管道工程伴热管的设计
⒊蒸汽外伴热管的设计
（2）伴热管：
当伴热管用钢管时，一般只用无缝钢管，不用焊接钢管。如输送管为不锈钢管时其伴热管应为低碳钢管；不锈钢的仪表引线则用紫铜管；输送管为铝管时用不锈钢管伴热。
由于钢管不易随意弯曲并与输送管紧密贴靠，只用于平行法，紫铜管适用于螺旋法。
管道工程伴热管的设计
如多根敷设时按图5-9，伴热管之间用DN15隔管每隔5m一组。对于垂直输送管如需要2根以上伴热管时则在管外周均匀敷设，如图5-10。
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图5-9 多根伴热管的敷设方法输送管直径mm
DN40、50 20
DN80-200 40
DN250以上60
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管道工程伴热管的设计
图5-10垂直管的伴热管分布
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管道工程伴热管的设计
⒊蒸汽外伴热管的设计
对于易受温度影响的产品，如酸、碱应在工艺管道和伴热管道之间垫上一层隔热材料（如石棉带），避免因伴热线同工艺线接触而产生高温点。一般每隔，用厚宽的石棉带做隔热材料（如图5-12）所示。对于直管部分，输送管与伴热管之间膨胀量不同，应在伴热管上设膨胀环吸收相对伸长量以减少应力。约间距设一个膨胀环或按相对伸长量每隔设一个
压力管道设计说明 Revised by Chen Zhen in 2021
1、工程概况 本工程为射阳港经济区射阳金鹤纤维素有限公司蒸汽管网设计工程。蒸汽管网利用三通由原厂区内蒸汽管道接出，通至新库房。 2、设计参数 工作压力：MPa 工作温度： 160℃ 设计压力： MPa 设计温度： 300℃ 工作管道直径：Φ108×5 过路段埋地外护管直径：Φ219×6 保温材料：超细离心玻璃棉δ=60-70mm（详见图纸列表） 保护层：镀锌彩钢板δ=0.5mm 3、本设计遵照以下标准规范 1、《压力管道规范-工业管道》（GB/T20801-2006）； 2、《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（TSGD0001-2009）； 3、《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》（CJJ104-2005）； 4、《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235－97）； 5、《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》（GB50126-2008）；
6、《工业金属管道工程施工质量验收规范》（GB50184－2011）； 7、《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-97）； 8、《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》（GB50236－2011）； 9、《压力管道设计许可规范》（TSGR1001-2008）； 10、《特种设备安全监察条例》 549号国务院令； 11、《承压设备无损检测》（JB/T4730-2005）； 4、输送介质为蒸汽的管道，管道分类为GC3。 5.蒸汽管道安装 蒸汽管道的施工验收应符合《压力管道规范-工业管道》（GB/T20801-2006）和《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（TSG D0001-2009）的有关规定。 材料：工作管采用20＃（Φ108×5）无缝钢管，管道标准为GB/T8163-2008或GB3087-2008。焊接采用氩弧焊打底，焊丝为H08Mm2Si,盖面采用手工电弧焊，焊条型号为 E4303，对应牌号为J422；埋地外护管均采用螺旋钢管（Q235B），管道标准号为 SY/T5037-2000，采用手工电弧焊，焊条型号为E4303，对应牌号为J422。 蒸汽管道的弯头采用热压弯头（GB12459-2005），除特殊注明外，弯头弯曲半径R=。三通采用标准无缝三通（GB12459-2005）。管件壁厚不小于直管段壁厚。 全部钢管、管件以及预制件等应有制造厂的合格证书或复印件，在安装前应进行外观检查，并将内部清洗干净，不得留有杂质；保温制品需有性能检测报告，保温表面不得有裂纹、坑洞、破坏等现象。
项目名称：XX蒸汽管网 设计输入数据： ⒈管道输送介质：蒸汽 工作温度：240℃设计温度260℃ 工作压力: 0.6MPa 设计压力:0.6MPa 流量：1.5t/h 比容：0.40m3/kg 管线长度：1500米。 设计计算： ⑴管径： Dn=18.8×(Q/w)0.5 D n—管子外径，mm； D0—管子外径，mm； Q—计算流量，m3/h w—介质流速，m/s ①过热蒸汽流速 DN》200 流速为40～60m/s DN100~DN200 流速为30～50m/s DN＜100 流速为20～40m/s ②w=20 m/s Dn=102.97mm w=40 m/s Dn=72.81mm ③考虑管道距离输送长取D0 =133 mm。 ⑵壁厚： ts＝PD0/{2（〔σ〕t Ej+PY）} tsd=ts+C C=C1+C2 ts —直管计算厚度，mm； D0—管子外径，mm； P —设计压力，MPa； 〔σ〕t—在操作温度下材料的许用压力，MPa；
Ej—焊接接头系数； tsd—直管设计厚度，mm； C—厚度附加量之和；: mm； C1—厚度减薄附加量；mm； C2—腐蚀或磨蚀附加量；mm； Y—系数。 本设计依据《工业金属管道设计规范》和《动力管道设计手册》在260℃时20#钢无缝钢管的许用应力〔σ〕t为101Mpa，Ej取1.0，Y取0.4，C1取0.8，C2取0. 故ts＝1.2×133/【2×101×1+1.1×0.4】=0.78 mm C= C1+ C2 =0.8+0=0.8 mm Tsd=0.78+0.8=1.58 mm 壁厚取4mm 所以管道为φ133×4。 ⑶阻力损失计算 3.1按照甲方要求用φ89×3.5计算 ①φ89×3.5校核计算： 蒸汽流量Q= 1.5t/h 粗糙度K=0.002m 蒸汽密度v＝2.5kg/m3 管内径82mm 蒸汽流速32.34m/s 比摩阻395.85Pa/m ②道沿程阻力P1=395.85×1500=0.59MPa； 查《城镇热力管网设计规范》，采用方形补偿器时， 局部阻力与沿程阻力取值比0.8，P2=0.8P1； 总压力降为P1+P2=1.07Mpa； 末端压力为0.6-1.07=-0.47Mpa 压力不可能为负值，说明蒸汽量不满足末端用户需求。 3.2按照φ108×4校核计算： ①φ108×4计算： 蒸汽流量Q= 1.5t/h 粗糙度K=0.002m 蒸汽密度v＝2.5kg/m3 管内径100mm
管道伴热规定 1 总则 1.1 目的 为统一中国海洋总公司惠州炼油项目管道伴热设计，特编制本规定。 1.2 范围 1.2.1 本规定规定了石油化工工艺管道蒸汽外伴热管设计及安装要求。 1.2.2 本规定适用于中国海洋总公司惠州炼油项目中工艺管道蒸汽外伴热管、夹套管、电伴热的设计。设备和仪表的伴管设计、其他伴热介质的伴管设计也可参照执行。 1.3 规范性文件 本规定适用于工艺装置配管专业的设计，包括装置（单元）布置、管道布置、管道材料和管道应力等方面内容，不适用于给排水专业埋地管道的设计。本规定适用于中国海洋总公司惠州炼油项目中各阶段的配管设计。 10000-SP-STPE-0101 工艺系统一般规定 GB50235-1997 工业金属管道工程施工及验收规范 SH/T3040-2002 石油化工管道伴管和夹套管设计规范 SH/T3041-2002 石油化工管道柔性设计规范 SH3501-2002(2004）石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范(附加一号补充) 2 设计 2.1 技术要求 2.1.1 本规定应作为伴热系统绘制图纸和确定形式的基准。 2.1.2 伴热设计的基本原则应符合10000-SP-STPE-0101的相关规定。 2.1.3 需要考虑伴热的管道参见10000-SP-SIPE-0101的相关规定。 2.1.4 工艺及公用工程管道等需要伴热的管道应在P&ID及管道说明表上标明。 2.1.5 伴热分配站及回收站的压力等级应在引入管和返回管所连接的主管压力等级一致。 2.2 伴热介质 伴热介质可以是蒸汽或热水、和电伴热，伴热介质的选择应符合10000-SP-STPE-0101的相关规定。 2.3 伴热方式 伴热方式可以是蒸汽外伴热管、夹套管、电伴热，伴热方式的选择应符合 10000-SP-STPE-0101的相关规定。
热管及热管式换热器的研究 天津裕能环保科技有限公司李兴 能源是发展国民经济的重要物质基础，是人类赖以生存的必要条件，能源的开发和利用程度直接影响着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的提高，余热回收是合理利用能源、节约能源、提高能源利用率等方面不可忽视的问题。热管是一种具有高效传热性能的元件，它可利用很小的截面积远距离传输大量热量而无需外加动力。热管式换热器具有输热能力大、均温性能优良、传热方向可逆、热流密度可变、适应环境能力较强、阻力损失较小等优点，所以热管式换热器能较大限度的回收利用低品位余热。 1热管及热管式换热器的发展 1．1热管工作原理及特点 热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的元件，一般由管壳、吸液芯、工质组成，管壳通常由金属制成，两端焊有端盖，管壳内壁装有一层由多孔性物质构成的管芯(若为重力式热管则无管芯)，管内抽真空后注入某种工质，然后密封。热管可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三个部分，当热源在蒸发段对其供热时，工质自热源吸热汽化变为蒸汽，蒸汽在压差的作用下沿中间通道高速流向另一端，蒸汽在冷凝段向冷源放出潜热后冷凝成液体；工质在蒸发段蒸发时，其气液交界面下凹，形成许多弯月形液面，产生毛细压力，液态工质在管芯毛细压力和重力等的回流动力作用下又返回蒸发段，继续吸热蒸发，如此循环往复，工质的蒸发和冷凝便把热量不断地从热端传递到冷端。 由于热管是利用工质的相变换热来传递热量，因此热管具有很大的传热能力和传热效率。另外，热管还具有优良的等温性、热流密度可变性、热流方向的可逆性、热二极管与热开关性、恒温特性以及对环境的广泛适应性等一
系列优点。 1．2热管分类 热管按其工作温度可分为：低温、中温及高温热管，选用热管时必须根据热管的工作温度来选用管内的工质。低温热管的工质有丙酮、氨、氟里昂等；中温热管的常用工质有：水、萘等，水的工作温度为90～250oC，萘的工作温度为280～400℃；高温热管的常用工质有：钠、钾等液态金属，工作温度一般在450℃以上。热管按工质回流的动力可分为：吸液芯热管、重力热管或两相闭式热虹吸管、重力辅助热管、旋转式热管、分离型热管、电流体动力学热管、电渗透热管等。根据热管翅片与管壳的连接方式可分为：串片式热管、镍铬合金钎焊热管、高频绕焊热管 3种形式 1．3热管式换热器结构及分类 由于单根热管传热量有限，于是把单根热管集中起来，形成一束置于冷、热源之间，使热源中的热量通过热管束源源不断地传至冷源，这就是热管式换热器。热管式换热器中的热管元件可以呈错列三角形排列，也可以呈顺列矩形排列。热管式换热器由热管、箱体和中间隔板组成，隔板将箱体分为两部分，形成冷、热介质的流道，隔板保证两侧流体互不混淆，热管横穿隔板，一端与热流体接触，一端与冷流体接触，冷热两端可按需加装翅片以增大传热面积。热管式换热器的基本结构。 热管式换热器按照流体的不同种类可分为：气一气型热管式换热器，气一液型热管式换热器，液一液型热管式换热器；按照热管式换热器的结构型式可分为：整体式、分离式、回转式和组合式。 1．4热管式换热器的特性
蒸汽管线正确疏水方案 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
蒸汽管线正确疏水方案 蒸汽输送管道的主要目的就是将高质量、且可靠的蒸汽输送到用汽设备。为达到这一目的，我们就必须在恰当的位置设置疏水点，将蒸汽系统中的冷凝水更快，更有效率的排出。 当然，我们不能随心所欲的安装疏水阀，并就此轻易的忘记它们。我们有着规范的设计准则规定它们应该如何安装。为了保证疏水阀能正常稳定的工作，我们必须遵守这些规范来选择疏水点。 蒸汽在主管中的流速比在设备中快很多，有时甚至超过30 m/s。此时如果管道中有冷凝水积存，就会被蒸汽快速带起形成水锤，撞击管道壁和阀门，造成设备损坏甚至人身伤害。因此在设计疏水点的时候也要同样将其列入考虑因素。 接下来的四篇“正确疏水方案”将指导您如何正确和合适的将冷凝水排出蒸汽管道，从而防止系统中产生水锤和空气绑之类的问题。 正确输水方案＃1：谨慎选择疏水点位置 即使蒸汽输送管道完全笔直，我们也会推荐每隔30到50 米安装一个疏水阀。在提升管和下降管道的底部也同样需要。
除此之外值得特别注意的是，在有些冷凝水容易积聚的地方设置一个疏水点能有效防止蒸汽快速将水带起。 在下列情况下需要安装疏水阀： 每隔30到50米 蒸汽管线每隔30到50米应当设置一个疏水点。 在减压阀和控制阀前段 在减压阀和控制阀关闭时，前方管道会积聚冷凝水，因此在它们的前段也应该设置疏水点。快速的排出冷凝水还能防止冷凝水腐蚀它们的阀座。当然，在串联的减压阀之间最好也安装疏水阀，这样就可以将减压阀之间的冷凝水排出管道。 在可能长时间关闭的手动阀前段 在手动阀前段也同样需要安装疏水阀，当阀长时间关闭后，冷凝水会积存在前方的管道内，当手动打开阀门时，蒸汽会带起冷凝水撞击阀门，造成阀门损坏。同样的，在蒸汽管道末端设置疏水点能有效提高系统安全性，并提高生产效率。 在提升管或下降管底部 在提升管和下降管的底部，冷凝水会由于重力和管道变向原因积聚，因此在这里我们也需要安装疏水阀。 正确输水方案＃2：对蒸汽管道进行正确的支撑
天津思多而特临港仓储有限公司T0103蒸汽伴热改造工程 施 工 方 案 天津森发机电设备安装工程有限公司 2013/5/9
一、工程概况 本工程位于天津思多而特临港仓储有限公司T0103管线，工艺管线长度为460米，拆除保温及伴热带后进行伴热管的安装，要求为4根伴热管，总长为1900米，并根据现场实际情况制作安装相应的分配站。 二、施工依据 2.1《石油化工剧毒、可燃介质管道施工及验收规范》SH3501-97 2.2《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97 2.3《石油化工钢制管道工程施工工艺技术规程》SHJ517-93 2.4《工业金属管道工程质量检验评定标准》GB50184-93 三、施工准备 3.1材料检验 3.1.1所有施工用料应符合设计要求，且有质量证明书或合格证。 3.2施工机具 3.2.1施工设备：电焊机、焊条烘干设备等； 3.2.2施工机具：磨光机、无齿锯、气体切割器等； 3.2.3施工工装：弯管器 3.3作业条件 3.3.1被伴热的主管已安装； 3.3.2伴热介质的主管已安装； 四、施工工艺 4.1施工程序：见图4.1。
图 4.1 施工程序图 4.2伴热站应进行集中预制，预制时要按设计文件的要求开孔和焊接支管，开孔宜采用机械方法，预制时应采取措施防止焊接变形。 4.3伴热站的安装位置，应按设计文件要求进行摆布，如设计文件无规定时，应考虑现场情况，由工程技术人员画出布置图，伴热站的布置应以管线布置就近、集中为原则，尽量减少工程量。 4.4伴热站伴热线引出点到主管的管线布置应充分考虑对保温工程的影响和外观的美观，要求成排成束布置，典型的管道布置见图4.4。 图4.4伴热线空间布置示意图
!第S T 卷!第U V 期!!化!!!工!!!学!!!报!!!!!!!b 3C =S T !H 3=U V !W V V X 年U V 月!!%3/9#"C !3N !+,-I &B "C !a #’/F :9.!"#’!\#$&#--9&#$ !!+,&#""!!P B :37-9!W V V X ##############$ $$$研究论文!!两种电子器件用重力型热管散热器的换热特性孙志坚!何国安!王立新!王雪峰!吴存真!岑可法!浙江大学机械与能源工程学院#浙江杭州Y U V V W T "摘要$鉴于重力型热管特有的优良特性#设计开发了两种结构形式不同的重力型热管散热器#以用于电子器件冷却E 其冷凝段分别采用单根粗的或T 根较细的热虹吸管#蒸发段都采用同样的平板容积型蒸发器E 为了对散热器的传热性能进行研究#建立了风洞测试系统E 实验用电加热模拟发热电子器件#在风洞中对不同加热功率和风速下散热器的性能进行了测试E 从总热阻和当量对流换热系数两方面比较了两种散热器的散热能力E 研究表明$两种散热器都具有良好的传热性能#在散热功率小于T ^=_T !时能够满足电子器件的冷却要求%采用T 根较细热虹吸管的散热器比采用单根粗热虹吸管的散热器性能好#原因是T 根较细的热虹吸管可以将热量分散开来#提高了翅片热效率E 关键词!重力型热管%散热器%电子器件冷却%热阻中图分类号!)(U W _!!!!!!!文献标识码!<文章编号!V _Y ^c U U S T !W V V X "U V c W W ^Y c V X 0#,’’+,&9/#+6",+,6’#+%9’%69*/’D *)%//#+#&’’"#+4*92E "*&+,)%,’*+9/*+#-#6’+*&%6)#7%6# G <$_"%[%,&"0(=1*#,&"K 8$=I %5%&"K 8$=?1#/#&B "K <31&‘"#&"3($M #/,!B R ’>>?>D I 6R ’)(%R )?)(NC (6$.M C (.%(66$%(.#<’6;%)(.,(%V 6$&%H M #=)(.F ’>@Y U V V W T #<’6;%)(.#E ’%()"8;9’+,6’!),-9I 3F .Q ,3#B 33C &#$&F "Q 93I &F &#$B 33C &#$:-B ,#&6/-N 39-C -B :93#&B ’-A &B -G &:,&#B 9-"F &#$, -":$-#-9":&3##&#G ,&B ,,-":&F :9"#F N -99-’N 93I-A "Q 39":39:3B 3#’-#F -9G &:,"9-C ":&A -C .F I "C C :-I Q -9":/9-’&N N -9-#B -=)G 3:.Q -F3N :,-9I 3F .Q ,3#9"’&":39FG &:,’&N N -9-#:F :9/B :/9-F3#B 3#’-#F ":&3#F -B :&3#FG -9-’-A -C 3Q -’=P #-:,&B ;-939F -A -#:,&##-9:,-9I 3F .Q ,3#Q &Q -F G -9-/F -’9-F Q -B :&A -C .& #:,-B 3#’-#F ":&3#F -B :&3#F #"#’N C ":Q C ":-A 3C /I --A "Q 39":39F G -9-/F -’I:,:.Q -F E <:-F :&#$F . F :-I N 39:,-B ,"9"B :-9&F :&B F3N9"’&":39F G "F-F :"7C &F ,-’=8"F -’3#:,-I -:,3’3NF &I /C ":&#$- C -B :93#&B’-A &B -G &:,",-":-’B 3Q Q -97C 3B ;#:,-F /9N "B -:-I Q -9":/9-3N :,-B 3Q Q -97C 3B ;":’&N N -9-#:,-":&#$Q 3G -9F "#’’&N N -9-#:G &#’F Q --’FG "F:-F :-’&#:,-G &#’:/##-C #"#’"B 3I Q "9&F 3#3N :3:"C :,-9I "C 9-F &F :"#B -"#’-6 /&A "C -#:B 3#A -B :&3#,-"::9"#F N -9B 3-N N &B &-#:N 399"’&":39FG "FI "’-E),-9-F /C :F ,3G -’:,"::,-:G 39"’&":39F B 3/C ’73:,I --:"B 33C &#$’-I "#’7-C 3G T ^=_T !E),-9"’&":39G &:,F -A -#:,&##-9:,-9I 3F .Q ,3#Q &Q -F,"’F :93#$-9,-"::9"#F N -9B "Q "7&C &:.#7-B "/F -,-":G "F ’&F Q -9F -’7."C C 3N :,-F -A -#:,-9I 3F .Q ,3#Q &Q -F #G ,&B ,-#,"#B -’:,-,-"::9"#F N -9-N N &B &-#B .3 N ,-":F &#;E M #2D *+)9!:,-9I 3F .Q ,3#%9"’&":39%-C -B :93#&B ’-A &B -B 33C &#$%:,-9I "C 9-F &F :"#B -!!W V V S c V S c U T 收到初稿#W V V X c V X c U X 收到修改稿E 联系人及第一作者!孙志坚!U ‘X _&" #男#副教授E 基金项目!浙江大学’振兴行动计划(学科建设重点项目E !引!言 随着电子技术的发展#电子器件所产生的热量一直在增加E 电子器件的高频)高速以及集成电路的密集和小型化#使得单位容积电子器件的发热量!!C #6#%7#)),’#!W V V S c V S c U T E 3*++#9E *&)%&B ,1’"*+!0]H 4,&L &"#E (N 4,%-!O L F /##O L /=-’/=B #!快速增大*U +E 预计到W V V ^年单个芯片的发热量将万方数据
文章编号：1004-8774（2003）03-24-04 热管技术及其在热能工程中的应用 收稿日期：2002-09-09 何天荣 （湖南大学衡阳分校，湖南421101） 摘要：热管技术越来越得到人们的重视，热管的应用也日益广泛。然而，热管技术在热能动力工程上的应用还处于初期阶段。文章在介绍热管技术基本知识的基础上，介绍了热管技术在热能工程中的应用的几个方面及安全问题，用以推动热管技术的进一步发展。 关键词：热管技术；热能工程；应用与安全 中图分类号：Tk172.4 文献标识码：B Heat Pipe Technology and its Application in Thermal Engineering HE Tian-rong Abstract：Heat pipe technoIogy is getting more and more regards，and its appIications are aIso extensive increasingIy. However，in thermaI power engineering，it is stiII being earIy stage.In this paper，after the basic knowIedge of heat pipe technoIogy is introduced，we anaIyze severaI kinds of appIication of heat pipe technoIogy in thermaI engineering and security probIem thereof，in order to impeI it to deveIop further. Key words：Heat pipe technology；Thermal engineering；Application and security 1 前言 1964年热管诞生于美国的洛斯?阿拉莫斯（Los AIamos）科学实验室，1967年该实验室首次将一支实验用水热管送上了地球卫星轨道，1968年热管第一次用于测地卫星GEOS-!，用来控制仪器的温度。除空间技术外，热管相继为电子工业所采用，用来冷却电子管、半导体元件和集成电路板等电子元件，并应用于机械、电机部件的冷却。20世纪70年代热管应用于医用手术刀，随后应用的新领域是能源工程。国外用于余热回收和空调的热管换热器已部分商品化。并开展了热管技术在太阳能和地热利用方面的研究。1972年我国研制出第一根热管，它是以钠为工质的，接着研制了以氨、水、导热油为工质的热管。 热管除了在宇航、石化、电子、机械、轻纺工业及医学上的应用外，目前热管已逐渐应用于热能工程，并显示出它的强大优势。 2 热管的基本结构及原理 2.1 热管的基本结构 热管是由管壳、管芯（或称吸液管）和工作液体三部分组成，如图1所示。管壳是由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器，内部空腔具有较高的原始真空度。管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成，它一般为金属丝网或烧结的金属粉末。工业用热管也有采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构。工作液体是热管工作时传递热量的工作介质，一般有水、氨、甲醇、丙酮、R-21、R-113等，其中水的工作范围为45~210C。工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态，它是在热管处于真空状态下被充入，并填满毛细材料中的微孔，然后予以密封的。 2.2 热管的工作原理 如图1所示，热管一端为蒸发段，中间一段为绝热段（即与外界无热交换），另一端为冷凝段。当蒸发段受热时，毛细材料中的液体蒸发产生蒸汽流向另一端冷凝段。冷凝端由于放热冷却使蒸汽又凝结成液体，液体再沿毛细多孔材料流回蒸发段，如此不断循环，将热量从一端传到另一端。从热管内部的工作过程来看，也对应分成三个工作段，即汽化段、输运段和放热凝结段。利用这种原理工作的热管称为毛细管式热管。 42工业锅炉2003年第2期（总第78期）
蒸汽伴热管道规范 范围 本规范涵盖了管道、仪表和相关设备的蒸汽伴热设计和安装的一般要求。 与本规范、图纸或其它用于此工作的规范有偏差时，应在工作前向授权技师提交书面申请以获得相关批准。 参考文献 在这方面相关的规范如下： （1）X-MAPJ-S500-0018,管道检查验收施工规范 （2）X-MAPJ-S500-0011，绝缘规范 （3）GB50234-97，施工规范及工业金属管道的验收 基本概要 所有要求伴热的管线或其相关的设备和仪器，应有适用的管道和仪表流程图以及管线列表。 本规范适用32℉以及更高时的“低环境设计温度”。 设计 蒸汽伴热管道设计时应布置有序，并考虑到热膨胀并且易于通向所有的法兰、阀门、U型弯管、滤水器和仪器。为对阀门、U型弯管或滤水进行测试或易于拆除，应提供阀门、法兰。 实际操作时，伴热应从管线的最高点开始终止于最低点。蒸汽供应连接应采取最近的车间蒸汽管集箱到管线的最高点，且需有隔离阀。 当要求两个或更多的蒸汽伴热供应点时，集合管通常用于伴热供应及冷凝水回水。 实际操作时，蒸汽伴热供应集合管应能自排水到主蒸汽管。然而在操作及停工期间，如果布局允许将冷凝物收集到主蒸汽管，应在集合管的最低点安装排水阀，此时应在集合管为伴热系统最低点的地方安装U型弯管，连续不断地排出冷凝物，从而形成集合管。 蒸汽供应连接以及集合管应位于允许短期运行的伴热管道。所有集合管的规格为附加伴热器的25%。 从经济角度来说，节约能源应收集蒸汽伴热的冷凝水，并排入同蒸汽伴热有相同压力水平的冷凝水总管。冷凝水管线及冷凝水收集总管应尺寸应合适，防止收集操作的两相流动产生过多的回压。 所有要求伴热的管线应提供独立的伴热器，或伴热器不得伸至不同体系或系统的其它管线。除了有调节阀或其它类似连接外，所有伴热器应单独密封。 所有的调节阀、管线阀门、配件、仪表和相关设备等，应同连接的管道一样有蒸汽伴热。 管线保护的绝缘厚度以及类型应遵循工程隔热规范。 如果可以自由排水，伴热系统的流动与伴热管线的流动应为逆流。 表1为蒸汽伴热最大允许长度，当伴热管线超过了这个限度，伴热器分段，每段有独立的供应线及U型弯管。
三章重力热管数学模型的建立及其模拟求解 3.1重力式热管模型建立的分析思路 对于重力式热管的凝结换热特性进行深入的分析。分析的基本思想如下: （1）对层流状态下的竖壁凝结换热建立模型，提出合理的假设条件； （2）取液膜微元控制体，对它进行受力分析和能量平衡分析，建立动量方程和能量方程，合理简化边界条件。简化方程，找出液膜厚度、切应力与液膜下降高度间的关系式； （3）通过能量平衡关系式，由己知的热管内压强（定性温度）和冷却介质带走的热热流，计算出热管的内壁温度； （4）离散液膜长度，假设在每一个微元液膜段内，液膜内的各个参数都是一样的（如果微元液膜足够小的话，这个假设是成立的），积分得到边界方程，并求得各个关系式； （5）在各个离散点处求出凝结换热系数，然后计算出所有离散点的凝结换热系数的算术平均值作为所要求的凝结换热系数的数值解。 3.2物理模型建立和数学描述 3.2.1模型合理的简化和假定 图3-1重力式热管冷凝段模型 热管内部的冷凝液膜和热管的内径比起来很薄，因此研究热管内部的凝结换热可以简化成研究大平板表面的凝结换热处理，这样可以使问题变得简单化。只考虑竖直方向，其他方向不考虑。在竖直的热管中，没有不凝结气体的影响，建立坐标系，它的流动模型如图3-1所示。 在分析中，作若干合理的简化假定以忽略次要因素。除了已经明确的纯净饱和蒸汽层流液膜的假定外，还有: （1）蒸汽及凝结液的热物性是常数； （2）液膜的惯性力可以忽略（即控制方程中的对流项可以忽略不计）； ； （3）汽液界面上无温差，界面上液膜温度等于饱和温度t sat （4）膜内的温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热，而无对流作用；
空调用热管换热器的设计计算 西安工程大学 王晓杰 黄翔 武俊梅 郑久军 摘 要： 热管技术以其独特的技术在很多领域得到了广泛的应用，在空调领域热管技术也逐渐受到重视，除了理论研究热管技术在空调领域的应用外，设计出合适的换热设备对热管在空调领域的应用也及其重要。热管换热器的计算内容主要有热力计算和校核计算。其中热力设计计算大致可分为常规计算法，离散计算法和定壁温计算法。空调用热管换热器一般为气－气型换热器，文章主要针对气－气型热管换热器的常规计算法进行介绍，并给出了一个具体实例的计算结果，以进一步促进热管换热器在制冷空调领域的应用研究。 关键词： 热管 空调 热力计算 1 引言[1][2][4] 热管换热技术因其卓越的换热能力及其它换热设备所不具有的独特换热技术在航空，化工，石油，建材，轻纺，冶金，动力工程，电子电器工程，太阳能等领域已有很广泛的应用，制冷空调领域冷冷热流体温差小，因此热管技术也逐渐受到重视。根据实际需要设计出合理的热管换热器对于空调领域来说也极为重要。 同常规换热器计算一样，热管换热器的计算内容主要有两部分：热管换热器的热力计算和校核计算。在这里主要对热管换热器的热力计算做个介绍。热管换热器的热力设计计算目前大致可分为三类：常规计算法，离散计算法，定壁温计算法。常规计算法将整个热管换热器看成一块热阻很小的间壁，然后采用常规间壁式换热器的设计方法进行计算。离散计算法认为热量从热流体到冷流体的传递不是通过壁面连续进行的，而是通过若干热管进行传递，呈阶梯式变化，不是连续的。定壁温计算法是针对热管换热器在运行中易产生露点腐蚀和积灰而提出的，计算时将热管换热器的每排热管的壁温都控制在烟气露点温度之上。从而避免露点腐蚀及因结露而形成的灰堵。 空调系统要处理的对象一般为室外新风或是室内排风，都属于气态介质，因此空调用热管换热设备为气－气热管换热器。本文将对空调用气－气热管换热器的常规计算法的热力计算做个简要介绍，文中的一次空气是待处理室外新风，二次空气可以是室内排风或室外新风。 2 热管换热器的设计计算[3][4] 2.1已知设计参数 一次空气质量流量M h , 进出口温度T 1,T 1’，二次空气质量流量M c , 进出口温度T 2,T 2’。一般六个已知量中，只要给定5个即可，另一个参数可由热平衡方程算出，如需要，还需给出一、二次空气的允许压降，二次空气出口温度未知时的计算过程为： ①一次空气定性温度T h =2 ' 11T T + (1) 查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度h p C 导热系数h λ粘度h μ 普兰德数h r P ②一次空气放出热量)(' 11T T C M Q h p h h -= (2)
热管换热器设计计算 1确定换热器工作参数 1.1确定烟气进出口温度ti，t3，烟气流量V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力 Pc?对于热管式换热器，ti范圉一般在250°C?600°C之间，对于普通水- 碳钢热管的工作温度应控制在300°C以下.t2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180°C.空气入口温度的.所选取的各参数值如下： 2确定换热器结构参数 2.1确定所选用的热管类型 烟气定性温度：f 宇_4沁；2沁=310比 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的 半均值所得出： 烟气入口处：q =如+営=420?c+严z = 18O°C 烟气出口处：. t2+tiX4 200°C+20°Cx4 l° 5 5 C 选取钢-水重力热管.其工作介质为水.工作温度为30OC~250°C?满足要求.其相容壳体材料：铜.碳钢（内壁经化学处理）。
2.2确定热管尺寸 对于管径的选择，由音速极限确定所需的管径 d v = 1.64 Qc t J厂9必)2 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范闱，取Qc=4kW,在 10 = 56吃启动时 p v = O.1113k^/7H3 p v = 0.165 X 105pa r = 2367.4幼/kg 因此d v = 1.64 I ! = 10.3 mm yr(p v p v)l 由携带极限确定所要求的管径 d _ I 1.78 X Qent P Ji (P L"1/4+P V~1/4)_2^(P L -Pv]1/4 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取Q ent=4kw 管内工作温度t t = 180°C时 P L = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c^/m3 r = 20\3kJ/kg J = 431.0xl0^N/m 178x4 因此 nx20L3x(8Q6.^i/4+SA6^i/4)-2 [gX431.0xl0-4(886.9-5.160)]1/4 =13.6nun 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 4 = 22111111 管売厚度计算由式 Pv4 20qcr] 式中，Pv按水钢热管的许用压力28.5kg /nmr选取，由对应的许用230°C來选 取管壳最大应力乐朋=14kg/nim2,而 [ 项目名称：XX 蒸汽管网设计输入数据： 1.管道输送介质：蒸汽 工作温度：240 C 工作压力: 0.6MPa 流量：1.5t/h 管线长度：1500 米设计计算： 设计温度260 C 设计压力:0.6MPa 比容：0.40m 3/kg ⑴管径： Dn=18.8 X(Q/w) 0-5 D n —管子外径，mm ； D0 —管子外径，mm ； Q —计算流量，m3/h w —介质流速，m/s ①过热蒸汽流速 DN》200 流速为40?60m/s DN v 100 流速为20 ?40m/s ②w=20 m/s Dn=102.97mm w=40 m/s Dn=72.81mm ⑵壁厚： DN100~DN200 流速为30 ?50m/s ts = PD o/{2 （〔c〕Ej+PY）} tsd=ts+C C=C1+C2 ts —直管计算厚度，mm ； D0 —管子外径，mm ； P —设计压力，MPa ； 〔c〕t —在操作温度下材料的许用压力，MPa ; Ej—焊接接头系数； tsd —直管设计厚度，mm ； C—厚度附加量之和；：mm ； C1—厚度减薄附加量；mm ； C2—腐蚀或磨蚀附加量；mm ； 丫一系数。 本设计依据《工业金属管道设计规范》和《动力管道设计手册》在260 C 时20#钢无缝钢 管的许用应力〔c〕t为101Mpa , Ej取1.0 , Y取0.4 , C i 取0.8 , C2 取0. 故ts = 1.2 X133/【2 X101 x i+1.1 X0.4】=0.78 mm C= C 1+ C 2 =0.8+0=0.8 mm Tsd=0.78+0.8=1.58 mm 壁厚取4mm 所以管道为? 133 X4。 1、工程概况 本工程为射阳港经济区射阳金鹤纤维素有限公司蒸汽管网设计工程。蒸汽管网利用三通由原厂区内蒸汽管道接出，通至新库房。 2、设计参数 工作压力：0.8MPa 工作温度： 160℃ 设计压力： 1.6 MPa 设计温度： 300℃ 工作管道直径：Φ108×5 过路段埋地外护管直径：Φ219×6 保温材料：超细离心玻璃棉δ=60-70mm（详见图纸列表） 保护层：镀锌彩钢板δ=0.5mm 3、本设计遵照以下标准规范 1、《压力管道规范-工业管道》（GB/T20801-2006）； 2、《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（TSGD0001-2009）； 3、《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》（CJJ104-2005）； 4、《工业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235－97）； 5、《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》（GB50126-2008）； 6、《工业金属管道工程施工质量验收规范》（GB50184－2011）； 7、《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB50264-97）； 8、《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》（GB50236－2011）； 9、《压力管道设计许可规范》（TSGR1001-2008）； 10、《特种设备安全监察条例》 549号国务院令； 11、《承压设备无损检测》（JB/T4730-2005）； 4、输送介质为蒸汽的管道，管道分类为GC3。 5.蒸汽管道安装 5.1蒸汽管道的施工验收应符合《压力管道规范-工业管道》（GB/T20801-2006）和《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（TSG D0001-2009）的有关规定。 5.2材料：工作管采用20＃（Φ108×5）无缝钢管，管道标准为GB/T8163-2008或GB3087-2008。焊接采用氩弧焊打底，焊丝为H08Mm2Si,盖面采用手工电弧焊，焊条型号为E4303，对应牌号为J422；埋地外护管均采用螺旋钢管（Q235B），管道标准号为SY/T5037-2000，采用手工电弧焊，焊条型号为E4303，对应牌号为J422。 5.3蒸汽管道的弯头采用热压弯头（GB12459-2005），除特殊注明外，弯头弯曲半径R=1.5DN。三通采用标准无缝三通（GB12459-2005）。管件壁厚不小于直管段壁厚。 5.4全部钢管、管件以及预制件等应有制造厂的合格证书或复印件，在安装前应进行外观检查，并将内部清洗干净，不得留有杂质；保温制品需有性能检测报告，保温表面不得有 蒸汽伴热管规定 目录 范围 规范和标准 规范" 有关规范 设计 技术要求 布置原则 伴热系统识别 伴热管设计 附件的伴热 仪表 安全释放阀 排液 伴热管的尺寸及根数 伴热管长度 疏水阀接管 伴热管凝液收集 疏水阀 伴热管的固定 膨胀圈 材料 不锈钢管/碳钢管 不锈钢管子配件/碳钢管配件 疏水阀 阀门 钢管材料 传热胶泥 安装 蒸汽伴热管 表面加工 SUPPORTS支架 检验 试验 范围 本规定涉及管道、设备及仪表蒸汽伴热设计、安装及检验方面的最低要求。 1.0规范和标准 下列文件，包括所用的附件，组成了本规范，本规范所用文件的颁布日期必须是有效的。 规范 根据所有适用的美国、州及地方法规 有关规范 管道材料管道预制规定 工艺及公用管道设计规定 管支架—设计及预制 保温材料及应用—热保温 保温材料及应用—冷保温 保温材料及应用—隔音 油漆材料及应用规定 石化企业伴热管及夹套管设计规定 设计 技术要求 本规定应作为蒸汽伴热系统绘制图纸及确定型式的基准。 工艺及公用管道、仪表、设备等需要蒸汽伴热来防冻和（或）保温的部分应在P&ID 及（或）管道一览表上标明。 凡保温管道应在管线一览表上规定可操作的最低温度。 若某种产品属于热敏感性，则其最高允许温度也应在管线一览表上标明。 伴热供汽及凝液回收的压力等级应在P&ID上指明。 在P&ID图上及管线一览表上标明的蒸汽伴热（包括伴热管及夹套管）也可用其他方式替代，如电加热、内伴热或盘管等，但要经规范设计部门的批准。 布置原则 一般都由总管提供蒸汽分配及凝液回收，在外区，单根伴热管就不必要有凝液收集管（伴热管可直接走向凝液总管） 单根伴热管一般不从蒸汽总管上接出，除非位置很远或某台设备的特殊设计。 分配管的尺寸及位置可按以下原则来定： 在供汽管至分配管的管线上应设“Y”型过滤器，并靠近分配管。 在布置图上应指明伴热管及凝液收集管的位置。 从蒸汽总管接到蒸汽集管的供汽管上应设切断阀并在图上标明。 凝液回收、伴热管至凝液总管或伴热管至集管的走向均由工作人员在施工现场决定。切断阀应位于地面、直梯及操作平台上，并在中心位置处集中操作。 所有供汽管及伴热管的走向上应避免形成液袋。 供汽管及分配管的布置应按最佳经济原则安装，不要有徒劳操作，并要考虑维修。 各伴热管供汽点应位于被伴管线的最高点 来自伴热蒸汽疏水阀的凝液应由凝液回收系统回收。 伴热系统识别 供汽管及凝液回收管应提供不锈钢作的标签，写明相对应的伴热管编号，并在伴热管图表上列表示明。 标签应挂在或靠近供汽管切断阀处，或挂在或靠近凝液回收管末端疏水阀处。采用Dymo型1011-60带式标签（或相当）将不锈钢带用铆钉固定也是一种方便而价廉的金属标记方法。 伴热管设计 伴热管按图安装（见A-400图“蒸汽伴热典型安装图例”） 阀、泵及其他设备表面不规则的伴热管安装。 垂直管道上有多根伴热管时，应在该管周围等距装设伴热管。 各伴热管应单独设置疏水阀，除非是在旁路上、在控制阀上或在其他相似接管上。 10吨蒸汽锅炉空气预热器方案 （节煤率5%以上；提高锅炉岀功10%以上） 一、热管式空气预热器的工作原理及优点 热管式空气预热器的主要传热元件为重力式热管，重力式热管的基本结构如图1所示。热管由管壳、外部扩展受热面、端盖等部分组成，其内部被抽成1.3×(10-1—10-4)Pa的真空后，充入了适量的工作液体。 图1 热管传热原理简图 热管的传热机理是：当热流体流经热管的蒸发段时热量经由扩展受热面和管壁传递给工质，由于管内的真空度较高，工质在较低温度下开始沸腾，沸腾产生的蒸汽流向冷凝段冷凝放出热量，热量再经管壁和扩展受热面传递给冷流体，冷凝后的工质在重力的作用下流回蒸发段，如此循环不已，热量就不断的由热流体传递给了冷流体。 热管的传热机理决定着热管有以下基本特性：①极高的轴向导热性：因在热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻趋于零，所以热管具有很高的轴向导热能力。与银、铜、铝等金属相比，其导 热能力要高出几个数量级。②优良的等温性：热管内腔中的工质蒸汽处于饱和状态，蒸汽在从蒸发段流向冷凝段时阻损很小，在整个热管长度上，蒸汽的压力变化不大，从而也就决定着在整个热管长度上温度变化不大，所以说热管具有优良的等温性。 由热管组成的热管式空气预热器具有以下的优点：①由热管的等温性决定着在预热器中每排热管都工作在一个较窄的温度范围内，这样就可以通过结构调整使每排热管的壁温高于露点温度，从而避免发生结露、腐蚀和堵灰的现象，从而保证了锅炉不会因为空气预热器的堵灰、引风机出力不足，影响锅炉的正常运行的情况。而管式预热器由于烟气在管内流动时烟温逐渐降低，所以每根管子的壁温都是沿烟气的流动方向逐渐降低的，在每根管子的烟气出口部位，由于烟温和空气温度均较低，很容易发生结露、黏灰、堵灰的现象，影响引风机的抽力，从而影响锅炉的正常运行。②一般管式空气预热器设计和烟气流速较高（11—14m/S）,且换热管用壁厚较小（约1.5mm）的焊接管，所以管子很容易磨穿，产生漏风，引起鼓、引风机的电耗增加。而热管式空气预热器，管子为无缝钢管，强化换热主要靠扩展受热面，烟气流速设计较低（6—8m/S），磨损较轻。另外热管式空预器中通过中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中即使单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生泄露，也只是单根热管失效，而不会发生漏风现象。③在热管式空气预热器中烟气和空气均横向冲刷管子外侧，烟气横向冲刷管子外侧要比纵向冲刷管子内侧传热系数高出20%--30%。在热管式空气预热器中可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热，获得最大的对数温差。另外在保证管壁温度不太低的情况下，烟气侧和空气侧的受热面均可获得充分的扩展。这样空气预热器可以做的非常紧凑，一般在相同的换热量的情况下，热管式空预器比管式空预器体积减少1/3，烟气总流阻减少1/2。④在相同的蒸汽管道设计计算
压力管道设计说明
蒸汽伴热管规定
空气预热器方案说明
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