一种研究架空供热管道散热损失特性的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置及实验方法，包括：电加热器、循环油泵、质量流量计、保温测试段、过滤器、电动调节阀A、电动调节阀B、主回路流量计、冷却器、冷却回路入口阀、冷却回路出口阀、排油阀、膨胀油箱、氮气入口阀、排气阀、注油阀、排气管路和膨胀管路。本发明专利技术的有益效果是：结合使用不同散热损失测试方法的架空供热管道散热损失特性，实现对保温管道局部散热量和总散热量的综合定量分析，弥补了当前对管道支架支墩散热量无法直接测量的不足，对于找到保温管道散热的薄弱环节，科学分析保温管道散热损失特性，建立高精度的热网散热损失模型，具有重要意义。意义。意义。

【技术实现步骤摘要】
一种研究架空供热管道散热损失特性的实验装置及方法


[0001]本专利技术属于能源
，尤其涉及一种研究架空供热管道散热损失特性的实验装置及方法。

技术介绍

[0002]在工业热网系统中，供热蒸汽保温管道的热力性能，直接决定了热网系统的能效指标、供热半径等关键特征参数。保温管道散热损失作为评价热网供热的核心指标，直接决定供热的经济效益。如何有效分析和准确评估保温管道散热损失特性，对于热网的优化设计、高效经济运行和维护具有重要的意义。
[0003]中华人民共和国国家标准GB/T28638
‑
2012《城镇供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》中对供热管道散热损失的测试方法有热流计法、表面温度法、温差法和热平衡法。其中表面温度法和热流计法是通过局部的测点从而得到局部的散热量；温差法是利用保温结构各分界面上的温度，结合已知保温材料导热系数的前提下，计算出局部散热热流密度；热平衡法是通过测量管段首尾的焓差值得到整段管道的总散热量。表面温度法和热流计法适用于散热热流分布均匀的区域，如直管道表面；温差法适用于保温材料导热系数已知的情况下；热平衡法要求供热管道处于稳态运行工况且有显著的介质温降。可以看出，这四种散热损失测试方法有各自的局限性和不同应用前提，对于一段保温管道，若要同时获得总散热损失和局部散热损失，必须综合使用多种散热损失测试方法。
[0004]目前对于管道保温性能的测试主要局限于直管道与保温材料组成的典型简单部分，即直管保温的散热损失。而实际架空供热管道中还存在弯头、三通、阀门等管件，以及管道支架、混凝土支墩等与管道连接的特殊结构，这些部分的散热情况与直管的保温散热情况存在明显不同，且某些情况下在热网总散热损失中占主导地位，需要对其进行深入研究。
[0005]CN201410315513.1提出了一种模拟深水环境管道保温性能试验系统，通过测试保温结构外表面温度和热流密度等参数，定量分析了保温结构的绝热性能，但此系统仅考虑了直管道保温的绝热性能，对实际工程中存在的管道支架等特殊结构件的散热损失未做研究。
[0006]由于实际架空供热管网情况复杂，受蒸汽参数动态变化、负荷波动、长距离后环境条件变化、沿程疏水、太阳辐照变化等因素的影响，在热网现场不具备进行控制变量条件下稳态实验研究的条件。
[0007]综上，为了准确获得包括直管、管件、支架和支墩在内的等各部分散热量，找到保温管道散热的薄弱环节，科学分析保温管道散热损失特性，建立高精度的热网散热损失模型，亟需设计一种架空供热管道散热损失特性实验装置和方法，进行保温管道局部散热和总散热的综合定量分析。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种研究架空供热管道散热损失特
性的实验装置及方法。
[0009]这种用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，包括电加热器、循环油泵、保温测试管路、循环旁路、主回路流量计、冷却器和膨胀油箱；
[0010]电加热器出口连接循环油泵进口，循环油泵出口分别与保温测试管路和循环旁路连接；在循环旁路上装有电动调节阀B；在保温测试管路入口段装有质量流量计，质量流量计出口连接保温测试段进口，保温测试段出口连接过滤器和电动调节阀A，电动调节阀A出口和电动调节阀B出口合并为一路后连接主回路流量计进口；
[0011]主回路流量计出口连接冷却器高温侧进口，冷却器高温侧出口连接电加热器进口；冷却器低温侧的进出口分别设置有冷却回路入口阀和冷却回路出口阀；
[0012]膨胀油箱与电加热器通过排气管路和膨胀管路连接，在膨胀油箱顶部装有氮气入口阀、排气阀和注油阀。
[0013]作为优选：所述保温测试段的入口和出口附近分别装有截止阀A和截止阀B，截止阀A后管路分为两路，分别连接两个测试段；一路管路连接室内测试段，并在靠近室内测试段入口处设置截止阀C，另一路管路连接室外测试段，并在靠近室外测试段入口处设置截止阀D；
[0014]室内测试段和室外测试段互为镜像，测试段上设有直管段、弯头和管道支墩支架组件，并在测试段入口、中间和出口处分别装有热电阻，室内测试段和室外测试段出口分别装有截止阀E和截止阀F，截止阀E和截止阀F出口合并为一路连接截止阀B进口。
[0015]作为优选：所述保温测试段采用U型排管布置。
[0016]作为优选：所述保温测试段中，工作管外包覆有保温层和外护层，管道支架支墩组件包括支架与支架混凝土支墩；支架上端穿透保温层和外护层与工作管相连，下端固定在混凝土支墩上。
[0017]作为优选：所述保温测试段所使用的工作管、保温层、外护层、弯头和支架支墩组件均规格统一。
[0018]作为优选：所述保温测试段使用的工作管尺寸小于等于DN150。
[0019]作为优选：电加热器与循环油泵之间的连接管路上有排油支路，排油支路装有排油阀。
[0020]作为优选：所述电动调节阀A的阻力系数大于电动调节阀B，主要流量经过循环旁路。
[0021]一种用于研究架空供热管道散热损失特性的实验方法，包括以下步骤：
[0022]步骤1、调节膨胀油箱内的液位高度至预定值；
[0023]步骤2、关闭冷却回路入口阀、注油阀和排油阀，打开冷却回路出口阀，电动调节阀A和电动调节阀B保持全开；打开氮气入口阀和排气阀，充入氮气以排除空气，空气完全排除后关闭排气阀，待膨胀油箱内压力达到预定值时关闭氮气入口阀；打开截止阀A、截止阀B、截止阀C和截止阀E，关闭截止阀D和截止阀F，使室内测试段投入运行；
[0024]步骤3、设定目标温度和升温速率，开启循环油泵至最高转速，开始加热；此时电动调节阀B关闭，电动调节阀A全开，保温测试回路流量达到最大；
[0025]步骤4、实验回路达到目标温度后，打开排气阀放出部分气体调节系统压力至设定值；降低循环油泵转速，调节电动调节阀B至最大开度，减小电动调节阀A开度，使保温测试
段中进出口流体形成温降；
[0026]步骤5、计算总散热功率：待系统达到热平衡状态后，进行实验数据采集，由热平衡法得到测试段的总散热功率为
[0027]Q
t
＝Mc
p
(T
in
‑
T
out
)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0028]其中，M为测得的测试段导热油质量流量，c
p
为导热油比热容，T
in
和T
out
分别为测试段进出口流体温度；
[0029]步骤6、用热流计分别对直管段和弯头的外表面进行测量，多次测量取平均值后分别得到直管段外表面平均散热热流密度q
p
和弯头外表面平均散热热流密度q
b
，然后得到
[0030]Q
p
＝πD
p
L
p
q
p
ꢀꢀꢀ
(2)
[0031]Q本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于，包括：电加热器(1)、循环油泵(2)、保温测试管路、循环旁路、主回路流量计(8)、冷却器(9)和膨胀油箱(13)；电加热器(1)出口连接循环油泵(2)进口，循环油泵(2)出口分别与保温测试管路和循环旁路连接；在循环旁路上装有电动调节阀B(7)；在保温测试管路入口段装有质量流量计(3)，质量流量计(3)出口连接保温测试段(4)进口，保温测试段(4)出口连接过滤器(5)和电动调节阀A(6)，电动调节阀A(6)出口和电动调节阀B(7)出口合并为一路后连接主回路流量计(8)进口；主回路流量计(8)出口连接冷却器(9)高温侧进口，冷却器(9)高温侧出口连接电加热器(1)进口；冷却器(9)低温侧的进出口分别设置有冷却回路入口阀(10)和冷却回路出口阀(11)；膨胀油箱(13)与电加热器(1)通过排气管路(17)和膨胀管路(18)连接，在膨胀油箱(13)顶部装有氮气入口阀(14)、排气阀(15)和注油阀(16)。2.根据权利要求1所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：所述保温测试段(4)的入口和出口附近分别装有截止阀A(21)和截止阀B(22)，截止阀A(21)后管路分为两路，分别连接两个测试段；一路管路连接室内测试段(19)，并在靠近室内测试段(19)入口处设置截止阀C(23)，另一路管路连接室外测试段(20)，并在靠近室外测试段(20)入口处设置截止阀D(24)；室内测试段(19)和室外测试段(20)互为镜像，测试段上设有直管段(28)、弯头(29)和管道支墩支架组件(30)，并在测试段入口、中间和出口处分别装有热电阻(27)，室内测试段(19)和室外测试段(20)出口分别装有截止阀E(25)和截止阀F(26)，截止阀E(25)和截止阀F(26)出口合并为一路连接截止阀B(22)进口。3.根据权利要求2所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：所述保温测试段(4)采用U型排管布置。4.根据权利要求2所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：所述保温测试段(4)中，工作管(31)外包覆有保温层(32)和外护层(33)，管道支架支墩组件(30)包括支架(34)与支架(34)混凝土支墩(35)；支架(34)上端穿透保温层(32)和外护层(33)与工作管(31)相连，下端固定在混凝土支墩(35)上。5.根据权利要求4所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：所述保温测试段(4)所使用的工作管(31)、保温层(32)、外护层(33)、弯头(29)和支架支墩组件(30)均规格统一。6.根据权利要求5所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：所述保温测试段(4)使用的工作管(31)尺寸小于等于DN150。7.根据权利要求1所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：电加热器(1)与循环油泵(2)之间的连接管路上有排油支路，排油支路装有排油阀(12)。8.根据权利要求1所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的实验装置，其特征在于：所述电动调节阀A(6)的阻力系数大于电动调节阀B(7)，主要流量经过循环旁路。9.如权利要求1所述的用于研究架空供热管道散热损失特性的试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、调节膨胀油箱(13)内的液位高度至预定值；步骤2、关闭冷却回路入口阀(10)、注油阀(16)和排油阀(12)，打开冷却回路出口阀(11)，电动调节阀A(6)和电动调节阀B(7)保持全开；打开氮气入口阀(14)和排气阀(15)，充入氮气以排除空气，空气完全排除后关闭排气阀(15)，待膨胀油箱(13)内压力达到预定值时关闭氮气入口阀(14)；打开截止阀A(21)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凯伦，吴凡，林俊光，俞李斌，蒋月红，叶飞宇，赵申轶，张曦，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：