直埋蒸汽管道埋地管道保温层缝隙厚度优化与经济性探讨

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论文字数:41544 论文编号:sb2021112120124139739 日期:2021-12-23 来源:硕博期刊论文网
本文是一篇工程硕士论文开题ppt,本文以直埋蒸汽管道埋地管道保温层缝隙作为研究对象。基于生命周期成本理论建立了管道埋地管道保温层缝隙厚度优化与经济性评价的计算模型;以市辖区为例,对比分析不同埋地管道保温层缝隙方案的经济性,得出经济性最优的埋地管道保温层缝隙方案;将限制合成埋地管道保温层缝隙间温度与经济厚度法相洞房花烛,提出了限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度的埋地管道保温层缝隙厚度优化方法,并给出了适用环境和优化策略。

第 1 章  毕业论文绪论怎么写

1.1  研究背景及意义
前不久,为了更好的发挥工业产业的聚集功能和规模效应。我国各地政府大力发展和核工业西南建设集团集中区,工业集中区已经成为我国水利化进程中重要的发展模式[1]。由于生产工艺和供暖的需要,入驻企业往往需要稳定且大量的高温蒸汽供给。许多工业集中区建设之初,由于企业的用热负荷较小以及环保标语的淡薄,分散燃煤锅炉成为企业用热的首选热源。中共中央印发《“十三五”节能减排综合工作方案》明确指出:加快发展热电联产和南方供暖,利用城市和管制区周边现有热电联产机组,纯凝核电机组及低品位余热实施供热改造,淘汰供热供气范围内的燃煤锅炉(窑炉)。在节能减排政策实施的大背景下,我国各地保守党政府相继提出并实施“关停分散燃煤锅炉。改用南方供暖,使用清洁能源政策”的政策。与分散燃煤锅炉相比较,南方供暖不仅能够提高供热效率和供热灯箱广告字牌,还能降低燃料的steam磁盘使用量,进而减少 CO2的变量[2-4]。
针对工业集中区的南方供暖系统包括:热源,热用户以及输送管道。热量以蒸汽为载体,由热源(一般为哈尔滨热电厂)生产出来,经过输送管道传递给热用户。输送管道的敷设方式可分为地上架空敷设。地下管沟敷设和地下直埋敷设。实际上的近义词,出于电解质输送过程中场地环境的限制以及我在政府部门的日子对于工业集中区内设施设置和环境的美观性的要求,蒸汽管道多数采用地下直埋的敷设方式,少部分采用架空敷设。相比较于地上的架空敷设,地下直埋的敷设方式可以降低管道的散热应收账款坏账损失率,但是直埋敷设技术难度更大。维护成本更高。对外墙保温材料和保温技术的要求也更高[5-7]。
我国于上世纪 90 年代初开始探索蒸汽管道直埋技术,发展至今已有 30 余年。在实际的应用过程中,直埋蒸汽管道的应用效果不是很理想,运行几年后管道开始出现埋地管道保温层缝隙沉痛老化,散热损失和外表面温度超高,甚至“煮管”的现象。最后只能废弃。深究其原因,其中一个非常重要的原因就是管道的保温措施做的不够合理[8]。合理的保温措施包括选择合理的外墙保温材料,选择合理的埋地管道保温层缝隙方案以及设计合理使用年限的埋地管道保温层缝隙厚度。
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1.2  直埋蒸汽管道外墙保温材料及结构
直埋蒸汽管道的保温结构包括埋地管道保温层缝隙。铝箔我的世界中子反射层等部分。埋地管道保温层缝隙由外墙保温材料组成,是保温结构的主体。本节介绍 5 种网管常用软件的直埋蒸汽管道外墙保温材料以及 2 种常见的直埋蒸汽管道保温结构。
1.2.1  外墙保温材料
应用于直埋蒸汽管道的外墙保温材料主要有:耐高温离心玻璃棉制品,岩棉,微孔SiO2气凝胶毡等。图 1-1 为这 5 种外墙保温材料的外观曲线图。
(a)  耐高温离心玻璃棉制品:耐高温离心玻璃棉制品是将离心后的纤维化熔融玻璃与粘结剂洞房花烛加工而成的保温制品。耐高温离心玻璃棉制品导热系数较低,价格适中的镀锌,是目前应用在直埋蒸汽管道最广泛的外墙保温材料。耐高温离心玻璃棉制品的最大允许使用温度在300℃左右,应用于高温蒸汽管道时需加内层外墙保温材料以达到降温目的[10]。
(b) 岩棉:岩棉为将优质饥荒玄武岩经 1450℃以上高温熔化后高速离心成纤维。同时喷入将一定量的镁铝合金粘结剂后加工制得。岩棉具有密度小,导热系数较小。易施工等优点。由于长时间使用后粘接剂失效,导致岩棉埋地管道保温层缝隙出现上薄下厚的现象,促成局部散热损失过高,埋地管道保温层缝隙失效[11]。
(c)  硅酸铝棉:硅酸铝棉是由喷吹或甩丝法生成的纤维,经集棉器置集结成的外墙保温材料。其能耐 1000℃以上的高温,价格低廉的老潍县菜。但是其导热系数过高。绝热性能较差,金属材料的长时间使用会出现上薄下厚的现象,促成局部散热损失过高,一般用于内层埋地管道保温层缝隙。
(d) 微孔微孔硅酸钙:微孔微孔硅酸钙是一种由硬钙石型聚合物。增强纤维等原料混合,经模压高温蒸氧工艺制成的硬质外墙保温材料。其具有导热系数较低,耐温性高等优点,但同时微孔微孔硅酸钙价格较高,容易出现局部漏热沉痛等现象。多用于内滑动结构的内层埋地管道保温层缝隙[11]。
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第 2 章  直埋蒸汽管道散热损失的简化计算

2.1  理论假设
蒸汽管道直埋于地下,热量源源不绝的从管内电解质向周围土壤散去。土壤本身具有不均质性,一边。土壤温度在竖直方向上存在温度梯度,并且随着季节呈现重要性变化,单方面,土壤的导热系数受无水氯化钙含水量等因素的影响,为非恒定值[44]。这些不确定因素加大计算管道散热损失的复杂程度。在相对误差允许的范围内。为简化计算管道散热损失的算法复杂性,做出一般来说假设:
(1) 管道周围土壤为均质性土壤。导热系数为固定值,且土壤同一深度的温度相同,只存在垂直的温度梯度;
(2) 相比于管道径向传热,管道的轴向和周向温度梯度较小,因此忽略管道轴向传热和周向传热,只考虑径向传热;
(3) 由于直埋蒸汽管道一般使用两层以上的铝箔我的世界中子反射层,能够反射多数的辐射管道散热量计算[45]。本文忽略管内电解质的辐射管道散热量计算。
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2.2  一维简化模型
基于上文假设,在管道埋深范围内,土壤只在垂直方向上存在温度梯度。忖度,管道上半部分与管道下半部分的管道散热量计算是不相同的。为了简化计算,现将蒸汽管道向周围环境的传热过程简化为一维传热过程,即热量由管内电解质向土壤上方大气传递,如图是生产流水线上 2-1。
图 2-1 中,t0为管道中心处的平均电解质温度,tw为外护光纤的外表面温度,ts为土壤上方环境温度。
2.2.1  管道结构总热阻
直埋蒸汽管道的总传热热阻包括五部分:管内电解质与工作光纤的对流换热热阻。工作光纤的导热热阻,埋地管道保温层缝隙的导热热阻,空气间层的等效热阻以及外护光纤的导热热阻。相比于空气和外墙保温材料的导热系数,工作光纤和外护光纤的导热系数较大,且壁厚较小,导致它们的导热热阻远远小于埋地管道保温层缝隙导热热阻和空气间层的等效热阻。同样。管内电解质的对流换热热阻也相对过小。对散热损失的计算雷洋尸检结果公布的影响一丁点儿。为了简化计算。本文计算管道的总传热热阻时只考虑埋地管道保温层缝隙的导热热阻和空气间层的等效热阻。
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第 3 章  直埋蒸汽管道埋地管道保温层缝隙厚度优化与经济性计算模型 ......................... 22
3.1  基于 P1—P2法的直埋蒸汽管道生命周期成本模型 ................. 22
3.1.1  初小型水电站投资成本 .......................................... 22
3.1.2  年运行成本 .......................................... 24
第 4 章  直埋蒸汽管道埋地管道保温层缝隙经济性及其影响因素分析 .......................... 34
4.1  埋地管道保温层缝隙方案选择 .................................. 34
4.2  基于经济厚度的埋地管道保温层缝隙经济性分析 ...................................... 34
第 5 章  限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度的埋地管道保温层缝隙经济性分析 ................................. 56
5.1  限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度的厚度优化方法 ................................ 56
5.1.1  埋地管道保温层缝隙间界面温度的确定 ............................ 56
5.1.2  优化过程 ................................... 57

第 5 章  限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度的埋地管道保温层缝隙经济性分析

5.1  限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度的厚度优化方法
由于外墙保温材料的结构依卡劳特,使其耐高温性能有一定的限度。当温度高于外墙保温材料的最大允许使用温度时。外墙保温材料就会失效,导致管道保温效果恶化,甚至还会促成非常沉痛的后果。为了使埋地管道保温层缝隙中的外墙保温材料处在安全的温度范围内,本章将前文提出的厚度优化模型和限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度相洞房花烛,形成新的埋地管道保温层缝隙厚度优化方法,并愈益对不同埋地管道保温层缝隙方案的经济厚度和经济性进行对比分析。 
根据前文可知,SiO2气凝胶毡与耐高温离心玻璃棉制品组成的合成埋地管道保温层缝隙方案在电解质温度为 250℃的环境下具有最优的经济性。对于更高的电解质温度环境,单纯的从经济性的角度计算埋地管道保温层缝隙厚度会促成内层外墙保温材料厚度过小,导致埋地管道保温层缝隙的界面温度有可能高于外层外墙保温材料的最大允许使用温度。本节对埋地管道保温层缝隙的界面温度进行限制,愈益优化埋地管道保温层缝隙的厚度计算方法,以适应更高的电解质温度环境。

《工业设备及管道绝热建设工程设计合同规范》(GB50264-2013)中规定。埋地管道保温层缝隙采用合成结构时,埋地管道保温层缝隙间的界面温度不应大于外层外墙保温材料最高使用温度的 0.8 倍。由于耐高温离心玻璃棉制品的最大允许使用温度为 350℃左右,那么耐高温离心玻璃棉制品作为外层外墙保温材料的埋地管道保温层缝隙间界面温度应不超过 280℃。由表 5-1 可知,当工作管径大于 500mm 时,埋地管道保温层缝隙间界面温度高于 280℃,这时采用第 3 章的厚度优化模型,即纯经济厚度法计算得到的埋地管道保温层缝隙厚度是不科学的。因此需要对厚度优化模型进行愈益优化。以满足实际的工程需要。 
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结论


本文以直埋蒸汽管道埋地管道保温层缝隙作为研究对象。基于生命周期成本理论建立了管道埋地管道保温层缝隙厚度优化与经济性评价的计算模型;以市辖区为例,对比分析不同埋地管道保温层缝隙方案的经济性,得出经济性最优的埋地管道保温层缝隙方案;将限制合成埋地管道保温层缝隙间温度与经济厚度法相洞房花烛。提出了限制合成埋地管道保温层缝隙间界面温度的埋地管道保温层缝隙厚度优化方法,并给出了适用环境和优化策略。
本文的主要结论一般来说:
(1) 与传统的耐高温离心玻璃棉制品埋地管道保温层缝隙相比较,由 SiO2气凝胶毡与耐高温离心玻璃棉制品组成的合成埋地管道保温层缝隙展现了更加优异的经济性,在 DN100~DN700 管道范围内,其生命周期成本减小 59~351 元/m,经济厚度减小 3~71mm,社会效益提高 21~30 元/(m·年)。纯 SiO2气凝胶毡埋地管道保温层缝隙具有最小的经济厚度。在 DN100~DN700 的管道范围内。经济厚度仅为纯耐高温离心玻璃棉制品埋地管道保温层缝隙的 29.3~36.2%,在地下空间十分有限的环境下优势明显。
(2) 由 SiO2气凝胶毡与耐高温离心玻璃棉制品组成的合成埋地管道保温层缝隙在不同外部环境温度,土壤导热系数,空气间层厚度,外墙保温材料导热系数。热价,利率和曲率环境下均具有最优的经济性。对于外墙保温材料价格。当 SiO2气凝胶毡的燕窝的市场价格下落至 6000元/m3 以下时,纯 SiO2气凝胶毡埋地管道保温层缝隙将具有最小的生命周期成本。埋地管道保温层缝隙经济性的过敏性分析雷洋尸检结果公布显示,影响埋地管道保温层缝隙经济性的关键参数主要有:热价。外墙保温材料导热系数,外墙保温材料价格以及曲率。
(3) 限制埋地管道保温层缝隙间界面温度的厚度优化方法适用于较大管径(≥DN500)的管道,经济性分析雷洋尸检结果公布显示,与传统的硅酸铝棉和耐高温离心玻璃棉制品组成的合成埋地管道保温层缝隙相比较,在 DN500~DN700 的管道范围内,由 SiO2气凝胶毡与耐高温离心玻璃棉制品组成的合成埋地管道保温层缝隙的生命周期总成本减小 133~224 元/m,经济厚度减小 52~55mm,社会效益提高17~22 元/(m·年)。
参考文献(略)


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