直埋热水管保温性能检测技术研究*沈阳建筑大学 刘博智、冯国会、刘光磊天津军星管业集团有限公司夏成文摘 要：准确、可靠的检测技术是城市热网优化及保温工程改造的前提和依据本文通过对天津市某小 区直埋热水管网进行的散热损失检测，详细的分析了有关温差法及表面温度的测试原理及计算公式，研 究成果为今后城市直埋热水管网进行准确、可靠的检测提供实践经验和数据依据关键词：保温检测；直埋保温管道；表面温度法；温差法随着我国经济的高速发展，过去的高污染、高能耗型经济发展模式已经不能满足时代的要求在国 家要求节能减排的大环境下，城市供热系统作为我国能源的消耗大户，必须认真落实高效节能的行业标 准对于城市供热系统，城市热网扮演着重要的角色，在这个过程中伴随着大量的热量损失即管道的散 热损失，所以对保温管道散热损失情况进行准确的检测，将有利于我们进一步的对热力管网进行优化和 改造，从而实现供热系统节能的目的木次测试以供、IE水管网的主干管为主要测试对象，分别采用温 差法及表面温度法对其直埋敷设管段和检查井内管段进行散热损失检测，并根据国家标准CJ/T140 一 2001《供热管道保温结构散热损失测试与保温效果评定方法》和GB 一 4272《设备及管道保温技术通 则》对保温管道的保温效果进行综合评价。
1对直埋敷设管段进行检测对于供、I门I水主干管的直埋敷设管段我们采用温差法进行检测由于该热水管网采用双管直埋敷设 形式，所以需要采用双根管道直埋敷设的散热损失计算方法计算，如公式（2）和公式（3）所示计算 得出管道单位长度线热流密度值后，还需将其则算为单位面积热流密度值，具体公式如（1）所示由 于管道只在供热季节运行,所以要将热流密度值按公式（4）换算为当地供热季节平均温度和供热季节运 行温度（设计温度）条件下的相应值具体公式如下：7lD(1)(2)(3)二 h 一七区心 一“2 Tg）RcQ— Zg-R：2-式中：q, q‘ —指供、回管单位面积热流密度，W/m2;q〔，务一指供、1门1水管单位长度线热流密度，W/m；八基金项目：国家“十一五”科技支撑计划子课题（2006BAJ16B05.02）作者简介：刘博智（1984-），男，硕士研究生，主要从事供热系统节能技术和新能源利用等方面的研究 t2,七一指供、I口I水管保温材料内表面温度及自热地温，C；Ri , /?2，R一指供水管和回水管的总热阻及附加热阻，m・c/w；SM•捉? ⑷，-fn式中：/〃一供热季平均温度下的热流密度，W/〃广；0—热流密度，儿，/，匕，匕一分别表示当地供热季平均介质温度、测试时介质温度、当地供热季平均环境温度和测试时的环境温度，C。
测试仪器及测试方案：测试仪器主要有卷尺、游标卡尺（测量保温层厚度及保护层厚度）、红外测温仪（测量地表温度）该管网的主供水干管和主回水干管都是采用DN200的硬质聚氨酯直埋保温管，内衬管采用的是钢 管，保护层采用的是硬质聚疑酯泡沫保温，最外层则用黑夹克（高密度聚乙烯）保护具体测试方案如 下：测点布置原则：管道全长314m,沿线每隔50m处设有一个检查井，共7处我们以检查井为单位 进行检测，在每个检杏井前2m处各设置1个测量点，共设置7处测量点最后将7处测点的平均值作 为主干管的测量值测试方法：由公式（2）和（3）我们知道，公式中有保温材料内表面温度、自然地温、钢管外径、 保温管外径、保温材料的导热系数、十•壤的导热系数、供|门1水管中心间距和管子的折算埋深八个未知量 其中保温层内表面温度采用红外测温仪对钢管外壁进行现场测试，钢管外表面温度作为保温层内表面温 度保温管外径由钢管、保温层、保护层组成，需要测出管道保温层厚度和保护层厚度之后便可确定 数据处理与保温评价：经过现场的检测，现将七处测点所测得的供、回水干管在检查井内的保温层内表面温度、保温管道 保温层厚度以及保护层厚度三个测量值记录整理得出供、回水干管直埋管段测试数据汇总表如表I,表 2所示。
将所测数据带入计算公式最终算得小区热网供、回水干管直埋敷设管段处的热流密度值分别为23.2 W/n?和18.4 W/m2,由公式（4）则算成当地供热季平均温度下的热流密度平均值分别为23.7 W/n?和 18.8W/m2o按照国家标准《设备及管道保温技术通则》（GB4272.92）中的规定，热媒温度为50C时, 季节运行工况允许的最大散热损失值为116 W/n?供、回水干管的散热损失值仅为国家标准的20.4% 和16.2%,所以认为所测管段处保温效果良好根据现场测试数据及最终计算结果，现绘制完成关于供、 回水干管直埋敷设管段处保温结构散热损失测试与评价报告表，如表3,表4所示表1供水干管直埋管段现场测量数据汇总表 ,公口 保温材料内表面温度（C） 保温层厚度 保护层厚度测点编号（钢外表面温度） （mm ） （mm ）58.643.14.9 257.843.54.8358.443.44.8458.543.24.6557.643.15.1656.442.84.8756.843.24.9平均值(即主干管取值)57.743.24.8表2回水干管直埋管段现场测量数据汇总表测点编号保温材料内表面温度(C)保温层厚度保护层厚度(钢外表面温度)(mm )(mm)150.443.34.8250.843.14.7350.543.24.9450.243.44.8550.142.95.1650.343.14.7750.643.24.9平均值(即主干管取值)50.443.24.8表3供水干管直埋管段处保温结构散热损失测试报告表供热季评定意见管线长度(m)截面周长(m)检查井 内平均 温度(K)自然 地温 (K)热流密度(W / m2)平均温度下的热流密度(W Im2)线热流密度(W / m)国家标准允许值(W /m2)全程散热损失(W)3140.989285.827123.223.722.91167190.6热损失值仅为国 际标准值20.4%.保温效果很好。
表4回水干管直埋管段处保温结构散热损失测试报告表管线长度(m)截面周长(m)检查井 内平均 温度(K)自然地温(K)平均测试 热流密度 (W/m2)供热季平 均温度F 的热流密度(W/m2)线热流密度(W / m)国家标 准允许 值 (W/m2)全程散热损失(W)•评定意见3140.989285.827118.418.818.21165714.8热损失值仅为国际 标准值的16.2%.保温效果好2对检查井(管沟)内管段进行检测检测井内管道可视为地沟敷设管道，采用表面温度法进行检测只要测定保温结构外表面温度、环 境温度及保温结构外形尺寸，根据公式(5)便可求得管道保温结构的热流密度值同样由于管道只在供热季节运行，所以需要将测试数据按公式（4）换算为当地供热季节平均温度和供热季节运行温度（设 计温度）条件下的相应值在根据公式（1）将其则算为管道单位长度线热流密度值具体公式如下：q = a（tw -tF） （5）式中：0—散热热流密度，W/m2.质，指保温结构外表面温度及检杏井内环境温度，C；一总放热系数，W/（m2-C）o对于管沟敷设的供热管道，可按公式（6）计算总放热系数：oc = 9.42 + 0.052（上—，尸） （6）测试仪器及测试方案：此次测试的测试仪器有红外测温仪（测景管道外面温度）、水银温度计（测量环境温度）、卷尺（测 量保温层厚度）、游标卡尺（测试保护层厚度）。
此次检查井内的管段采用表面温度法进行检测关于管道保温结构外形尺寸，可在分别测定管道的 保温层厚度及保护层厚度后确定，这两个量在温差法测试中取得只需测定检查井内环境温度及管道外 表面温度即可根据公式（5）计算出保温结构热流密度值井内环境温度和管道外表面温度测试方案如 下：（1） 用水银温度计分别测试7个检杏井内的温度，取平均值作为环境的计算温度2） 管段截面布点原则：供水管段上每个截面上选取三个测点，分别为上中测点、右中测点和左中 下测偏45测点，回水管段上每个截面上同样选取三个测点，分别为上中测点、左中测点和右中下测偏 45测点，具体布置图见图1分别取三个测点的平均值作为供、回水管段测量截面处的温度值3） 管段测试截面的选取原则：每个检查井内个供、回水管段上各布置1个测试截面，7个检查井总 共布置14个测试截面，分别求取供、|门|水管段上7个截面的温度平均值作为保温管道的外表面计算温 度下仙测点图1截面测点布置图数据处理及保温评价：根据上述测试方案现分别对检查井内温度以及供、I门I水保温管道保温结构的外表 面温度进行测试，现将现场测试的所有数据记录，并求其平均值整理得出检查井内供、回水干管检测数 据汇总表，如表5、表6所示：表5供水干管检查井内测试数据汇总表截面外表面温度值（C） 环境温度 井编号单个截(C)-上中测点右中测点左下测点面平均值116.616.115.916.213.1216.41615.716.0313316.516.115.816.1312.8416.515.915.616.0312.7516.3161616.1312.6616.21615.916.0312.8716.315.915.716.0312.6所有测量16.41615.816.112.81 (C)表6 |门1水干管检查井内测试数据汇总表截面外表面温度值笆检查 一弁编号上中测点右上测点左上测点单个截 面平均值环境温度 (C)115.715.614.915.413.1215.815.714.815.4313315.615.315.115.3312.8415.715.515.215.4612.7515.715.415.115.412.6615.815.415.315.512.8715.615.615.315.512.6所有测量15.715.515.115.412.8截面平均值(C)从表5和表6中得出供水干管保温结构外表而平均温度为16.LC, |口|水干管保温结构外表面平均温度为15.4C,检查井内平均温度为12.8C。
由公式(6)分别求出供水干管和I门I水干管表面的总放热系 数，将其分别带入公式(5)得出小区热网供、回水干管检查井内管段处的热流密度值分别为31.6W/H? 和24.8W/m2,带入公式(4)将其则算成当地供热季平均温度下的热流密度值分别为31.9W/n?和25.2 W/m20按。