5 Гидравлический и тепловой расчет теплопроводов

Расчет наружных тепловых сетей заключается в определении диаметров трубопроводов и потерь давления (напора) по всей длине сети и на определенных ее участках, а также давлений в различных точках, толщины слоя тепловой изоляции, удельных потерь теплоты, определения падения температуры теплоносителя. Расчет тепловых сетей основывается на максимальных часовых расходах теплоносителей.

Внутренний диаметр трубопровода определяется по формуле:

,

где V_с – секундный расход теплоносителя, протекающий по трубопроводу, м³/с;

ω – допустимые скорости теплоносителей,м/с (принимаем по таблице 32).

Секундный объемный расход влажного насыщенного пара определяем по формуле:

V_c=v_x·D_c ,

где v_x – удельный объем влажного насыщенного пара v_x=0,27 м³/кг;

D_c – максимальный секундный расход пара, кг/с.

V_c=0,27∙5,64∙1000/3600=0,423 м³/с

0,146 м

По расчетному значению d_вн подбирается ближайший по ГОСТ больший диаметр трубопровода(паропровода), принимаем d_вн=0,150 м; d_нар=0,159 м [приложения Д].

Тепловой поток при теплопотерях, Вт, рассчитывают по формуле:

Ф=q_l·l·β_т,

где q_l – линейная плотность теплового потока, Вт/м;

l – длина трубопровода, l =70 м;

β_т – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные тепловые потери компенсаторами, опорами, арматурой (для бесканальной подземной прокладки принимаем равным 1,15; для канальной – 1,2 и для надземных трубопроводов – 1,25); β_т=1,2.

Линейная плотность теплового потока:

q_l=(t-t₀)/R,

где t – расчетная температура теплоносителя,165 ⁰С;

t₀ – расчетная температура окружающей среды,25 ⁰С;

R – полное термическое сопротивление теплопровода, (м·К)/Вт.

При тепловом расчете следует принимать за расчетную температуру теплоносителя:

- для водяных тепловых сетей – среднегодовую температуру горячей воды;

- для паровых тепловых сетей – максимальную температуру водяного пара;

- для конденсатопроводов и сетей горячего водоснабжения – максимальную температуру конденсата или воды.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха при надземной прокладке принимаем среднегодовую температуру наружного воздуха, а при подземной бесканальной прокладке принимается равной естественной температуре грунта на уровне оси трубопроводов +3…+5⁰С; при канальной подземной прокладке принимается равной температуре воздуха в канале (25…30⁰С).

Температура поверхности изоляции принимается равной 40⁰С.

Термическое сопротивление теплоизолированных теплопроводов при надземной и подземной канальной прокладке R, (м·К)/Вт:

R=R_из+R_н,

где R_н –термическое сопротивление теплоотдачи на наружной поверхности, (м·К)/Вт;

R_из – термическое сопротивление теплоизоляционного материала, (м·К)/Вт.

;

,

где d_н и d_в – наружные и внутренние диаметры теплоизоляционного материала, м;

d_н=0,150+0,180∙2=0,366 м; d_в=0,150 м.

α_н.п. – коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности теплоизоляционного материала, Вт/(м²·К).

При канальной прокладке α_н.п зависит от естественных конвекции воздуха в канале и его можно определить по формуле:

α_н.п=9,8+0,052∙ (t_n-t₀),

где : t_n и t₀ –соответственно температуры поверхности изоляционного слоя и окружающей среды, принимаем t_n=40⁰С и t₀=5⁰С;

λ_из-теплопроводность изоляционного материала, принимаем из минеральной ваты λ_из=0,065 Вт/(м∙К) [приложение Б].

α_н.п= 9,8+0,052∙ (40-5)=11,62 Вт/(м²·К);

(м·К)/Вт;

(м·К)/Вт;

R=0,074+2,18=2,254 (м·К)/Вт;

q=(165-25)/2,254=62,11 Bт/м;

Ф=62,11∙70∙1,2=5217,24Вт.

Линейная плотность теплового потока q сравнивается с нормативными [приложение В] и при условии q≤ q_н Bт/м, принята изоляция и её толщина удовлетворяют требованиям, т.е. расчет выполнен правильно.