gototopgototop

Расчёт теплоизоляции трубопроводов при стационарном тепловом потоке

Степанова Екатерина Сергеевна – студент магистратуры Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Мельников Владимир Михайлович – кандидат технических наук, доцент кафедры Теплогазоснабжения, вентиляции и гидравлики Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Аннотация: В статье представлены теплотехнические расчеты теплоизоляционных конструкций с разными типами теплового потока и разными типами поверхностей, через которые он проходит. Актуальность этой проблемы определяется тем, что сегодня часто наблюдаются неэкономичное расходование энергоресурсов и постоянное увеличение их стоимости. Делается вывод, что для реализации эффективного проекта необходимо пользоваться полноценным расчетом теплоизоляции, поскольку только в этом случае возрастет энергоэффективность тепловых сетей, смета будет соответствовать действительности и процесс устройства трубопровода будет упрощен, потому что при верном расчете теплоизоляции будет возможность расположить трубопровод на меньшей глубине.

Ключевые слова: Стационарный, тепловой поток, расчёт.

Сегодня в России все большую актуальность приобретает проблема энергосбережения. Решение этой проблемы является важной задачей в связи с неэкономичным расходованием энергоресурсов и постоянным ростом их стоимости. Зачастую из-за неправильных расчетов теплоизоляции приходится нести дополнительные экономические затраты на материал: либо теплоизоляция оказывается недостаточной, что ведет к дополнительным расходам на демонтаж и покупку нового материала, либо теплоизоляции слишком много, что также неблагоприятно сказывается на экономической составляющей проекта. Поэтому на настоящий момент одной из основных задач проектирования трубопроводов является правильное проектирование теплоизоляции. В предлагаемой статье вычисления проводятся для поверхностей одно- и многослойного, а также плоского и криволинейного типов. Для каждого конкретного типа проводятся различные расчеты, как будет продемонстрировано далее.

Поверхностную плотность теплового потока, который приходит через поверхности плоского типа, нужно рассчитывать следующим образом:

(1)

Линейную плотность теплового потока, который проходит через поверхности цилиндрического типа, нужно рассчитывать следующим образом:

- однослойный цилиндрический тип

   (2)

где  — поверхностная плотность теплового потока, который проходит через теплоизоляционную конструкцию плоского типа, Вт/м2;

 — температура среды внутри изолируемого объекта, °С;

 — температура внешней среды, °С;

 — сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности стенки изолируемого объекта, м2°С/Вт;

 — сопротивление теплоотдаче на внешней поверхности теплоизоляции, м2 °С/Вт;

 — термическое сопротивление стенки изолируемого объекта, м2 °С/Вт;

 — термическое сопротивление плоского слоя изоляции, м2 °С/Вт;

 — полное термическое сопротивление n-слойной плоской изоляции;

 — термическое сопротивление i-го слоя, м2 °С/Вт;

 — линейная плотность теплового потока через цилиндрическую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м;

 — линейное термическое сопротивление теплоотдаче внутренней стенки изолируемого объекта, м°С/Вт;

 — линейное термическое сопротивление теплоотдаче внешней изоляции, м °С/Вт;

 — линейное термическое сопротивление цилиндрической стенки изолируемого объекта, м °С/Вт;

 — линейное термическое сопротивление цилиндрического слоя изоляции, м °С/Вт;

 — полное линейное термическое сопротивление n-слойной цилиндрической изоляции;

 — линейное термическое сопротивление i-го слоя, м °С/Вт.

В уравнениях (18) — (21) сопротивление теплоотдаче и термическое сопротивление стенок рассчитывается следующим образом:

  (3)

(4)

(5)

где ,  — коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности стенки изолируемого объекта и внешней поверхности изоляции, Вт/(м2 °С);

, ,  — коэффициенты теплопроводности материала стенки изолируемого объекта однослойной изоляции, изоляции i-го слоя n-слойной изоляции соответственно, Вт/(м °С);

, ,  — толщина стенки изолируемого объекта, однослойной изоляции i-го слоя n-слойной изоляции соответственно, м;

,  — внутренний и внешний диаметры стенки изолируемого объекта, м;

 — внешний диаметр изоляции, м;

,  — внешний и внутренний диаметры i-го слоя n-слойной изоляции, м.

Отличительные черты расчёта многослойных конструкций теплоизоляции.  Поверхностную плотность теплового потока, который проходит через поверхности плоского типа, нужно рассчитывать следующим образом:

Линейная плотность теплового потока, который проходит через поверхности цилиндрического типа, нужно рассчитывать следующим образом:

   (7)

Распределение температур в многослойной изоляции определяется следующим образом:

— температуры на внешней и внутренней сторонах стенки изолируемого объекта, который имеет плоскую форму, определяется следующим образом:

(8)

— температура  на внешней поверхности первого слоя изоляции, на границе первого и второго слоев определяется следующим образом:

(9)

— далее температура (начиная со второго слоя) на границах (i - 1)-го и i-го слоев, определяется по формуле:

(10)

— температура на внешней поверхности i-слоя n-слойной стенки определяется следующим образом:

(11)

Распределение температур в цилиндрических многослойных изоляционных конструкциях определяется следующим образом:

  (12)

(13)

(14)

(15)

Значения поверхностной и линейной плотности тепловых потоков, которые включены в формулы (8) — (15), рассчитывается с помощью формул (1) — (2), а термическое сопротивление вычисляется с помощью формул (3) — (5).

При вычислениях по формулам (2) — (4) следует знать показатели теплопроводности изоляционных слоев. Так как последние находятся в прямой зависимости от температурных показателей, нужно узнать показатели средней температуры для каждого из слоев, а чтобы определить их, нужно узнать температурные показатели на их границах. Чтобы определить их, нужно прибегнуть к методу простой итерации, который предусматривает необходимость проведения нескольких расчетов.

На стартовом этапе для всей совокупности слоев среднее температурное значение изоляции условно приравнивается к полусумме температур внутренней и внешней среды, с помощью этого показателя рассчитывается теплопроводность всех слоев. Далее с помощью формул (2) — (4) рассчитывают коэффициенты qF или qL,, с помощью формул (8) — (10) эти же коэффициенты для плоской, а с помощью формул (5) — (15) для цилиндрической стенки определяют показатель температуры на границах слоев и средние температурные значения для каждого из слоев.

Далее, на последующем этапе, по выведенным на первом этапе средним температурным показателям опять рассчитывают теплопроводность каждого слоя, затем находят плотность потоков тепла и опять определяют температуру каждого слоя и так продолжают, пока не получат необходимую точность расчета. Например, пока показатели температуры для каждого слоя на k-м и (k - 1)-м шаге будут варьироваться в пределе не более 5%. В реальной практике для выполнения поставленной задачи, как правило, нужно провести не более 3-4 вычислений.

Таким образом, следует сделать вывод, что, производя правильные вычисления, проектировщики могут снять с себя ответственность за повышение стоимости проекта, что нередко происходит, потому что часто расчет ведется по упрощенным формулам и закладывается дополнительная теплоизоляция. Чтобы проект был грамотно поставлен, необходимо пользоваться полноценным расчетом теплоизоляции, тогда возрастет энергоэффективность тепловых сетей, смета будет соответствовать действительности и процесс устройства трубопровода будет упрощен, потому что при верном расчете теплоизоляции будет возможность расположить трубопровод на меньшей глубине.

Список литературы

  1. Шойхет Б.М. Проектирование тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей // Энергосбережение. – 2015. – №1. – С.54– 56.
  2. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
  3. Грушман Р. П. Справочник теплоизолировщика. – Ленинград: Стройиздат, 1980. – 184 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail