Расчет толщины теплоизоляционного слоя трубопроводов тепловых сетей. Определение потерь тепла в тепловых сетях

 

В современных системах централизованного теплоснабжения при транспортировке теплоносителя возможны потери теплоты в окружающую среду. Чтобы их снизить, очень важно при проектировании правильно подобрать теплоизоляционный материал с требуемой толщиной слоя изоляции и материал для покровного слоя тепловой изоляции.

Для трубопроводов тепловых сетей, включая арматуру, фланцевые соединения и компенсаторы, тепловую изоляцию необходимо предусматривать независимо от температуры теплоносителя и способов прокладки.

Теплоизоляционные конструкции следует предусматривать из следующих элементов:

- теплоизоляционного слоя;

- армирующих и крепежных деталей;

- пароизоляционного слоя;

- покровного слоя.

Защитное покрытие изолируемой поверхности от коррозии не входит в состав теплоизоляционной конструкции. Необходимость устройства пароизоляционного слоя при температуре от 12 до 20 °С определяется расчетом.

Для теплоизоляционного слоя оборудования и трубопроводов с положительными температурами содержащихся в них веществ для всех способов прокладок, кроме бесканальной, следует применять материалы и изделия со средней плотностью не более 400 кг/м и теплопроводностью не более 0,07 Вт/(м°С). Допускается применение шнуров асбестовых для изоляции трубопроводов условным проходом до 50 мм включительно.

Для изоляции поверхностей с температурой выше 400 °С в качестве первого слоя допускается применение изделий с теплопроводностью более 0,07 Вт/(м-°С).

Для теплоизоляционного слоя оборудования и трубопроводов с отрицательными температурами следует применять теплоизоляционные материалы и изделия со средней плотностью не более 200 кг/м и расчетной теплопроводностью в конструкции не более 0,07 Вт/(м°С).

Теплоизоляционные конструкции следует предусматривать из материалов, обеспечивающих:

- тепловой поток через изолированные поверхности оборудования и трубопроводов согласно заданному технологическому режиму или нормированной плотности теплового потока;

- исключение выделения в процессе эксплуатации вредных, пожароопасных и взрывоопасных, неприятно пахнущих веществ в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации;

- исключение выделения в процессе эксплуатация болезнетворных бактерий, вирусов и грибков}

Съемные теплоизоляционные конструкции должны применяться для изоляции люков, фланцевых соединений, арматуры, сальниковых и сильфонных компенсаторов трубопроводов, а также в местах измерений и проверки состояния изолируемых поверхностей.

Расчет толщины теплоизоляционного слоя производится:

- по нормированной плотности теплового потока;

- по заданной величине теплового потока;

- по температуре на поверхности изоляции;

- по заданному снижению (повышению) температуры теплоносителя и др.

В дипломном проекте приведен расчет толщины слоя изоляции по нормированной плотности теплового потока для цилиндрических объектов диаметром менее двух метров. Толщина теплоизоляционного слоя.

, м, [1] Стр.42 (40)

 

где d_H – наружный диаметр изолируемого трубопровода, м;

В – отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру изолируемого трубопровода.

Для того чтобы найти δ_К мы должны найти В – отношение наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру изолируемого трубопровода. Этот расчет производиться ниже:

 

[1] стр.42 (41)

 

определяется как для подающего, так и для обратного трубопровода,

где а_е - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции, Вт/(м²°C);

r_m– термическое сопротивление стенки трубопровода:

- для металлических труб r_m= 0;

λ_к – теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м°С);

следует найти промежуточный параметр t_m– среднюю температуру теплоизоляционного слоя, °С;

t_m = (t_w+ 40)/2 – на открытом воздухе в летнее время, в помещении,

в каналах, тоннелях, технических подпольях, на чердаках и в подвалах зданий;

t_m = t_w/2– на открытом воздухе в зимнее время;

t_m = 32,5; t_m = 25.

где t_w–температура вещества (теплоносителя), °С;

r_tot – сопротивление теплопередачи на 1 м длины теплоизоляционной конструкции, м°С/Вт:

, [1] Стр.42 (42)

r_tot=1,15; r_tot = 0,984;

 

где q_e – нормированная линейная плотность теплового потока с 1 м длины цилиндрической теплоизоляционной конструкции, Вт/м;

k₁ – коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоты и тепло изоляционной конструкции в зависимости от района строительства и способа прокладки трубопровода = 1,07;

t_e –температура окружающей среды, °С.

За расчетную температуру окружающей среды следует принимать:

- для изолируемых поверхностей, расположенных на открытом воздухе, среднюю температуру наружного воздуха за год;

- для трубопроводов, расположенных в туннелях, 40 °С;

- для подземной прокладки в каналах или при бесканальной прокладке трубопроводов среднюю за год температуру грунта на глубине заложения оси трубопровода (от 0 до + 5 °С).

Определив r_tot, λ_к, In Ви подобрав нужный материал находим δ_К для обратного и подающего трубопровода на 1 участке, аналогично находим остальные участки.

 

= 273/2*(0,040 – 1) = 0,13 м.

= 0,13 м

 

In В = 0,919, следовательно В =2,51.

Потери теплоты участком тепловой сети:

 

, Вт [1] Стр.43 (43)

где qⁿ_e, q°_e – нормы плотности теплового потока через изолированную поверхность трубопроводов, Вт/м;

l_уч – протяженность участка подающего и обратного трубопровода, м;

β – коэффициент, учитывающий потери тепла опорами, арматурой, компенсаторами; принимается равным 1,15 – при бесканальной прокладке, 1,2 – в тоннелях и каналах, 1,25 – при наземной прокладке.

Рассчитать тепловые потери для каждого участка тепловой сети и определить суммарные теплопотери через изоляцию. Расчет:

 

1 Участок Q_т.п. = 1,2*(62,8*84,6+53,5*84,6) = 11315,25 Вт

2 Участок Q_т.п = 1,2*(22,0*22+18,6*22) = 1023 Вт

3 Участок Q_т.п = 1,2*(22,0*102+18,6*102) = 5176,5 Вт

4 Участок Q_т.п = 1,2*(22,0*114+18,6*114) = 5301 Вт

5 Участок Q_т.п = 1,2*(22,0* 180+18,6* 180) = 9135 Вт

6 Участок Q_т.п = 1,2*(24,3*60+21,3*60) = 3420 Вт

7 Участок Q_т.п = 1,2*(69,8* 120+59,3* 120) = 19365 Вт

Итого: = 52892,36 Вт

 

Теперь рассчитаем годовые потери теплоты:

 

, ГДж, [1] Стр.43 (44)

 

где Z^ГОД – время работы тепловой сети в году, с.;

Z^ГОД = Z*24*3600, с. [1] Стр.43 (45)

Z^ГОД = 230*24*3600 = 19872000 с.

, ГДж,