Деяки спеціальні випадки розрахунку теплової ізоляції Розрахунок ізоляції трубопроводів підземної прокладки.

Підземні трубопроводи прокладаються трьома способами: в проходних каналах (тонелях), в непрохідних каналах і без каналів. В першому випадку умови в котрих знаходиться ізольований трубопроводу по суті не відрізняється від умов звичайної так званої «повітряної» прокладки і розрахунок був наведений раніше.

Розрахунок ізоляції трубопроводів безканальної прокладки і трубопроводів прокладних в малопрогабаритних непрохідних каналах, має суттєві особливості.

Безканальна прокладка.

Вихідними даними для визначення товщини ізоляції одиночного трубопроводу безканальної прокладки є:

1. задана величина теплової втрати;

2. температура теплоносія;

3. зовнішній діаметр трубопроводу;

4. глибина закладення трубопроводу (від поверхні землі до осі труби;

5. характеристика грунту (вид грунту, вологість);

6. розрахункова температура грунту (природна) на глибині прокладки;

7. повний термічний опір R_ℓ по аналогії з раніше викладеним визначається з виразу:

R_ℓ = [м · год. · ^оС/ккал]

Величина R_ℓ в даному випадку є сумою термічного опору ізоляції R_ℓіз і термічного опору грунту R_ℓгр.. При цьому термічний опір грунту визначається за формулою

R_ℓгр.= ℓ_n [м · год. · ^оС/ккал]

де λ_гр – коефіцієнт теплопровідності грунту;

d_із – діаметр трубопровода в ізоляції;

h – глибина закладення трубопровода, м

Таким чином:

R_ℓ = R_із + R_гр. = ℓ_n + ℓ_n

Звідси

ℓ_n = 2 · π · λ_із(R_ℓ – R_ℓгр) = 2 · π · λ_із

Вирішення даного рівняння можливе лише методом послідовних наближень, задаючись в правій частині величиною d_із

Представимо вираз після деяких перетворень у наступному вигляді :

ℓ_n = ·

Вираз слугує для розрахунку товщина ізоляції одиночного трубопроводу безканальної прокладки. Товщина ізоляції визначається за формулами викладеними раніше.

Коефіцієнт теплопровідності грунту залежить від його виду і вологості. За відсутності відомостей про грунту, його коефіцієнт теплопровідності приймає рівним;

• для маловологих грунтів λ_гр. = 1

• для грунтів середньої вологості λ_гр. = 1,5

• для сильновологих грунтів λ_гр. = 2

При розрахунку ізоляції трубопроводів безканальної прокладки не можна не рахуватись з можливим зволоженням ізоляційного матеріалу за рахунок вологи грунту. Чим вище вологість грунту і нижче температура теплоносія, тим більше небезпека зволоження ізоляції наявність гідроізоляційного шару не завжди в змозі попередити це явище.

Оскільки зі зволоженням ізоляції збільшується її коефіцієнт теплопровідності розрахункові значення необхідно приймати підвищеними. Для ізоляційних матеріалів трубопроводів безканального прокладення необхідно орієнтовно приймати розрахункову вологість, рівною 10% (по об’єму). При такій вологості коефіцієнт теплопровідності матеріалу може виявитись більше значення, встановленого для сухого стану на 20÷200% (в залежності від роду матеріалу, його об’ємної ваги і температури). Для практичних розрахунків коефіцієнт теплопровідності ізоляційного шару як правило необхідно збільшувати в 1,5 рази. Однак при сприятливих умовах роботи ізоляції (відносно сухий грунт, відсутність переривів в роботі, висока температура теплоносія) достатньо прийняти запас 20%.

Визначення коефіцієнт теплопровідності ізоляційного шару значення t_ер може бути орієнтовно прийняте виходячи з температури на поверхні ізоляції :

t_n = 60 ÷ 70 ^оС

Визначення теплових втрат одиничним трубопроводом підземної безканальної прокладки при заданій ізоляції за формулою:

q_ℓ = = = ;

При багатотрубній прокладці розрахунок ізоляції значно ускладнюється в зв’язку з необхідністю врахувати. Взаємного виливу трубопроводів на їх теплові втрати, і виникає необхідність розв’язання системи n рівнянь.

Приймаючи однакову глибину закладення трубопроводів знаходимо для системи з двох труб, наступні вирази для визначення R_ℓ .

Для першого трубопроводу :

R_ℓІ = [м · год. · ^оС/ккал]

Для другого трубопроводу :

R_ℓІІ = [м · год. · ^оС/ккал]

до речі :

в – відстань між осями трубопроводів, м

Товщина ізоляційного шару для першого трубопроводу:

ℓ_n = ·

Для другого трубопроводу :

ℓ_n = ·

Для визначення теплової витрати кожного трубопроводу при двохтрубній прокладці застосовуються наступні формули для першого трубопроводу

q_ℓІ = [ккал/м · год]

Для другого трубопроводу :

q_ℓІІ = [ккал/м · год]

Знаходимо q_ℓI = 65 = 111 ккал/м · год.

q_ℓII = 42 = 61 ккал/м · год.

Приймаємо t_n = 60^оС, визначаємо коефіцієнт теплопровідності ізоляції, збільшуючи його на 20% з огляду можливого зволоження матеріалу.

λ_iз =(0,094 + 0,00026 )· 1,2 = 0,145 ккал/м · год. ^оС

Коефіцієнт теплопровідності ґрунту приймаємо рівним λ_гр = 1,0 ккал/м · год · ^оС

Знаходимо еквівалентний термічний опір, що враховує взаємний вплив труб.

R_o = ℓ_n =

= 0,159 ℓ_n 5,68 = 0,276 м · год. · ^оС/ ккал

ℓ_n = =

= 1,063(1,154-0,546) = 0,647

Товщину ізоляції визначаємо за формулою:

δ_iзІ = (1,91 – 1) = 0,72м ≈ 72мм

δ_iзІІ = (1,091 – 1) = 00075м ≈ 1,5мм

На підставі розрахунку приймаємо для подаючої труби товщину пінобетонних скорлуп рівною 70 мм зворотню. Трубу не ізолюємо.

Задача.

Визначити товщину ізоляції з пінобетонних скорлуп (γ = 400 кг/м³), для трубопроводу двохтрубних безканальної прокладки.

Діаметр трубопроводів складає d_зІ = d_зІІ = 159мм

Максимальна температура теплоносія (води) подаючої труби t_тІ = 150 ^оС

Зворотної труби t_тІІ = 70 ^оС

Глибина закладення труб һ = 1,4м

Відстань між трубами Β = 500мм

Труби вкладені у відносно сухий грунт розрахункова температура котрого складає t_гр. = 5 ^оС