5.3绝热层厚度计算

5.3.1圆筒型绝热层厚度应按下列公式计算：
    单层保温时厚度：

    双层保温时总厚度：

    双层保温时内层厚度：

    双层保温时外层厚度：

    单层保冷时厚度：

    双层保冷时总厚度：

    双层保冷时内层厚度：

     双层保冷时外层厚度：

  式中：D₀——管道或设备外径(m)；
             D₁——内层绝热层外径(m)，当为单层时，D₁即绝热层外径；
             D₂——外层绝热层外径(m)；
             δ——绝热层厚度(m)，当绝热层为两种不同绝热材料组合的双层绝热结构时，为双层总厚度；
             δ₁——内层绝热层厚度(m)；
             δ₂——外层绝热层厚度(m)；
             K——保冷厚度修正系数，除经济厚度计算中K值为1以外，其他计算中，K应按本规范第5.9.8条规定取值。
5.3.2绝热层的经济厚度应符合下列要求：
    1 圆筒型绝热层经济厚度计算中，应使绝热层外径D₁满足下式要求：

式中：P_E——能量价格(元/GJ)，PE的取值应符合本规范第5.7.1条和第5.7.2条的规定；
          P_T——绝热结构单位造价(元/m³)，PT的取值应按实际价格或按本规范第5.7.3条的规定计算确定；
          λ——绝热材料在平均温度下的导热系数[W/(m·K)]，又的取值应符合本规范第5.8.5条的规定；
          a_s——绝热层外表面与周围空气的换热系数[W/(m²·K)]，as的取值应符合本规范第5.8.4条及第5.9.4条的规定；
           t ——年运行时间(h)，t 的取值应符合本规范第5.8.9条及第5.9.7条的规定；
          T₀——管道或设备的外表面温度(℃)，T0的取值应符合本规范第5.8.1条及第5.9.1条第1款的规定；
          T_a——环境温度(℃)，Ta的取值应符合本规范第5.8.2条及第5.9.1条第2款的规定；
    |T₀－T_a|——(T₀－T_a)的绝对值；
           S——绝热工程投资年摊销率(％)，宜在设计使用年限内按复利率计算。
    2 平面型绝热层经济厚度应按下式计算：

5.3.3圆筒型单层最大允许热、冷损失下绝热层厚度，应符合下列要求：
    1 最大允许热损失量应按本规范附录B取值，最大允许冷损失量应按本规范第5.4.2条的规定取值，此时，绝热层厚度计算中，应使其外径D₁满足下式要求：

式中：[Q]——以每平方米绝热层外表面积为单位的最大允许热、冷损失量(W/m²)。保温时，[Q]应按附录B取值；保冷时，[Q]为负值，应按本规范公式(5.4.2-1)和公式(5.4.2-2)计算。
    2 当工艺要求允许热、冷损失量以每米管道长度的热、冷损失量为准计算时，绝热层厚度计算中，应使其外径D₁满足下式要求：

式中：[q]——以每米管道长度为单位的最大允许热损失量(W/m)，其值以工艺计算为准。保温时，[q]为正值；保冷时，[q]为负值。
5.3.4圆筒型不同材料双层热、冷损失下的绝热层厚度，应符合下列要求：
    1 当最大允许热损失量按本规范附录B取值或最大允许冷损失量按本规范第5.4.2条规定取值时，应符合下列要求：
        1) 不同材料双层绝热层总厚度 δ 计算中，应使外层绝热层外径D₂满足下式的要求：

   2) 内层厚度δ₁计算中，应使内层绝热层外径D₁满足下式的要求：

 式中：T₁——内层绝热层外表面温度(℃)，式中T1的绝对值应小于以℃计的外层绝热材料的推荐使用温度[T₂]的0.9倍；对保冷设计取保冷材料推荐使用温度[T₂]下限值的0.9倍；
              λ₁——内层绝热材料导热系数[W/(m·K)]；
              λ₂——外层绝热材料导热系数[W/(m·K)]。
        3) 外层厚度δ₂应按本规范公式(5.3.1-4)或公式(5.3.1-8)计算。
    2 当工艺要求最大允许热、冷损失量按每米管道长度的热、冷损失量为基准计算时，应符合下列要求：
        1) 不同材料双层总厚δ计算中，应使外层绝热层外径D₂满足下式的要求：

 式中：[q]——以每米管道长度为单位的最大允许热损失量(W/m)，可按本规范第5.3.3条第2款的规定取值。
        2) 内层厚度δ₁计算中，应使内层绝热层的外径D₁满足下式的要求：

  3) 外层厚度δ₂应按本规范公式(5.3.1-4)或公式(5.3.1-8)计算。
5.3.5平面型单层最大允许热、冷损失下绝热层厚度应按下式计算：

5.3.6 平面型不同材料双层最大允许热、冷损失下绝热层厚度应按下列公式计算：
    1 内层厚度δ₁应按下式计算：

  2 外层厚度δ₂应按下式计算：

5.3.7 圆筒型单层防止绝热层外表面结露的绝热层厚度计算中，应使绝热层外径D₁满足下式的要求：

  式中：T_s——保冷层外表面温度(℃)，按本规范第5.9.1条第4款规定取值。
5.3.8圆筒型不同材料双层防结露绝热层厚度计算中，应使绝热外径D₂满足下列公式的要求：
    1 不同材料双层绝热层总厚度 δ 的计算中，应使外层绝热层外径D₂满足下式的要求：

  2 内层厚度δ₁的计算中，应使内层绝热层外径D₁满足下式的要求：

 3 外层厚度δ₂的计算中，应使内层绝热层外径D₁满足下式的要求：

5.3.9 平面型单层防结露保冷层厚度应按下式计算：

5.3.10平面型不同材料双层防结露绝热层厚度应按下列公式计算：
    1 内层厚度δ₁应按下式计算：

  2 外层厚度δ₂应按下式计算：

5.3.11用表面温度方法计算的圆筒型绝热层厚度，其绝热层外径D₁应满足下式要求：

   式中：T_s——绝热层外表面温度(℃)，对防烫伤保温，可取为60℃。
5.3.12用表面温度方法计算的平面型绝热层厚度应按下式计算：

5.3.13延迟管道内介质冻结、凝固、结晶的保温厚度计算，应使绝热层外径D₁符合下式的要求：

 式中：K_r——管道通过吊架处的热损失附加系数，K_r＝1.1～1.2，大管取值应靠下限，小管取值应靠上限；
         T_fr——介质凝固点(℃)；
          T_a——环境温度(℃)，室外管道应取冬季极端平均最低温度，可向当地气象局索取或按本规范附录C规定取值；
                 t_fr——介质在管道内不出现冻结的停留时间(h)；
                  a_s——冬季最多风向平均风速下绝热层外表面与周围空气的换热系数，按本规范公式(5.8.4-1)计算；
           V，V_p——分别为介质单位长度体积和管壁单位长度体积(m³/m)；
       ρ，ρ_p——分别为介质密度和管壁密度(kg/m³)；
           C，C_p——分别为介质热容和管壁热容[J/(kg·K)]。
5.3.14给定液体管道允许温度降时保温厚度计算，应符合下列要求：
    1 对于无分支(无结点)液体管道在给定允许温度降条件下的保温厚度计算中，应使绝热层外径D₁满足下式的要求：

式中：D——管道内径(m)；
          W——介质流速(m/s)；
         T_A——介质在(上游)A点处的温度(℃)；
         T_B——介质在(下游)B点处的温度(℃)；
        L_AB——A、B之间管道实际长度(m)；
 T_a、a_s、K_r——可按本规范第5.3.13条规定取值。
    2 对于有分支(有结点)管道，在干管管径及干管首末绝热层厚度相等情况下，应先按下列公式计算出干管各结点处的介质温度，再将各结点处的介质温度作为各分支管道介质起点T_A，并应按本规范公式(5.3.14-1)计算各支管保温层外径：

  式中：T_C，T_(C-1)——分别为结点C与前一结点(C-1)处的温度(℃)；
                  T_i——管道起点的温度(℃)；
                  T_n——管道终点的温度(℃)；
           L_(C-1)→C——结点C与前一结点(C-1)之间的管段长度(m)；
           L_(i-1)→i——任意点i与前一结点(i－1)之间的管段长度(m)；
                q_mi——任意点i处管内介质质量流量(kg/h)，q_mi按本规范公式(5.3.14-3)计算；
          q_m(C-1)→C——C与(C－1)两点之间管道介质质量流量(kg/h)；
          q_m(i-1)→i——任意点i与前一结点(i－1)之间介质质量流量(kg/h)；
                D_i——任意点i处的管道内径(m)；
                ω_i——任意点i处的管内介质流速(m/s)；
                 ρ——介质密度(kg/m³)。
5.3.15球形容器保冷层厚度应按下列公式计算：

式中：T_s——保冷层外表面温度(℃)。

条文说明

5.3.2绝热经济厚度计算公式编制经数学推导，推导过程中绝热工程投资年摊销率S是按 　的复利率方式计算的。式中 i 为年(复)利率(％)，n 为计息年数。由于圆筒型绝热层外径只能简化到 这种隐函数形式，直接求解D₁没有可能，故在此将依据的值，直接计算绝热层厚度δ的图表见附录D，以绕过求D₁的困难而直接查得δ。绝热层的经济厚度计算公式与现行国家标准《设备及管道绝热设计导则》GB/T 8175一致。另外，保冷及防结露计算，应根据5.3.1条的规定，其厚度应为图(或表)值再乘以K。
5.3.3本条系保留条文。
5.3.4本条系修改条文。经传热学推导，原公式符号角标有误，推导过程如下：
    按传热学基本公式，以下几个公式成立：

    即

    即

    由于

    由式(1)和式(3)可得：

5.3.6平面型设备双层厚度计算公式根据数学推导而得。
5.3.7～5.3.10这四条系修改条文。原规范确定的防结露计算的保冷外表面温度为露点温度，其取值和国内的其他相关规范的取值相差较大，为保持规范的一致性，本次修订改为防结露计算的保冷外表面温度为露点温度加0.3℃，这与现行国家标准《设备及管道绝热技术通则》GB/T 4272第6.2.1条相一致。将原规范公式(4.3.7)～公式(4.3.10)中的T_d改为T_s。
5.3.11本条系修改条文。公式(5.3.11)用于圆筒型给定绝热结构外表面温度(如防烫伤时可取为60℃)的绝热层厚度计算。
5.3.12本条系修改条文。公式(5.3.12)用于平面型给定绝热结构外表面温度(如防烫伤时可取为60℃)的绝热层厚度计算。
5.3.13本条系修改条文。延迟介质冻结、凝固、结晶保温厚度计算公式，是按热平衡原理推导而得。本公式与现行国家标准《设备及管道绝热设计导则》GB/T 8175附录B中公式B.1不同，一是本规范是用法定计量单位导出的；二是考虑到不少物料在温度接近凝固点时，黏度及流体阻力急剧增加，当贴管壁的物料凝固后还会引起安全阀、止回阀及部分仪表管件不能正常工作，故本公式未计入贴附在管壁上的物料凝固时放出的热量。原规范中符号V和V_p的单位有误，应为m³/m。
    本公式也与原规范公式(4.3.13)有所不同，因为修改后公式更准确、简单，而且与本规范其他公式相协调。公式相关推导和比较过程如下：
    按热平衡原理，令介质及管道在不出现冻结时间内的散热量等于同期内通过绝热层对外散热量可得下式：

    由式(5)、(6)得：

式中：T——介质和管壁的温度(℃)，T由T₀降至T_fr；
          t——介质在管道内的时间(h)，t 由0至t_fr；
          q——单位长度管道散热量(W/m)。
5.3.14本条系保留条文。液体管道在给定允许温度降条件下的保温厚度计算公式，是按热平衡原理推导而得。令绝热层在管长L_AB段的单位时间散热量等于同期内进入L_AB段的物料的焓差即可得公式(5.3.14-1)。绝热层散热损失的温差是采用的始末温差的对数平均值。公式(5.3.14-1)与现行国家标准《设备及管道绝热设计导则》GB/T 8175附录A的不同，也在于公式(5.3.14-1)是用法定计量单位导出的。
5.3.15本条系新增条文。球形容器保冷层厚度计算公式根据数学推导而得。