Теплотехнические расчеты при проектировании тепловой изоляции рубопроводов и оборудования

В общем случае расчет тепловых потерь через изолированную поверхность оборудования и трубопроводов выполняется для плоских и криволинейных поверхностей по плотности теплового потока [205; 206].

Теплопередача плоской теплоизоляционной конструкции рассчитывается по формулам:

состоящей из п слоев изоляции

t„-t„

Яг =------------й---------; (6.32)

R.„+RCT + ?Ri + *11

і—I

плоской однослойной

Теплопередача криволинейной теплоизоляционной конструкции рассчитывается по формулам:

состоящей из п слоев изоляции

tB -

Яг =-------------й----------; (6.34)

Rt„ + Rt+SRi+Ru

i-1

криволинейной однослойной где qr - поверхностная плотность теплового потока через плоскую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м"; qL- линейная плотность теплового потока через цилиндрическую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м; tB -температура среды внутри изолируемого оборудования, °С; t„ - температура окружающей среды, °С; R„ - термическое сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности стенки изолируемого объекта, Вт/м2-°С; RBI, -термическое сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности стенки изолируемого объекта, Вт/м2°С; Rcr - термическое сопротивление кон-дуктивному переносу теплоты стенки изолируемого объекта, Вт/м2 °С; R,B - термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты плоского слоя изоляции, Вт/м2 °С; Rj - термическое сопротивление z'-ro слоя, Вт/м2 °С; R,1 - линейное термическое сопротивление z’-ro слоя, Вт/м2-°С; R„l - линейное термическое сопротивление теплоотдаче наружной изоляции, Вт/м2 оС; Rbhl - линейное термическое сопротивление теплоотдаче внутренней стенки изолируемого объекта, Вт/м2-°С; RLct - линейное тер мическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты цилиндрической стенки изолируемого объекта, Вт/м-°С; R1 m - линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты цилиндрического слоя изоляции Вт/м2-°С.

Анализ особенностей теплообмена в теплоизоляционных конструкциях промышленных объектов позволяет существенно упростить расчет.

Термическое сопротивление теплоотдаче от внутренней среды к внутренней поверхности стенки изолируемого объекта для жидких и даже газообразных сред по сравнению с термическим сопротивлением кондуктивному переносу теплоты в изоляции составляет весьма незначительную величину и может не учитываться.

Исключение составляет весьма редкий случай, когда внутри объекта находится газовая среда и теплообмен между ней и внутренней поверхностью стенки осуществляется за счет естественной конвекции.

Стенки изолируемого промышленного оборудования и трубопроводов обычно изготовлены из металла, теплопроводность которого в 100 раз и более превышает теплопроводность изоляции, вследствие этого термическим сопротивлением стенки без заметного снижения точности расчета можно пренебречь. Таким образом, основными расчетными формулами для определения тепловых потерь изолируемого оборудования являются:

для плоских поверхностей и криволинейных диаметром более 2 м

ERi+Rn

для трубопроводов диаметром менее 2 м

4l - n

ERiL+Rn

  • (6.36)
  • (6.37)

где К - коэффициент дополнительных потерь, учитывающий теплопотери через теплопроводные включения в теплоизоляционных конструкциях, обусловленных наличием в них крепежных деталей и опор (табл. 6.15); qr - поверхностная плотность теплового потока через плоскую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м2; qt-линейная плотность теплового потока через цилиндрическую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м.

Таблица 6.15

Значения коэффициента дополнительных потерь К______

Способ прокладки трубопроводов

Коэффициент К

На открытом воздухе, в нспроходных каналах, тоннелях и помещениях:

для стальных трубопроводов на подвижных опорах, условным проходом, мм:

до 150

1,2

150 и более

1,15

на подвесных опорах

1,05

для неметаллических трубопроводов па подвижных и под-

1,7

весных опорах

Бесканальная

1,15

Термическое сопротивление кондуктивному переносу слоев изоляции и внешней теплоотдаче в (6.36-6.37) определяется по формулам (6.38-6.43), в которых теплопроводность изоляции принимается по приложению А (СП 41-103-2000), а теплоотдачу на поверхности изоляции (а) по табл. 6.16.

Таблица 6.16 __________________Значения теплоотдачи а, Вт/м2оС______________

Изолированный объект

В закрытом помещении

11а открытом воз-духе при скорое ти ветра , м/с

Покрытия с малым коэффициентом излучения

Покрытия с высоким коэффициен-том излучения

5

10

15

Г оризонтальные трубопроводы

7

10

20

26

35

Вертикальные трубопроводы, оборудование, плоская стенка

8

12

26

35

52

  • * Кожухи из оцинкованной стали, листов алюминиевых сплавов и алюминия с оксидной пленкой.
  • ** Штукатурки, асбестоцементные покрытия, стеклопластики, различные окраски (кроме краски с алюминиевой пудрой).
  • *** При отсутствии сведений о скорости ветра принимают значения, соответствующие скорости 10 м/с.

Термическое сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности стенки изолируемого объекта RH, Вт/м2 °С определяется по формуле:

*?- = ? (638)

где Он - коэффициент теплоотдаче поверхности изоляции, Вт/м" °С.

Термическое сопротивление изоляции Rm, Вт/м2-°С определяется по

формуле:

п _ $ из

Кт ~ ’ <6.39)

лиз

где 5,„ - толщина изоляции, м; Х„, - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м °С.

Термическое сопротивление /-го слоя R,, Вт/м2-°С определяется по формуле:

R - 5

Ki~T?' (6.40)

где Si - толщина і-го слоя, м; X, - коэффициент теплопроводности і-го слоя, Вт/м’С.

Линейное термическое сопротивление теплоотдаче изоляции RHL, Вт/м" °С определяется по формуле:

" <6 41) где, di,1" - наружный диаметр изоляции, м; ан - коэффициент теплоотдаче поверхности изоляции, Вт/м2-°С.

Линейное термическое сопротивление і-го слоя R<L, Вт/м-°С определяется по формуле:

Я,' = • In (6 42)

где d'„, d'B - наружный и внутренний диаметры і-го слоя л-слойной изоляции, м; А, -теплопроводность і-го слоя, Вт/м °С.

Линейное термическое сопротивление изоляционного слоя R„, , Вт/м“ °С определяется по формуле:

і Лиз

R^=—---ІП^-

  • (6.43)
  • 2тгХиз

где d„,B - наружный диаметр изоляции, м; dHCI - наружный диаметры стенки изолируемого объекта, м;

Рассчитанные по формулам (6.36) и (6.37) qr и qL должны бать меньше нормативных значений qKr и q'Y6,6,1, Расчет тепловой изоляции по нормированной плотности теплового потока

Расчет сводится к определению толщины изоляционного слоя по заданной потере тепла [207]. Толщина теплоизоляции должна обеспечивать потери тепла не больше нормативных показателей (qHF и qHL).

Для определения толщины однослойной плоской и цилиндрической поверхности с диаметром 2 м и более используется формула:

(6.44)

Для цилиндрической

поверхности диаметром менее 2 м предварительно из уравнения

  • 1п В = 2^ ? Лиз
  • (6.45)
  • 02^

определяют величину In В, где ° JCT ; при этом приближении

ные значения ^следует принимать по табл. 6.17.

Затем находят величину В и определяют требуемую толщину изоляции по формуле

При определении требуемой толщины двухслойной теплоизоляционной конструкции, которая обычно применяется тогда, когда температуро-стойкость основного изоляционного материала оказывается ниже температуры стенки изолируемого объекта и непосредственно на изолируемую поверхность укладывается предохранительный слой из более температуростойкого материала.

Таблица 6.17

Условный диаметр трубы, мм

Внутри помещений

На открытом воздухе

Для поверхностей с малым коэффициентом излучения

Для поверхностей с высоким коэффициентом излучения

при

температуре теплоносит

сля, °С

100

300

500

100

300

500

100

300

500

32

0.50

0,35

0,30

0,33

0,22

0,17

0,12

0.09

0,07

40

0,45

0,30

0,25

0,29

0,20

0,15

0,10

0,07

0,05

50

0,40

0,25

0,20

0,25

0,17

0,13

0,09

0,06

0,04

100

0,25

0,19

0,15

0,15

0,11

0,10

0,07

0,05

0,04

125

0,21

0,17

0,13

0,13

0,10

0,09

0,05

0,04

0,03

150

0,18

0.15

0,11

0,12

0,09

0,08

0,05

0,04

0,03

200

0.16

0,13

0,10

0,10

0,08

0.07

0,04

0.03

0,03

250

0,13

0,10

0,09

0,09

0,07

0,06

0,03

0,03

0,02

300

0,11

0,09

0,08

0,08

0,07

0,06

0,03

0,02

0,02

350

0.10

0,08

0,07

0,07

0,06

0.05

0,03

0,02

0,02

400

0,09

0,07

0,06

0,06

0,05

0,04

0,02

0,02

0,02

500

0,075

0,065

0,06

0,05

0,045

0,04

0,02

0,02

0,016

600

0,062

0,055

0,05

0,043

0.038

0,035

0.017

0.015

0,014

700

0,055

0,051

0,045

0,038

0,035

0,032

0,015

0,013

0,012

800

0,048

0,045

0,042

0,034

0,031

0,029

0,013

0,012

0,011

900

0,044

0,041

0,038

0,031

0,028

0,026

0,012

0,011

0,010

1000

0,040

0,037

0,034

0,028

0,026

0,024

0,011

0,010

0,009

2000

0,022

0,020

0,017

0,015

0,014

0,013

0,006

0,006

0,005

Примечания. 1. Для промежуточных значений диаметров и температуры величина

Ориентировочные значения RJ;, Вг/м2-°С

определяется интерполяцией. 2. Для температуры теплоносителя ниже 100°С принимаются данные, соответствующие 100°С.

Расчет производится следующим образом. Толщина первого предохранительного слоя определяется из условия, чтобы температура между обоими слоями /1,2 не превышала максимальной температуры применения основного изоляционного материала.

Для плоской стенки и цилиндрических объектов с диаметром 2 м и более для расчета толщины первого слоя применяется формула:

(6.47)

Для второго слоя применяется формула (6.44), в которую вместо значения /в подставляется t

Для расчета цилиндрических объектов с диаметром менее 2 м - аналогично однослойной конструкции по уравнению определяют

K(t,,-tu)'

In В, =2л -ХИЗ|

L 4l J

в d:r+23ИЗ, 1 С ’

затем находят В| и толщину первого слоя, м: s _d"(B,-l) °НЗІ--

в котором

  • (6.48)
  • (6.49)
  • (6.50)
  • 2

Толщина второго слоя определяется с помощью формулы (79), в которой вместо значения /в подставляется значение 0,2 вместо Ві~Вг

г> _^из1+2§из2

^из!

(6.51)

Определив In В-> находят В>, а затем толщину изоляции второго слоя, м

_d„„(B2-l)

2 • (6.52)

При определении толщины изоляции трубопроводов тепловых сетей

по нормированным значениям плотности тепловых потоков от подающих и обратных качеств расчетных температур внутренней среды tK принимают среднегодовые темпера гуры теплоносителя по табл. 6.18.

Таблица 6.18

Среднегодовые температуры теплоносителя ______в водяных тепловых сетях, °С______

Трубопровод

Расчетные температурные режимы, °С

95-70

150-70

180—70

Подающий

65

90

ПО

Обратный

50

50

50

За расчетную температуру наружной среды при круглогодичной работе тепловой сети - среднегодовую температуру наружного воздуха, при работе только в отопительный период - среднюю за отопительный период. Расчетный коэффициент теплоотдачи а„ - по табл. 6.16.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >