保温层厚度计算圆筒
保温层经济厚度的确定
保温层经济厚度的确定于 明济南大学化学系 济南 250002摘要 将传热方程与经济核算相结合 ,导出了单层和双层保温层经济厚度的计算公式 ,介绍了有关参数 的确定方法 ,对于合理选择绝热材料和确定保温层的厚度具有重要意义 。
关键词 保温层 经济厚度 经济核算 绝热材料 费用1 前 言保温层厚度按计算方法分为经济厚度 、允许热(冷) 损失下保温厚度和防结 露 、烫 伤 厚 度 等 多 种 。
在没有特殊要求的情况下 ,应采用经济厚度 ,对长距 离管路和大型设备尤其如此 ; 只有在经济厚度无法 达到工艺要求时 ,才考虑采用其它方法确定保温层 厚度 。
经济厚度是指管路或设备采用保温层后 ,年 热损失费用与保温工程投资费的年分摊费用之和最 小时的保温层厚度 。
确定经济厚度不仅需考虑传热 影响因素 ,还需考虑热能价格 、保温材料价格以及偿 还利息等 。
目前文献资料中仅介绍了单层保温层经济厚度 的近似计算法 , 没 有 涉 及 双 层 保 温 层 的 计 算 问 题 。
实际上由于绝热材料在价格 、强度 、耐温性能等方面 有差异 ,许多场合采用双层保温层效果更好 ,一方面 可以降低费用 ,另一方面可以弥补绝热材料的某些 不足 ,如将耐温性能好但强度差的绝热材料作为内 层 ,而将耐温性能差但强度好的材料作为外层 。
因 此 ,合理选择各层绝热材料并按经济厚度施工 ,可以 获得优于单层保温层的效果 。
(1)F = 式中 , b ———保温层厚度 ,mB ———热能价格 ,元/ J F ———年总费用 ,元K ———单位体积保温层造价 ,元/ m 3 K ′———单位面积保护层造价 ,元/ m 2N ———保温投资贷款年分摊率 , %t w , t o ———分别为管路或设备的表面温度和环境温度 , ℃ τ———年运行时间,s λ———绝热材料的导热系数 ,W/ m 〃℃αo ———保温层外表面与周围空气间的对流辐 射联合传热系数 ,W/ m 2 〃℃ dF 求 d b = 0 得 :21d F= KN - Bτ( t w - t o ) / λ+ = 0am 在t 计c 算保温层厚度时 ,外径 ≤1 m 的管路或设αord b整理得保温层的经济厚度 :作为圆筒壁考虑 , 以 单 位 长 度 为 计 算 基 准 ; 外 径 >1 m 的管路或设备作为平壁考虑 ,以单位面积为计算基准 。
管道绝热厚度经济计算表
1、经济厚度法计算保温计算依据：《设备及管道绝热技术通则》(GB4272-2008) 《设备及管道绝热技术导则》(GB8175-2008）δ 保温层厚度，单位为毫米(mm)140ƒn 热价，单位为元每吉焦(元/GJ)61.33λ 保温材料制品热导率，对于软质材料应取安装密度下的热导率，单位为瓦每米开尔文单位为[W/(mK)]0.0436τ 年运营时间，单位为(h)7000T 设备和管道的外表面温度，单位为开尔文(摄氏度)[K(℃)]165T 0 环境温度，单位为开尔文(摄氏度)[K(℃)]20P i 保温结构单位造价，单位为元每立方米(元/m³)1150S 保温工程投资贷款年分摊率，按复利计算：0.135481997i 年利率（复利率） 5.94%n 计息年数10α 保温层外表面与大气的换热系数，单位为瓦每平方米开尔文[W/(㎡K)]11.63D 0 保温层外径，单位为毫米(mm)388D i 保温层内经，单位为毫米(mm)1080.4962031560.493383444差值比例0.57%表面凝露法计算保冷：DN40,-196℃液氮管道计算依据：《设备及管道绝热技术通则》(GB4272-2008) 《设备及管道绝热技术导则》(GB8175-2008）λ 单层保冷材料制品在使用温度下的热导率，单位为瓦每米开尔文[W/(mK)]0.064t s 保冷层外表面温度，按大气露点温度+1，单位为摄氏度[℃)]30t 金属管道、圆筒形设备及球形容器壁的外表面温度，单位为摄氏度[℃)]-196t a 环境温度，取年夏季空调室外干球计算温度，单位为摄氏度[℃)]45αs 保温层外表面与大气的换热系数，单位为瓦每平方米开尔文[W/(㎡K)]8.14D 0 管道、圆筒形设备或球形容器的外径，单位为米[m]0.04826D 1 管道、圆筒形设备或球形容器单层保冷层的外径，单位为米[m]0.17999D 1实际值，单位为米[m]0.185264.9092531484.909252364保冷层冷损失量计算W/m冷箱至液氮储槽管道长度，单位为米[m]66-67.76877602总冷量损失，单位为米[w]-4472.739217表面凝露法计算保冷：DN65,-183℃液氧管道计算依据：《设备及管道绝热技术通则》(GB4272-2008) 《设备及管道绝热技术导则》(GB8175-2008）λ 单层保冷材料制品在使用温度下的热导率，单位为瓦每米开尔文[W/(mK)]0.064t s 保冷层外表面温度，按大气露点温度+1，单位为摄氏度[℃)]30t 金属管道、圆筒形设备及球形容器壁的外表面温度，单位为摄氏度[℃)]-183t a 环境温度，取年夏季空调室外干球计算温度，单位为摄氏度[℃)]45αs 保温层外表面与大气的换热系数，单位为瓦每平方米开尔文[W/(㎡K)]8.14D 0 管道、圆筒形设备或球形容器的外径，单位为米[m]0.07302D 1 管道、圆筒形设备或球形容器单层保冷层的外径，单位为米[m]0.2107D 1实际值，单位为米[m]0.233023.0579623.057781保冷层冷损失量计算W/m冷箱至液氧储槽管道长度，单位为米[m]74.3-74.6691总冷量损失，单位为米[w]-5547.92表面凝露法计算保冷：DN50,-186℃液氩管道计算依据：《设备及管道绝热技术通则》(GB4272-2008) 《设备及管道绝热技术导则》(GB8175-2008）λ 单层保冷材料制品在使用温度下的热导率，单位为瓦每米开尔文[W/(mK)]0.064t s 保冷层外表面温度，按大气露点温度+1，单位为摄氏度[℃)]30t 金属管道、圆筒形设备及球形容器壁的外表面温度，单位为摄氏度[℃)]-186t a 环境温度，取年夏季空调室外干球计算温度，单位为摄氏度[℃)]45αs 保温层外表面与大气的换热系数，单位为瓦每平方米开尔文[W/(㎡K)]8.14D 0 管道、圆筒形设备或球形容器的外径，单位为米[m]0.06033D 1 管道、圆筒形设备或球形容器单层保冷层的外径，单位为米[m]0.1941D 1实际值，单位为米[m]0.22333.7533133.759562保冷层冷损失量计算W/m冷箱至液氩储槽管道长度，单位为米[m]89.5-67.3556总冷量损失，单位为米[w]-6028.33。
(整理)保温厚度计算
保温厚度计算例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为W/(m·℃)）。
若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。
解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：由式可求得导热热通量为：设壁厚x处的温度为t，则由式可得：故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。
（2）导热系数按变量计算由式得：或积分得（a）当时，，代入式a，可得：整理上式得：解得：上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。
计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。
例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。
最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。
已知炉内、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。
假设各层接触良好。
解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。
此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。
若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。
一般经5几次试算后，可得合理的估算值。
下面列出经几次试算后的结果。
耐火砖绝热砖普通砖设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。
，由式可知：再由式得：所以所以各层的温度差和热阻的数值如本列附表所示。
由表可见，各层的热阻愈大，温度差也愈大。
容器支座计算
1、计算条件容器设计压力p=0.6MPa 容器壳设计温度t=50℃设计温度下材质许用应σ]=容器筒体内直径Di=2800mm 容器总高度Ho= 容器筒体名义厚度δn=12mm 支撑高度/支座底板离地面 厚度附加量C=C1+C2=1mm 支座底板到壳体质心 壳体保温层厚度δt=0mm 偏心载荷Ge= 操作状态下设备总质量mo=35000kg 偏心距Se=2、水平风载荷实取风载作用外直径D0=2824mm考虑到公式计算值可能不全面 风载作用外 设置地区10m高度处的基本风压qo=550N/m2 查GB50009 壳体质心距地面高度H t=附录E中表E.5风载荷Pw=12114.96N 风压高度变化3、水平地震力 重力加速度g=9.81m/s2 地震载荷Pe= 地震影响系数a=0.24按表20选取水平载荷P=4、支座承受载荷 选用支座型号:A1JB/T4712.3表3～表5支座数量n= 支座的筋板和底板材料:Q235A 支座本体允许载荷[Q]=250KN不均匀系数k= b2=280mm计算支座安装尺寸D = l2=300mm 查JB/T4712.3表3～表5s1=130mm实际支座安装尺寸D =δ3=14mm 支座实际承受=5、支座处圆筒所受支座弯矩校核(带垫板支座)支座载荷校 设计温度下筒体材料许用应力[σ]=113mm支座处圆筒所受的支座 筒体有效厚度δe=11mm 由此查找[ML]设计压力p=0.6MPa 壳体许用弯矩[ML]=支座处圆筒所受的支座弯矩校支座尺寸容器壳体材质:Q235B许用应力[σ]=113MPa 查许用应力表容器总高度Ho=6500mm离地面高度H=5000mm体质心距离h=1500mm偏心载荷Ge=10000N偏心距Se=2000mm作用外直径D0=2824mm体质心距地面高度H t=6500mm 按此值及地面类别选取系数fi 度变化系数fi=1按Ht及地面类别查表22地震载荷Pe=82404N水平载荷P=85432.74N支座数量n=4一般为4个,承受静力载荷,直径≤700mm的容器可以采用2个不均匀系数k=0.83支座安装尺寸D=3178.222mm支座安装尺寸D=3178mm际承受载荷Q=153.0478KN载荷校核结论:合格!的支座弯矩ML=26.01813KN.m用弯矩[ML]=37.34KN.m 以[σ]、δe、p查JB/T4712.3附录B中表B.1～B.4并采用内插法弯矩校核结论:合格!内插法公式：X1=0.8 Y1=0.026968X=0.866667 Y=0.032675X2=0.9 Y2=0.035529。
支承式支座计算
D0 容器外径，mm；有保温层时，取保温层外径； 本设备保温层厚度为：
4( P H Ge Se ) m g Ge Q 0 103 kn nD
= 192.56 KN 式中：P－－水平力，取 P W 和Pe 的大值，N Ge 偏心载荷，N ; >= 即为：
支承式支座计算
支座选用及计算 选用步骤如下： ,其本体允许载荷为[Q]= 60 支承式支座实际承受载荷Q近似计算： 地震载荷：
选用支承式支座，型号为：A3 。
Pe 0.5 α e m0 g 68550.62
式中：α e 地震系数； g---重力加速度，取g=9.8m/s2 ;
N
风 载 荷：
PW 0.95 fi q0 D0 H 0 106
式中：fi 风压高度变化系数，按设备质心所处高度取； q0 10m高度处的基本风压值，N /m；有保温层时，取保温层外径；
H 0 容器总高度，mm;
本设备保温层厚度为：
25
q0 10m高度处的基本风压值，N / m2 ;
型号和数量的支座能够满足该设备在该设置地区的要求。
支承式支座计算
本计算按JB/T4724-92附录A《支承式支座实际承受载荷的近似计算》进行。 本计算适用于高径比不大于5，且总高度H不大于10m的钢制立式圆筒形焊接容器。
输入数据：
壳体内径Di,mm： 筒体名义厚度δn,mm： 介质密度Kg/m3： 封头型式： 封头名义厚度mm： 筒体长度mm： 支座号： 支座数量： 设备附件重量Kg: 地震列度： 设备总高度H0,mm： 设备壳体材料： 基本风压N/m3: 支座本体允许载荷： 风压高度变化系数： 水平力作用点至底板H,mm 偏心载荷，N 偏心距，mm 支座安装尺寸，mm 保温层厚度，mm
计算保温层厚度(防凝露法)
1.圆筒面（公称直径等于和小于1000mm 的管道和圆筒形设备）
（D1/D0）Ln（D1/D0）＝2λ/αsD0*（Tf-Ts）/（Ts-Ta）
δ＝（D1-D0）/ 2
2.平面单层保冷层（公称直径大于1000mm 的管道和圆筒形设备）
δ＝λ/αs*（Tf-Ts ）/（Ts-Ta ）
输入参数
输入参数介质温度 T f ＝
5℃露点温度 T d ＝20.54℃环境温度 Ta ＝
23.6℃表面温度 Ts ＝21.54℃取值T d +1℃相对湿度 RH ＝90%导热系数 λ＝0.034
w/（m·k）放热系数 αs ＝8.14w/（m2k）保温管内径 D 0＝
15mm 1.圆筒面（公称直径等于和小于1000mm 的管道和圆筒形设备）
福耐斯保温层厚度为δ＝17.3mm
3.95458≥
4.4715854公式右边2λ/αsD0*（Tf-Ts）/（Ts-Ta）注：设的保温厚度值必须使公式左边≥公式右边
2.平面单层保冷层（公称直径大于1000mm 的管道和圆筒形设备）
福耐斯保温层厚度为δ＝33.536891mm
计算保温层厚度（防凝露法）
一、保温厚度计算公式：
二、设计参数：
三、计算保温层厚度：
公式左边（D 1/D 0）Ln（D 1/D 0）＝
（Tf-Ts）/（Ts-Ta）。
60899_管道保温计算公式
小汤圆-俺装<jgazxmb@> 08:45:17管道、阀门、法兰保温工程量计算式各是怎样的?管道保温工程量计算公式为：V＝πL(D+δ+δ×3.3％)×(δ+δ×3.3 %) (9-1)＝πL(D+1.033δ)×1.033δ式中V-保温层体积；L-保温管道外径；D-保温管道外径；δ-保温管厚度；3.3％-保温层厚度允许偏差系数。
为了简化油漆、绝热、防腐蚀工程量的计算，其工程量可按表9-1、表9-2、表9-3计算。
阀门、法兰保温工程量以体积计算，计算公式如下：（1）阀门V＝πD2×2.5×1.05×(δ+δ×3.3％)N (9-2)＝2.712πD2δN（2）法兰V＝πD2×1.5×1.05(δ十δ×3.3％)N (9-3)＝1.627πD2δN式中 1.5、2..5、1.05-绝热面积系数；D-法兰阀门直径；δ-保温层厚度；3.3％-保温层厚度允许偏差系数；N-保温法兰及阀门个数。
其余符号同上。
【例】某工程施工图样说明：“管道及散热器明装，管道刷红丹漆1遍，银粉漆2遍，蒸汽管经过非采暖房间，要用石棉蛭石瓦壳保温，δ＝40mm。
”已知：DNl5钢管322.00m；DN20钢管141.00m；DN25钢管118.00m；DN40钢管43.82m；DN50钢管37.63m；DN70钢管76.42m(经过非采暖房间)。
试计算刷油、保温工程量。
【解】(1)求出上述钢管每一规格的单位展开面积(查表9-3)；(2)求出非采暖房间管道的单位保温体积(查表9-1、9-2)；(3)单位展开面积(或体积)乘以管道的长度则可求出该种管道的展开面积或体积。
(4)计算：刷油工程量DNl5322×0.067m2=21.57m2刷油工程量DN20141×0.084m2=11.84m2刷油工程量DN25118×0.105m2=12.39m2刷油工程量DN40 43.82×0.151m2＝6.62m2刷油工程量DN5037.63×0.188m2=7.07m2刷油工程量DN7076.42×237m2=18.1lm2刷油工程量小计77.60m2(5)计算保温工程量查表9-2，DN70钢管保温厚度为40mm时每l00m钢管保温工程量为1.45m2，所以，DN70保温工程量＝76.42×1.45/100m3＝1.1lm3。
化工绝热保温计算经济层厚度计算
浙江省
杭州 1010.7 16.2 4.2 5.4 28.6 3.5 -6.0 37.8 2.3 2.2 -
宁波 1015.6 16.2 4.4 5.5 28.1 - -6.2 36.9 2.9 2.9 -
金华 1008.3 17.3 5.0 6.1 29.4 - -5.8 38.4 3.0 2.4 -
含义 （导热系数）
保温层材料在平均温度下的导热率 （导热系数）
保温结构外表面传热系数 保温结构外表面散热损失
3.3.1 尺寸（D）
管道和圆筒设备外径大于 1000mm 者，按照平面（设备）计算保温层厚度，
其余均按管道计算保温层厚度。所以大于 1m 以上的管道或设备，类型选择时应
该选择“设备”。
3.3.2 环境温度(ta) 环境温度的选取以下表为准：
895.2 5.8 -5.9 -4.8 21.9 -19.2 -27.0 24.1 1.6 1.5 143 特 辽宁省 阜新 998.6 7.5 -5.4 -3.9 24.2 - -24.6 35.3 2.3 2.1 140 抚顺 1001.5 6.6 -6.5 -5.0 23.7 - -30.7 34.3 2.8 2.6 143 沈阳 1010.8 7.8 -5.7 -4.0 24.6 -12.7 -26.8 34.0 3.1 2.9 148 锦州 1007.5 9.0 -3.9 -2.5 24.3 -9.0 -21.4 34.6 3.9 3.8 113 丹东 1014.5 8.5 -3.0 -1.8 23.2 -8.6 -21.4 32.2 3.8 2.5 88 大连 1004.3 10.2 -1.5 -0.1 23.9 -5.4 -16.2 31.5 5.8 4.3 93 吉林省 吉林 993.0 4.4 -9.0 -7.1 22.0 - -35.0 33.7 3.0 2.5 190 长春 986.0 4.9 -8.0 -6.6 23.0 -16.9 -30.2 33.8 4.2 3.5 169 四平 995.2 5.9 -7.6 -5.2 23.6 -15.4 -29.3 33.5 3.1 2.9 148
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一、 聚丙烯PP 外壁热损计算：
采用设备上一个筒形作为研究对象。
根据保温层厚度计算公式：
5
.175.135.12.114.3q d w τλδ= （1－1） 式中：
δ————保温层厚度，4.6mm;
w d ————管道或圆柱设备的外径，此处为水柱外径，40.8mm;
λ————保温层的热导率，0.33kJ/(h.m. ℃);
τ———未保温的管道或圆柱设备外表面温度，60℃;
q —————保温后的允许热损失，kJ/(h.m.); 所以δτλ75.135.12.15.114.3w d q
Q == （1－2） ==67.0Q q (δ
τ
λ75.135.12.114.3w d )0.67 （1－3） 得出：聚丙烯外壁的热损值为：681.152 kJ/(h.m.)
二、聚丙烯外层的表面温度的确定按下式计算 πλ2ln 12
11d d q t t w -
= （1－4）
式中：q ———聚丙烯层保温热损失，kJ/(h m.)；.
λ———聚丙烯的热导率，kJ/(h.m. ℃);
1w t ———聚丙烯层外表面温度，℃；
1t ———聚丙烯层内表面温度，℃；
2d ———聚丙烯保温层外径，mm;
1d ———聚丙烯保温层内径，mm;
聚苯乙烯内表面温度即为聚丙烯保温层外表面温度。
得出聚丙烯层外温度为：52.72℃
三、聚苯乙烯保温层计算过程如下：
通过式（1－3）计算外层聚苯乙烯保温层的厚度为：
5
.175.135.12.114.3q d w τλδ= 式中：
δ————聚苯乙烯保温层厚度， mm;
w d ————管道或圆柱设备的外径，40.8mm;
λ————保温层的热导率，0.1476kJ/(h.m. ℃);
τ———未保温的管道或圆柱设备外表面温度，52.72℃; q —————保温后的允许热损失，104.7kJ/(h.m.);
计算得：
聚苯乙烯保温层厚度为：24.97mm 。
同理：
聚乙烯保温层计算同上。
厚度为：30.03 mm 。