Расчет электроподогрева и определение толщины тепловой изоляции для технологических трубопроводов

14.2.1 Необходимо определить мощность электроподогрева, требующуюся для поддержания заданной температуры нефти в зависимости от внешних условий, толщины и теплопроводности тепловой изоляции.

14.2.2 Используемые для расчетов переменные, их обозначения и единицы измерения приведены в таблице 14.3.

Таблица 14.3 - Используемые для расчетов переменные, их обозначения и единицы измерения

№ п/п	Наименование параметра	Обозначение	Единица измерения
	внешний диаметр трубопровода		м
	толщина тепловой изоляции		м
	температура окружающего воздуха		°С
	значение требуемой температуры нефти		°С
	коэффициент теплопроводности изоляции
	коэффициент теплопроводности воздуха
	коэффициент кинематической вязкости воздуха		м^2/с
	скорость ветра		м/с
	КПД электроподогрева		доли ед.
	коэффициент внешней теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающий воздух
	тепловой поток от наружной поверхности тепловой изоляции в окружающую среду
	тепловой поток от наружной поверхности трубопровода через изоляцию
	температура наружной поверхности изоляции		°С
	число Рейнольдса для воздуха		-
	число Нуссельта		-
	потребляемая мощность электроподогрева
	требуемая мощность электроподогрева

 

14.2.3 Рекомендации по выбору исходных данных

14.2.3.1 Температура окружающего воздуха принимается равной температуре самой холодной пятидневки на основе климатических справочников (СНиП 23-01-99) с обеспеченностью 0,92.

14.2.3.2 Скорость ветра принимают также на основе климатических справочников (СНиП 23-01-99) как среднюю скорость ветра за период со среднесуточной температурой воздуха ниже либо равной 8 ^оС.

14.2.4 Порядок расчетов.

14.2.4.1 В стационарном тепловом режиме тепловые потоки от наружной поверхности изоляции трубопровода длиной 1 м в окружающую среду и от наружной поверхности трубопровода такой же длины через изоляцию к ее наружной поверхности равны между собой и определяются по формулам [15].

14.2.4.2 Тепловой поток (Вт/м) от наружной поверхности тепловой изоляции в окружающую среду вычисляется по формуле:

(14.6)

14.2.4.3 Тепловой поток (Вт/м) от наружной поверхности трубопровода через изоляцию вычисляется по формуле:

(14.7)

14.2.4.4 Из соотношений (14.6) и (14.7) следует формула для определения температуры наружной поверхности изоляции при известных значениях остальных параметров:

(14.8)

14.2.4.5 Коэффициент внешней теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции, обтекаемой потоком воздуха, определяется в зависимости от параметра Нуссельта, вычисляемого по формуле:

(14.9)

14.2.4.6 Параметр Нуссельта вычисляется по формуле:

, (14.10)

где: С и m – константы, определяются в соответствии с таблицей 14.4.

Таблица 14.4 – Значения констант

Re	5-80	80÷5·10^3	(0,5÷5)·10^4	>5·10^4
C	0,81	0,695	0,197	0,023
m	0,40	0,46	0,60	0,8

 

14.2.4.7 Число Рейнольдса определяется по скорости ветра, внешнему диаметру изоляции и вязкости воздуха по формуле:

(14.11)

14.2.4.8 Для ряда последовательных значений толщины изоляции , определяются: соответствующие потребляемой мощности электроподогрева на единицу длины нагревающего кабеля по формуле:

(14.12)

Коэффициент запаса 1,05 принят для компенсации неучтенных факторов.

14.2.4.9 Требуемая мощность электроподогрева рассчитывается по формуле:

(14.13)

Пример расчета

Исходные данные

Исходные данные для примера расчета приведены в таблице 14.5.

Таблица 14.5 - Исходные данные для примера расчета

№ п/п	Наименование параметра	Обозначение	Единица измерения	Значе-ние
	Температура окружающей среды		°С	-40
	Значение требуемой температуры нефти		°С
	Кинематическая вязкость воздуха при температуре		м^2/с	10^-5
	Коэффициент теплопроводности воздуха при температуре			0,0211
	Коэффициент теплопроводности изоляции			0,015
	Скорость ветра		м/с	2,1
	Внешний диаметр трубопровода		м	0,82
	Толщина тепловой изоляции		м	0,05
	КПД электроподогрева		доли ед.	0,93

Последовательность вычислений (расчет для м):

1) Вычисляется число Рейнольдса для воздуха по формуле (14.11):

2) По таблице 14.4 определяются параметры ; .

3) По формуле (14.10) рассчитывается значение параметра Нуссельта:

4) Определяется коэффициент внешней теплоотдачи по формуле (14.9):

- определяется температура наружной поверхности изоляции по формуле (14.8):

- определяется полезная мощность нагревающего кабеля на на 1 м длины по формуле (14.12):

Вычисления для различных значений (начиная от значения 0,025 м до значения 0,1 м с шагом 0,025 м) сводятся в таблицу для последующего выбора оптимального значения толщины тепловой изоляции (таблица 14.6).

- расчитывается требуемая мощность электроподогрева по формуле (14.13):

Таблица 14.6 - Зависимость требуемой мощности электроподогрева технологического трубопровода от толщины тепловой изоляции

 

, м
0,87		372,5	9,0	-37,389	67,49	72,57
0,92		389,5	8,9	-38,675	35,82	38,52
0,97		406,4	8,8	-39,121	24,80	26,67
1,02		423,0	8,7	-39,346	19,19	20,64