[发明专利]水平热力管道保温层下沉检测方法

摘要

本发明公开了一种利用水平热力管道壁面温差检测保温层下沉的方法。自然对流和管道保温层材料下沉作为影响水平热力管道外表面温度分布的两个主要因素，都会导致管道外表面顶部的温度高于底部，结合热力管道漏热的热通路分析和水平管道自然对流规律，通过测量水平热力管道顶部和底部温度检测管道保温层材料下沉深度。通过温度计测量管道表面温度，再结合测量得到的表面温度和空气的热物理性质计算管道中心到管道顶部和底部外表面的距离，最终计算出保温材料下沉的深度。本发明具有操作简单，实用性强，准确性高等特点，能够准确检测出管道保温材料的下沉深度。

主权项

一种水平热力管道保温层下沉检测方法，其特征在于包括如下步骤：1)通过温度计和热成像仪测量管道外表面顶部温度Tw，top、管道外表面底部的温度Tw，bot、热辐射率ε和环境温度Ts；2)利用步骤1)测量得到的外表面顶部温度Tw，top、管道外表面底部的温度Tw，bot和环境温度Ts计算得到管道顶部空气对流换热系数htop和管道底部空气对流换热系数hbot；3)利用步骤2)得到的管道顶部空气对流换热系数htop、管道底部空气对流换热系数hbot以及步骤1)测量得到的管道外表面顶部温度Tw，top、管道外表面底部的温度Tw，bot、热辐射率ε和环境温度Ts计算得到管道圆心到保温层外表面顶部距离R1，top和管道圆心到保温层外表面底部距离R1，bot；4)根据步骤3)得到的管道圆心到保温层外表面顶部距离R1，top和管道圆心到保温层外表面底部距离R1，bot计算得到管道下沉深度Lfall；所述的步骤2)具体为：管道顶部空气对流换热系数htop和管道底部空气对流换热系数hbot由以下式子求得htop=λair2R10.2454*(Gr*Pr)^0.247...1]]>hbot=λair2R10.43775*(Gr*Pr)^0.247...2]]>其中Gr为管道流动过程中的格拉晓夫数，其计算公式为Gr=8gβ(Tw,top+Tw,bot2-Ts)R13γ2]]>被测量管道的设计外表面半径R1和重力加速度g已知，外表面顶部温度Tw，top和管道外表面底部的温度Tw，bot由步骤1)测量得到，结合已知的与管道壁面平均温度对应的管道周围空气热传导系数λair、管道周围空气热膨胀系数β、管道周围空气运动粘度γ和管道周围空气普朗特数Pr，由公式1和公式2求得管道顶部空气对流换热系数htop和管道底部空气对流换热系数hbot；所述的步骤3)具体为：通过管道保温层外表面顶部导热热流密度qtop和通过管道保温层外表面底部导热热流密度qbot大小由以下公式计算qtop=λ(T0-Tw,top)R1,topln(R1,topR0)...3]]>qbot=λ(T0-Tw,bot)R1,botln(R1,botR0)...4]]>通过管道保温层外表面顶部导热热流密度qtop和通过管道保温层外表面底部导热热流密度qbot大小也可以由管道外部自然对流和辐射漏热进行计算qtop＝htop(Tw，top‑Ts)+qra，top………5qbot＝hbot(Tw，bot‑Ts)+qra，bot………6结合公式3和公式5得到管道顶部保温层外表面温度Tw，top和管道圆心到外表面顶部距离R1，top之间的关系为Tw,top=λT0+htopR1,topln(R1,topR0)Ts+qra,tophtopR1,topln(R1,topR0)λ+htopR1,topln(R1,topR0)...7]]>结合公式4和公式6得到管道底部保温层外表面温度Tw，bot和管道圆心到外表面底部距离R1，bot之间的关系为Tw,bot=λT0+hbotR1,botln(R1,botR0)Ts+qra,bothbotR1,botln(R1,botR0)λ+hbotR1,botln(R1,botR0)...8]]>公式7中顶部辐射散热流密度qra，top和公式8中的底部辐射散热流密度qra，bot计算公式为qra,top=ϵσ(Tw,top4-Ts4)]]>qra,bot=ϵσ(Tw,bot4-Ts4)]]>管道外表面顶部温度Tw，top、管道外表面底部的温度Tw，bot、热辐射率ε和环境温度Ts由步骤1)测量得到，斯特潘玻尔兹曼常数σ已知，由此可以计算出顶部辐射散热流密度qra，top和底部辐射散热流密度qra，bot；被测量管道的保温层材料导热率λ、管道内部半径R0、管道内部介质温度T0已知，管道顶部空气对流换热系数htop和管道底部空气对流换热系数hbot由步骤2)计算得到，环境温度Ts由步骤1)测量得到，根据公式7和公式8可以得到管道圆心到外表面顶部距离R1，top和管道圆心到保温层外表面底部距离R1，bot；所述的步骤4)具体为：管道圆心到外表面顶部距离R1，top和管道圆心到保温层外表面底部距离R1，bot由步骤3)计算得到，通过公式求得下沉深度Lfall。