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《管道技術與設備雜志》2016年第5期

摘要:

文中介紹了高溫管道保溫層優化設計的研究現狀，分析了高溫管道保溫層厚度在不同約束條件下的數學模型以及計算方法，以及在保溫材料和保溫結構方面的研究結果。綜合分析了當前存在的主要問題，提出應針對管道保溫層材料、結構和經濟厚度優化算法開展深入研究，以更好地解決保溫管道設計和更換管道保溫層等問題。

關鍵詞:

高溫管道;保溫層;優化;經濟厚度

0引言

管道保溫層優化就是在管道裸管系統結構已經布置，外部自然環境等已知的情況下，選用合適的保溫層材料，利用優化分析方法，確定系統中的可變參數，建立數學模型，選取最優方案。高溫管道在進行油品輸送時，會有較大的能量損失。為了提高熱經濟性，延長管道壽命，對高溫管道的保溫層厚度做經濟性分析非常必要。對高溫管道實施保溫的措施一般包括2個方面:選擇良好的保溫材料，采用合理的保溫結構;選擇保溫層的經濟厚度，即在合理的保溫層厚度下，減少管道油品輸送時的散熱損失，從而降低能源消耗和運行產生的費用。

1高溫管道保溫層研究現狀

1．1保溫層厚度的研究

1．1．1國外的相關研究

20世紀80年代，德國BruggRohrsystermeGmbh公司開發了PN64型耐400℃、管徑DN20～1000高溫保溫管道，大幅度降低了成本;近些年，意大利的高、中溫蒸汽熱管直埋技術也有所發展，如ReggioEmilia熱網區等蒸汽管網均采用復合保溫管供熱［1－5］。2010年，A．Bahadori等［6］提出了管道直徑與保溫層外表面溫度相關性的函數，通過這個函數可以使用試算表很快求出保溫層的厚度。與復雜的保溫層厚度計算方法相比，該方法更加簡單，計算更加便捷。2013年，VerdErgConnectorsLtd公司［7］設計出一個能減少法蘭盤之間的管線熱損失的方案，介紹了英國國家物理實驗所對蘇格蘭地區的典型管道系統的評價。2014年，M．Kayfeci［8］運用壽命周期費用分析的方法對伊斯帕爾塔省的城市供熱系統進行評價，就最優保溫層厚度、能源節約、年度成本和投資回收期分析進行計算，并得出最優的管道直徑和管道保溫層經濟厚度。

1．1．2國內的相關研究

我國從20世紀80年代初提出保溫經濟厚度設計方法，但由于其計算涉及因素很多，計算復雜，工程設計中應用遇到困難;目前還存在一些問題［9］。從整體而言，我國保溫技術水平和應用技術還有很大提升空間［10－16］。2010年，秦曉博［17］等對地面熱油管道經濟保溫層算法進行了推導，采用經濟保溫層厚度方法，應用EXECL中規劃求解程序編制了完善的計算程序，對保溫層厚度計算進行了優化。2011年，李少華［18］等通過采用控制外表面溫度的計算方法，通過建立保溫層厚度和架空熱油管道單位長度熱損失的數學模型，得出架空熱油管道熱損失與保溫層厚度的關系，最后計算出保溫層的經濟厚度。2012年，于麗麗等［19］通過Origin8．0軟件繪出保溫層厚度分別與保溫效率、管道總傳熱系數、保溫層表面溫度和沿程溫降的關系圖，不僅直觀地體現了保溫層厚度對管道傳熱的影響以及變化趨勢，還可以從圖中查出任意厚度下的保溫情況，為求解熱油管道保溫層厚度提供一種新方法。杜義朋等［20］通過計算保溫層的各項費用，并對其進行列表分析，找出了最小總費用所對應的保溫層厚度，從而得到了保溫層的經濟厚度，計算結果與實際保溫層厚度基本相符。2014年，何磊等［21］通過對高溫蒸汽管道保溫層厚度計算方法進行研究，從技術性和經濟性兩方面分析了影響保溫層厚度的主要因素，并對計算中如何正確選取保溫原始計算數據進行了探討。2015年，施雯等［22］以保溫層厚度為決策變量，外表面溫度及保溫效率為約束條件，建立了以年管道總費用最小為目標的管道保溫層優化配置模型。

1．2保溫結構的研究

保溫結構的設計關系到保溫效果、投資費用、使用年限等問題。通常保溫結構要滿足以下條件［23］:保證管線熱損失不超過標準熱損失，在標準熱損失允許范圍內，保溫層越薄越好;保溫結構需有足夠的機械強度;有較好的防水保護層;保溫結構要避免使管線受到腐蝕;保溫結構所產生的應力不能傳遞到管線上;結構簡單，盡量減少材料消耗量;保溫結構所需材料應就地取材;施工操作簡單，維護檢修方便。

1．3保溫材料的研究

在保溫層的材料方面，目前國內外常用絕熱材料主要是無機纖維狀、粉末狀、多孔狀、膏狀和發泡型保溫材料［24］。表1為各類型保溫材料的優缺點以及主要應用領域。

2結論

關于高溫管道保溫層優化問題的研究方法及內容，主要存在以下幾個問題。

(1)在架空輸油管道保溫層厚度計算中，一般根據經驗參考手冊確定其厚度。一些經驗公式沒有及時更新，會對保溫層經濟厚度的計算結果產生誤差。

(2)設計原則影響保溫層厚度的設計。根據目的性和約束條件的不同采用不同的設計計算方法。為限定保溫層外表面溫度，采用表面溫度法進行計算分析;為限定保溫層表面散熱熱流流量，采用最大允許散熱損失進行計算分析;為減少輸油管道散熱損失并獲得最佳經濟效果，采用經濟厚度法計算。

(3)在保溫層厚度優化研究中，為計算簡便，會忽略次要影響因素，但增大了計算結果誤差。

(4)在保溫層材料和結構方面，我國保溫材料制品和施工工藝還應提高，如保溫材料生產工藝整體水平有待進一步提高與完善，提高保溫材料性能。

3結語

綜上所述，應從以下幾個方面開展研究。

(1)保溫層材料的選擇。對現有保溫材料進行全面的研究，分析不同材料的導熱性能、力學性能等，篩選出優質保溫材料，研制一種憎水性強、高強度的保溫材料，為優化保溫層厚度做好前期基礎。

(2)通過實驗對保溫結構的穩定性及隔熱性進行評價，對外護層材料進行力學分析，優選出結構穩定、熱流密度低、隔熱效果佳的保溫結構。

(3)優化算法研究。根據目的性和約束條件的不同采用不同的設計方法，可以根據最優經濟條件、外表面溫度、溫降值為約束條件，分別建立保溫層厚度優化模型，根據實際情況選擇最佳的保溫層厚度求解方法。

(4)采用數學模型與計算機程序相結合的方法進行設計。列出保溫層經濟厚度算法的程序框圖，將已經建立好的數學模型代入程序框圖當中，進行計算機編程處理，輸入已知條件便可以得出經濟保溫層厚度結果。

參考文獻:

［9］程艷．直埋管道溫度場計算與分析［D］．大連:大連理工大學，2005:1－3．

［10］王征宇．管道保溫層厚度的計算［J］．化工設備設計，1980(6):52－53．

［11］劉先濤．考慮貨幣時間價值計算熱輸管道最優保溫層厚度［J］．油氣儲運，1988，7(1):21－25．

［12］吳明，陳慶永，陳保東．伴熱輸送油管保溫層最優經濟厚度的探討［J］．油氣儲運，1993(2):46－52．

［13］陳豐民．采油五廠埋地集輸管道保溫技術研究［D］．大慶:大慶石油學院，2003:45－46．

［14］劉曉燕，劉揚，郭敬紅，等．埋地原油集輸管道保溫層厚度優化設計［J］．油氣儲運，2005，24(2):20－22．

［15］張樹清，李庚昌，陳豐民，等．埋地集輸管道保溫層優化設計［J］．油氣田地面工程，2006，25(4):32－34．

［16］董正遠．計算埋地管道經濟保溫厚度的一個新模型［J］．油氣儲運，2007，26(11):30－34．

［17］秦曉博，陳保東，孫維，等．基于EXCEL在熱油管道保溫層經濟厚度計算研究［J］．管道技術與設備，2010(6):16－18．

［18］李少華，劉寶玉，戚積功，等．架空高溫輸油管道保溫層厚度設計［J］．當代化工，2011，40(1):97－99．

［19］于麗麗，王為民，張純靜，等．架空熱油管道保溫層厚度計算［J］．當代化工，2012，41(1):103－105．

［20］杜義朋，王為民，王亮，等．列表法計算架空蒸汽管道保溫層經濟厚度［J］．遼寧石油化工大學學報，2012，32(4):48－50．

［21］何磊，汪志華．高溫蒸汽管道保溫層厚度計算影響因素的研究［J］．能源與節能，2014(10):59－60．

［22］施雯，童漢清，梁飛華，等．煉廠內高溫管道保溫層的優化設計［J］．油氣儲運，2015，34(1):104－106．

［23］楊嘉瑜．國外輸油管道保溫技術概況及發展［J］．國外油田工程，1997(5):42－45．

［24］劉承婷．蒸汽管道保溫材料與保溫結構優化研究［D］．大慶:東北石油大學，2013:1－6．

作者:鄧志強 施雯 王琪 謝海彬 陳宏杰 單位:廣東石油化工學院