Розрахунок зовнішню ізоляції високотемпературних об’єктів котрі мають внутрішню ізоляцію, або футеровку.

В практиці проектування теплової ізоляції нерідко трапляються випадки розрахунку зовнішньої ізоляції агрегатів, котрі мають внутрішню ізоляцію, або футеровку зазвичай у таких випадках основною умовою розрахунку є обмеження температури металевої стінки агрегату, розташованої між внутрішньою і зовнішньою і ізоляцією оскільки матеріал стінки звичайна вуглецева сталь, перегрів котрої сприяє її швидкому зношуванню.

При цьому термічний опір внутрішньої ізоляції часто буває відомий зарані (товщина і шар ізоляції), що сумісно з заданою температурою теплоносія визначає термічний опір зовнішньої ізоляції. Це також визначає температуру на зовнішній поверхні ізоляції котра може виявитись настільки високою, що може призвести до опіків обслуговуючого персоналу і до надзвичайно високих тепловиділеннях в приміщенні де розташований ізольований об’єкт, тому розрахунок зовнішньої і внутрішньої ізоляції необхідно виконувати сумісно. Як правило максимальна температура сталевої стінки між внутрішньою і зовнішньою ізоляцією допускається рівною 450^оС . В окремих випадках коли стінка несе додаткове навантаження, або сприймає удари і струси, максимальна температура може бути задана нижче 450^оС (звичайно не нижче 400^оС). Якщо зовнішня ізоляція розраховується сумісно з внутрішньою ізоляцією (або футеровкою), то може бути поставлена додаткова умова – обмеження температури на зовнішній поверхні зовнішньої ізоляції, або обмеження теплової витрати (у відповідності з нормами теплових втрат. Або виходячи з теплового балансу установки).

Якщо зовнішня ізоляція розраховується за умови заданої внутрішньої ізоляції, то після визначення товщини ізоляційного шару необхідно визначити при цьому температуру на зовнішній поверхні ізоляції.

При цьому можуть бути випадки, коли ще температура виявиться настільки високою що постане необхідним влаштування спеціального огородження, що запобігає опікам.

При розрахунку температура навколишнього повітря приймається найвищою. Що є найважчою умовою роботи ізоляції з точки зору додержання заданих температур металевої стінки і ізольованого об’єкта і поверхні ізоляції. Коефіцієнт тепловіддачі визначається для умов відкритою повітря (літній час і відсутність вітру).

При застосуванні в якості ізоляції готових виробів (цегла, блоки, плити), товщина ізоляційного шару визначається їх стандартною товщиною і може не співпадати з розрахунковою. При цьому необхідно враховувати що це розходження необхідно допускати за рахунок збільшення термічного опору внутрішньої ізоляції і зменшення термічного опору зовнішньої.

Якщо зовнішня і внутрішня ізоляція (або футеровка), розраховуються сумісно, вихідними даними для розрахунку є :

1. температура теплоносія;

2. розрахункова температура стінки ізольованого об’єкту (максимально допустима);

3. розрахункова температура зовнішнього повітря;

4. максимально допустима температура на поверхні ізоляції, або максимальна допустима теплова втрата;

5. розміри ізольованого об’єкта (діаметр, довжина, або висота для циліндричного об’єкта, довжина, ширина, і висота для об’єкту з плоскими поверхнями, площа що підлягає ізоляції для об’єктів складної форми.

Якщо розрахунок зовнішньої ізоляції виконується при зарані заданій внутрішній, вихідними даними є перераховані вище за виключеним зазначеного в параграфі 4.

Розрахунок ізоляції виконується для умов стаціонарного теплового режиму, при котрому температура стінки буде найбільшою. При цьому опір тепловіддачі від газового факелу (або іншого теплоносія) всередині ізольованого об’єкта до поверхні внутрішньої ізоляції (або футеровки), можна знехтувати. Це практично не відіб’ється на точності розрахунку, але суттєво його спростить.

Визначення товщини ізоляції при заданій температурі на її поверхні

По заданій температурі на поверхні поверхні ізоляції визначається у тому випадку коли ні вимоги теплових втрат ні міркування з економії тепла ні технологічні вимоги не мають значення. Теплова ізоляція потрібна лише як захід з убезпечення обслуговуючого персоналу від опіків від дотику до гарячих поверхонь. Зазвичай температура поверхні ізоляції що не викликає больових відчуттів при дотику приймається рівною 60 °С для оштукатурених поверхонь і 55°С для металевих.

В окремих випадках можуть бути задані і інші температури на поверхні ізоляції. Вихідними даними для розрахунку є:

• Температура теплоносія;

• Температура навколишнього повітря;

• Температура на поверхні ізоляції;

• Діаметр ізольованого об’єкту;

Розрахункові формули що враховують рівність теплового потоку котрий визначається через теплопровідність теплоізоляційного шару і через теплообмін поверхні ізоляції і навколишнього повітря.

Для плоских поверхонь і циліндричних поверхонь з діаметром 2 і більше метрів.

Для циліндричних поверхонь з діаметром менше 2 м.

Після визначення величини

-xlnx

Товщина ізоляції визначається за формулою

При визначенні товщини ізоляції з метою захисту обслуговуючого персоналу від опіків не обов’язкова висока точність оскільки різниця 2-3 °С на поверхні ізоляції не має практичного значення. Тому для визначення коефіцієнтів тепловіддачі достатньо застосувати наближені формули.

Для циліндричних поверхонь

α_з=8,1+0,045(t_п- t_о)

для плоских поверхонь

α_з=8,4+0,06(t_п- t_о)

Ці формули застосовуються для ізольованих об’єктів розташованих на відкритому повітрі, оскільки за відсутності вітру температура на поверхні буде найвищою. З цих самих міркувань температура навколишнього повітря приймається найвищою - літня.

Оскільки точність результатів розрахунку для спрощення розрахункових формул не враховується опір тепловіддачі від теплоносія до стінки трубопроводу.

Вплив термічного опору штукатурного покровного шару може бути враховано поправкою.

Таблиця 1

Поправки до розрахункової товщини ізоляції (мм) при наявності штукатурного шару

За наявності штукатурного шару знайдена товщина изоляційного шару зменшується на наступну величину
Штукатурний шар	Товщина мм	Коефіціент теплопровдності ізоляції ккал/м*год*°С
		0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16
Асбозуритовий товщиною	10	3	3	4	4	5	5	6	6	7	7	8
	15	4	5	6	7	8	8	9	10	10	11	12
	20	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Асбестоцементний	10	2	2	2	3	3	3	4	4	4	5	5
	15	3	3	4	4	5	5	6	6	6	7	7
	20	4	4	5	5	6	7	7	8	9	9	10

Приклад 1 Визначити товщину ізоляції корпусу димососу з тим щоб температура на поверхні ізоляції не перевищувала 60 °С (максимально допустима температура з точки зору захисту обслуговуючого персоналу від опіків). Температура ізольованої стінки приймається рівною температурі теплоносія. tт= 180 °С температура навколишнього повітря tт= 20 °С Димосос ізолюється мінераловатними матами з коефіцієнтом теплопровідності . Поверхня оштукатурена асбозуритовою штукатуркою товщиною 10 мм.

1. Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від поверхні в навколишнє повітря.

.

2. Визначаємо коефіцієнт теплопровідності теплової ізоляції враховуючи що середня температура теплової ізоляції складає.

3. Визначаємо товщину ізоляційного шару

4. Приймаємо товщину ізоляційного шару рівною 30 мм

Визначення товщини ізоляційного шару при заданій втраті тепла

Визначення товщини ізоляції при заданій втраті тепла є найрозповсюдженішим випадком розрахунку теплової ізоляції. Цей розрахунок може проводитись як самостійна дія виходячи з безпосередньо заданих або нормованих втрат тепла. І як завершальний етап більш складних розрахунків у результаті котрого визначається теплова втрата що задовольняє виробничо-технічним вимогам, обумовлена виробничо-технологічним режимом обладнання або іншими міркуваннями.

Вихідними даними для розрахунку є:

• Розташування ізольованого об’єкту і стан навколишнього повітря;

• Температура теплоносія;

• Температура навколишнього повітря;

• Розміри ізольованого об’єкту (діаметр і довжина або висота для циліндричного об’єкта, довжина ширина і висота або площа що підлягає ізоляції для об’єктів з плоскими поверхнями або об’єктів складної конфігурації)

• Розрахункові теплові втрати котрі можуть бути віднесені до одиниці довжини для циліндричних об’єктів q_l [ккал/м*год], до одиниці площі ізольованої криволінійної або плоскої поверхні q_l [ккал/м²*год] і нарешті до всього ізольованого об’єкту Q[ккал/год] В останньому випадку теплова втрата визначається з врахуванням додаткових теплових втрат через арматуру опори.

• Окрім вищепереліченого необхідно знати також коефіцієнт теплопровідності теплової ізоляції з врахуванням середньої температури теплової ізоляції

Приклад 2 Необхідно визначити питомі теплові втрати з одиниці довжини паропроводу котрий має довжину 217 м і на котрому розташовані 2 задвижки. Допустимі теплові втрати паропроводу складають Q= 60000 ккал/год. Паропровід розташований на відкритій місцевості. К_п-1,2

ккал/м*год