Тема № 2
2. Ремонт изоляции и обмуровки
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Тепловая изоляция энергетического оборудования и трубопроводов способствует экономии топлива, а также поддерживает необходимый температурный режим в изолируемых системах и нормальные санитарно-гигиенические условия труда в производственных помещениях.
Для тепловой изоляции трубопроводовприменяют пять основных видов теплоизоляционных конструкций:
а) из сборных элементов, состоящих из теплоизоляционных скорлуп, цилиндров и сегментов с покрывным слоем;
б) из штучных пористо-зернистых и пористо-волокнистых изделий, скорлуп, сегментов и цилиндров;
в) из рулонных пористо-волокнистых материалов – шнуров, полос и матов;
г) из мастичных теплоизоляционных масс, выполняемых напылением.
д) из засыпных волокнистых, порошкообразных и зернистых материалов, укладываемых путем набивки;
Тепловая изоляция может полностью отвечать своему назначению только при условии правильного ее выбора и расчета.
Далее приводятся расчетные формулы, наиболее часто применяющиеся при проектировании тепловой изоляции.
Удельная потеря тепла для цилиндрической изолированной стенки
,
где (2.1)
–
коэффициент теплоотдачи от внутренней
среды к стенке, Вт/(м2 · ºС);
–
внутренний диаметр цилиндрической
стенки, м;
–
наружный диаметр трубопровода, м;
–
диаметр трубопровода с основным
теплоизоляционным слоем, м;
–
диаметр трубопровода с основным и
покровным теплоизоляционными слоями,
м;
–
коэффициент теплопроводности основного
теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·ºС)
(табл. 2.4);
–
коэффициент теплопроводности покровного
теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·ºС)
(табл. 2.1);
–
коэффициент теплоотдачи от поверхности
изоляции в окружающий воздух (принять
равным 10), Вт/(м2 · ºС));
–
сопротивление от теплоносителя к
цилиндрической стенке, м ∙ ºС/Вт (в
расчетах пренебрегаем).
Общая потеря тепла трубопроводом выражается формулой
,
где (2.2)
– коэффициент, учитывающий дополнительные
потери тепла через опоры трубопровода,
определяется по табл. 2.5;
–
сумма длин трубопровода, эквивалентная
по теплопотере вентилю или задвижке
(по табл. 2.3).
Температура на поверхности изоляции определяется по формуле:
, где (2.3)
Для определения толщины однослойной изоляции цилиндрических поверхностей используются следующие зависимости:
,
где (2.4)
tТ
– температура теплоносителя,
ºС;t0
– температура окружающей среды,
ºС;
–
коэффициент теплоотдачи от поверхности
изоляции в окружающий воздух, Вт/(м2
·ºС);
– наружный диаметр трубопровода, м;
–
сопротивление теплоотдаче от поверхности
изоляции в окружающий воздух для
цилиндрических объектов, м ∙ ºС/Вт (по
табл. 2.7).
Отношение
определяется из формул:
(2.5)
После определения
толщина изоляции определяется:
(2.6)
Толщина изоляции при заданной температуре на ее поверхности, для цилиндрических поверхностей, определяется по формуле:
(2.7) Обычно
изоляция паропроводов рассчитывается,
исходя из заданных норм тепловых потерь.
Однако могут быть случаи, когда для
перегретого пара задается падение его
температуры по длине паропровода, а для
насыщенного пара – количество конденсата.
Толщину изоляционного слоя, в этих случаях определяют по формуле:
,
где (2.8)
– средняя температура пара на расчетном
участке, ºС;G– расход
пара, кг/ч;
–
расчетная длина паропровода, кг/ч;
и
– соответственно энтальпии при начальной
и конечной температурах пара, (Вт ·
ч)/кг;
–
сопротивление от теплоносителя к
цилиндрической стенке, м ∙ ºС/Вт (в
расчетах пренебрегаем).
Таблица 2.1
Коэффициент теплопроводности штукатурного слоя
|
Состав штукатурного слоя |
Объемная масса, кг/м3 |
Коэффициент теплопроводности при tСР= 50ºС, Вт/(м∙ºС) |
|
Асбозуритовый |
800 |
0,23 |
|
Асбозуритоцементный и гипсовый |
900 – 1000 |
0,3 |
|
Асбоцементный |
1700 |
0,38 |
Таблица 2.2
Таблица средних температур изоляционного слоя
|
Температура окружающего воздуха, ºC |
Температура теплоносителя, ºC | ||||||||
|
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
500 | |
|
25 |
70 |
95 |
125 |
150 |
175 |
205 |
230 |
255 |
280 |
|
15 |
65 |
90 |
120 |
145 |
170 |
200 |
225 |
250 |
275 |
|
0 |
60 |
80 |
110 |
135 |
160 |
190 |
215 |
240 |
270 |
|
– 15 |
55 |
75 |
105 |
130 |
155 |
185 |
210 |
235 |
265 |
|
– 30 |
45 |
65 |
95 |
120 |
145 |
175 |
200 |
225 |
255 |
Таблица 2.3
Длина трубопровода, эквивалентная по теплопотере вентилю или задвижке
|
Диаметр трубопровода, мм |
В закрытых помещениях при температуре теплоносителя, ºC |
Вне помещений при температуре теплоносителя, ºC | ||
|
100 |
400 |
100 |
400 | |
|
100 |
2,5 |
5 |
4,5 |
6 |
|
500 |
3 |
7,5 |
6 |
8,5 |
Таблица 2.4
Расчетные значения коэффициентов теплопроводности
теплоизоляционных конструкций (без штукатурного слоя)
|
Наименование материала изоляционного слоя |
Объемная масса изоляционного слоя, кг/м3 |
Максимальная температура применения, ºС |
Коэффициент теплопроводности в зависимости от средней температуры , Вт/(м ∙ ºС) |
|
Альфоль гофрированный |
20 – 40 |
350 |
0,059 + 0,00025 tСР |
|
Альфоль гладкий |
20 – 40 |
350 |
0,053 + 0,00022 tСР |
|
Асбестовый матрац, заполненный совелитом |
280 |
450 |
0,087 + 0,00012 tСР |
|
Асбестовый матрац, заполненный стекловолокном |
200 |
450 |
0,058 + 0,00023 tСР |
|
Асботкань в несколько слоев |
500 – 600 |
С хлопком 200ºС без хлопка 450ºС |
0,13 + 0,00026 tСР |
|
Асбестовый шнур |
750 – 900 |
450 |
0,12 + 0,00031 tСР |
Продолжение табл. 2.4
|
Наименование материала изоляционного слоя |
Объемная масса изоляционного слоя, кг/м3 |
Максимальная температура применения, ºС |
Коэффициент теплопроводности в зависимости от средней температуры , Вт/(м ∙ ºС) |
|
Асбопухшнур |
450 – 550 |
220 |
0,093 + 0,00020 tСР |
|
Асбозурит мастичный марки 600 |
600 |
900 |
0,16 + 0,00018 tСР |
|
Асботермит мастичный |
570 |
500 |
0,13 + 0,00017 tСР |
|
Асбовермикулитовые изделия марки 250 |
250 |
600 |
0,081 + 0,00023 tСР |
|
То же марки 300 |
300 |
600 |
0,087 + 0,00023 tСР |
|
Вермикулит вспученный в засыпке |
230 |
900 |
0,07 + 0,00023 tСР |
|
Войлок строительный |
200 |
100 |
0,044 + 0,00021 tСР |
|
Войлок отеплительный |
100 |
100 |
0,052 + 0,00020 tСР |
|
Вулканитовые изделия |
350 |
600 |
0,078 + 0,000185 tСР |
|
То же |
400 |
600 |
0,081 + 0,000185 tСР |
|
Диатомитовые теплоизоляционные изделия марки Д-500 |
500 |
900 |
0,116 + 0,00023 tСР |
|
То же марки Д-600 |
600 |
900 |
0,14 + 0,00023 tСР |
|
Жгут стеклянный ЖСТ– 30 |
130 |
450 |
0,037 + 0,00026 tСР |
|
Известково-кремнезистые изделия |
225 |
600 |
0,068 + 0,00015 tСР |
|
Маты минераловатные прошивные марки 100 |
130 |
Безобкладочные и на металлич. сетке 600ºС, на стеклоткани 450ºС |
0,045 + 0,00020 tСР |
|
То же марки 150 |
200 |
0,0535 + 0,000185 tСР | |
|
Маты минераловатные на синтетическом связующем марки 75 |
115 |
400 |
0,043 + 0,00022 tСР |
|
Маты и полосы из непрерывного стекловолокна прошивные |
200 |
450 |
0,04 + 0,00026 tСР |
|
Маты стекловатные на синтетическом связующем марки 50 |
80 |
180 |
0,042 + 0,00035 tСР |
|
Маты прошивные теплозвукоизоляционные огнестойкие из базальтового супертонкого волокна (БСТВ) в обкладке из стеклоткани с одной стороны |
80 |
700 |
0,037 |
|
Ньювель мастичный |
370 |
350 |
0,077 + 0,000105 tСР |
|
Пенодиатомовые изделия марки П-350 |
350 |
850 |
0,081 + 0,00023 tСР |
|
То же марки П-400 |
400 |
850 |
0,093 + 0,00023 tСР |
Продолжение табл. 2.4
|
Наименование материала изоляционного слоя |
Объемная масса изоляционного слоя, кг/м3 |
Максимальная температура применения, ºС |
Коэффициент теплопроводности в зависимости от средней температуры , Вт/(м ∙ ºС) |
|
Пенобетонные изделия |
400 |
400 |
0,11 + 0,00030 tСР |
|
То же |
500 |
400 |
0,127 + 0,00030 tСР |
|
Пеношамотные изделия |
950 |
1350 |
0,28 + 0,00023 tСР |
|
Пенопласт ФРП-I |
40 – 60 |
130 |
0,033 + 0,00021 tСР |
|
Перлит вспученный в засыпке (песок марки 150) |
180 |
900 |
0,058 + 0,000115 tСР |
|
Перлитоцементные изделия марки 300 |
300 |
600 |
0,076 + 0,000185 tСР |
|
То же марки 350 |
350 |
600 |
0,082 + 0,000185 tСР |
|
Перлитокерамические изделия марки 250 |
250 |
800 |
0,07 + 0,000185 tСР |
|
То же марки 300 |
300 |
800 |
0,076 + 0,000185 tСР |
|
Плиты минераловатные на cинтетическом связующем мягкие марки 75 |
115 |
400 |
0,043 + 0,00022 tСР |
|
То же полужесткие марки 100 |
120 |
400 |
0,044 + 0,00021 tСР |
|
То же марки 125 |
150 |
400 |
0,047 + 0,000185 tСР |
|
Плиты минераловатные на крахмальной связке |
230 |
400 |
0,056 + 0,000185 tСР |
|
Плиты стекловатные полужесткие на синтетическом связующем марки 50 |
60 |
90 |
0,042 + 0,00035 tСР |
|
То же марки 75 |
90 |
180 |
0,044 + 0,00023 tСР |
|
Полуцилиндры теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем марки 150 |
150 |
300 |
0,049 + 0,00020 tСР |
|
То же марки 200 |
200 |
300 |
0,052 + 0,000185 tСР |
|
Совелитовые изделия марки 350 |
350 |
500 |
0,076 + 0,000185 tСР |
|
То же марки 400 |
400 |
500 |
0,078 + 0,000185 tСР |
|
Совелит мастичный |
500 |
500 |
0,099 + 0,000105 tСР |
|
Скорлупы минераловатные, офактуренные штукатурным раствором |
300 |
600 |
0,069 + 0,00019 tСР |
|
Торфоплиты, сегменты, скорлупы |
275 |
100 |
0,064 + 0,00015 tСР |
|
То же |
350 |
100 |
0,076 + 0,00015 tСР |
Продолжение табл. 2.4
|
Наименование материала изоляционного слоя |
Объемная масса изоляционного слоя, кг/м3 |
Максимальная температура применения, ºС |
Коэффициент теплопроводности в зависимости от средней температуры , Вт/(м ∙ ºС) |
|
Цилиндры теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем марки 150 |
150 |
300 |
0,049 + 0,00020 tСР |
|
То же марки 200 |
200 |
300 |
0,052 + 0,000185 tСР |
|
То же марки 250 |
250 |
300 |
0,056 + 0,000185 tСР |
|
Шнур теплоизоляционный из минеральной ваты марки 200 |
200 |
В зависимости от материала оболочки от 150ºС до 600ºС |
0,056 + 0,000185 tСР |
|
То же марки 250 |
250 |
0,058 + 0,000185 tСР | |
|
То же марки 300 |
300 |
0,061 + 0,000185 tСР |
Таблица 2.5
Коэффициент КП, учитывающий теплопотери через опоры трубопроводов
|
Крепление трубопроводов |
Место нахождения трубопровода | |
|
Внутри помещений |
Вне помещений | |
|
На подвесках |
1,1 |
1,15 |
|
На опорах |
1,15 |
1,25 |
Таблица 2.6
Значения коэффициентов теплоотдачи Н, Вт/(м2 ∙ С)
|
Изолированный объект |
В закрытом помещении |
На открытом воздухе при скорости ветра, м/с | |||
|
покрытия с малым коэффициентом излучения |
покрытия с высоким коэффициентом излучения |
5 |
10 |
15 | |
|
Горизонтальные трубопроводы |
6 |
10 |
20 |
25 |
35 |
|
Вертикальные трубопроводы, оборудование, плоская стенка |
7 |
11 |
25 |
35 |
50 |
Таблица 2.7
Ориентировочные значения RlnиRn, м ∙ ºС/Вт
|
Условный диаметр трубы |
Внутри помещений |
На открытом воздухе | |||||||
|
Для поверхностей с малым коэффициентом излучения |
Для поверхностей с высоким коэффициентом излучения | ||||||||
|
при температуре теплоносителя, ºC | |||||||||
|
100 |
300 |
500 |
100 |
300 |
500 |
100 |
300 |
500 | |
|
32 |
0,50 |
0,35 |
0,30 |
0,33 |
0,22 |
0,17 |
0,12 |
0,09 |
0,07 |
|
40 |
0,45 |
0,30 |
0,25 |
0,29 |
0,20 |
0,15 |
0,10 |
0,07 |
0,05 |
|
50 |
0,40 |
0,25 |
0,20 |
0,25 |
0,17 |
0,13 |
0,09 |
0,06 |
0,04 |
|
100 |
0,25 |
0,19 |
0,15 |
0,15 |
0,11 |
0,10 |
0,07 |
0,05 |
0,04 |
|
125 |
0,21 |
0,17 |
0,13 |
0,13 |
0,10 |
0,09 |
0,05 |
0,04 |
0,03 |
|
150 |
0,18 |
0,15 |
0,11 |
0,12 |
0,09 |
0,08 |
0,05 |
0,04 |
0,03 |
|
200 |
0,16 |
0,13 |
0,10 |
0,10 |
0,08 |
0,07 |
0,04 |
0,03 |
0,03 |
|
250 |
0,13 |
0,10 |
0,09 |
0,09 |
0,07 |
0,06 |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
|
300 |
0,11 |
0,09 |
0,08 |
0,08 |
0,07 |
0,06 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
|
350 |
0,10 |
0,08 |
0,07 |
0,07 |
0,06 |
0,05 |
0,03 |
0,02 |
0,02 |
|
400 |
0,09 |
0,07 |
0,06 |
0,06 |
0,05 |
0,04 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
|
500 |
0,075 |
0,065 |
0,06 |
0,05 |
0,045 |
0,04 |
0,03 |
0,02 |
0,016 |
|
600 |
0,062 |
0,055 |
0,05 |
0,043 |
0,038 |
0,035 |
0,017 |
0,015 |
0,014 |
|
700 |
0,055 |
0,051 |
0,045 |
0,038 |
0,035 |
0,032 |
0,015 |
0,013 |
0,012 |
|
800 |
0,048 |
0,045 |
0,042 |
0,034 |
0l031 |
0,029 |
0,013 |
0,012 |
0,011 |
|
900 |
0,044 |
0,041 |
0,038 |
0,031 |
0,028 |
0,026 |
0,012 |
0,011 |
0,010 |
|
1000 |
0,040 |
0,037 |
0,034 |
0,028 |
0,026 |
0,024 |
0,011 |
0,010 |
0,009 |
|
2000 |
0,022 |
0,020 |
0,017 |
0,015 |
0,014 |
0,013 |
0,006 |
0,006 |
0,005 |
|
Плоская поверхность |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,09 |
0,09 |
0,09 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
Таблица 2.8
Расчетные значения коэффициента теплоотдачи Н от поверхности
изоляции в окружающий воздух, Вт/(м2 ∙ ºС)
|
Изолированный объект |
Поверхности с малым коэффициентом излучения (расчетное значение С = 1,7 Вт/(м2 ∙ К4)) |
Поверхности с высоким коэффициентом излучения (расчетное значение С = 5,2 Вт/(м2 ∙ К4)) | |||||||
|
Перепады температур tП – t0, ºС | |||||||||
|
10 |
20 |
30 |
40 |
10 |
20 |
30 |
40 | ||
|
Горизонтальные трубопроводы диаметром (с изоляцией), мм |
100 |
6,1 |
7,0 |
7,7 |
8,2 |
9,8 |
10,9 |
11,8 |
12,5 |
|
120 |
5,9 |
6,8 |
7,5 |
8,0 |
9,6 |
10,7 |
11,6 |
12,2 | |
|
140 |
5,8 |
6,6 |
7,2 |
7,8 |
9,5 |
10,5 |
11,3 |
12,1 | |
|
160 |
5,7 |
6,5 |
7,1 |
7,7 |
9,4 |
10,4 |
11,2 |
12,0 | |
|
180 |
5,5 |
6,4 |
7,1 |
7,7 |
9,3 |
10,3 |
11,2 |
12,0 | |
|
200 и более |
5,4 |
6,4 |
7,1 |
7,7 |
9,2 |
10,3 |
11,2 |
12,0 | |
Продолжение табл. 2.8
|
Изолированный объект |
Поверхности с малым коэффициентом излучения (расчетное значение С = 1,7 Вт/(м2 ∙ К4)) |
Поверхности с высоким коэффициентом излучения (расчетное значение С = 5,2 Вт/(м2 ∙ К4)) | ||||||
|
Перепады температур tП – t0, ºС | ||||||||
|
10 |
20 |
30 |
40 |
10 |
20 |
30 |
40 | |
|
Вертикальные трубопроводы и оборудование |
5,8 |
6,9 |
7,7 |
8,3 |
9,5 |
10,8 |
11,8 |
12,6 |
ЗАДАЧИ
1. Определить тепловые потери (удельные и общие) и температуру на поверхности изоляции паропровода насыщенного пара. Паропровод проходит внутри цеха, его диаметрdн, мм; температура параtп, ºC; длина паропроводаL, м; он имеет 2 задвижки, закреплен на опорах или на подвесках (в зависимости от варианта). Расчет сделать для трубопровода с изоляционной конструкцией 2-х типов:
1) минераловатные прошивные маты на сетке марки М....
2) известково-кремнеземистые скорлупы.
Изоляционная конструкция покрывается асбозуритовым штукатурным слоем. Толщина основного изоляционного слоя…мм, толщина покровного слоя…мм (по вариантам). Сделать вывод о теплопотерях при использовании разных изоляций.
2. Определить толщину изоляции паропровода насыщенного пара, расположенного вне помещения, на эстакаде. Диаметр паропроводаdн,мм; температура параtп, ºC; длина паропроводаL, м; он имеет 2 задвижки, расчетная температура нар. воздухаt0, ºC; допускаемые тепловые потери паропроводаQ, Вт. Расчет сделать для трубопровода с изоляционной конструкцией 2-х типов:
1) совелитовые изделия марки М....
2) маты прошивные из базальтового супертонкого волокна в обкладке из стеклоткани.
Изоляционная конструкция покрывается асбестоцементной штукатуркой. Толщина покровного слоя ... мм (по вариантам).
Сделать вывод о теплопотерях при использовании разных изоляций.
3. Определить толщину изоляции корпуса дымососа с тем, чтобы температура на поверхности изоляции не превышала tп, ºС. Температура изолируемой стенки принимается равной температуре теплоносителяtт, ºC; температура окружающего воздухаt0, ºC; коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий воздух (Н ) принимать по таблице 2.8.tСР определяется как среднеарифметическое между tтиtп.
Расчет сделать для трубопровода с изоляционной конструкцией 2-х типов:
1) совелитовые изделия марки М....
2) минераловатные скорлупы
Изоляционная конструкция покрывается асбозуритовой штукатуркой. Толщина покровного слоя ... мм (по вариантам). Сделать вывод о теплопотерях при использовании разных изоляций.
4. Определить толщину изоляции из минераловатных матов марки М …. для паропровода перегретого пара, расположенного на эстакаде между ТЭЦ и технологическим объектом.Начальная температура параt´П, ºC; конечная температура пара должна быть не менееt´´П, ºC; начальное давление параp´, конечное –р´´, МПа; расход параG, т/ч; диаметр паропроводаdн, м; температура окружающего воздухаt0, ºC; температура на поверхности изоляцииtП, ºC. КоэффициентКП= 1,25 (учитывает теплопотери через трубопроводы).tСР определяется как среднеарифметическое между t´П иt´´П .ИЗнаходится с учетом суммыtСР иtП , деленное пополам. Расчет сделать для трубопровода с изоляционной конструкцией 2-х типов:
1) минераловатные маты марки Ми 2) маты прошивные из базальтового супертонкого волокна в обкладке из стеклоткани.
Сделать вывод о теплопотерях при использовании разных изоляций.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ
Назвать основные виды теплоизоляционных конструкций трубопроводов.
Назвать основные расчетные показатели, применяющиеся при проектировании тепловой изоляции.
В чем отличие предназначения тепловой изоляции трубопроводов от тепловой изоляции турбин?
Как проводится ремонт тепловой изоляции трубопроводов и турбин?