蒸汽管道温度损失计算及分析

g

w / n

热水供热管道的温降

1. 计算基本公式 1.1 温损计算公式为：

t

l

k g (t p G t k

)

C

f bw

式中：

k —管道单位长度传热系数

t p

—管内热媒的平均温度

t —环境温度

G —热媒质量流量

Kg / s

C —热水质量比热容

J / Kg

C

l ——管道长度

m 由于计算结果为每米温降，所以

L 取 1m

1.2. 管道传热系数为

k g

n

1

1 1 ln

d i 1

1 a n d n

i 1

2

i

d i

a w d w

式中：

a ，

a w

—分别为管道内外表面的换了系数

w/ m 2

C

d n ， d w —分别为管道（含保温层）内外径

m

C

m C

k

C

i —管道各层材料的导热系数

身热阻很小，可以忽略不计）。

w / m C （金属的导热系数很高，自

d —管道各层材料到管道中心的距离 m

2.1 内表面换热系数的计算

根据 H.Hansen 的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算：

a n d n

n

0.037(Re

0.75

180) Pr

0.42

Pr 为普朗特常数查表可得，本文主要针对供水网温度和回水网温度进行查找得：

90 摄氏度时 Pr=1.95; 在 75 摄氏度时 Pr=2.38;

2.2 外表面换热系数的计算

由于采用为直埋方式，管道对土壤的换热系数有：

a w

d w

ln[

2

2 h t

d w

t

(

2 h t )

2

1 ]

d w

式中：

t

—管道埋设处的导热系数。

h t

—管道中心到地面的距离。

3. 假设条件：

i

N

A. 管道材料为碳钢（w 1.5% ）

B. 查表得：碳钢在75 和90 摄氏度时的导热系数都趋近于

36.7

w / m C

C. 土壤的导热系数t =0.6

w/ m C

D. 由于本文涉及到的最大管径为0.6m ，所以取h

t

=1.8m

E. 保温材料为：聚氨酯，取=0.03

w/ m C

F. 保温层外包皮材料是：PVC，取=0.042

w / m C

G. 在75 到90 摄氏度之间水的比热容随温度的变化很小，可以忽略不计。

4. 电厂实测数据为：

管径为300mm 时，保温层厚度为：50mm ，保温外包皮厚度为：7mm ；管径为400mm 时，保温层厚度为：51mm ，保温外包皮厚度为：7.8mm ；管径为500mm 时，保温层厚度为：52mm ，保温外包皮厚度为：9mm ；管径为600mm 时，保温层厚度为：54mm ，保温外包皮厚度为：12mm ；

蒸汽管道损失理论计算及分析

1、蒸汽管道热损失公式推导

稳态条件下，通过单位长度的蒸汽管道管壁的热流量是相同的。

根据稳态导热的原理，可得出蒸汽保温管道的导热热流量式为：

2、总传热系数及其影响因素分析

2.1 总传热系数k

k

n

1

1

1

ln d i 1 1

h1 d 1i 1 2 i d i d n 1式中：—蒸汽对工作钢管内壁的换热系数

—蒸汽管道各层材料的导热系数

—蒸汽管道各层材料到管道中心的距离ɑ—蒸汽管道对土壤的换热系数（直埋）

或蒸汽管道与空气间的对流换热系数（架空或管沟）

2.2 传热系数 k 的影响因素

2.2 1 蒸汽与管道内壁的对流换热系数

①计算公式 :

式中： μ—努谢儿特准则数

—蒸汽的导热系数

—蒸汽管道工作钢管内径

②影响因素：蒸汽管道的管径大小及蒸汽温度

③ 文献数据分析结论：在蒸汽供热运行的温度范围内，蒸汽温度对对

流换热系数的影响相对较小，在计算时该系数可近似地取平均值。

2.2.2 管道与土壤的换热系数ɑ（直埋敷设）

①计算公式：

式中： —蒸汽管道埋设土壤处的导热系数， W/(m.K)

—蒸汽管道外径， m

—蒸汽管道中心到地面的距离， m

② 影响因素：管道埋设深度

土壤导热系数（主要受土壤土质及含水率影响）

2

t

D 2 h t

ex

ln[

D ( 2 h t ) 2 1 ]

ex D ex

t

q L j (1

jl

)

j

1000 C jp G j

③主要结论：土壤换热系数的确定，需根据电厂实际情况，主要考虑

土壤土质及含水率等因素。

2.2.3 蒸汽管道与空气的对流换热系数ɑ

①计算公式: ɑ

式中：μ—努谢儿特准则数

—蒸汽的导热系数

—蒸汽管道工作钢管内径

② 影响因素:空气温度及管道外壁温度

③文献查阅主要结论：管壁在工程许可范围内对相同管径对流换热系

数影响较小，在工程许可范围内可忽略。

2.2.4 保温层导热系数的确定

查阅相关数据库

3 蒸汽管道沿途温降计算

计算公式：

式中：—管段j 单位长度热损

—管段j 的长度

—管段j 内蒸汽的平均定压比热

—管段j 的流量

4 热损失分析

4.1 管道沿途散热损失