Как произвести расчет тепловой изоляции трубопроводов?

Ниже представлена краткая методика инженерного  расчетатепловой изоляции трубопровода(трубы). Оптимальную толщину теплоизоляционного слоянаходят путём технико-экономического расчета. Практически толщину слоя изоляции определяют исходя из его термического спротивления (не менее 0,86 [oС м2/Вт] для труб с Dу <= 25 мм, и 1,22 [oС м2/Вт] для труб с Dу > 25 мм).

Схема битумной теплоизоляции

Качество тепловой изоляции трубопровода оценивается её КПД.

В современных конструкциях тепловой изоляциипри использовании материалов с теплопроводностью до 0,1 [Вт/м K] оптимальная толщина слоя изоляцииобеспечивает тепловую эффективность этой изоляции, близкой к 0,8 (т. е. эффективность 80%).

Приведенная на этой страничке информация может быть полезна для проведения инженерных расчетовпри проектировании, например, тепловой изоляции различных трубопроводов. В качестве примера ниже приведен расчет тепловой изоляции для выпускного коллектора высокофорсированного дизеля.

Формула тепловой изоляции труб тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкциидля цилиндрической стенки трубопровода (трубы) определяется по формуле:

,где

dиз- искомый наружный диаметр стенки изоляции трубопровода.

dн- наружный диаметр трубопровода.

Устройство тепловой изоляции труб для предотвращения замерзания в них жидкостей

из- коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

в- коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху.

Линейная плотность теплового потока:

Схема тепловой изоляции трубопроводов для обеспечения нужной температуры на поверхности,где

tн- температура наружной стенки трубопровода.

tиз- температура поверхности изоляции.

Температура внутренней стенки изоляции трубопровода:

Таблица тепловой изоляции труб для последующего обеспечения заданной плотности теплового потока,где

dв- внутренний диаметр трубопровода.

г- коэффициент теплоотдачи от газа к стенке.

т- коэффициент теплопроводности материала трубопровода.

Расчет для криволинейных поверхностей

Уравнение теплового баланса:

,

из которого определяется искомый наружный диаметр изоляции трубопровода dиз, и далее толщина изоляции этого трубопровода (трубы) вычисляется по формуле:

Пример:Необходимо рассчитать тепловую изоляцию трубопроводавысокофорсированного дизеля, наружный диаметр выпускного трубопровода составляет 0,6 м, внутренний диаметр этого трубопровода составляет 0,594 м, температура наружной стенки трубопровода принимается равной 725 К, температура наружной поверхности изоляции принимается равной 333 К, теплопроводность изоляционного материала принимается равной 0,11 Вт/(м К), тогда проведенный расчет изоляции трубопровода по методике, описанной выше, покажет, что толщина необходимой изоляции трубопроводадолжна составлять не менее 0,1 м.

Расчет тепловой изоляции для плоских поверхностей

Методика инженерного расчета разработана и опубликована авторами сайта по материалам справочников.

Расчет тепловой изоляции трубопроводов и оборудования выполняется по определенным формулам и должен соответствовать СНиП.

Схема тепловой изоляции трубопроводов.

Формулы для расчета теплопередачи через плоские и криволинейные поверхности:

Расчет тепловой изоляции для плоских поверхностей осуществляется по следующим формулам (Рис.1)

Схема тепловой изоляции трубопроводов.

Расчет для криволинейных поверхностей может осуществляться по следующим формулам (рис.2), где

    tв — это температура среды внутри изолируемого оборудования, °С;Rиз — термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты плоского слоя изоляции, м²×°С/Вт;tн — это температура окружающей среды, °С;qF — является поверхностной плотностью теплового потока через плоскую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м²;Rвн — является термическим сопротивлением теплоотдаче на внутренней поверхности стенки изолируемого объекта, м²×°С/Вт;Rст — является термическим сопротивлением кондуктивному переносу теплоты стенки изолируемого объекта, м²×°С/Вт;Rн — является термическим сопротивлением теплоотдаче на наружной поверхности защитного слоя, м²×°С/Вт.

Расчет тепловой изоляции для плоских поверхностей.

По формуле 1 осуществляется расчет теплоизоляции для плоской поверхности из n-слоев (в большинстве случаев защитная поверхность состоит не из одного, а из нескольких слоев).

Методики расчета теплоизоляции

По формуле 2 осуществляется расчет однослойной теплоизоляции для плоской поверхности.

По формуле 3 осуществляется расчет для криволинейной поверхности из n-слоев.

По формуле 4 осуществляется расчет однослойной теплоизоляции для криволинейной поверхности.

Формула определения толщины тепловой изоляции

Самостоятельно провести расчет толщины теплоизоляцииоборудования довольно трудно.

Если у вас нет времени и специальных знаний, вы можете обратиться в компанию, которая проведет расчет за вас. На сегодняшний день на рынке немало предложений от фирм, которые занимаются подобными вычислениями и составлением всей сопутствующей документации на профессиональном уровне. Это более затратный способ, нежели самостоятельный расчет, но он поможет избежать ошибок и сэкономит ваше время.

Если же вы все же решили работать самостоятельно, т. е.

Формула теплового баланса изоляции трубопровода

без привлечения профессионалов, то для вас существует множество компьютерных программ, которые помогут автоматизировать процесс самостоятельного расчета толщины теплоизоляционного слоя и других параметров изоляции. Функциональность большинства таких программ поможет вам в автоматическом режиме просчитать нужные параметры, достаточно просто ввести характеристики вашей конструкции и выбранного теплоизоляционного материала. вы сможете провести расчет следующих показателей для трубопроводов:

Расчет для криволинейных поверхностей.

    расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;расчет теплового потока при заданной толщине изоляции;расчет изменения температуры носителя при заданной толщине изоляции;время замерзания носителя при заданной толщине изоляции;величина толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции;

Множество аналогичных программных продуктов этой сферы вы можете бесплатно скачать в свободном доступе в сети Интернет или же воспользоваться программой-калькулятором на сайте некоторых строительных компаний. В большинстве своем эти программы просты и построены на интуитивно понятном интерфейсе, а функциональность и методы использования подробно расписаны в руководствах.

Особенности теплоизоляции в зависимости от задач

Размер тепловой изоляции трубопроводов зависит от того, какую задачу она должна решать. Выделяют несколько видов задач, выполняемых теплоизоляцией.

Вернуться к оглавлению

Таблица тепловой изоляции труб для последующего обеспечения заданной плотности теплового потока.

Формула температуры внутренней стенки изоляции

В случае, когда рассчитывается теплоизоляция для трубопроводовнадземной прокладки, расчет ведется по заданной плотности теплового потока. Вычисления толщины во многом зависят от температуры теплоносителя, температуры воздуха, расположения изолируемого трубопровода (помещение или открытый воздух), величины заданного или нормального теплового потока, а также наружного диаметра трубы. Следует помнить, что значение плотности теплового потока с поверхности труб будет определяться общим тепловым балансом предприятия, требованиями технологического процесса или нормативными значениями четвертого приложения СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Вернуться к оглавлению

Преследование таких целей обычно связано с тем, что требования техники безопасности предписывают необходимость снизить тепловыделение в помещении для защиты обслуживающего персонал от ожогов, а тепловые потери на предприятии не регламентированы.

Формула линейной плотности теплового потока

По закону, в соответствии с нормами и требованиями СНиП, при температуре теплоносителя ниже 100°С, находящегося в помещении, температура на поверхности изоляции труб не должна превышать 35°. При температуре теплоносителя свыше 100 °С, температура поверхности не должна превышать 45°. На открытом воздухе планка температур повышается, но все равно ограничена 55°С при использовании металлического защитного покрытия и 60° при использовании других видов покрытий теплоизоляции труб.

Схема тепловой изоляции трубопроводов для обеспечения нужной температуры на поверхности.

При выборе защитного покрытия теплоизоляции труб, находящихся в помещении, необходимо учитывать радиационные свойства его поверхности. Так, для снижения толщины слоя тепловой изоляции трубопроводов следует применять неметаллическое защитное покрытие с высоким коэффициентом излучения, так как при одних и тех же условиях расчета толщина неметаллического покрытия теплоизоляции труб окажется существенно ниже, чем при металлическом покрытии. Размеры изоляционного слоя, определяемого расчетом по заданной температуре на его поверхности, будут зависеть от таких факторов как:

Формула термического сопротивления изоляционной конструкции цилиндрической стенки

    температура окружающего воздуха;расположение конструкции (может находиться в помещении или на открытом воздухе);наружный диаметр трубы;температура самого теплоносителя;коэффициент теплоотдачи от поверхности теплоизоляции трубопровода к окружающему воздуху.

Вернуться к оглавлению

Такая тепловая изоляция выполняется для того, чтобы жидкость, находящаяся внутри трубопроводов, при прекращении своего движения не замерзала. Это обычно делается для труб малого диаметра, у которых запас аккумулируемого тепла незначителен. Время, на которое тепловая изоляция поможет предохранить жидкость от замерзания при остановке, ограничено и зависит от следующих факторов:

Устройство тепловой изоляции труб для предотвращения замерзания в них жидкостей.

    температура окружающего воздуха;температура самой жидкости;скорость ветра;внутренний диаметр трубы;толщина стенки трубы;материал стенки трубы;параметры жидкости.

Вероятность замерзания уменьшается с возрастанием диаметра трубы и температуры жидкости. Также необходимо учитывать, что при отсутствии вентиляции с повышением относительной влажности воздуха расчетная толщина слоя тепловой изоляции будет расти.

Вернуться к оглавлению

Расчет утеплителя для трубопроводов, которые расположены на открытом воздухе, не выполняют. Данный вид теплоизоляции предназначен для оборудования, которое содержит вещества с температурой ниже, чем температура воздуха в помещении (например, холодная вода). На толщину теплоизоляционного слоя, используемого для предотвращения конденсации влаги на поверхности, будут влиять такие факторы, как:

    относительная влажность воздуха;вид защитного покрытия утеплителя;температура воздуха в помещении.

Следует учитывать, что расчетная величина толщины изоляционного слоя будет расти с ростом относительной влажности воздуха.

Вернуться к оглавлению

Формула тепловой изоляции труб тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки.

При двухтрубной подземной канальной прокладке величина толщины тепловой защиты труб рассчитывается с учетом следующих факторов:

    температура теплоносителя;характеристики теплоизоляционного материала;температура грунта на глубине заложения;характеристики трубы.

Величина толщины теплоизоляционного слоя выбирается в соответствии с требованиями СНиП. При этом расчет для подающей и обратной трубы чаще всего одинаков.

Универсального теплоизолятора не бывает. В каждом отдельном случае следует подбирать свое теплоизоляционное покрытие, которое сможет обеспечить выполнение необходимых задач. Поэтому следует тщательно изучить возможные материалы.

Вернуться к оглавлению

Схема битумной теплоизоляции.

Битум. Используется в основном для теплоизоляции подземных конструкций. Битумная изоляция предотвращает коррозию на поверхности.

Наружная часть состоит из слоя полиэтилена, который защищает битумное покрытие. Иногда дополнительно оборачивают стеклохолстом, что, в свою очередь, влияет на величину толщины слоя. Чаще всего этот материал используется для защиты трубопроводов газо-, нефте и водоснабжения из стали, а также для тепловых труб из металла.Теплоизоляция пенополиуретановыми скорлупами.

Используется как под землей, так и для тепловой защиты наземных конструкций. Отличается мобильной сборкой и многоразовым использованием.Пенополиуретановая оболочка или «труба в трубе». Пенополиуретан впрыскивается и затвердевает между внутренней стальной трубой и полиэтиленовой изоляцией.

Перед этим процессом труба должна пройти стадию очистки. Во избежание разрушения наружные конструкции следует покрывать акриловыми красками. Понятие толщины защитного слоя в этом случае не совсем уместно, т.

к. используется метод «труба в трубе».Полиэтиленовая антикоррозионная защита. Является комбинированным многослойным покрытием для изоляции трубопроводов.

Данный процесс чаще всего проходит в промышленных цехах. Для небольших сетей бытового уровня обычно не используется.Стекловата. Для трубопроводов тепловой сети нередко используются изделия из стекловаты.

Они хорошо помогают в защите от теплопотерь и предотвращают образование конденсата в теплоцентралях, пароводах и прочих коммуникациях. Расчет толщины защитного слоя зависит от параметров изолируемой конструкции.Минеральная вата. В основном используется для изолирования трубопроводов теплоснабжения.

Может применяться для конструкций различного диаметра и объема. Скорлупы и маты базальтовой ваты сверху покрываются лентами антикоррозийной оцинкованной изоляции и асбоцементными листами, которые препятствуют изменению состава и свойств защитного материала под действием солнца. Это тот случай, когда качество изоляции (количество слоев и их комбинирование) напрямую оказывает влияние на величину толщины защитного покрытия.

Следует помнить, что расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов — это непростой процесс, требующий учета множества факторов и соответствия строительным нормам и правилам.

Основным документом, регламентирующим величину толщины слоя тепловой изоляции и многих других его параметров, является СНиП 2.04.14-88. «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». В этом документе содержатся основные требования к конструкциям, изделиям и материалам для тепловой изоляции и все расчетные технические характеристики материалов, которые помогут при выборе толщины защитного слоя.

Источники:

  • www.highexpert.ru
  • 1poteply.ru

Поделиться:
Нет комментариев