度提高保温效果的方法相比更为节约材料,在设计中考虑保温层下沉变形的影响，实用性强，不需要增加额外设备，只需要调整局部位置的保温厚度分布就可以提高保温效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水平热力管道不等厚保温层及其制作方法，特别是把热力管道外局部空气对流换热系数纳入热力管道保温层设计的考虑范围之内的保温层及其制作方法。
技术介绍
火力发电厂的高温热力管道温度远远高于环境温度，为了提高发电效率，保证生产安全，常常需要在热力管道外面布置保温层。目前常用的保温材料主要有硅酸铝材料、符合硅酸盐材料，岩棉材料等，在保温层设计过程中一般采用均匀的管外空气对流换热系数进行计算，由于没有考虑管外空气对流换热系数的变化，均匀的热力管道保温层制作方法会导致管外空气局部对流换热系数小的地方保温层材料过厚，保温材料浪费，而管外空气局部对流换热系数大的地方保温层材料过薄，保温材料不足。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了一种水平热力管道不等厚保温层及其制作方法，这种保温层在设计过程中考虑热力管道外部空气对流换热系数变化的影响，在不增加保温材料总量的前提下提高了热力管道的保温效果，起到了节能减排的效果。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种水平热力管道不等厚保温层，所述保温层为左右部分对称的结构，其中右半部分从顶部到底部每隔α角分成一段，则保温层的右半部分被分成了n段，其中第i段，中心线与该段热力管道顶部的夹角为θi，1≤i≤n，第i段的保温层厚度为δi。所述保温层为中空圆柱体。一种水平热力管道不等厚保温层的制作方法，包括以下步骤：步骤一：获取用于计算热力管道外表面平均温度Tw的热力管道相关参数并计算得到热力管道外表面平均温度Tw；步骤二：根据步骤一得到的热力管道外表面平均温度Tw及热力管道的部分相关参数计算得到第i段中心线与热力管道顶部外表面夹角θi对应的对流换热系数hi；步骤三：根据步骤二得到的第i段中心线与热力管道顶部外表面夹角θi对应的对流换热系数hi和热力管道的部分相关参数计算得到第i段的保温层厚度为δi；步骤四：首先在整个热力管道外部铺设厚度为δ1的保温材料，然后在热力管道右半部分第2段到第n段及热力管道左半部分对称的区域铺设厚度为δ2-δ1的保温材料，再在热力管道右半部分第3段到第n段及热力管道左半部分对称的区域铺设厚度为δ3-δ2的保温材料，以此类推，直到在热力管道右半部分第n段及热力管道左半部分对称的区域铺设厚度为δn-δn-1的保温材料。所述步骤一中获取的热力管道相关参数为热力管道半径R0、热力管道外表面热辐射率ε、初始设计保温层厚度δ0、初始设计环境温度Ts、热力管道内部介质温度T0、保温层材料导热率λ和热力管道周围空气热传导系数λair、热力管道周围空气热膨胀系数β、热力管道周围空气运动粘度γ和热力管道周围空气普朗特数Pr。所述步骤一中，管道外表面平均温度Tw计算过程为：保温层的平均热流密度q为q=λ(T0-Tw)R1ln(R1R0)...1]]>通过热力管道壁面向环境散热的平均热流密度为q′=h(Tw-Ts)+ϵσ(Tw4-Ts4)...2]]>热力管道外部对流换热系数可由下式计算得到h=λair2R10.48*(Gr*Pr)^0.25...3]]>公式3中Gr为格拉晓夫数，其计算公式为Gr=8gβ(Tw-Ts)R13γ2...4]]>热力管道半径R0、初始设计保温层厚度δ0、热力管道外表面热辐射率ε、初始设计环境温度Ts、热力管道内部介质温度T0、保温层材料导热率λ为已知热力管道设计参数，热力管道外表面平均半径R1＝R0+δ0，热力管道周围空气热传导系数λair、热力管道周围空气热膨胀系数β、热力管道周围空气运动粘度γ和热力管道周围空气普朗特数Pr、重力加速度g和斯特潘波兹曼常数σ已知，把式1、式2、式3和式4输入到《Equation Engineering Solver》软件中，设置Tw的范围在273K到373K之间，并输入其他已知参数的值，即可得到热力管道外表面平均温度Tw。所述的步骤二中，第i段中心线与热力管道顶部外表面夹角θi对应的对流换热系数hi由下式计算得到：hi=λair2R1(-0.001215*(π-θi)4-0.007489*(π-θi)4+0.4377)*(Gr*Pr)^0.247...5]]>式5中θi为热力管道保温层第i段中心线与热力管道顶部外表面夹角，θi的范围是0～π，Gr为格拉晓夫数，热力管道周围空气普朗特数Pr，热力管道周围空气热传导系数λair，热力管道外表面平均半径R1，由公式5即可计算热力管道外表面θi部位相对应的对流换热系数hi。所述的步骤三中，具体计算过程为：通过保温层外表面θi部位相对应的热流密度qi为qi=λ(T0-Tw,i)R1,iln(R1,iR0)...6]]>公式6中与保温层外表面θi部位相对应的热力管道保温层外表面半径R1，i＝R0+δi，通过热力管道壁面θi部位相对应向环境散热的热流密度为qi′=hi(Tw,i-Ts)+ϵσ(Tw,i4-Ts4)...7]]>热力管道壁面θi部位保温层材料不变，故热力管道保温层截面总面积不变，由此可以得到∫0π(R0*δi+δi22)dθi=π*R0*δ0+π*δ022...8]]>公式7中热力管道外表面θi及与其相对应的对流换热系数hi由步骤二计算得到，热力管道半径R0、初始设计保温层厚度δ0、初始设计环境温度Ts、热力管道内部介质温度T0、保温层材料导热率λ、斯特潘波兹曼常数σ已知，把式6、式7、式8输入到《Equation Engineering Solver》软件中，设置热力管道保温层第i段外表面温度Tw，i的范围在273K到373K之间，并输入其他已知参数的值，得到第i段中心线与热力管道底部夹角θi相对应的保温层厚度δiini。所述的步骤四中具体过程为：根据《DLT5072-2007火力发电厂保温油漆设计规程》，保温材料按照硬度可分为硬质材料、半硬质材料和软质材料，其中硬质材料的下沉率M为0.1，半硬质材料的下沉率M为0.05，软质材料的下沉率为0.01，每种保温材料的下沉深度Lf的计算公式为Lf＝M*(R0+δ0)…………………………9由式9可以求得管道的下沉深度Lf，根据余弦定理可得(R0+δ0)2=Lf2+(R0+δical)2+2*Lf*(R0+δical)*cos&the本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平热力管道不等厚保温层，其特征是，所述保温层为左右部分对称的结构，其中右半部分从顶部到底部每隔α角分成一段，则保温层的右半部分被分成了n段，其中第i段，中心线与该段热力管道顶部的夹角为θi，1≤i≤n，第i段的保温层厚度为δi。

【技术特征摘要】
1.一种水平热力管道不等厚保温层，其特征是，所述保温层为左右部分对称的结构，其
中右半部分从顶部到底部每隔α角分成一段，则保温层的右半部分被分成了n段，其中第
i段，中心线与该段热力管道顶部的夹角为θi，1≤i≤n，第i段的保温层厚度为δi。
2.如权利要求1所述的一种水平热力管道不等厚保温层，其特征是，所述保温层为中空
圆柱体。
3.权利要求1所述的一种水平热力管道不等厚保温层的制作方法，其特征是，包括以下
步骤：
步骤一：获取用于计算热力管道外表面平均温度Tw的热力管道相关参数并计算得到热力
管道外表面平均温度Tw；
步骤二：根据步骤一得到的热力管道外表面平均温度Tw及热力管道的部分相关参数计算
得到第i段中心线与热力管道顶部外表面夹角θi对应的对流换热系数hi；
步骤三：根据步骤二得到的第i段中心线与热力管道顶部外表面夹角θi对应的对流换热系
数hi和热力管道的部分相关参数计算得到第i段的保温层厚度为δi；
步骤四：首先在整个热力管道的外部周向铺设厚度为δ1的保温材料，然后在热力管道右
半部分第2段到第n段及热力管道左半部分对称的区域铺设厚度为δ2-δ1的保温材料，再在热
力管道右半部分第3段到第n段及热力管道左半部分对称的区域铺设厚度为δ3-δ2的保温材料，
以此类推，直到在热力管道右半部分第n段及热力管道左半部分对称的区域铺设厚度为
δn-δn-1的保温材料。
4.如权利要求3所述的一种水平热力管道不等厚保温层的制作方法，其特征是，所述步
骤一中获取的热力管道相关参数为热力管道半径R0、热力管道外表面热辐射率ε、初始设计保
温层厚度δ0、初始设计环境温度Ts、热力管道内部介质温度T0、保温层材料导热率λ和热力管
道周围空气热传导系数λair、热力管道周围空气热膨胀系数β、热力管道周围空气运动粘度γ和
热力管道周围空气普朗特数Pr。
5.如权利要求4所述的一种水平热力管道不等厚保温层的制作方法，其特征是，所述步
骤一中，管道外表面平均温度Tw计算过程为：
保温层的平均热流密度q为
q=λ(T0-Tw)R1ln(R1R0)...1]]>通过热力管道壁面向环境散热的平均热流密度为
q′=h(Tw-Ts)+ϵσ(Tw4-Ts4)...2]]>热力管道外部对流换热系数可由下式计算得到
h=λair2R10.48*(Gr*Pr)^0.25...3]]>公式3中Gr为格拉晓夫数，其计算公式为
Gr=8gβ(Tw-Ts)R13γ2...4]]>热力管道半径R0、初始设计保温层厚度δ0、热力管道外表面热辐射率ε、初始设计环境温
度Ts、热力管道内部介质温度T0、保温层材料导热率λ为已知热力管道设计参数，热力管道外
表面平均半径R1＝R0+δ0，热力管道周围空气热传导系数λair、热力管道周围空气热膨胀系
数β、热力管道周围空气运动粘度γ和热力管道周围空气普朗特数Pr、重力加速度g和斯特潘波
兹曼常数σ已知，把式1、式2、式3和式4输入到《Equation Engineering Solver》软件中，
设置Tw的范围在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李临临，于连海，赵旭，高永芬，沈惬，刘瑞阳，孙大明，王峰，陈雷，侯庆伟，
申请(专利权)人：山东电力工程咨询院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37