一种管道保温材料性能的检测装置及评价方法
阅读说明：本技术 一种管道保温材料性能的检测装置及评价方法 (Detection device and evaluation method for performance of pipeline heat-insulating material ) 是由 贾振 何嵩 杨东 刘柏寒 赵乐岩 闫东阳 李丛康 孙守斌 周波 陈振一 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：一种管道保温材料性能的检测装置及评价方法,包括保温性能检测管道和检测仪表；安装在生产运行的能源介质输送管道或相关能源介质实验发生装置的输送管道上的疏水门出口处；检测仪表包括安装在保温性能检测管道与疏水门之间的流量孔板、温度补偿电偶和压力变送器；还包括检测管道的入口压力检测变送器、入口温度检测传感器、出口压力检测变送器和出口温度检测传感器；还包括保温材料内表面测温传感器和保温材料外表面测温传感器；通过检测仪表的检测值计算保温材料的热损失。为改进管道保温材料性能检测方法,验证保温材料经济厚度的使用效果,提供行之有效的手段。为新型能源介质输送管道保温材料的推广应用搭建确实可行的检验平台。(A detection device and evaluation method of the pipeline heat insulation material performance, including heat insulation performance detection pipeline and instrumentation; the drainage door is arranged at the outlet of a drainage door on a production and operation energy medium conveying pipeline or a conveying pipeline of a related energy medium experiment generating device; the detection instrument comprises a flow orifice plate, a temperature compensation couple and a pressure transmitter which are arranged between the heat insulation performance detection pipeline and the drainage door; the device also comprises an inlet pressure detection transmitter, an inlet temperature detection sensor, an outlet pressure detection transmitter and an outlet temperature detection sensor which are used for detecting the pipeline; the temperature sensor on the inner surface of the heat-insulating material and the temperature sensor on the outer surface of the heat-insulating material are also included; and calculating the heat loss of the heat-insulating material through the detection value of the detection instrument. The method provides an effective means for improving the performance detection method of the pipeline heat-insulating material and verifying the use effect of the economic thickness of the heat-insulating material. A feasible inspection platform is established for popularization and application of the novel energy medium conveying pipeline heat-insulating material.)
技术领域
本发明涉及冶金、石化行业管道保温节能技术领域，特别涉及一种管道保温材料性能的检测装置及评价方法。
背景技术
冶金、石化企业拥有大量的能源介质输送管道，一些能源介质在输送过程中由于管道自身散热，造成极大地热量损失和能级降低，特别是蒸汽输送管道。为了减少这部分能量损失，提高能源利用效率，随着生产工艺的进步和材料技术的发展，许多新型管道保温材料应运而生。这些材料的导热系数比目前使用的硅酸铝纤维制品要低，价格相对较高，其推广应用不是很好。主要原因受制于使用效果的评价方法不合理。
常用的评价方法是在运行的能源介质输送管道上选取一小段，用新型保温材料替换原有保温材料，运行一段时间后利用红外测温仪，或者热成像仪检测其表面温度。这种方法虽然能够检测出新型保温材料的表面温度，评价其使用效果，但由于红外成像测温技术的检测结果与测量距离和被测物体表面材料的粗糙程度等因素有关，易造成较大的测量误差，影响测量精度，还无法考证较为合理的经济厚度无从考证，从而增加了企业的材料投入，制约了新型保温材料的推广和应用。因此，开发测试精度较高的管道保温材料性能评价方法和装置十分必要。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种管道保温材料性能的检测装置及评价方法，为改进管道保温材料性能检测方法，验证保温材料经济厚度的使用效果，提供行之有效的手段。为新型能源介质输送管道保温材料的推广应用搭建确实可行的检验平台。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种管道保温材料性能的检测装置，包括保温性能检测管道和检测仪表；所述的保温性能检测管道安装在生产运行的能源介质输送管道或相关能源介质实验发生装置的输送管道上的疏水门出口处；
所述的检测仪表包括安装在保温性能检测管道与疏水门之间的管道上的流量孔板、温度补偿电偶和压力变送器；还包括安装在保温性能检测管道入口处和出口处的入口压力检测变送器、入口温度检测传感器、出口压力检测变送器和出口温度检测传感器；还包括安装在保温性能检测管道的保温材料内表面测温传感器和保温材料外表面测温传感器；
所述的检测仪表均与控制系统相连，由控制系统通过检测仪表的检测值计算保温材料的热损失。
进一步地，所述的保温性能检测管道的出口管道上还安装有检测管道出口疏水阀门，所述的检测仪表还包括安装在检测管道出口疏水阀门前后两端的检测装置疏水门入口温度检测传感器，检测装置疏水门入口压力检测变送器，检测装置疏水门出口压力检测变送器，检测装置疏水门出口温度检测传感器；
上述的检测仪表也均与控制系统相连，由控制系统通过上述检测仪表的检测值计算阀门的阻力损失。
所述的一种管道保温材料性能的检测装置的方法，为管道保温材料性能的检测及评价方法，具体如下：
1)检测前先将需要检测的保温材料包裹在能源介质输送管道保温性能检测管道上；
2)将检测管道的疏水阀门开启至开度最大值，接着缓慢打开能源介质输送管道安装的疏水阀门，直至疏水阀门全部开启，再缓慢减小装置疏水阀门的开度值，直到装置疏水阀门8过量或者开度值为2％～4％为止；这种开度状态将至少持续2～3个小时；
3)调整好各阀门的开度后开始测试，测试持续时间不得低于30min；
根据检测仪表的检测数据计算保温材料散热损失Q，计算公式如下：
式中：
Q——散热量，W；
h1、h2——分别表示蒸汽与管道内壁之间的对流换热系数、环境与蒸汽管道保护层之间的对流换热系数，W/(m2·℃)；
d1、d2——分别表示蒸汽管道保温内径、蒸汽管道保温外径，m；
λ——表示保温层导热系数，W/(m·℃)；
tP、ta——分别保温材料内表面温度、保温材料外表面温度，℃；
qij——管段流量，kg/s；
CPij——蒸汽的平均比热，kJ/(kg·℃)；
ti、tj——分别表示管段起点和终点处的蒸汽温度，℃；
L——管段长度，m；
η——局部散热损失修正系数；
上述参数中，qij：管段流量由安装在保温性能检测管道与疏水门之间的管道上的流量孔板检测，温度补偿电偶和压力变送器修正特定温度、压力下的流量孔板测定的流量值；
ti、tj分别由安装在保温性能检测管道入口处和出口处的入口温度检测传感器和出口温度检测传感器检测；
CPij由安装在保温性能检测管道入口处和出口处的入口压力检测变送器、入口温度检测传感器、出口压力检测变送器和出口温度检测传感器的检测值经水蒸气性质表查表得到；
tP、ta由安装在保温性能检测管道的保温材料内表面测温传感器和保温材料外表面测温传感器检测；
保温材料散热损失Q为管道保温材料性能的评价指标。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够真实模拟能源介质在管道中的运行状态，以及能源介质在管道中的散热过程。将为能源介质输送管道保温材料提供较为可靠的检测平台，摆脱目前只能依赖在现有运行的管道上选取一段开展实验的模式。对新型保温材料的应用和推广具有积极意义。
附图说明
图1能源介质输送管道保温性能检测装置；
图2保温性能检测保温材料内外测温电偶安装示意图；
1—能源介质输送管道，2—疏水阀门，3—流量孔板，4—温度补偿电偶，5—压力变送器，6—能源介质输送管道保温性能检测管道，7—法兰，8—装置疏水阀门，9—支架，10—保温材料，11—能源介质输送管道保温性能检测管道入口压力检测变送器，12—能源介质输送管道保温性能检测管道入口温度检测传感器，13—能源介质输送管道保温性能检测管道出口压力检测变送器，14—能源介质输送管道保温性能检测管道出口温度检测传感器，15—能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门入口温度检测传感器，16—能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门入口压力检测变送器，17—能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门出口压力检测变送器，18—能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门出口温度检测传感器；19—能源介质输送管道保温检测管道外壁，20—最外层保护罩，21—保温材料内表面测温传感器，22—保温材料外表面测温传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
本发明主要目的是为检测能源介质输送管道保温材料性能搭建的切实可行的实验平台，提供行之有效的检测评价方法。本发明依托于能源介质输送管道保温检测装置。这套装置可以安装在生产运行的能源介质输送管道上，也可以连接在相关能源介质实验发生装置的输送管道上。它除了能够真实模拟能源介质在输送管道中的流动状态，还可以检测不同类型阀门的阻力损失，以及阀门前后压力、温度变化规律。
如图1-2所示，本发明的装置由能源介质输送管道保温性能检测管道6和相关检测仪表组成。装置安装在生产运行中的，或者实验室制备的相应能源介质管道1的疏水门2出口处，安装方式可以选择焊接，也可以选择用法兰连接。在与能源介质输送管道保温性能检测管道6连接的管道上安装流量孔板3、温度补偿电偶4和压力变送器5。温度补偿电偶4和压力变送器5主要功能是修正特定温度、压力下的流量孔板3测定的流量值。安装在流量孔板3前部管道的长度必须保证不低于管径尺寸的10倍，安装在流量孔板3后部管道的长度不低于管径尺寸的5倍。如果能源介质输送管道保温性能检测管道6与流量孔板3后部管道的管径不同，可在流量孔板3后部管道焊接变径，然后通过法兰7连接。能源介质输送管道保温性能检测管道6在入口处和出口处安装能源介质输送管道保温性能检测管道入口压力检测变送器11、能源介质输送管道保温性能检测管道入口温度检测传感器12、能源介质输送管道保温性能检测管道出口压力检测变送器13和能源介质输送管道保温性能检测管道出口温度检测传感器14。能源介质输送管道保温性能检测管道6的管径可根据实际情况确定，可以是的管道、的管道、的管道和的管道等。在能源介质输送管道保温性能检测管道6的后部安装保温性能评价装置疏水阀门8，能源介质输送管道保温性能检测管道6的管径与保温性能评价装置疏水阀门8连接管道的管径不同，可通过安装法兰7和焊接管道变径的方式连接。在能源介质输送管道保温性能检测管道6出口处焊接法兰7，在保温性能评价装置疏水阀门8前的管道前端焊接变径。保温性能评价装置疏水阀门8的形式可以选择闸板阀和截止阀。阀门的通径可以是DN50，也可以是DN65等，压力参数根据能源介质的输送压力确定。在保温性能评价装置疏水阀门8前后的管道上安装能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门入口温度检测传感器15，能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门入口压力检测变送器16，能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门出口压力检测变送器17，能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门出口温度检测传感器18。在能源介质输送管道保温性能检测管道6包裹的保温材料上安装保温材料内表面测温传感器21和保温材料外表面测温传感器22。
本发明的评价管道保温材料性能的检测方法是：
1)检测前先将需要检测的保温材料包裹在能源介质输送管道保温性能检测管道6上。
2)然后将装置疏水阀门8开启至开度最大值，接着缓慢打开能源介质输送管道1安装的疏水阀门2，直至疏水阀门2全部开启，再缓慢减小装置疏水阀门8的开度值，直到装置疏水阀门8过量或者开度值为2％～4％为止。为了使能源介质输送管道保温性能检测管道6包裹的保温材料蓄热量达到饱和，疏水阀门2和装置疏水阀门8的这种开度状态将至少持续2～3个时间。
3)测试时，首先在能源介质输送管道保温性能检测管道6包裹的保温材料上安装保温材料内表面测温传感器21和保温材料外表面测温传感器22，将流量孔板3、温度补偿电偶4、压力变送器5、能源介质输送管道保温性能检测管道入口压力检测变送器11、能源介质输送管道保温性能检测管道入口温度检测传感器12、能源介质输送管道保温性能检测管道出口压力检测变送器13、能源介质输送管道保温性能检测管道出口温度检测传感器14、保温材料内表面测温传感器21和保温材料外表面测温传感器22传输信号的导线接入无纸记录仪。然后增加装置疏水阀门8的开度，开度值将根据能源介质输送管道保温性能检测管道6出口、入口处的能源介质输送管道保温性能检测管道入口压力检测变送器11和能源介质输送管道保温性能检测管道出口压力检测变送器值确定。调整好各阀门的开度后开始实验，实验持续时间不得低于30min。实验开展的同时，记录每个测点安装仪表的检测数据，利用传热学相关知识计算保温材料散热损失。计算公式如下：
式中：
Q——散热量，W；
d1、d2——分别表示蒸汽管道保温内径、蒸汽管道保温外径，m；
λ——分别表示保温层导热系数，W/(m·℃)；
tP、ta——保温材料内表面温度、保温材料外表面温度，℃；
qij——管段流量，kg/s；
CPij——蒸汽的平均比热，kJ/(kg·℃)；
ti、tj——分别表示管段起点和终点处的蒸汽温度，℃；
L——管段长度，m；
η——局部散热损失修正系数。
此外，该装置还能够检测不同类型阀门的局部阻力损失系数。在检测保温材料性能的同时，利用装置末端连接的装置疏水阀门8开展相关检测。测试前，将装置疏水阀门8前后安装的能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门入口温度检测传感器15、能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门入口压力检测变送器16、能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门出口压力检测变送器17、能源介质输送管道保温性能检测装置疏水门出口温度检测传感器18接入无纸记录仪。测试时，调整装置疏水阀门8的开度，记录不同装置疏水阀门8开度的检测数据，利用伯努利方程和最小二乘法回归阀门的局部阻力损失系数。
具体实施例：
以能源介质输送管道保温性能检测管道6的管径是输送介质为蒸汽，压力变送器5、温度补偿电偶4和流量孔板3检测输送的参数分别是0.4MPa、190℃、40t/h，包裹厚度140mm、材质为岩棉及矿渣棉制品的保温材料为例，根据实际测试结果，能源介质输送管道保温性能检测管道入口压力检测变送器11检测到的压力是0.393MPa，能源介质输送管道保温性能检测管道入口温度检测传感器12检测到的温度是188.32℃，能源介质输送管道保温性能检测管道出口压力检测变送器13检测到的压力是0.387MPa，能源介质输送管道保温性能检测管道出口温度检测传感器14检测到的温度是186.98℃，保温材料内表面测温传感器21检测到的温度是189.14℃，保温材料外表面测温传感器22检测到的温度是47.84℃，通过上述公式计算得出的管道平均热流密度是136.7W/m2，最外层铁皮的平均温度是45.3℃。包裹厚度140mm、材质为新型高温玻璃棉制品的保温材料为例，根据实际测试结果，能源介质输送管道保温性能检测管道入口压力检测变送器11检测到的压力是0.396MPa，能源介质输送管道保温性能检测管道入口温度检测传感器12检测到的温度是189.02℃，能源介质输送管道保温性能检测管道出口压力检测变送器13检测到的压力是0.389MPa，能源介质输送管道保温性能检测管道出口温度检测传感器14检测到的温度是188.18℃，保温材料内表面测温传感器21检测到的温度是189.46℃，保温材料外表面测温传感器22检测到的温度是43.32℃，通过上述公式计算得出的管道平均热流密度是129.2W/m2，最外层铁板的平均温度是41.2℃。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
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