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电伴热产品的设计计算方法及选型

来源:      2018/4/20 9:11:35      点击:

电伴热是利用电伴热产品所产生的热量来补偿被伴热的管道、容器、罐体等工艺所散耗的热量,以维持其相应介质温度来满足工艺要求。正确计算出管道、容器、罐体等工艺装置的散热量,对准确维持介质的温度是至关重要的。


一、管道及附件散热量的计算


1.工艺参数的确定

为确保计算的正确性,在计算前应正确确定各项参数:它们是管道、容器、罐体等介质要求维持的温度Tw。管道的直径d或容器的表面积S、保温材料的品种及厚度δ、环境温度(当地最低温度)TH、敷设环境(室内或室外、地面或埋地)、并计算维持温度TW与环境温度TH之差△T,△T=TW-TH


1.管道散热量的计算

Q=q×f×e×h

Q——实际需要的伴热量

f——保温材料系数(查表5-1)

q——基准情况下单位长度管道的散热量q(根据工艺参数查表5-2得到)

e——管材系数(查表5-3)

h——环境系数(查表5-4)


例1:某厂有一金属管线,管径为2″,保温材料岩棉,厚度20mm,管道中介质维持温度为40℃,冬季最低气温是-20℃,室内平均风速为10m/s,求管道每米热损失。


ΔT=TW-TH=40℃-(-20℃)=60℃

查表5-1:保温材料为岩棉,其保温系数f=1.22

查表5-2:d=2″,保温厚度20mm,温差ΔT=60℃,查表得q=30.2w/m

查表5-3:环境修正系数,采用插入法计算得h=1.1

所以:所需伴热量Q=30.2×1.22×1×1.1=40.52w/m


       保温材料修正系数(f)  5-1

保温材料

保温系数

导热常数(w/m.℃)

玻璃纤维

1.0

0.036

岩棉

1.22

0.044

矿渣棉

1.11

0.04

珍珠岩

1.31

0.047

聚氨酯泡沫塑料

0.67

0.024

聚苯乙烯泡沫塑料

0.86

0.031

硅酸钙

1.50

0.054

石棉绳

1.83

0.066

复合硅酸盐毡

0.65

0.0234


           管道散热量(q)条件:碳钢管道、玻璃纤维保温、室外风速9m/s    表5-2   单位:w/m    

保温

厚度

(mm)

温差

ΔT

(℃)

管道内径(mm英寸)

15

25

40

50

80

100

150

200

250

300

350

400

450

500

600

1/2

1

1.5

2

3

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

10

20

30

40

7.2

11.0

14.9

10.1

15.4

20.8

13.6

20.7

27.9

16.4

24.9

33.7

23.0

35.0

47.3

28.8

43.8

59.2

41.4

62.5

84.5

52.6

80.0

108.2

64.7

98.5

133.2

76.1

115.8

156.6

83.3

126.7

171.3

94.6

143.9

194.6

105.9

161.1

217.5

117.2

178.3

241.1

139.7

212.6

287.4

20

20

30

40

60

4.6

7.0

9.5

14.7

6.2

9.4

12.7

19.6

8.0

12.2

16.5

25.5

9.5

14.5

19.6

30.2

13.0

19.8

26.7

41.2

16.0

24.4

33.0

50.9

22.5

34.3

46.3

71.4

28.5

43.4

58.7

90.5

34.9

52.2

71.9

110.8

40.9

62.3

84.2

129.9

44.7

68.0

92.0

141.8

50.7

77.1

104.3

160.8

56.7

86.2

116.6

179.7

62.6

95.3

128.9

198.7

74.6

113.4

153.4

236.5

25

20

30

40

60

80

100

4.1

6.2

8.4

12.9

17.7

25.8

5.3

8.1

11.0

17.0

23.3

30.1

6.9

10.4

14.1

21.8

29.9

38.6

8.1

12.3

16.6

25.6

35.1

45.4

10.9

16.6

22.4

34.5

47.4

61.2

13.4

20.3

27.5

42.4

58.2

75.2

18.6

28.3

38.2

59.0

81.0

104.5

23.5

35.7

48.3

74.5

102.3

132.0

28.7

43.6

59.0

90.9

124.8

161.1

33.5

51.0

69.0

106.3

146.0

188.5

36.5

55.6

75.2

115.9

159.2

205.5

41.4

63.0

85.2

131.3

180.3

232.8

46.2

70.3

95.1

146.7

201.4

260.0

51.1

77.7

105.1

162.0

222.4

287.2

60.7

92.4

124.9

192.6

264.5

31.5

30

20

30

40

60

80

100

120

140

160

180

3.7

5.6

7.6

11.7

16.0

20.7

25.6

30.8

36.2

42.0

4.8

7.3

9.8

15.1

20.8

26.8

33.2

40.0

41.7

54.5

6.1

9.2

12.5

19.2

26.4

34.1

42.2

50.8

59.8

69.2

7.1

10.8

14.6

22.5

30.9

39.8

49.3

59.4

69.9

80.9

9.5

14.4

19.5

30.0

41.2

53.2

65.9

79.3

93.3

108.1

11.6

17.6

23.8

36.6

50.3

65.0

80.4

96.8

113.9

131.9

15.9

24.3

32.8

50.6

69.4

89.7

111.0

133.5

157.2

182.0

20.0

30.5

41.3

63.6

87.3

112.8

139.6

168.0

197.7

228.9

24.4

37.1

50.2

77.4

106.3

137.2

169.9

204.4

240.6

278.6

28.5

43.3

58.6

90.4

124.0

160.2

198.3

238.6

280.8

325.2

31.0

47.2

63.8

98.4

135.1

174.5

216.1

259.9

306.0

354.2

35.1

53.4

72.2

111.4

152.9

197.4

244.4

294.0

346.1

400.7

39.2

59.6

80.6

124.3

170.6

220.3

272.8

328.1

386.2

447.1

43.2

65.8

88.9

137.1

188.3

243.1

301.0

361.1

426.3

493.5

51.3

78.1

105.6

162.9

223.6

288.7

357.5

430.1

506.2

586.2

40

20

30

40

60

80

100

120

140

160

180

3.2

4.8

6.5

10.1

13.8

17.8

22.1

26.5

31.2

36.2

4.0

6.1

8.3

12.8

17.6

22.7

28.1

33.8

39.8

46.0

5.0

7.7

10.4

16.0

21.9

28.3

35.1

42.2

49.7

57.5

5.8

8.9

12.0

18.5

25.4

32.8

40.6

48.8

57.4

66.5

7.6

11.6

15.7

24.3

33.3

43.0

53.3

64.1

75.4

87.3

9.2

14.1

19.0

29.3

40.2

52.0

64.4

77.4

91.1

105.5

12.6

19.1

25.9

39.9

54.8

70.8

87.6

105.4

124.1

143.7

15.7

23.9

32.3

49.8

68.4

88.3

109.3

131.5

154.8

179.3

19.0

28.9

39.1

60.3

82.7

106.8

132.3

159.1

187.3

216.9

22.1

33.6

45.5

70.1

96.2

124.2

153.9

185.1

217.9

252.2

24.0

36.6

49.4

76.2

104.6

135.1

167.3

201.2

236.9

274.3

27.4

41.3

55.8

86.0

118.1

152.4

188.8

227.1

267.3

309.5

30.2

45.9

62.1

95.8

131.5

169.8

210.3

252.9

297.7

344.7

33.0

50.6

68.5

105.6

144.9

187.1

231.7

278.7

328.1

379.9

39.4

60.0

81.1

125.1

171.7

221.7

274.5

330.2

388.7

450.1

50

20

30

40

60

80

100

120

140

160

180

2.8

4.3

5.9

9.0

12.4

16.0

19.8

23.8

28.2

32.5

3.6

5.4

7.3

11.3

15.5

20.1

24.8

29.9

35.2

40.7

4.4

6.7

9.1

14.0

19.1

24.7

30.6

36.8

43.4

50.2

5.0

7.7

10.4

16.0

22.0

28.4

35.1

42.3

49.8

57.6

6.5

9.9

13.4

20.7

28.5

36.7

45.5

54.7

64.4

74.6

7.8

11.9

16.1

24.8

34.1

44.0

54.4

65.6

77.2

89.4

10.5

16.0

21.7

33.4

45.9

59.2

73.3

88.2

103.9

120.3

13.1

19.9

26.9

41.4

56.8

73.4

90.9

109.3

128.7

149.0

15.7

23.9

32.3

49.9

68.4

88.3

109.4

131.6

154.9

179.4

18.2

27.7

37.5

57.8

79.3

102.4

126.8

152.5

179.5

207.9

19.8

30.1

40.7

62.7

86.1

111.1

137.6

165.5

194.9

225.6

22.3

33.9

45.8

70.6

96.9

125.1

154.9

186.4

219.4

254.0

24.7

37.6

50.9

78.5

107.7

139.1

172.7

207.2

243.9

282.4

27.2

41.4

56.0

86.3

118.5

153.0

189.5

227.9

268.3

310.7

32.2

48.5

66.2

102.1

140.1

180.9

224.0

269.4

317.2

367.2

80

20

30

40

60

80

100

120

140

160

180

2.3

3.5

4.8

7.4

10.1

13.0

16.1

19.4

22.9

26.5

2.8

4.3

5.8

9.0

12.3

15.9

19.7

23.6

27.8

32.2

3.4

5.2

7.0

10.8

14.8

19.1

23.6

28.4

33.4

38.7

3.8

5.8

7.9

12.1

16.6

21.5

26.6

32.0

37.7

43.7

4.8

7.3

9.9

15.3

20.9

27.0

33.5

40.3

47.4

54.9

5.7

8.6

11.6

17.9

24.6

31.8

39.3

47.3

55.7

64.5

7.4

11.3

15.2

23.5

32.2

41.6

51.1

62.9

72.9

84.4

9.0

13.7

18.5

28.6

39.2

50.6

62.7

75.4

88.8

102.8

10.7

16.3

22.0

34.0

46.6

60.2

74.5

89.6

105.5

122.2

12.3

18.7

25.3

39.0

53.5

69.1

85.5

102.9

121.1

140.3

13.3

20.2

27.3

42.1

54.8

74.6

92.4

111.2

130.9

151.5

14.9

22.6

30.6

47.1

64.7

83.5

103.4

124.4

146.4

169.5

16.4

25.0

33.8

52.1

71.5

92.3

114.3

137.5

161.9

187.5

18.0

27.4

37.0

57.1

78.3

101.2

125.3

150.7

177.4

205.4

21.1

32.1

43.5

67.0

92.0

118.8

147.1

176.9

208.3

241.2


                 管道材料修正系数(e) 表5-3        环境条件修正系数(h)  表5-4


管道材料

修正系数

 

环境条件

修正系数

碳钢

1

 

室内

1

1.05

 

室外风速5米/秒

1.05

不锈钢

0.9

 

室外风速15米/秒

1.15

塑料

0.65

 

室外风速25米/秒

1.3




    2.管道阀体散热量的计算

闸阀散热量通常是相连口径管道每米热损失的1.22 倍

球阀为0.7倍

蝶型阀(节流阀)为0.5倍

浮式球阀为0.6倍

3.确定电伴热带的功率及长度

根据散热量及介质维持温度选择相应的电伴热带,其最高维持温度必须高于介质温度,单位长度热损失大于电伴热带额定功率时(即比值大于1时),用以下方法来修正:

a.当比值大于1.5时,采用两条或更多的平行电伴热带敷设,电伴热带长度为管道长度×根数

b.当比值在1.1-1.5时,可采用卷绕法,如图5-1,根据热损失与电伴热带功率的比值计算。查表5-5,得到卷绕的节距,并按此敷设,电伴热带长度为管道长度×比值。

c.修改保温材料或厚度。


另外还应考虑法兰、弯头及和管道金属托架散热损失所需的电伴热带长度及预留供电源接线用的长度。法兰一般加上2倍的管径长度;弯头加上1.5倍的管径长度;管道金属托架上加3-5的管径长度,伴热管所需的电伴热带长度,其总和即整个系统所需电伴热带的总长度。

 

 

二、罐体容器散热量的计算

首先应计算容器罐体的表面积,并根据保温层材料,厚度和介质所维持的温度,查表5-6,可知每平方米的散热量,再通过计算,就能得到容器、罐体所需的总散热量Q。

其公式为:Q=1.6×q×s

式中:1.6——保险系数

q  ——每平方米散热量(W/㎡)

S  ——容器罐体的表面积(㎡)

例2:某厂有一直径=3mm,高=4m的圆柱形工艺罐体,当地最低环境温度-10℃;最高风速15m/s,现采用厚度50mm的矿渣棉作保温层,罐体的维持温度80℃时,求该罐体散热量。

1.查5-6知:在风速15m/s,环境-10℃,维持温度80℃时,q=77.39W/m2

2.Q=1.6×q×s=1.6×q×(2πR2+πDh)

=1.6×77.39×(2×3.14×1.52+3.14×3×4)=6415.32(W)

答:该罐体散热量为6415.32W。


罐体容器散热量q(W/m2)                  表5-6

保温材料

厚度

(mm)

维    持    温    度℃

条件

 

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

120

聚氨脂

38

50

75

100

125

150

22.31

17.25

11.71

8.86

7.14

5.96

25.08

19.39

13.16

9.96

8.02

6.70

30.79

23.81

16.16

12.23

9.85

8.23

36.77

28.43

19.30

14.61

11.76

9.84

43.02

33.27

22.58

17.09

13.77

11.52

49.55

38.32

26.02

19.69

15.86

13.27

56.38

43.61

29.61

22.41

18.05

15.10

63.52

49.14

33.37

25.29

20.34

17.02

70.98

54.19

37.29

28.25

22.73

19.02

78.77

60.95

41.39

31.36

25.36

21.11

86.91

67.20

45.68

34.60

27.85

23.30

104.18

80.63

54.82

41.51

33.43

27.97

温度

-40

 

 

 

 

 

 

 

风速

15m/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

玻璃纤维

38

50

75

100

125

150

35.91

28.07

19.27

14.64

11.86

9.92

40.15

31.39

21.54

16.43

13.26

11.09

48.79

38.14

26.18

19.97

16.12

13.53

57.77

45.08

30.95

23.60

19.05

15.99

66.89

52.20

35.90

27.33

22.06

18.52

76.39

59.62

40.93

31.16

25.16

21.12

86.02

67.14

46.10

35.09

28.38

23.79

95.92

77.87

51.41

39.17

31.66

26.53

106.08

82.81

56.87

43.37

35.02

29.35

116.63

91.06

62.49

71.65

38.48

32.25

127.38

99.46

68.31

52.05

42.03

35.23

149.77

116.97

80.36

61.24

49.45

41.45

矿渣棉

38

50

75

100

125

150

44.14

34.65

23.99

18.34

14.83

12.51

49.32

38.72

26.81

20.49

16.57

13.97

59.95

47.16

32.53

24.86

20.18

16.96

70.83

55.63

38.44

29.38

23.80

20.00

81.81

64.25

44.49

34.21

24.50

23.11

93.19

73.19

50.59

38.67

31.27

26.28

104.61

82.17

56.81

43.43

35.12

29.51

116.36

91.32

63.14

48.27

39.11

32.81

128.34

100.74

69.59

63.21

43.11

36.17

140.42

110.23

76.23

58.24

47.15

39.62

152.71

120.01

82.93

63.41

51.34

43.11

178.08

139.86

96.76

73.93

59.86

50.26

硅酸钙

38

50

75

100

125

150

52.62

41.63

28.95

22.62

18.02

15.16

59.00

46.69

32.47

24.97

20.22

17.00

72.38

50.07

39.77

30.53

24.72

20.87

85.96

67.92

47.34

36.28

29.43

24.80

99.95

79.01

55.08

42.21

34.31

28.86

114.59

90.59

63.06

48.34

39.29

33.05

129.45

102.37

71.28

54.74

44.42

37.37

144.73

114.49

79.74

61.24

49.70

41.81

160.56

126.94

88.44

67.93

55.13

46.39

176.68

139.72

97.38

74.81

60.72

51.08

193.21

152.84

106.55

81.87

66.45

55.92

227.48

180.06

125.61

96.54

78.38

65.96

聚氨脂

38

50

75

100

125

150

7.87

6.04

4.14

3.12

2.51

2.13

10.61

8.22

5.58

4.21

3.43

2.87

16.30

12.62

8.52

6.52

5.27

4.41

22.53

27.30

11.80

8.91

7.20

6.02

28.61

22.16

15.06

11.45

9.22

7.71

35.17

27.24

18.55

14.07

11.34

9.48

42.04

32.56

22.18

16.83

13.56

11.33

49.23

38.13

25.97

19.71

15.88

13.27

56.83

44.03

29.94

22.72

18.31

15.30

64.70

50.13

34.10

25.87

20.85

17.45

72.86

56.46

38.44

29.17

23.47

19.67

90.31

70.06

47.71

36.20

29.14

24.40

温度

-10

 

 

 

 

 

 

 

风速

15m/s

玻璃纤维

38

50

75

100

125

150

12.13

9.53

6.58

5.06

4.07

3.40

16.42

12.79

8.83

6.79

5.46

4.57

25.16

19.61

13.53

10.32

8.37

7.00

34.00

26.61

18.29

13.95

11.31

9.46

43.25

33.72

23.26

17.68

14.34

11.99

52.61

41.18

28.31

21.60

17.45

14.65

62.24

48.72

33.49

25.56

20.64

17.34

72.27

56.47

38.83

29.63

23.93

20.10

82.47

64.45

44.31

33.82

27.32

22.94

92.95

72.65

50.05

38.12

30.80

25.86

103.72

81.15

55.86

42.56

34.38

28.87

126.31

98.85

68.00

51.81

41.89

35.15

矿渣棉

38

50

75

100

125

150

15.01

11.65

8.21

6.23

5.10

4.27

20.12

15.88

11.1

8.35

6.84

5.72

30.51

24.07

16.69

12.77

10.37

8.68

41.27

32.57

22.49

16.93

13.97

11.79

52.33

41.14

28.52

21.82

17.65

14.89

63.57

49.97

34.85

26.46

21.48

18.06

75.05

59.01

40.84

31.24

25.38

21.29

86.63

68.12

47.15

36.07

29.24

24.58

98.41

77.39

53.68

41.07

33.22

27.93

110.12

87.00

60.23

46.09

37.29

31.35

122.84

96.63

66.91

51.20

41.42

34.82

148.06

116.49

80.61

61.69

49.96

42.00

硅酸钙

38

50

75

100

125

150

18.13

14.38

10.02

7.75

6.25

5.33

24.39

19.35

13.49

10.43

8.42

7.17

37.39

29.66

20.76

15.92

12.95

10.94

50.90

40.39

28.16

21.69

17.58

14.85

64.82

51.34

35.95

27.58

22.44

18.88

79.21

62.75

43.86

33.72

27.38

23.05

93.88

75.54

52.02

40.00

32.48

27.39

109.18

86.54

60.52

46.54

37.80

31.82

124.71

98.87

69.17

53.19

43.21

36.37

140.78

111.64

78.05

60.04

48.76

41.05

157.25

124.28

87.17

67.06

54.48

45.86

191.24

151.79

106.12

81.66

66.35

55.86

聚氨脂

38

50

75

100

125

150

 

 

 

5.47

4.35

3.04

2.29

1.84

1.54

11.61

9.08

6.23

4.78

3.90

3.26

17.87

13.97

9.59

7.36

6.00

5.01

24.44

19.11

13.22

10.06

8.20

6.85

31.33

24.50

16.94

12.89

10.51

8.78

38.57

30.27

20.85

15.98

12.84

10.81

46.15

36.22

24.95

19.05

15.41

12.93

54.10

42.46

29.24

22.32

18.06

15.15

71.12

55.81

38.43

29.34

23.73

19.90

温度

+20℃

 

 

 

 

 

 

 

风速

15m/s

玻璃纤维

38

50

75

100

125

150

 

 

 

8.23

6.37

4.48

3.51

2.83

2.37

16.71

13.16

9.26

7.13

5.74

4.88

25.45

20.05

14.10

10.86

8.88

7.43

34.45

27.37

19.08

14.69

12.02

10.05

43.73

34.74

24.41

18.65

15.25

12.76

53.30

42.33

29.75

22.90

18.58

15.66

63.41

50.16

35.24

27.13

22.01

18.56

73.61

58.45

40.90

31.37

25.54

21.53

94.95

75.40

52.56

40.45

32.93

27.67

矿渣棉

38

50

75

100

125

150

 

 

 

9.66

7.78

5.32

4.32

3.48

2.92

19.93

15.73

11.12

8.59

7.04

5.89

29.88

23.85

16.86

13.02

10.67

9.08

40.61

32.42

22.91

17.69

14.37

12.23

51.29

40.94

28.93

22.33

18.29

15.44

62.17

49.62

35.07

27.07

22.17

18.72

73.26

58.72

41.32

32.03

26.13

22.06

84.91

67.77

47.89

36.97

30.16

25.46

108.21

86.37

61.03

47.11

38.43

32.44

硅酸钙

38

50

75

100

125

150

 

 

 

11.08

9.52

6.83

5.20

4.35

3.77

24.02

19.49

13.89

10.95

8.99

7.67

37.32

30.00

21.55

16.70

13.72

11.70

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22.83

18.59

15.85

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37.11

28.99

23.81

20.13

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92.73

75.22

53.81

41.88

34.38

29.08

108.04

87.28

62.44

48.06

39.90

33.74

139.02

112.35

80.40

62.58

51.37

43.44


三、有关公式介绍

如前所述,我们查知的管道,容器罐体的散热量,是按现场实际情况综合计算的,如数据表中没有您所需要的散热量,则可通过由热损失公式来求出所需要的数据。有关公式简介如下:

a.管道热损失公式为:

       2πλ(TW-TH

Q=1.59                     (W/m)

          In[(d+2δ)÷d]

b.板面热损失公式为:

         1000(TW-TH

Q=1.6                      ×S  (W)

              δλ

上式中:

λ——保温材料的导热系数(W/m.℃)

d——管道外径

δ——保温层厚度

TW——工作维持温度

TH——当地最低温度

S——表面积(㎡)

Q——散热量(W)

e——环境系数,见表5-4

1.59及1.6均为综合系数,(由于理论公式计算结果与实际有相差,本公司根据多年设计与实践确定)

 

四、选型方法

在选择电伴热带产品时,应综合考虑各种因素,如适用性、经济性、供电条件等,具体方法如下:

1.根据管道维持温度及偶然性的最高操作温度选定最高维持温度高于它的电伴热产品。

2.根据供电条件、电网负荷及管道长度,确定电伴热方案和电伴热产品的型号,如恒功率、自限式或串联型等。

3.根据管道单位长度的散热量或容器单位面积上的散热量来确定所需电伴热产品的单位功率和长度。

4.根据不同的适用环境来确定所需电伴热产品的结构:一般情况下,可选用普通型,防爆场合建议使用加强型,埋地或在有腐蚀性物质场所应选用加强型。