Материал: 1738

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

Уменьшение теплопритока возможно лишь при соблюдении

неравенства

 

1+ d ИЗ

ln d ИЗ

> d КР ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DКР

d Н

d H

 

 

 

 

 

 

левая

часть

1+(0,187 / 0,0143)ln(0,187 / 0,057)=16,72;

правая

часть

0,187 / 0,057 = 3,28;

16,72 > 328.

Неравенство соблюдено. Следова-

тельно, изоляция уменьшит теплопритоки в холодный трубопровод.

 

Расчет тепловой изоляции по заданной температуре

 

 

 

 

поверхности изоляции

 

 

 

 

 

 

Такие расчеты ведутся для предохранения обслуживающего

персонала от ожогов. При этом тепловые потери не ограничиваются.

Данными для расчета являются: температура теплоносителя t, окру-

жающего воздуха tН и на поверхности изоляции tИЗИ, диаметр изоли-

руемого трубопровода dН (для цилиндрических объектов).

 

 

Толщина изоляции δИЗ вычисляется по следующим формулам.

 

1. Для поверхностей цилиндрических с диаметром более 2 м и

плоских (рис. 7).

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

Если прене речь термическим сопротивлением теплоотдачи от

теплоносителя к стенке (1/αB = 0 ) и термическим сопротивлением

металлической

 

(δСТ / λCT

= 0 ), то коэффициент теплопередачи

огражден я можно найти по формуле (2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

 

tИЗ

αВ

 

 

 

1

 

δ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

ИЗ

(2)

αH

б

k =1/

αH

 

 

.

 

 

λИЗ

 

tH

 

t

 

q = k(t tH )=αH (tИЗ tH ).

(3)

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стенки1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Конструкция ограж-

 

 

 

 

 

 

 

 

дения: 1 – теплоизоляция;

 

 

 

 

 

 

 

 

2 – стенка металлическая

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя (2) в (3) получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t tH

 

=αН (tИЗ tH ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

δИЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда

 

 

 

 

 

αH

λИЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λИЗ (t tИЗ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δИЗ

=

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αН (tИЗ tH )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Для трубопроводов диаметром 2 м и менее (рис. 8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плотность

теплового

потока

через

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tН

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

изолированную

трубу

длиной

1 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

можно определить как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tИЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π(t tH )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q =

 

 

 

 

 

dИЗ

δ

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

+

 

1

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αH dИЗ

 

 

2 λИЗ

dH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= π(tИЗ tH ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dИЗ

 

табл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αH dИЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После прео разования последнего выражения получим

 

 

сти

 

 

 

d ИЗ

 

 

2

λИЗ

(t t

ИЗ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ИЗ lnАd = α (t t

)

.

 

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

Н ИЗ

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В формулах (4) (5) коэффициент теплоотдачи поверхности

 

золяц окружающему воздуху αН принимают по табл. 2, а коэффи-

С

 

 

 

 

 

 

 

по

 

 

. П.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц ент теплопроводно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 4. Выполн ть расчет тепловой изоляции плоского огражден я по заданной температуре изоляции (рис. 7). Определить толщину основного слоя изоляции с температурой теплоносителя t = 500 °C. Температура поверхности изоляции tИЗ = 50 °С. Температура наружного воздуха tН = 25 °C.

22

Решение. 1. Выбирается изоляция: минераловатные плиты на синтетическом связующем.

2. Значение средней температуры изоляции

 

 

 

 

 

t

=

 

 

500 +50

 

= 275 °С.

 

 

 

 

 

 

 

СР

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

средней

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Коэффициент теплоотдачи αН = 12 Вт/(м2.К) (табл. 2).

5.

Определяется толщина изоляционного слоя по формуле (4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(три слоя

поверхности Аизоляции (рисД. 8). Определить толщину

температуре

 

 

 

б2

 

 

 

 

изоляции с температурой теплоносителя t = 450 0C. Температура по-

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

верхности изоляции tИЗ

= 60 0C.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Вы

рается золяц

я: известково-кремнеземистая.

2.

Значен е средней температуры изоляции

 

С

 

 

 

t

СР

=

 

 

450 + 60

= 255 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Коэфф ц ент теплопроводности

известково-кремнеземистой

изоляци при средней температуре (ГОСТ 24748–2003) [3]

 

 

λИЗ = 0,06 + 0,00012 tСР = 0,091 Вт/(м К).

4.

Коэффициент теплоотдачи αН = 10 Вт/(м2.К) (табл. 2).

5.

Определяется толщина изоляционного слоя по формуле (5)

 

 

 

d ИЗ ln

 

 

d ИЗ

 

=

2 0,091

 

 

(450 60)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,273

 

 

10 (60 25)

 

(60 25)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

откуда

dИЗ ln

dИЗ

= 0,203.

Это равенство решают методом последо-

0,273

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вательного приближения, задаваясь dИЗ. Принимаем dИЗ = 0,43 м, тогда

 

 

0,43ln

0,43

 

 

= 0,195.

0,195 0,203.

 

 

 

 

 

 

 

 

0,273

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Толщина изоляции δИЗ

=

dИЗ dH

=

0,43 0,273

= 0,079 м.

 

 

Принимаем δИЗ = 80 мм.

2

2

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Тепловой расчет сетей теплоснабжения

Основной задачей теплового расчета теплопроводов всех видов

 

 

 

 

 

А

 

прокладок является выбор конструкции изоляции, обеспечивающей

рациональный минимум тепловых потерь и допустимое падение тем-

пературы теплоносителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

Расчет толщины изоляции теплопроводов воздушной прокладки

Плотность теплового потока (тепловые потери) теплопроводов

воздушной прокладке составляют

 

 

 

 

 

 

 

 

q = (tB tH )/ R,

 

где tB

– температура теплоносителя; tН – температура окружающей

среды;

R – полное терм ческого сопротивление теплопровода.

Температуру на поверхности тепловой изоляции рассчитывают

на основе уравнен

я теплового баланса при установившемся тепло-

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вом реж ме. Для установ вшегося режима теплота, поступающая от

теплонос теля к наружной поверхности изоляции,

равна количеству

теплоты, отвод мой от поверхности изоляции в окружающий воздух.

иq = tB tH = tПОВ tH .

 

Отсюда

 

 

 

 

 

 

RИ

RH

 

 

 

 

 

= tB / RИ +tH / RH .

 

 

 

 

 

tПОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1/ RИ +1/ RH

 

24

Совместная прокладка трубопроводов на открытом воздухе или в помещении не оказывает существенного влияния на теплопотери соседних трубопроводов.

При температуре воздуха +25 °С температура на поверхности изоляции в зоне постоянного обслуживания теплопроводов должна быть не выше + 45 °С для закрытых помещений и +60 °С на открытом воздухе.

При расчете толщины изоляции теплопроводов и плотности теплового потока необходимо учитывать дополнительные потери через

неизолированные части теплопровода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 6.

 

 

Определить потери теплоты изолированным тепло-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д

проводом (рис. 9) диаметром dН = 720 мм, проложенным на опорах

над землей, при следующих данных: температура теплоносителя tВ =

100 οС; температура окружающей среды tН = –5 οС; изоляционный

слой имеет толщину δИЗ = 160 мм и λИЗ = 0,09 Вт/(м οС); скорость вет-

ра w = 4 м/с. Сравнить термическое сопротивление изоляции и тепло-

отдачи в окружающую среду. Дополнительные потериИчерез неизоли-

рованные части теплопровода составляют β = 0,2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dИЗ

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Определяем коэффициент теплоотдачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αH =11,6 +7

 

 

=11,6 +7

 

= 25,6 Вт/(м2 ο С).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δИЗ

 

 

 

и

2. Рассчитываем теплопотери, принимаяβ= 0,2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dH

 

 

 

 

 

Аπ(tВ t

Н )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р с. 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

ql

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ln dИЗ +

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2λ

αН dИЗ

С

 

 

 

 

3,14 (100 +5)

 

 

 

 

 

dН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

б

 

 

 

 

 

 

 

1,2 =169 Вт/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ln 1,04

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0,09

25,6 1,04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,72

 

 

 

 

 

 

Тепловой расчет подземных теплопроводов при бесканальной прокладке

При бесканальной прокладке теплопровода (рис. 10) грунт представляет собой определенное термическое сопротивление. Тепловой поток направлен от теплоносителя через стенку трубопровода, тепло-

25