CN105389440A - 仪表取样管路伴热电缆敷设长度计算方法 - Google Patents
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Abstract
提出了一种仪表取样管路伴热电缆敷设长度计算方法，属于管路伴热和计算机技术领域。该方法包括：确定仪表取样管路的保温层厚度、介质温度以及保温材料及其保温系数，根据上述确定的参数以及最低环境温度、仪表取样管路的外径确定仪表取样管路的散热量，根据所述散热量与伴热电缆单位长度的额定发热值的关系确定伴热电缆的敷设方式，根据确定的敷设方式确定伴热电缆的长度，特别是如果采用缠绕法敷设，则利用伴热电缆的缠绕螺距以及仪表取样管路的长度计算出伴热电缆的长度。本方案解决了现有的预估方法造成施工变更多、造价高等问题，具有计算精确降低整体造价等诸多优点。
Description
技术领域
本发明涉及管路伴热和计算机技术领域，尤其涉及一种仪表取样管路伴热电缆敷设长度计算方法。
背景技术
在北方冬季火力发电厂运行过程中，可能会出现设备环境温度低于0℃的情况，如露天锅炉(或设备)，在锅炉停炉期间，锅炉房内靠近门、窗、过道的低温区域以及直接空冷系统区域等。而当环境温度低于0℃时，会出现如下情况：
(1)仪表测量取样管路内液态介质结冻，导致介质参数无法准确测量；
(2)气动执行机构压缩空气管路产生冷凝水，结冻后导致阀门无法正常操作；
(3)直接空冷系统的工艺阀门底部存在积水，结冻后导致阀门无法正常操作；
(4)直接空冷凝结水系统和抽真空系统温度过低或结冻，造成翅片管束内出现结冰现象。
在北方火力发电厂，仪表取样管路保温设计常采用伴热方式进行。伴热介质释放一定的热量，通过直接或间接能量交换来补充被伴热仪表管的热损失，以达到仪表管路内介质正常工作要求。电伴热、蒸汽伴热是绝大多数北方电厂采用的保温方式。蒸汽伴热的工作原理是通过蒸汽伴热管道释放的热量以弥补被保温管道的热量损失，由于蒸汽的散热量不易控制，整个管路伴热分布不均匀，局部可能造成被测介质的汽化，保温效率处于一个较低水平。电厂中汽、水系统热工测点布置分散，需要伴热的仪表取样管路布置复杂，这样就造成布置蒸汽伴热管道更加困难。另外，在冬季运行时，蒸汽伴热管道经常会出现“泡、冒、滴、漏”现象，造成一定的安全隐患。故火电厂热工仪表管路通常采用电伴热作为首选的保温方式。目前，大多数设计院设计电伴热电缆长度采用预估方式，预估结果不准确会造成现场施工时的变更较多。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种更精确的对于仪表取样管路伴热电缆敷设长度的计算方法。
为实现以上目的，本发明提出一种仪表取样管路伴热电缆敷设长度计算方法，该方法包括：步骤S1，确定仪表取样管路的保温层厚度；步骤S2，确定仪表取样管路内的介质温度；步骤S3，确定仪表取样管路内保温层的保温材料以及所述保温材料的保温系数；步骤S4，根据所述保温层厚度、介质温度、保温系数以及最低环境温度、仪表取样管路的外径确定仪表取样管路的散热量；步骤S5，根据所述仪表取样管路的散热量和伴热电缆单位长度的额定发热值确定仪表取样管路的伴热电缆的敷设方式，所述敷设方式为平行法敷设或缠绕法敷设；步骤S6，根据步骤S5确定的敷设方式确定伴热电缆的长度，如果采用平行法敷设，则热电缆的长度与仪表取样管路的长度相同；如果采用缠绕法敷设，则利用伴热电缆的缠绕螺距以及仪表取样管路的长度计算出伴热电缆的长度。
根据本发明的一个方面，在所述步骤S6中，利用伴热电缆的缠绕螺距以及仪表取样管路的长度计算出伴热电缆的长度具体包括：根据公式(2)计算出伴热电缆的缠绕螺距：S＝πd/(K2-1)1/2公式(2)；其中S表示所述缠绕螺距，d表示仪表取样管路的外径；K表示伴热电缆的长度系数；其中K通过公式(3)确定：K＝Q/Q1公式(3)；其中Q为仪表取样管路的散热量，Q1为伴热电缆的米功率；根据缠绕螺距的大小利用公式(4)计算出伴热电缆的长度：L＝(L1/S)×[S2+(πd)2]1/2公式(4)；其中L为伴热电缆的长度，L1为仪表取样管路的长度。
根据本发明的一个方面，所述步骤S4中，根据公式(1)确定仪表取样管路的散热量：
Q＝2πλ(t1-t2)÷ln[(d+2δ)÷d]公式(1)
其中Q为仪表取样管路的散热量，λ为仪表取样管路内保温层的保温材料的保温系数，t1为仪表取样管路内的介质温度，t2为最低环境温度，d为仪表取样管路的外径，δ为所述仪表取样管路的保温层厚度。
根据本发明的一个方面，所述步骤S2还包括：依据所述介质温度为伴热电缆选型，具体为：高温介质即温度>200℃的仪表取样管路采用具有恒定功率特点的伴热电缆；中温即温度介于65～200℃之间和低温即温度<65℃的仪表取样管路宜采用自控温伴热电缆。
根据本发明的一个方面，步骤S5具体包括：若根据步骤S4计算出的仪表取样管路的散热量小于或等于伴热电缆单位长度的额定发热值，则采用平行法敷设；若根据步骤S4计算出的仪表取样管路的散热量大于伴热电缆单位长度的额定发热值，则采用缠绕法敷设。
根据本发明的一个方面，所述保温层厚度为25mm，且所述保温材料为硅酸铝。
由此可见，本发明利用电伴热原理及电伴热电缆的敷设方式，提出一套完整的仪表取样管路电伴热电缆长度计算公式，计算结果准确，减少施工时变更的可能性，并降低仪表取样管路伴热电缆造价。
附图说明
图1是本发明提出的仪表取样管路伴热电缆敷设长度计算方法的流程图。
具体实施方式
以下所述为本发明的较佳实施实例，并不因此而限定本发明的保护范围。
下面参见图1对本发明作出详细描述。
步骤S1，确定仪表取样管路的保温层厚度
不同的保温材料随着工况的变化，保温材料厚度也有区别。我国仪表取样管保温层厚度一般为10～30mm。仪表取样管线标注为“30/25”表示内保温厚度为30mm、外保温厚度为25mm；仪表取样管线标注为“25”表示外保温厚度为25mm(无需内保温)。在一个实施例中，具体计算取样管路的散热量时，保温层厚度通常取25mm。
步骤S2，确定仪表取样管路内的介质温度，并依据所述介质温度为伴热电缆选型
根据火力发电厂工艺流程的特点，仪表取样管路内介质可按高、中、低温3种工况考虑。高温介质主要包括过热蒸汽、再热蒸汽、省煤器进口给水及过热器减温水等；中温介质主要包括凝结水、除氧水等；低温介质为常温水。根据不同仪表取样管内的介质温度范围可采用不同的伴热电缆产品，即能满足保温要求，同时可降低工程造价。根据一个实施例，高温介质(温度>200℃)的测量取样管路宜采用带恒定功率特点的伴热电缆；中温(65～200℃)和低温(温度<65℃)的测量取样管路宜采用自控温伴热电缆，其中符号“～”表示包括取值范围的两端点值。
步骤S3，确定仪表取样管路内保温层的保温材料以及所述保温材料的保温系数
当仪表取样管路保温层厚度一定时，为了提高保温效果，应选用导热系数小的保温材料。在一个实施例中，选用硅酸铝作为保温材料，其保温系数为0.044W/m.℃。
步骤S4，确定仪表取样管路的散热量
Q＝2πλ(t1-t2)÷ln[(d+2δ)÷d]公式(1)
其中Q为仪表取样管路的散热量，λ为仪表取样管路内保温层的保温材料的保温系数，t1为仪表取样管路内的介质温度，t2为最低环境温度，d为仪表取样管路的外径，δ为所述仪表取样管路的保温层厚度。
以某北方火力发电厂为例，除氧水压力测量取样管路长度L1为15m，外径d为14mm，测量取样管内介质温度(t1)为90℃，最低环境温度(t2)为-25℃，保温材料选用硅酸铝保温材料，保温系数λ为0.044W/m.℃，保温厚度δ为25mm，根据公式(1)确定的除氧水压力测量取样管路的散热量为21W/m。
步骤S5，确定仪表取样管路的伴热电缆的敷设方式
伴热电缆的敷设方式可采用平行法或缠绕法。
若根据步骤S4计算出的仪表取样管路的散热量小于或等于伴热电缆单位长度的额定发热值(该值可通过查询所选用的伴热电缆的固有参数获得)，则采用平行法敷设，即用铝胶带将伴热电缆直接粘贴在管道上，并每隔0.5m用耐热胶带沿径向将电伴热电缆包扎即可。
若根据步骤S4计算出的仪表取样管路的散热量大于伴热电缆单位长度的额定发热值，则采用缠绕法敷设。
步骤S6，根据步骤S5确定的敷设方式确定伴热电缆的长度
若采用平行法敷设，则热电缆的长度与仪表取样管路的长度相同；
若采用缠绕法敷设，则利用如下方法计算出伴热电缆的长度：
计算出伴热电缆的缠绕螺距：
S＝πd/(K2-1)1/2公式(2)
其中S表示所述缠绕螺距，d表示仪表取样管路的外径；K表示伴热电缆的长度系数；其中K通过如下方式确定：
K＝Q/Q1公式(3)
其中Q为仪表取样管路的散热量，Q1为伴热电缆的米功率；
根据缠绕螺距的大小计算出伴热电缆的长度：
L＝(L1/S)×[S2+(πd)2]1/2公式(4)
其中L为伴热电缆的长度，L1为仪表取样管路的长度。
下面通过实例来对本发明作出进一步的解释，其中表1列出了几种CWH2型电伴热电缆的参数。
表1CWH2型电伴热电缆主要技术参数
| 型号 | 介质最高维持温度℃ | 米功率w/m | 额定电压V | 最大使用长度m |
| CWH2-10W | 120 | 10 | 220 | 240 |
| CWH2-15W | 110 | 15 | 220 | 200 |
| CWH2-20W | 90 | 20 | 220 | 175 |
| CWH2-25W | 70 | 25 | 220 | 150 |
以选用CWH2-20W电伴热电缆、Q为上面除氧水压力测量取样管路散热量为21W/m为例，利用上述公式，计算出得S＝137.38mm，则L＝17.3m。
通过查询本电厂施工阶段施工单位伴热电缆敷设清册，除氧水压力测量取样管路伴热电缆实际敷设量为17.5m，设计误差率仅为1.14％，设计准确率非常高。
在现有技术中，利用缠绕法敷设电伴热电缆时，以往设计院计算电伴热电缆用量时，采用预估方式，即通常取被保温取样管路长度的1.5～2倍。即使选取最小的1.5倍系数，上例中15m除氧水压力测量取样管路的电伴热电缆的长度就需要22.5m，比上述利用公式计算所得的电伴热电缆长度多5.2m；与现场实际敷设量17.5m比较，偏差较大，造成了现场伴热电缆的浪费。可见，利用上述公式计算电伴热电缆长度，可以准确地计算、统计出全厂电伴热电缆长度，从而降低工程材料造价。
上述计算方法可通过单个或多个数据处理设备实施，诸如硬件、软件、固件等具体的实施方式，以保证其计算速度和精度，具体的实施方式为本领域技术人员所熟知，这里不再赘述。
此外，上述计算方法的各个步骤以及步骤中的细节可根据具体情况进行删减或调整次序，并不作为对于本发明保护范围的限定，而是作为对本发明提出的技术方案的解释。
应注意，本发明所提出的具体实施方式及应用领域仅为说明的目的，并不作为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员可对本发明的具体实施方式进行修改以满足实际需要。
Claims (6)
1.一种仪表取样管路伴热电缆敷设长度计算方法，其特征在于，该方法包括：
步骤S1，确定仪表取样管路的保温层厚度；
步骤S2，确定仪表取样管路内的介质温度；
步骤S3，确定仪表取样管路内保温层的保温材料以及所述保温材料的保温系数；
步骤S4，根据所述保温层厚度、介质温度、保温系数以及最低环境温度、仪表取样管路的外径确定仪表取样管路的散热量；
步骤S5，根据所述仪表取样管路的散热量和伴热电缆单位长度的额定发热值确定仪表取样管路的伴热电缆的敷设方式，所述敷设方式为平行法敷设或缠绕法敷设；
步骤S6，根据步骤S5确定的敷设方式确定伴热电缆的长度，如果采用平行法敷设，则热电缆的长度与仪表取样管路的长度相同；如果采用缠绕法敷设，则利用伴热电缆的缠绕螺距以及仪表取样管路的长度计算出伴热电缆的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤S6中，利用伴热电缆的缠绕螺距以及仪表取样管路的长度计算出伴热电缆的长度具体包括：
根据公式(2)计算出伴热电缆的缠绕螺距：
S＝πd/(K2-1)1/2公式(2)
其中S表示所述缠绕螺距，d表示仪表取样管路的外径；K表示伴热电缆的长度系数；其中K通过公式(3)确定：
K＝Q/Q1公式(3)
其中Q为仪表取样管路的散热量，Q1为伴热电缆的米功率；
根据缠绕螺距的大小利用公式(4)计算出伴热电缆的长度：
L＝(L1/S)×[S2+(πd)2]1/2公式(4)
其中L为伴热电缆的长度，L1为仪表取样管路的长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤S4中，根据公式(1)确定仪表取样管路的散热量：
Q＝2πλ(t1-t2)÷ln(d+2δ)÷d]公式(1)
其中Q为仪表取样管路的散热量，λ为仪表取样管路内保温层的保温材料的保温系数，t1为仪表取样管路内的介质温度，t2为最低环境温度，d为仪表取样管路的外径，δ为所述仪表取样管路的保温层厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤S2还包括：依据所述介质温度为伴热电缆选型，具体为：
高温介质即温度>200℃的仪表取样管路采用具有恒定功率特点的伴热电缆；中温即温度介于65～200℃之间和低温即温度<65℃的仪表取样管路宜采用自控温伴热电缆。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤S5具体包括：
若根据步骤S4计算出的仪表取样管路的散热量小于或等于伴热电缆单位长度的额定发热值，则采用平行法敷设；
若根据步骤S4计算出的仪表取样管路的散热量大于伴热电缆单位长度的额定发热值，则采用缠绕法敷设。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述保温层厚度为25mm，且所述保温材料为硅酸铝。
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