Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

Назначение теплоизоляционной конструкции определяет толщину тепловой изоляции. Наиболее распространена тепловая изоляцияв целях соблюдения заданной плотности теплового потока. Плотность теплового потока может быть задана, исходя из условий технологического процесса, или определена по нормам, приведенным в СНиП 41-03-2003 или других нормативных документах.

Для объектов, расположенных в Свердловской области и Екатеринбурге, нормативное значение плотности теплового потока может приниматься по ТСН 23-337-2002 Свердловской области. Для объектов, расположенных на территории Ямало-Ненецкого автономного округа, нормативное значение плотности теплового потока может приниматься по ТСН 41-309-2004 Ямало-Ненецкого автономного округа. В некоторых случаях тепловой поток может быть задан, исходя из общего баланса тепла всего объекта, тогда необходимо определить суммарные допустимые потери.

Исходными данными для расчета являются: а) местонахождение изолируемого объекта и температура окружающего воздуха; б) температура теплоносителя; в) геометрические размеры изолируемого объекта; г) расчетный тепловой поток (тепловые потери) в зависимости от количества часов работы объекта. Толщина тепловой изоляции из скорлуп марки ISOTEC KK-ALK, рассчитанная по нормам плотности теплового потока для европейского региона России, для трубопроводов, расположенных на открытом воздухе и в помещении, приведена в табл. 1 и 2 соответственно.

Если тепловой поток с поверхности изоляции не регламентирован, то тепловая изоляция необходима как средство, обеспечивающее нормальную температуру воздуха в рабочих помещениях, или предохраняющее обслуживающий персонал от ожогов. Исходными данными для расчета толщины теплоизоляционного слоя являются: – местонахождение изолируемого объекта и температура окружающего воздуха; – температура теплоносителя; – геометрические размеры изолируемого объекта; – требуемая температура на поверхности изоляции.

Как правило, температура на поверхности изоляции принимается: – 45 °С – в помещениях; – 60 °С – на открытом воздухе при штукатурном или неметаллическом покровном слое; – 50-55 °С – при металлическом покровном слое.Толщина тепловой изоляции, рассчитанная по нормам плотности теплового потока, значительно отличается от толщины тепловой изоляции, выполненной в целях защиты персонала от ожогов.В табл. 3 приведена толщина тепловой изоляции для цилиндров URSA, отвечающая требованиям безопасной эксплуатации (заданной температуре на поверхности изоляции).

Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов с отрицательными температурами теплоносителя может выполняться: – в соответствии с технологическими требованиями; – в целях предотвращения или ограничения испарения теплоносителя, предотвращения конденсации на поверхности изолированного объекта, расположенного в помещении, и предотвращения повышения температуры теплоносителя не выше заданного значения; – по нормам плотности теплового потока (холодопотери). Чаще всего для трубопроводов с температурой ниже окружающего воздуха, расположенных в помещении, изоляцию выполняют в целях предотвращения конденсации влаги на поверхности теплоизоляционной конструкции.

На величину толщины теплоизоляционного слоя в этом случае влияют относительная влажность окружающего воздуха (f), температура воздуха в помещении (to) и вид защитного покрытия.Тепловая изоляция должна обеспечить температуру на поверхности изоляции (tк) выше точки росы при температуре и относительной влажности окружающего воздуха (Φ) в помещении. Допустимый перепад между температурой поверхности изоляции и температурой окружающего воздуха (to – tк) приведен в табл. 4.

Содержание

Влияние относительной влажности на толщину тепловой изоляции проиллюстрировано в табл. 5, где приведена расчетная толщина изоляции из вспененного каучука марки K-Flex ЕС без покровного слоя при влажности окружающего воздуха 60 и 75 %.

На величину толщины теплоизоляционного слоя для предотвращения конденсации влаги из воздуха на поверхности теплоизоляционной конструкции влияет вид покрытия.

При использовании покрытия с высоким коэффициентом излучения (неметаллическое) расчетная толщина изоляции ниже. В табл. 6 приведена расчетная толщина изоляции из вспененного каучука для трубопроводов, расположенных в помещении с относительной влажностью воздуха 60 %, в конструкции без покрытия и с покрытием алюминиевой фольгой.

Тепловая изоляция трубопроводов холодной воды может выполняться в целях предотвращения: – конденсации влаги на поверхности трубопровода, расположенного в помещении; – замерзания воды при остановке ее движения в трубопроводе, расположенном на открытом воздухе. Как правило, это важно для трубопроводов малого диаметра, имеющих малый запас аккумулированного тепла.

Исходными данными для расчета толщины теплоизоляционного слоя для предотвращения замерзания воды при остановке ее движения являются: а) температура окружающего воздуха; б) температура вещества до остановки его движения; в) внутренний и наружный диаметры трубопровода; г) максимально возможная длительность перерыва в движении вещества; д) материал стенки трубопровода (его плотность и удельная теплоемкость); е) теплофизические параметры транспортируемого вещества (плотность, удельная теплоемкость, температура замерзания, скрытая теплота замерзания).Чем больше диаметр трубопровода и выше температура жидкости, тем меньше вероятность замерзания. В качестве примера в табл. 7 приведено время до начала замерзания воды в трубопроводах холодного водоснабжения температурой +5 °С, теплоизолированных скорлупами ISOTEC KK-ALK (в соответствии с их номенклатурой) при температуре наружного воздуха –20 и –30 °С.

Если температура окружающего воздуха ниже указанной, то вода в трубопроводе замерзнет быстрее. Чем больше скорость ветра и ниже температура жидкости (холодной воды) и окружающего воздуха, меньше диаметр трубопровода, тем больше вероятность замерзания жидкости. Уменьшает вероятность замерзания холодной воды применение изолированных неметаллических трубопроводов.

Назад в раздел

В конструкциях теплоизоляции оборудования и трубопроводов с температурой содержащихся в них веществ в диапазоне от 20 до 300 °С

для всех способов прокладки, кроме бесканальной, следует применять

теплоизоляционные материалы и изделия с плотностью не более 200 кг/м3

и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06

Для теплоизоляционного слоя трубопроводов при бесканальной

прокладке следует применять материалы с плотностью не более 400 кг/м3и коэффициентом теплопроводности не более 0,07 Вт/(м · К).

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов δk, мпо нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле:

где – наружный диаметр трубопровода, м;

отношение наружного диаметра изоляционного слоя к диаметру трубопровода .

Величину определяют по формуле:

основание натурального логарифма;

теплопроводность теплоизоляционного слоя Вт/(м·oС) определяемый по приложению 14.

Rк- термическое сопротивление слоя изоляции, м·°С/Вт, величину которого определяют при подземной канальной прокладке трубопровода по формуле:

где суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового

потока,м·°С/Вт определяемое по формуле:

где средняя за период эксплуатации температура теплоносителя, оС. В соответствии с [6] её следует принимать при различных температурных режимах по таблице 6:

Таблица 6 – Температура теплоносителя при различных режимах

Температурные режимы водяных тепловых сетей, oC 95-70 150-70 180-70 Трубопровод Расчетная температура теплоносителя, oC Подающий Обратный

среднегодовая температура грунта, для различных городов указана в [ 9, c 360 ]

нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м (принимается по приложению15);

коэффициент, принимаемый по приложению 16;

коэффициент взаимного влияния температурных полей соседних трубопроводов;

термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя, м·oС /Вт, определяемое по формуле:

где коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в

окружающий воздух, Вт/(м. · °С) который, согласно [6], принимается при прокладке в каналах , Вт/(м · °С);

d – наружный диаметр трубопровода, м;

термическое сопротивление внутренней поверхности канала, м·oС/Вт, определяемое по формуле:

где коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала, αe= 8 Вт/(м. · °С);внутренний эквивалентный диаметр канала, м, определяемыйпо формуле:периметр сторон по внутренним размерам канала, м; (размеры каналов приведены в приложении 17)внутреннее сечение канала, м2;термическое сопротивление стенки канала, м·oС/Вт определяемое по формуле:где теплопроводность стенки канала, для железобетонанаружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м;термическое сопротивление грунта, м·oС/Вт определяемое по формуле:где коэффициент теплопроводности грунта, зависящий от егоструктуры и влажности.

При отсутствии данных значение можно принимать для влажных грунтов 2,0–2,5 Вт/(м · °С), для сухих грунтов 1,0–1,5 Вт/(м · °С);глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м.Расчетную толщину теплоизоляционного слоя в конструкциях тепловой изоляции на основе волокнистых материалов и изделий (матов, плит, холстов) следует округлять до значений, кратных 10 мм. В конструкциях на основе минераловатных полуцилиндров, жестких ячеистых материалов, материалов из вспененного синтетического каучука, пенополиэтилена и пенопластов следует принимать ближайшую к расчетной толщину изделий по нормативным документам на соответствующие материалы.Если расчетная толщина теплоизоляционного слоя не совпадает с номенклатурной толщиной выбранного материала, следует принимать подействующей номенклатуре ближайшую более высокую толщинутеплоизоляционного материала. Допускается принимать ближайшую более низкую толщину теплоизоляционного слоя в случаях расчета по температуре на поверхности изоляции и нормам плотности теплового потока, если разница между расчетной и номенклатурной толщиной не превышает 3 мм.

ПРИМЕР 8.Определить толщину тепловой изоляции по нормируемой плотности теплового потока для двухтрубной тепловой сети с dн= 325 мм, проложенной в канале типа КЛ 120×60. Глубина заложения канала hк=0,8 м,

Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов tгр= 5,5 oC, теплопроводность грунта λгр=2,0 Вт/(м·oC), тепловая изоляция – маты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем. Температурный режим тепловой сети 150-70oC.

Решение:

1. По формуле (51) определим внутренний и наружный эквивалентный диаметр канала по внутренним и наружным размерам его поперечного сечения:

2. Определим по формуле (50) термическое сопротивление внутренней поверхности канала

3. По формуле (52) рассчитаем термическое сопротивление стенки канала:

4. По формуле (49) определим термическое сопротивление грунта:

5. Приняв температуру поверхности теплоизоляции , (приложение) определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего и обратного трубопроводов:

6. Используя приложение, определим также коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции (матов теплоизоляционных из минеральной ваты на синтетическом связующем):

7. По формуле (49) определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя

8. По формуле (48) определим суммарные термические сопротивления для подающего и обратного трубопроводов:

9. Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего и обратного трубопроводов:

10. Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего и обратного трубопроводов по формуле (47):

x

x = 1,192

x

x = 1,368

11. Величину B для подающего и обратного трубопроводов определим по формуле (46):

12. Определим толщину тепловой изоляции для подающего и обратного трубопроводов по формуле (45):

13.

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего и обратного трубопроводов одинаковой и равной 100 мм.ЛитератураОсновная1. Хрусталев, Б.М. Теплоснабжение и вентиляция: учеб. пособие/ Б.М. Хрусталев, Ю.Я. Кувшинов, В.М. Копко.

– М.: Ассоциация строительных вузов, 2008. – 784 с.Дополнительная2. СНиП 2.04.01-85*.

Внутренний водопровод и канализация зданий.3. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов.4. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.5. СП 41-103-2000.

Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.6. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети.7. СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.8.Мадорский, Б.М. Эксплуатация центральных тепловых пунктов, систем отопления и горячего водоснабжения/ Б.М. Мадорский, В.А. Шмидт.

– М.: Стройиздат, 1971. – 168 с.9.Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей/ В.И.Манюк [и др.]. – М.: Стройиздат, 1988.

– 432 с.10.Водяные тепловые сети/ И.В. Беляйкина [и др.]. – М.:Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.11.

Соколов, Е. Я.Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов/ Е. Я.Соколов.– М.: МЭИ, 2001.

– 472 с.12.Тихомиров, А.К. Теплоснабжение района города : учеб. пособие/А.К. Тихомиров. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан.

гос. ун-та, 2006. – 135 с.ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ КВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТАПО ДИСЦИПЛИНЕ«ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГОРОДОВ»(ГОС – 2000)Подписано в печать Формат 60´84/16.Бумага для множ.

аппаратов. Печать плоская.Усл. печ.

л.Уч.-изд. л. Тираж ЗаказФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург, ул.

Машиностроителей, 11.Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.Вконструкциях теплоизоляции оборудованияи трубопроводов с температуройсодержащихся в них веществ в диапазонеот 20°С до 300°Сдля всех способовпрокладки, кроме бесканальной, следуетприменять теплоизоляционные материалыи изделия с плотностью не более 200 кг/м3и коэффициентом теплопроводности всухом состоянии не более 0,06 Вт/(м·К).Длятеплоизоляционного слоя трубопроводов при бесканальной прокладке следуетприменять материалы с плотностью неболее 400 кг/м3и коэффициентом теплопроводности неболее 0,07 Вт/(м· К).Прибесканальной прокладке тепловыхсетей следует преимущественно применятьпредварительно изолированные в заводскихусловиях трубы с изоляцией изпенополиуретана в полиэтиленовойоболочке или армопенобетона с учетомдопустимой температуры примененияматериалов и температурного графикаработы тепловых сетей.

Трубопроводы сизоляцией из пенополиуретана вполиэтиленовой оболочке должны бытьснабжены системой дистанционногоконтроля влажности изоляции.Расчет толщинытепловой изоляции трубопроводов кпо нормированной плотности тепловогопотока выполняют по формуле, (2.65)где d- наружныйдиаметр трубопровода, м;В- отношениенаружного диаметра изоляционного слояк диаметру трубопроводаd. ();Величину Вопределяют по формуле:,(2.66)где е- основаниенатурального логарифма;к–коэффициент теплопроводноститеплоизоляционного слоя, Вт/(м ·°С),определяемый по приложениям9,10учебного пособия;Rк-термическое сопротивление слоя изоляции,м ·°С/Вт, величину которого определяютиз следующего выражения, (2.67)где – суммарное термическое сопротивлениеслоя изоляции и других дополнительныхтермических сопротивлений на путитеплового потока определяемое по формуле(2.68)где – нормированная линейная плотностьтеплового потока, Вт/м, принимаемая по[4], а также по приложению 8 учебногопособия;- средняя за периодэксплуатации температура теплоносителя,- коэффициент,принимаемый по приложению 11учебн. посо-бия;- среднегодоваятемпература окружающей среды;При подземнойпрокладке -среднегодовая температура грунта,которая для большинства городов находитсяв пределах от +1до +5.Припрокладке в тоннелях, в помещениях, внеотапливаемых техподопольях,принадземной прокладке на открытом воздухе – средняя за период эксплуатациитемпература окружающего воздуха, котораяпринимается:припрокладке в тоннелях =40;при прокладке в помещениях=20;внеотапливаемых техподопольях =5;при надземной прокладке на открытомвоздухе – средняя за период эксплуатациитемпература окружающего воздуха;Виды дополнительныхтермических сопротивлений зависят от способа прокладки тепловыхсетей.При надземнойпрокладке, а также прокладке в тоннеляхи техподпольях(2.69)При подземнойканальной прокладке(2.70)При подземнойбесканальной прокладке(2.71)где – термическое сопротивление поверхностиизоляционного слоя, м·°С /Вт, определяемоепо формуле, (2.72)где – коэффициент теплоотдачи с поверхноститепловой изоляции в окружающий воздух,Вт/(м² ·°С) который, согласно [4],принимается:при прокладке вканалах = 8 Вт/(м² ·°С);при прокладке втехподпольях, закрытых помещениях ина открытом воздухе по табл.

2.1;d- наружныйдиаметр трубопровода, м;Таблица2.1 Значениякоэффициента теплоотдачи a,Вт/(м2×°С)Изолированный объектВ закрытом помещенииНа открытом воздухе при скорости ветра3, м/сПокрытия с малым коэффициентом излучения1Покрытия с высоким коэффициентом излучения251015Горизонтальные трубопроводы7102026351К ним относятся кожухи из оцинкованной стали, листов алюминиевых сплавов и алюминия с оксидной пленкой.2 К ним относятся штукатурки, асбестоцементные покрытия, стеклопластики, различные окраски (кроме краски с алюминиевой пудрой).3При отсутствии сведений о скорости ветра принимают значения, соответствующие скорости 10 м/с.-термическое сопротивление поверхностиканала, определяемое по формуле, (2.73)где – коэффициент теплоотдачи от воздуха квнутренней поверхности канала;=8 Вт/(м² ·°С);- внутреннийэквивалентный диаметр канала, м,определяемый по формуле, (2.74)где F- внутреннеесечение канала, м2;P- периметрсторон по внутренним размерам, м;- термическоесопротивление стенки канала определяемоепо формуле, (2.75)где – теплопроводность стенки канала; дляжелезобетона=2,04 Вт/(м·°С);- наружныйэквивалентный диаметр канала, определяемыйпо наружным размерам канала, м;- термическоесопротивление грунта определяемое поформуле, (2.76)где – теплопроводность грунта, зависящаяот его структуры и влажности. Приотсутствии данных его значение можнопринимать для влажных грунтов=2-2.5 Вт/(м·°С), для сухих грунтов=1,0-1,5 Вт/(м·°С);h- глубиназаложения оси теплопровода от поверхностиземли, м;- добавочноетермическое сопротивление, учитывающеевзаимное влияние труб при бесканальнойпрокладке, величину которого определяютпо формулам:для подающего трубопровода; (2.77)для обратного трубопровода, (2.78)где h- глубиназаложения осей трубопроводов, м;b- расстояниемежду осями трубопроводов, м, принимаемоев зависимости от их диаметров условногопрохода по табл. 2.2Таблица 2.2 Расстояниемежду осями трубопроводов.dу, мм50-80100125-150200250300350400450500600700b, мм350400500550600650700600900100013001400,- коэффициенты, учитывающие взаимноевлияние температурных полей соседнихтеплопроводов, определяемые по формулам:, (2.79), (2.80)где ,- нормированные линейные плотноститепловых потоков соответственно дляподающего и обратного трубопроводов,Вт/м (см.

формулу (2.68)).Расчетнуютолщину теплоизоляционного слоя вконструкциях тепловой изоляции наоснове волокнистых материалов и изделий(матов, плит,холстов) следует округлять до значений,кратных 10 мм.Вконструкциях на основе минераловатныхцилиндров, жестких ячеистых материалов,материалов из вспененного синтетическогокаучука, пенополиэтилена и пенопластовследует принимать ближайшую к расчетнойтолщину изделий по нормативным документамна соответствующиематериалы.Еслирасчетная толщина теплоизоляционногослоя не совпадает с номенклатурнойтолщиной выбранного материала, следуетпринимать по действующей номенклатуреближайшую более высокую толщинутеплоизоляционного материала.Допускаетсяпринимать ближайшую более низкую толщинутеплоизоляционного слоя в случаяхрасчета по температуре на поверхностиизоляции и нормам плотности тепловогопотока, если разница между расчетной иноменклатурной толщиной не превышает3 мм.Минимальнуютолщину теплоизоляционного слоя следуетпринимать:приизоляции цилиндрами из волокнистыхматериалов-равнойминимальной толщине, предусматриваемойгосударственными стандартами илитехническими условиями;приизоляции тканями,полотном стекловолокнистым,шнурами – 20 мм. при изоляцииизделиями из волокнистых уплотняющихсяматериалов – 20 мм;приизоляции жесткими материалами, изделиямииз вспененных полимеров- равной минимальной толщине,предусматриваемой государственнымистандартами или техническими условиями.Предельнаятолщина теплоизоляционного слоя вконструкциях тепловой изоляцииоборудования и трубопроводов приведенав таблице 2.3.Таблица 2.3 Предельныетолщины теплоизоляционных конструкцийдля оборудовании и трубопроводов.Наружный диаметр, ммСпособ прокладки трубопроводаНадземныйВ тоннелеВ непроходном каналеПредельная толщина теплоизоляционного слоя, мм, при температуре, °С20 и более20 и болеедо 150 вкл.3214010080451401008057150120907616014090891701601001081801601001332001601001592201601202192301801202732301801203252402001203772402001204262502201404762502201405302602201406302802401407202802401408203002401409203002601401020 и более320260140Примечания2 В случае если расчетная толщина изоляции больше предельной, следует принимать более эффективный теплоизоляционный материал и ограничиться предельной толщиной тепловой изоляции, если это допустимо по условиям технологического процесса.Примеры расчетовтолщины слоя изоляции при различныхспособах прокладки тепловых сетейприведены на стр. 76-82учебного пособия.

Источники:

  • stroyinform.ru
  • infopedia.su
  • studfiles.net

Поделиться:
Нет комментариев
Adblock detector