CN117216907A - 长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法、保温结构及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，包括：确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数；确定长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数；确定长距离管道输送煤浆储罐内煤浆的物性参数；确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度；还公开对应保温结构和施工工艺；保温结构安全可靠，保温措施能满足保温效果在恶劣的自然环境中能基本无损，能保证符合长距离管道输送煤浆参数要求的良好保温效果。
Description
技术领域
本发明属于储罐保温领域，具体来说是一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温计算方法及工艺。
背景技术
长距离管道输送煤浆系统首端、中间、终端各场站需设置室外的大型煤浆储罐，煤浆在温度为零下时会在储罐内结冰影响输送至管道，甚至冻结无法输送至管道，且低温会影响煤浆物料特性，导致粘度增大、流动性变差，不符合管道输送煤浆对参数的苛刻要求，且容易堵塞管道，不利于安全的长距离管道输送。现有技术通常是根据经验或热损失简单估算，依靠安装购买的成品保温材料进行中、小型储罐的保温，并且以往应用主要针对小体积储罐，随着技术发展需求，适用于长距离管道的数千立方米、数万立方米大型储罐少有涉及。现有技术不能保证长距离管道输送煤浆储罐在冬季温度零下时不结冰，尤其不能保证搅拌器停止运行的情况下不结冰，用现有技术可能会造成不安全和不经济的因素。另外，现有储罐保温方法及工艺通常不是针对煤浆储罐的，尤其难以满足针对室外、大型的煤浆储存的要求，目前没有准确、具体的在分析长距离管道输送煤浆降温特点的基础上，综合考虑包括储罐传热系数计算，管道输送煤浆密度测定、比热计算、运动粘度计算、煤浆导热系数计算、保温层厚度等的计算方法、方式、公式，且现有保温方法及工艺难以保证煤浆温度不影响管道输送参数要求，也难以保证经济、不浪费材料，保温效果不理想。
实际环境下煤浆输送管道的储存环境经常会比较复杂，长距离管道输送煤浆系统为满足管道输送生产工艺的要求，往往需设置多个中间场站加压，每个场站由于地理位置不同，气象条件也不同。每个场站需要根据特定气象条件分别进行保温计算，有利于节省保温相关材料，降低工程成本，对于优化长距离管道输送煤浆大型储罐保温计算方法及工艺，保障安全经济运行具有重要的现实意义。而目前缺乏一套通用的计算方法及工艺。
现有煤浆储罐保温工艺、保温结构、施工技术存在问题，未充分对长距离、大型煤浆储罐的保温进行研究，钢制支撑未进行针对性研究，不利于保温效果的增强。现有施工技术中，未具体关注搭接部位及与其他管件、开口接管、清扫孔等连接部位细节的施工，未充分考虑搭接部位的保温措施，未注意到分层、分类施工对保温效果的重要性。
现有技术储罐的整体防腐质量欠佳影响其保温效果，防腐施工时罐体的表面处理不彻底，尤其是一些异型部件和角落，不易表面处理和防腐施工，导致涂层与钢材的结合不好，整体防腐质量欠佳，导致保温效果达不到设计参数的要求。
现有技术储罐的保温结构不合理，部分固定和外露结构与罐体直接接触，在罐壁上构成了大量不连续性安装障碍，此外很多储罐缺乏有效的罐顶保温措施，甚至罐顶不做保温，散热损失严重，后期维护费用也高。因此，现有储罐保温技术应用于长距离管道输送煤浆大型储罐保温时，其工艺需要进行优化。
发明内容
针对现有技术中的问题或缺陷，本发明提供长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法、保温结构及其施工工艺，可以科学地对管道输送煤浆储罐保温进行计算，保证保温效果达到煤浆管道输送工艺要求，体积密度小，导热率低，保温绝热和吸声性能好，对提高煤浆保温储存的安全性、经济性提供理论依据。
本发明的技术方案为：一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，包括如下步骤：
步骤1：在不考虑搅拌器对储罐内浆体的热影响情况下，通过建立热量散失的物理模型，确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数的散热平衡物理模型；
步骤2：建立罐壁传热系数Kb、保温材料的导热系数λba0、保温层的厚度δba0的之间的关系式，并采用对罐顶传热系数Kd1和罐底传热系数Kd2选用经验值的方法，确定长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数K；
步骤3：确定长距离管道输送煤浆储罐内煤浆的物性参数；
步骤4：基于步骤1得到的散热平衡物理模型、步骤2得到的长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数K以及步骤3得到的物性参数，确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度δbao。
进一步的，所述步骤1中确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数的散热平衡物理模型的方法为：不考虑搅拌器对储罐内浆体的热影响，实际温度应高于计算温度；在单位时间dt内，罐内煤浆温度降低了dT，散失的热量为dQ，则有
dQ＝-GCdT (1)
而经罐表面散失于环境中的热量dQ也可从下式求得
dQ＝KF(Tx-T0)dt (2)
其中,Tx——罐内煤浆的温度，℃；
由式(1)和式(2)联立可得冻结参数的平衡物理模如下：
-GCdT＝KF(Tx-T0)dt，则
若煤浆开始冷却时的温度为T1，经过时间tfr之后，温度降为Tfr，将上式积分后可得：
式中,
K——从罐内煤浆至周围环境的总传热系数，W/(m2·℃)；
F——罐的总冷却面积，m2；
T1——罐内煤浆冷却开始时的温度，℃；
T0——环境温度，℃，室外应取冬季极端平均温度；
Tfr——介质凝固点，℃；
tfr——煤浆在罐内的停留时间；
G——罐中煤浆的总质量，kg；
C——煤浆的比热。
进一步的，所述步骤2中确定长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数的方法为：
总传热系数可以表示为：
K＝(KbFb+Kd1Fd1+Kd2Fd2)/(Fb+Fd1+Fd2) (5)
式中K表示总传热系数，F表示面积，角注b、d1、d2分别指罐壁、罐顶和罐底；考虑到长距离管道输送煤浆的大型储罐适用场景在室外，地理位置和气象条件导致有温度为零下的情况，罐壁保温层较厚，因此罐壁传热系数Kb可由以下变形公式求得：
Kb＝λbao/δbao (6)
式中，
λbao——保温材料的导热系数，W/(m·℃)；
δbao——保温层的厚度，m；
(2)罐顶的传热系数Kd1的计算
式中，
a1d1——煤浆液面至气体空间的内部放热系数W/(m2·℃)；
δc——罐内气体空间层的厚度，m；
λc——空气的导热系数，W/(m·℃)；
δd1——罐顶板的厚度，m；
λd1——罐顶板的导热系数，W/(m·℃)；
α2d1——从罐顶至周围介质的外部放热系数W/(m2·℃)；
α3d1——从罐顶至周围介质的辐射放热系数W/(m2·℃)；
在工程计算中，若没有特殊要求，对罐顶的传热系数计算，一般按照工程实施经验取值，对于有保温的储罐，Kd1＝0.35W/(m2·℃)；
(3)罐底的传热系数Kd2的计算
式中，
α1d2——煤浆至罐底的放热系数W/(m2·℃)；
λt——土壤的导热系数，W/(m·℃)；
δd2——罐底板的厚度，m；
λd2——管底板的导热系数，W/(m·℃)；
D——储罐直径(m)；
对罐底传热系数Kd2的计算也采用取经验值，对于有保温的储罐，当V≤500m3时，Kd2＝0.06W/(m2·℃)；当500<V≤5000m3时，Kd2＝0.12W/(m2·℃)；当V>50003时，Kd2＝0.21W/(m2·℃)；
由式(5)可知，对总传热影响最大的是罐壁部分，其次是罐顶，而罐底的影响最小；因此，在实际计算中，为了方便起见，可只对罐壁的传热系数进行详细的计算，而罐顶和罐底的传热系数可选用经验值。
进一步的，所述步骤3中确定长距离管道输送煤浆储罐内煤浆的物性参数的方法，包括煤浆的密度的确定方法，具体如下：
浆体管道输送煤浆的密度通过浆体管道输送实验测定，方法有3种：
方法一：采用密度瓶测定；
方法二：采用密度计测定；
方法三：电子天平测定煤浆质量、量筒测定煤浆体积后，再用质量除以体积的公式计算得到密度。
进一步的，还包括煤浆的比热的确定方法，煤浆的比热的确定方法为：
煤浆的比热是指单位质量的煤浆每升高或降低1℃所需或释放的热量，以C表示；计算公式如下：
式中，
Cv—煤浆的体积浓度；
ρ煤，ρ水—分别是纯煤和水的密度；
C煤，C水—分别是纯煤和水的比热；
C—煤浆的比热。
进一步的，还包括煤浆的运动粘度的确定方法，煤浆的运动粘度的确定方法为：
通过实验得到动力粘度μs，再根据动力粘度与运动粘度的关系经过计算可得煤浆的运动粘度。
ρS——煤浆的密度。
进一步的，还包括煤浆导热系数的确定方法，对有机化合物水溶液及固体悬浮液导热系数的估算用公式λs＝0.9∑αi·λi进行估算，其中αi表示组分的质量分数，λi表示组分的导热系数。
进一步的，所述步骤4中确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度δbao的方法为：
由式(4)、(5)可得：
式中：
F——罐的总冷却面积，m2；
T1——罐内煤浆冷却开始时的温度，℃；
T0——环境温度，℃，室外应取冬季极端平均温度；
Tfr——介质凝固点，℃；
tfr——煤浆在罐内的停留时间；
G——罐中煤浆的总质量，kg；
由罐壁传热系数Kb＝λbao/δbao可得：
由上式可得保温层的厚度计算公式：
进一步的，作为本发明的另一方面，还涉及一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温结构，包括覆盖在长距离管道输送煤浆储罐外表面的保温层，保温层采用铝箔离心玻璃棉板且其厚度通过前述方法确定，保温层分为多层，每层采用镀锌钢带捆扎，所述保温层外侧安装瓦楞形镀锌铁皮保温护层，瓦楞形镀锌铁皮保温护层的上层铁皮搭接在下层铁皮外侧后，采用自攻螺钉及垫片安装，罐顶边缘处的钢板与瓦楞形镀锌铁皮保温护层之间通过自攻螺钉及垫片安装；从储罐底部开始向上每间隔设定距离焊接支撑圈，瓦楞形镀锌铁皮保温护层与支撑圈之间通过抽芯铝铆钉安装固定，支撑圈对瓦楞形镀锌铁皮保温护层起到支撑作用；在罐顶安装遮盖结构遮盖防雨。
进一步的，作为本发明的另一方面，还涉及一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温结构的施工工艺，包括如下步骤：
(1)罐壁保温层施工前，检查罐壁防锈层是否均匀一致，漆膜是否附着牢固，厚度是否达到设计要求，定制的成套设备，涂层是否损坏；防腐涂层合格后方可进行保温层施工；
(2)罐壁铝箔保温棉板要求为密度40～48kg/m3、导热系数≤0.043W/m*℃；连接管道和异形结构采用保温毡包裹；
(3)罐壁铁皮与铁皮接缝铆钉采用抽芯铆钉，铁皮与角钢等钢结构的连接采用自攻螺钉连接；接缝铆钉间距为150～200mm；搭接缝隙朝下；凡接缝位置需用密封胶密封；
(4)储罐上的清扫孔、阀门、法兰等频繁检修处，采用可拆卸式保温结构；
(5)罐壁的上部须设置防水檐，防止雨水流入保温层内，防水檐钢板连续焊于罐顶边缘包边角钢上；
(6)罐壁保护层搭接部位及与其他管件、清扫孔等连接部位采用绝缘密封胶密封，以防止水汽侵入；
(7)罐壁保温材料施工时，拼缝严密，一层错缝，二层压缝,有孔洞处要用碎料填塞密实；
(8)罐壁保护层的质量检查达到固定牢固，接缝均严密，环向接缝与纵向接缝相互垂直，成整齐的直线，且无翻边、豁口、翘缝、明显的凹坑等缺陷；
(9)罐壁保温施工期间，采取措施防止保温材料受潮，在晴天进行施工，做到主保温层和外护同时施工，并配备遮盖等防雨措施；
(10)为达到防腐条件保证保温效果，罐外壁保温部位的涂层的方法为环氧富锌底漆≥60μm，环氧云铁中间漆≥120μm；
(11)罐顶保温层施工前，先进行罐顶清理，罐顶保温层采用聚氨酯，保护层采用铝皮；
(12)罐顶保温基层布置采用粘贴铆钉，铆钉与罐体接触面保持良好的粘接性，安装时铆钉底部要均匀受力、牢固粘贴，铆钉横向与纵向布置间距不大于200m，每块聚氨酯保温板不少于6个粘贴铆钉固定；
(13)罐顶保温层安装顺序自上而下进行，聚氨酯保温板根据现场实际情况排版、切割、预制，每一块与罐体表面尽量接触；
(14)罐顶保护层安装顺序自上而下进行，保护层为1.0mm铝板交错排列，环形搭接宽度为20-40mm，纵向搭接宽度不小于30mm，搭接处用铆钉固定，铆钉间距为150-250mm，每道缝不少于6个；
(15)罐顶人孔、法兰、进出罐体的配管及支撑处加装防水檐，防水檐周围的缝隙使用防水材料密封，铆钉等固定件的端部均采取防潮措施，用防水材料密封、加装防水垫圈及弹簧垫等，保护层间搭接缝进行防渗漏处理。
相对于现有技术，本发明具有以下效果：
本发明的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，结构安全可靠，具备防腐涂层相关措施提高保温效果，罐顶设置了有效的保温工艺，搭接、连接部位具备有效的保温措施，可防止雨水流入保温层内，保温措施能满足保温效果在恶劣的自然环境中能基本无损，能保证符合长距离管道输送煤浆参数要求的良好保温效果。
附图说明
图1是本发明较佳实施例保温结构的结构示意图；
图2是本发明较佳实施例的罐壁保温层剖面图；
图3是图2中A处放大的结构示意图；
图4是图2中B处放大的结构示意图。
图中附图标记分别表示：1-自攻螺钉；2-垫片；3-钢板；4-镀锌钢带；5-抽芯铝铆钉；6-保温层；7-瓦楞形镀锌铁皮保温护层；8-焊接支撑圈；9-遮盖结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参考图1，本发明涉及一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，包括如下步骤：
步骤1：在不考虑搅拌器对储罐内浆体的热影响情况下，通过建立热量散失的物理模型，确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数的散热平衡物理模型；
上面确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数的散热平衡物理模型的方法具体为：不考虑搅拌器对储罐内浆体的热影响，实际温度应高于计算温度；在单位时间dt内，罐内煤浆温度降低了dT，散失的热量为dQ，则有
dQ ＝ -GCdT (1)
而经罐表面散失于环境中的热量Q也可从下式求得
dQ ＝ KF(Tx - T0)dt (2)
其中,Tx——罐内煤浆的温度，℃；
由式(1)和式(2)联立可得冻结参数的平衡物
理模型如下：
-GCdT＝KF(Tx-T0)dt，则
若煤浆开始冷却时的温度为T1，经过时间tfr之后，温度降为Tfr，将上式积分后可得：
式中,
K——从罐内煤浆至周围环境的总传热系数，W/(m2·℃)；
F——罐的总冷却面积，m2；
T1——罐内煤浆冷却开始时的温度，℃；
T0——环境温度，℃，室外应取冬季极端平均温度；
Tfr——介质凝固点，℃；
tfr——煤浆在罐内的停留时间；
G——罐中煤浆的总质量，kg；
C——煤浆的比热。
步骤2：建立罐壁传热系数Kb、保温材料的导热系数λbao、保温层的厚度δbao的之间的关系式，并采用对罐顶传热系数Kd1和罐底传热系数Kd2选用经验值的方法，确定长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数K；
具体的，总传热系数K可以表示为：
K＝(KbFb+Kd1Fd1+Kd2Fd2)/(Fb+Fd1+Fd2) (5)
式中K表示总传热系数，F表示面积，角注b、d1、d2分别指罐壁、罐顶和罐底；考虑到长距离管道输送煤浆的大型储罐适用场景在室外，地理位置和气象条件导致有温度为零下的情况，罐壁保温层较厚，因此罐壁传热系数Kb可由以下变形公式求得：
Kb＝λbao/δbao (6)
式中，
λbao——保温材料的导热系数，W/(m·℃)；
δbao——保温层的厚度，m；
(2)罐顶的传热系数Kd1的计算
式中，
α1d1——煤浆液面至气体空间的内部放热系数W/(m2·℃)；
δc——罐内气体空间层的厚度，m；
λc——空气的导热系数，W/(m·℃)；
δd1——罐顶板的厚度，m；
λd1——罐顶板的导热系数，W/(m·℃)；
α2d1——从罐顶至周围介质的外部放热系数W/(m2·℃)；
α3d1——从罐顶至周围介质的辐射放热系数W/(m2·℃)；
在工程计算中，若没有特殊要求，对罐顶的传热系数计算，一般按照工程实施经验取值，对于有保温的储罐，Kd1＝0.35W/(m2·℃)；
(3)罐底的传热系数Kd2的计算
式中，
α1d2——煤浆至罐底的放热系数W/(m2·℃)；
λt——土壤的导热系数，W/(m·℃)；
δd2——罐底板的厚度，m；
λd2——管底板的导热系数，W/(m·℃)；
D——储罐直径(m)；
对罐底传热系数Kd2的计算也采用取经验值，对于有保温的储罐，当V≤500m3时，Kd2＝0.06W/(m2·℃)；当500<V≤5000m3时，Kd2＝0.12W/(m2·℃)；当V>50003时，Kd2＝0.21W/(m2·℃)；
由式(5)可知，对总传热影响最大的是罐壁部分，其次是罐顶，而罐底的影响最小；因此，在实际计算中，为了方便起见，可只对罐壁的传热系数进行详细的计算，而罐顶和罐底的传热系数可选用经验值。
步骤3：确定长距离管道输送煤浆储罐内煤浆的物性参数；
具体包括煤浆的密度的确定方法、煤浆的比热的确定方法、煤浆的运动粘度的确定方法及煤浆导热系数的确定方法。
其中煤浆的密度的确定方法具体如下：
煤浆的密度通过浆体管道输送实验测定，方法有3种：
方法一：采用密度瓶测定；
方法二：采用密度计测定；
方法三：电子天平测定煤浆质量、量筒测定煤浆体积后，再采用质量/体积的-公式计算。
煤浆的比热的确定方法为：
煤浆的比热是指单位质量的煤浆每升高或降低1℃所需或释放的热量，以C表示；计算公式如下：
式中，
Cv—煤浆的体积浓度；
ρ煤，ρ水—分别是纯煤和水的密度；
C煤，C水—分别是纯煤和水的比热；
C—煤浆的比热。
煤浆的运动粘度的确定方法为：
通过实验得到动力粘度μs，再根据动力粘度与运动粘度的关系经过计算可得煤浆的运动粘度
ρS——煤浆的密度。
煤浆导热系数的确定方法：
对有机化合物水溶液及固体悬浮液导热系数的估算用公式λs＝0.9∑αi·λi进行估算，其中αi表示组分的质量分数，λi表示组分的导热系数。
步骤4：基于步骤1得到的散热平衡物理模型、步骤2得到的长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数K以及步骤3得到的物性参数，确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度δba0。
确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度δba0的具体方法为：由式(4)、(5)可得：
式中：
F——罐的总冷却面积，m2；
T1——罐内煤浆冷却开始时的温度，℃；
T0——环境温度，℃，室外应取冬季极端平均温度；
Tfr——介质凝固点，℃；
tfr——煤浆在罐内的停留时间；
G——罐中煤浆的总质量，kg；
由罐壁传热系数Kb＝λbao/δbao可得：
由上式可得保温层的厚度计算公式：
请参考图1-图4，作为本发明的另一方面，还涉及一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温结构，包括覆盖在长距离管道输送煤浆储罐外表面的保温层6，保温层6采用铝箔离心玻璃棉板(棉板采用石英砂或石灰石，配以纯碱或硼酸等原料制备为棉状材料，密度小于45kg/m3)，导热系数(平均温度70℃±5℃)小于0.043W/m·K，最高使用温度为350℃，具有抗冻、耐热、不燃、耐腐蚀的特性)且其厚度通过权利要求1方法确定，保温层分为多层，每层采用镀锌钢带4捆扎，所述保温层6外侧安装瓦楞形镀锌铁皮保温护层7，瓦楞形镀锌铁皮保温护层7的上层铁皮搭接在下层铁皮外侧后，采用自攻螺钉1及垫片2安装，罐顶边缘处的钢板3与瓦楞形镀锌铁皮保温护层7之间通过自攻螺钉1及垫片2安装；从储罐底部开始向上每间隔设定距离焊接支撑圈8(优选为角钢结构)，瓦楞形镀锌铁皮保温护层7与支撑圈8之间通过抽芯铝铆钉5安装固定，支撑圈8对瓦楞形镀锌铁皮保温护层7起到支撑作用；在罐顶安装遮盖结构9遮盖防雨。
作为本发明的另一方面，还涉及一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温结构的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)罐壁保温层施工前，检查罐壁防锈层是否均匀一致，漆膜是否附着牢固，厚度是否达到设计要求，定制的成套设备，涂层是否损坏；防腐涂层合格后方可进行保温层施工；
(2)罐壁铝箔保温棉板要求为密度40～48kg/m3、导热系数≤0.043W/m*℃；连接管道和异形结构采用保温毡包裹；
(3)罐壁铁皮与铁皮接缝铆钉采用抽芯铆钉，铁皮与角钢等钢结构的连接采用自攻螺钉连接；接缝铆钉间距为150～200mm；搭接缝隙朝下；凡接缝位置需用密封胶密封；
(4)储罐上的清扫孔、阀门、法兰频繁检修处，采用可拆卸式保温结构；
(5)罐壁的上部须设置防水檐，防止雨水流入保温层内，防水檐钢板连续焊于罐顶边缘包边角钢上；
(6)罐壁保护层搭接部位及与其他管件、清扫孔等连接部位采用绝缘密封胶密封，以防止水汽侵入；
(7)罐壁保温材料施工时,拼缝严密,一层错缝,二层压缝,有孔洞处要用碎料填塞密实；
(8)罐壁保护层的质量检查达到固定牢固，接缝均严密，环向接缝与纵向接缝相互垂直，成整齐的直线，且无翻边、豁口、翘缝、明显的凹坑等缺陷；
(9)罐壁保温施工期间，采取措施防止保温材料受潮，在晴天进行施工，做到主保温层和外护同时施工，并配备遮盖防雨措施；
(10)为达到防腐条件保证保温效果，罐外壁保温部位的涂层的方法为环氧富锌底漆≥60μm，环氧云铁中间漆≥120μm；
(11)罐顶保温层施工前，先进行罐顶清理，罐顶保温层采用聚氨酯，保护层采用铝皮；
(12)罐顶保温基层布置采用粘贴铆钉，铆钉与罐体接触面保持良好的粘接性，安装时铆钉底部要均匀受力、牢固粘贴，铆钉横向与纵向布置间距不大于200m，每块聚氨酯保温板不少于6个粘贴铆钉固定；
(13)罐顶保温层安装顺序自上而下进行，聚氨酯保温板根据现场实际情况排版、切割、预制，每一块与罐体表面尽量接触；
(14)罐顶保护层安装顺序自上而下进行，保护层为1.0mm铝板交错排列，环形搭接宽度为20-40mm，纵向搭接宽度不小于30mm，搭接处用铆钉固定，铆钉间距为150-250mm，每道缝不少于6个；
(15)罐顶人孔、法兰、进出罐体的配管及支撑处加装防水檐，防水檐周围的缝隙使用防水材料密封，铆钉等固定件的端部均采取防潮措施，用防水材料密封、加装防水垫圈及弹簧垫，保护层间搭接缝进行防渗漏处理。实施例：
一、气象资料
工程项目所在地气候属中温带半干旱～半湿润大陆性季风气候区，四季分明，冷暖有序，日照充足，干、湿地域各异。春季极地大陆气团消弱，热带暖气团增强，干旱多风，气温回升，降水增多；夏季受东南季风影响，气候炎热，伏旱频繁，雨量多集中在夏季，多雷阵雨，常伴有大风和冰雹；秋季温暖气团与干冷气团交替，阴雨多，降温快，天气偏凉，晴时天高气爽，风和日丽，降雨稍多，霜降较早；冬季受来自西伯利亚的大陆气团影响，干燥少雪，冰封期长。
气温：
年平均17.2(℃)；
极端最高43(℃)；
极端最低-16.5(℃)。
水文地质：
年平均降水量800(mm)；
最大积雪厚度17(cm)；
最大冻土深度28(cm)。
二、煤浆储罐保温主要工程量
保温主要工程量
三、传热系数计算对于本发明的长距离管道输送煤浆储罐，考虑到长距离管道输送煤浆的大型储罐适用场景在室外，地理位置和气象条件导致有温度为零下的情况，在长距离管道输送煤浆储罐实际计算中，对总传热影响最大的是罐壁部分，其次是罐顶，而罐底的影响最小。为了方便起见，只对罐壁的传热系数进行详细的计算，而罐顶和罐底的传热系数选用经验值。
对长距离管道输送煤浆储罐，罐顶传热系数Kd1＝0.35W/(m2·℃)。
对长距离管道输送煤浆储罐，罐底传热系数Kd2按以下方法取值：
当V≤500m3时，Kd2＝0.06W/(m2·℃)；
当500<V≤5000m3时，Kd2＝0.12W/(m2·℃)；
当V>50003时，Kd2＝0.21W/(m2·℃)。
四、煤浆密度测定通过浆体管道输送实验测定，浓度为53％的煤浆密度ρs＝1147kg/m3。
五、煤浆比热计算
煤浆的比热是指单位质量的煤浆每升高或降低1℃所需或释放的热量，以C表示，通常以J/(kg·℃)计。计算公式如下：
计算时取Cv＝46％，ρ煤＝1280kg/m3，ρ水＝1000kg/m3，C煤＝1100J/(kg·℃)，C水＝4200J/(kg·℃)。计算结果是当煤浆的体积浓度为46％时其比热为2277.88J/(kg·℃)。
六、煤浆运动粘度计算
通过对管道输送煤浆特性的研究，当煤浆的浓度为Cw＝53％时，通过实验得到动力粘度μs＝34.9mPa·s，再根据动力粘度与运动粘度的关系经过计算可知煤浆的运动粘度为νs＝3.04×10-5m2/s。
七、煤浆导热系数计算
对有机化合物水溶液及固体悬浮液导热系数的估算用公式λs＝0.9∑αi·λi进行估算。当煤浆浓度为Cw＝53％、煤的导热系数为0.25W/(m·℃)、水的导热系数为0.57W/(m·℃)时，经过计算可得煤浆的导热系数λs＝0.36W/(m·℃)。
八、保温层厚度计算
根据上述方法计算，在只有保温的情况下，就能达到储存的要求。根据保温层的厚度计算公式得δ＝100mm.
经计算可知，估选用保温层厚度为100mm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在不考虑搅拌器对储罐内浆体的热影响情况下，通过建立热量散失的物理模型，确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数的散热平衡物理模型；
步骤2：建立罐壁传热系数Kb、保温材料的导热系数λbao、保温层的厚度δbao的之间的关系式，并采用对罐顶传热系数Kd1和罐底传热系数Kd2选用经验值的方法，确定长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数K；
步骤3：确定长距离管道输送煤浆储罐内煤浆的物性参数；
步骤4：基于步骤1得到的散热平衡物理模型、步骤2得到的长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数K以及步骤3得到的物性参数，确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度δbao。
2.根据权利要求1所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：所述步骤1中确定长距离管道输送煤浆储罐的冻结参数的散热平衡物理模型的方法为：不考虑搅拌器对储罐内浆体的热影响，实际温度应高于计算温度；在单位时间dt内，罐内煤浆温度降低了dT，散失的热量为dQ，则有
dQ ＝ -GCdT (1)
而经罐表面散失于环境中的热量Q也可从下式求得
dQ ＝ KF(Tx - T0)dt (2)
其中,Tx——罐内煤浆的温度，℃；
由式(1)和式(2)联立可得冻结参数的平衡物
理模型如下：
-GCdT＝KF(Tx-T0)dt，则
若煤浆开始冷却时的温度为T1，经过时间tfr之后，温度降为Tfr，将上式积分后可得：
式中,
K——从罐内煤浆至周围环境的总传热系数，W/(m2·℃)；
F——罐的总冷却面积，m2；
T1——罐内煤浆冷却开始时的温度，℃；
T0——环境温度，℃，室外应取冬季极端平均温度；
Tfr——介质凝固点，℃；
tfr——煤浆在罐内的停留时间；
G——罐中煤浆的总质量，kg；
C——煤浆的比热。
3.根据权利要求2所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：所述步骤2中确定长距离管道输送煤浆储罐的总传热系数的方法为：
总传热系数可以表示为：
K＝(KbFb +Kd1Fd1+Kd2Fd2)/(Fb +Fd1+Fd2) (5)
式中K表示总传热系数，F表示面积，角注b、d1、d2分别指罐壁、罐顶和罐底；
考虑到长距离管道输送煤浆的大型储罐适用场景在室外，地理位置和气象条件导致有温度为零下的情况，罐壁保温层较厚，因此罐壁传热系数Kb可由以下变形公式求得：
Kb＝λbao/ δbao (6)
式中，
λbao——保温材料的导热系数，W/(m·℃)；
δbao——保温层的厚度，m；
(2)罐顶的传热系数Kd1的计算
式中，
α1d1——煤浆液面至气体空间的内部放热系数W/(m2·℃)；
δc——罐内气体空间层的厚度，m；
λc——空气的导热系数，W/(m·℃)；
δd1——罐顶板的厚度，m；
λd1——罐顶板的导热系数，W/(m·℃)；
α2d1——从罐顶至周围介质的外部放热系数W/(m2·℃)；
α3d1——从罐顶至周围介质的辐射放热系数W/(m2·℃)；
在工程计算中，若没有特殊要求，对罐顶的传热系数计算，一般按照工程实施经验取值，对于有保温的储罐，Kd1＝0.35W/(m2·℃)；
(3)罐底的传热系数Kd2的计算
式中，
α1d2——煤浆至罐底的放热系数W/(m2·℃)；
λt——土壤的导热系数，W/(m·℃)；
δd2——罐底板的厚度，m；
λd2——管底板的导热系数，W/(m·℃)；
D——储罐直径(m)；
对罐底传热系数Kd2的计算也采用取经验值，对于有保温的储罐，当V≤500m3时，Kd2＝0.06W/(m2·℃)；当500<V≤5000m3时，Kd2＝0.12W/(m2·℃)；当V>50003时，Kd2＝0.21W/(m2·℃)；
由式(5)可知，对总传热影响最大的是罐壁部分，其次是罐顶，而罐底的影响最小；因此，在实际计算中，为了方便起见，可只对罐壁的传热系数进行详细的计算，而罐顶和罐底的传热系数可选用经验值。
4.根据权利要求1所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：所述步骤3中确定长距离管道输送煤浆储罐内煤浆的物性参数的方法，包括煤浆的密度的确定方法，具体如下：
浆体管道输送煤浆的密度通过实验测定，方法有3种：
方法一：采用密度瓶测定；
方法二：采用密度计测定；
方法三：电子天平测定煤浆质量、量筒测定煤浆体积后，再用质量除以体积的公式计算得到密度。
5.根据权利要求4所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：还包括煤浆的比热的确定方法，煤浆的比热的确定方法为：
煤浆的比热是指单位质量的煤浆每升高或降低1℃所需或释放的热量，以C表示；计算公式如下：
式中，
Cv—煤浆的体积浓度；
ρ煤，ρ水—分别是纯煤和水的密度；
C煤，C水—分别是纯煤和水的比热；
C—煤浆的比热。
6.根据权利要求4所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：还包括煤浆的运动粘度的确定方法，煤浆的运动粘度的确定方法为：
通过实验得到动力粘度μs，再根据动力粘度与运动粘度的关系经过计算可得煤浆的运动粘度：
ρS——煤浆的密度。
7.根据权利要求4所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：还包括煤浆导热系数的确定方法，对有机化合物水溶液及固体悬浮液导热系数的估算用公式λs＝0.9∑αi·λi进行估算，其中αi表示组分的质量分数，λi表示组分的导热系数。
8.根据权利要求3所述的长距离管道输送煤浆大型储罐保温参数确定方法，其特征在于：所述步骤4中确定长距离管道输送煤浆储罐保温层厚度δbao的方法为：
由式(4)、(5)可得：
式中：
F——罐的总冷却面积，m2；
T1——罐内煤浆冷却开始时的温度，℃；
T0——环境温度，℃，室外应取冬季极端平均温度；
Tfr——介质凝固点，℃；
tfr——煤浆在罐内的停留时间；
G——罐中煤浆的总质量，kg；
由罐壁传热系数Kb＝λbao/δbao可得：
由上式可得保温层的厚度计算公式：
9.一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温结构，其特征在于：包括覆盖在长距离管道输送煤浆储罐外表面的保温层(6)，保温层(6)采用铝箔离心玻璃棉板且其厚度通过权利要求1方法确定，保温层分为多层，每层采用镀锌钢带(4)捆扎，所述保温层(6)外侧安装瓦楞形镀锌铁皮保温护层(7)，瓦楞形镀锌铁皮保温护层(7)的上层铁皮搭接在下层铁皮外侧后，采用自攻螺钉(1)及垫片(2)安装，罐顶边缘处的钢板(3)与瓦楞形镀锌铁皮保温护层(7)之间通过自攻螺钉(1)及垫片(2)安装；从储罐底部开始向上每间隔设定距离焊接支撑圈(8)，瓦楞形镀锌铁皮保温护层(7)与支撑圈(8)之间通过抽芯铝铆钉(5)安装固定，支撑圈(8)对瓦楞形镀锌铁皮保温护层(7)起到支撑作用；在罐顶安装遮盖结构(9)遮盖防雨。
10.一种长距离管道输送煤浆大型储罐保温结构的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)罐壁保温层施工前，检查罐壁防锈层是否均匀一致，漆膜是否附着牢固，厚度是否达到设计要求，定制的成套设备涂层是否损坏；防腐涂层合格后方可进行保温层施工；
(2)罐壁铝箔保温棉板要求为密度40～48kg/m3、导热系数≤0.043W/m*℃；连接管道和异形结构采用保温毡包裹；
(3)罐壁铁皮与铁皮接缝铆钉采用抽芯铆钉，铁皮与角钢等钢结构的连接采用自攻螺钉连接；接缝铆钉间距为150～200mm；搭接缝隙朝下；凡接缝位置需用密封胶密封；
(4)储罐上的清扫孔、阀门、法兰频繁检修处，采用可拆卸式保温结构；
(5)罐壁的上部须设置防水檐，防止雨水流入保温层内，防水檐钢板连续焊于罐顶边缘包边角钢上；
(6)罐壁保护层搭接部位及与其他管件、清扫孔等连接部位采用绝缘密封胶密封，以防止水汽侵入；
(7)罐壁保温材料施工时,拼缝严密，，二层压缝，有孔洞处要用碎料填塞密实；
(8)罐壁保护层的质量检查达到固定牢固，接缝均严密，环向接缝与纵向接缝相互垂直，成整齐的直线，且无翻边、豁口、翘缝、明显的凹坑等缺陷；
(9)罐壁保温施工期间，采取措施防止保温材料受潮，在晴天进行施工，做到主保温层和外护同时施工，并配备遮盖防雨措施；
(10)为达到防腐条件保证保温效果，罐外壁保温部位的涂层的方法为环氧富锌底漆≥60μm，环氧云铁中间漆≥120μm；
(11)罐顶保温层施工前，先进行罐顶清理，罐顶保温层采用聚氨酯，保护层采用铝皮；
(12)罐顶保温基层布置采用粘贴铆钉，铆钉与罐体接触面保持良好的粘接性，安装时铆钉底部要均匀受力、牢固粘贴，铆钉横向与纵向布置间距不大于200m，每块聚氨酯保温板不少于6个粘贴铆钉固定；
(13)罐顶保温层安装顺序自上而下进行，聚氨酯保温板根据现场实际情况排版、切割、预制，每一块与罐体表面尽量接触；
(14)罐顶保护层安装顺序自上而下进行，保护层为1.0mm铝板交错排列，环形搭接宽度为20-40mm，纵向搭接宽度不小于30mm，搭接处用铆钉固定，铆钉间距为150-250mm，每道缝不少于6个；
(15)罐顶人孔、法兰、进出罐体的配管及支撑处加装防水檐，防水檐周围的缝隙使用防水材料密封，铆钉等固定件的端部均采取防潮措施，用防水材料密封、加装防水垫圈及弹簧垫，保护层间搭接缝进行防渗漏处理。
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