Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность жизнедеятельности. Практикум-1
.pdf
где Tэ – температура экрана, К;
пр
иэ
1
,
11
1
e=
+-
ee
– температура излучающей поверхности источника, К;
T
и
– среднее значение температуры воздуха в рабочей
T
в
зоне, К.
e
– приведенная степень черноты системы «излучающая
пр
поверхность – экран», определяемая по формуле
, eэ – степень черноты излучающей поверхности источ-
где e
и
(4.6)
ника и экрана соответственно (прил. 4.1 [4]).
Формула (4.5) применима при условии, что T
> Tэ > Tв
и
(температуры излучающей поверхности источника и экрана
выше температур окружающих поверхностей оборудования,
строительных конструкций и температуры воздуха), т.е.
поступление тепла на экран извне мало и им можно пренебречь.
Пример 4.1
Теплоотражающий экран установлен у стенки печи, выполненной из шамотного кирпича. Температура стенки печи
600 К. Проверить, соответствует ли температура экрана (из
полированного алюминия) требованиям санитарных норм.
При расчетах учесть, что температура воздуха в цехе 25 °С.
Решение
1. Определим приведенную степень черноты системы
«излучающая поверхность – экран» по формуле (4.6), предварительно выбрав по прил. 4.1 значения степени черноты
материалов стенки печи и экрана. Для стенки печи из шамотного кирпича e
пазона 0,59…0,85) и e
= 0,72 (выбрано среднее значение из диа-
и
= 0,051 для экрана из полированного
э
алюминия (среднее значение для диапазона 0,04…0,062),
тогда
81
пр
1
0,05.
11
1
0,72 0,051
e= =
+-
2. Рассчитаем температуру экрана по формуле (4.5)
=⋅=
с учетом температуры воздуха, выраженной в кельвинах,
= 25 + 273 = 298 К:
T
в
44
600 2.98
0,05
⋅+
4
100 342
э
100 100
+
1 0, 05
КT
3. Сравним полученную температуру с нормативной, переведя кельвины в градусы Цельсия: T
= 342 – 273 = 69 °С.
э
В соответствии с [2] температура экрана не должна превышать 45 °С. Требование не выполнено.
Вывод. Экран из полированного алюминия не обеспечи-
вает выполнение санитарных норм. При нормативном значении температуры поверхности в 45 °С рассчитанная температура экрана составляет 69 °С.
Задача 4.1
Теплоотражающий экран установлен у стенки печи. Проверить, соответствует ли температура экрана требованиям санитарных норм.
Варианты исходных данных представлены в табл. 4.2.
4.1.3. Расчет теплопоглощающих экранов
Теплопоглощающие экраны изготавливают из материалов с большим тепловым сопротивлением. В качестве таких
экранов используют металлические заслонки и щиты, футерованные огнеупорным или теплоизоляционным кирпичом,
асбестовые щиты на металлической раме, сетке или листе
и другие теплоизоляционные конструкции.
82
Таблица 4.2
Исходные данные к задаче 4.1
в рабочей зоне, °С
Температура воздуха
Материал экрана
Температура
стенки печи, К
Материал стенки печи
Номер
варианта
1 Магнезитовый кирпич 570 Жесть белая старая 25
2 Динасовый кирпич 460 Железо свежеобработанное наждаком 27
3 Каолин 350 Чугун полированный 26
4 Кирпич силикатный 370 Железо оцинкованное блестящее 35
5 Кирпич огнеупорный 350 Алюминий шероховатый 28
6 Шамотный кирпич 370 Жесть белая старая 35
7 Динасовый кирпич 350 Чугун полированный 26
8 Магнезитовый кирпич 385 Железо оцинкованное блестящее 27
83
9 Каолин 510 Железо оцинкованное окисленное 25
10 Кагнезитовый кирпич 450 Железо окисленное гладкое 35
11 Кирпич силикатный 350 Жесть белая старая 29
12 Шамотный кирпич 370 Чугун полированный 25
13 Кирпич огнеупорный 625 Чугун полированный 28
14 Кирпич силикатный 650 Чугун полированный 35
15 Магнезитовый кирпич 350 Железо полированное 26
16 Кирпич огнеупорный 370 Сталь листовая шлифованная 29
17 Динасовый кирпич 480 Сталь листовая шлифованная 28
18 Шамотный кирпич 550 Железо оцинкованное блестящее 25
19 Кирпич силикатный 350 Железо оцинкованное окисленное 33
20 Каолин 340 Сталь листовая шлифованная 35
Окончание табл. 4.2
в рабочей зоне, °С
Температура воздуха
Материал экрана
Температура
стенки печи, К
Материал стенки печи
Номер
варианта
21 Динасовый кирпич 630 Алюминий шероховатый 26
22 Шамотный кирпич 520 Железо оцинкованное окисленное 28
23 Кирпич силикатный 420 Сталь листовая шлифованная 33
24 Магнезитовый кирпич 370 Чугун полированный 25
25 Каолин 350 Алюминий сильно окисленный 29
26 Магнезитовый кирпич 350 Полированный алюминий 24
27 Динасовый кирпич 370 Железо оцинкованное блестящее 25
28 Каолин 435 Чугун окисленный 26
29 Кирпич силикатный 395 Чугун окисленный 27
84
30 Шамотный кирпич 650 Алюминий шероховатый 28
31 Магнезитовый кирпич 340 Сталь листовая шлифованная 29
32 Динасовый кирпич 625 Полированный алюминий 30
33 Каолин 370 Железо оцинкованное блестящее 31
34 Кирпич силикатный 350 Железо полированное 32
35 Кирпич огнеупорный 460 Железо свежеобработанное наждаком 33
Теплопоглощающие экраны можно применять в условиях
Шамот
Ультра-
всн
,R RRR
S
=++
интенсивных тепловых излучений, высоких температур, механических ударов и запыленной среды.
В качестве примера расчета теплопоглощающего экрана рассмотрим двухслойную стенку нагревательной печи
(рис. 4.1), в которой огнеупорная футеровка (внутренний
слой) выполнена из шамотного кирпича, а наружный (теплоизоляционный) слой – из каолинового ультралегковеса. Расчет сводится к определению толщины теплоизоляционного
слоя d
, м.
2
q
T
раб
T
вн
легковес
пр оп
Рабочее пространство
печи
Рис. 4.1. График изменения температуры стенки
δ
1
нагревательной печи
δ
2
Рабочая зона
T
н
T
в
Плотность теплового потока, пропущенного в рабочую
зону, q
, Вт / м2, определяется в зависимости от величины
проп
суммарного теплового сопротивления и с учетом нормируемого значения температуры наружной поверхности стенки
печи T
, К, которая согласно требованиям [3] не должна пре-
н
вышать значений, приведенных в табл. 4.1.
Суммарное тепловое сопротивление R
, м2 ⋅ К / Вт, можно
S
определить по формуле
– сопротивление тепловосприятию внутренней поверх-
где R
в
ности стенки печи, м
2
⋅ К / Вт;
(4.7)
85
Rс – тепловое сопротивление стенки печи, м2 ⋅ К / Вт;
внн нв
T T TT
q qq
--
= ++
44
нв
2,
TT
12
12
12
сс с
,RR R
dd
=+=+
ll
– сопротивление теплоотдаче наружной поверхности
R
н
стенки печи, м
2
⋅ К / Вт.
Считая процесс передачи тепла через стенку печи стационарным, суммарное тепловое сопротивление R
, м2 ⋅ К / Вт,
S
можно выразить следующим образом:
TT
-
вн раб
R
S
проп проп проп
,
(4.8)
где q
– плотность теплового потока излучения, пропущен-
проп
ного в рабочую зону (от наружной поверхности стены печи),
2
Вт / м
T
T
T
T
;
– температура внутренней поверхности стенки печи, К;
вн
– температура рабочего пространства печи, К;
раб
– температура наружной поверхности стенки печи, К;
н
– температура воздуха рабочей зоны, К.
в
При температуре наружной поверхности стенки печи
40...55 °С (нормативное значение) можно принять допущение, что доли теплоотдачи излучением и конвекцией примерно равны. В этом случае плотность теплового потока излучения, пропущенного в рабочую зону, q
= 5,67 Вт / (м2 ⋅ К4) – константа излучения АЧТ.
где С
0
qC
=⋅⋅ -
проп
0
100 100
, Вт / м2, составит
проп
(4.9)
Тепловое сопротивление двухслойной стенки печи R
2
⋅ К / Вт, можно выразить так:
м
,
с
86
(4.10)
где R
12
12
вн н
проп
,
TT
q
dd -
+=
ll
-d
с
1
и R
– тепловое сопротивление соответственно внутрен-
с
2
него (огнеупорная футеровка шамотом) и наружного (те-
2
плоизоляция из легковеса) слоев стенки печи, м
и d2 – толщина соответственно внутреннего (шамот) и
d
1
⋅ К / Вт;
наружного (легковес) слоев стенки печи, м;
и l2 – коэффициент теплопроводности соответственно
l
1
материала внутреннего (шамот) и наружного (легковес)
слоев стенки печи, Вт / (м ⋅ К); значения коэффициентов
теплопроводности некоторых материалов можно опреде-
лить по табл. 4.3.
Таблица 4.3
Значения коэффициента теплопроводности наиболее часто
применяемых материалов
Огнеупорный
материал
Динас 0,815 + 0,00067 ⋅ T
Шамот 0,75 + 0,00064 ⋅ TвнПенодиатоми-
Каолин плотный 1,75 + 0,00086 ⋅ TвнАсбестовый
Высокоглиноземистый кирпич
Магнезит 6,28 – 0,0027 ⋅ TвнУльтралегковес 0,19 + 0,00012 ⋅ T
Огнеупорный
бетон
, Вт / (м ⋅ К)
l
1
0,84 + 0,00058 ⋅ TвнПеношамот 0,28 + 0,00023 ⋅ T
0,4 + 0,0001 ⋅ TвнПенобетон 0,098 + 0,000145 ⋅ T
Изоляционный
материал
Шамот-легковес 0,1116 + 0,00016 ⋅ T
вн
товый кирпич
картон
l2, Вт / (м ⋅ К)
0,078 + 0,000314 ⋅ T
0,157 + 0,00014 ⋅ T
Принимая в формуле (4.8) равенство температур Tвн = T
из формул (4.8) и (4.10) получаем соотношение
(4.11)
откуда
TT
d=l⋅ -
22
вн н
q
проп
1
.
(4.12)
l
1
раб
н
н
н
н
н
н
,
87
Толщину теплоизоляционного слоя необходимо увеличи-
В полкирпича
В один кирпич
В полтора
В два кирпича
250
510
380
вать до ближайшего значения, кратного стандартным размерам (для кирпича 250×120×65 мм, для блоков 100, 120, 150,
200, 300, 400, 500 и 600 мм). На рис. 4.2 показаны примеры
кладок из кирпича. Блоки укладывают аналогичным образом.
120 мм
120
250 мм
65
кирпича 380 мм
250 120 250 25 0
510 мм
65
Рис. 4.2. Виды кладок из кирпича
Пример 4.2
Подобрать кирпичную кладку теплоизоляционного слоя
(шамот-легковес) нагревательной печи и определить его толщину, если огнеупорная футеровка печи из шамота имеет
толщину 0,25 м. Температура внутренней поверхности стенки печи составляет 1073 К. В расчетах учесть, что при наличии тепловых излучений (для категории выполняемых работ
II б на непостоянных рабочих местах) температура воздуха
рабочей зоны должна быть не выше 27 °С (300 К).
Решение
1. В зависимости от заданной температуры внутренней
поверхности стенки печи T
= 1073 – 273 = 800 °С устанавли-
вн
ваем нормативное значение температуры поверхности теплоизоляции печи по табл. 4.1. Наружная температура поверхности стенки печи не должна превышать 55 °С (температура
содержащихся внутри оборудования веществ свыше 500 °С).
Таким образом, T
= 55 + 273 = 328 К.
н
2. В соответствии с табл. 4.3 рассчитаем коэффициенты
теплопроводности огнеупорной футеровки печи l
88
, Вт / (м ⋅ К),
1
и материала теплоизоляции l2, Вт / (м ⋅ К), при соответствую-
( )
1
0,75 0,00064 1 ;073 1,44
Вт м К
l= = ⋅+⋅
( )
2
0,1116 0,00016 328 0,16 .
Вт м К
l= + ⋅⋅=
4
2
4
проп
328 300
.2 5, 6 7 393, 9 9
100 100
Вт м
q
= ⋅ ⋅ - =
2
1073 328 0,25
0,16 0,27 .
393,99 1,44
м
-
d= ⋅ - =
щих температурах:
• коэффициент теплопроводности огнеупорной футеров-
ки из шамота при T
= 1073 К составит
вн
• коэффициент теплопроводности теплоизоляции из ша-
мота-легковеса при T
= 328 К составит
н
3. По формуле (4.9), учитывая температуру воздуха в по-
мещении T
= 27 + 273 = 300 К, определим плотность теплово-
в
го потока излучения, пропущенного в рабочую зону:
4. По формуле (4.12) рассчитаем толщину теплоизоляци-
онного слоя печи:
5. С учетом стандартных размеров кирпича 250×120×65 мм3,
выберем кладку в полтора кирпича. Конечная толщина теплоизоляционного слоя печи при этом составит 0,38 м или 380 мм
(250 мм – размер кирпича, 120 мм – размер половины кирпича, и 10 мм на раствор).
Вывод. Толщина теплоизоляционного слоя из шамоталегковеса составит 380 мм, кладку необходимо выполнить в
полтора кирпича. При такой толщине будут обеспечены требования по температуре наружной поверхности оборудования и температуре воздуха рабочей зоны.
89
Задача 4.2
Определить толщину теплоизоляционного слоя нагревательной печи и подобрать кладку теплоизоляционного слоя
(кирпич или блок). В расчетах учесть, что при наличии тепловых излучений (для категории выполняемых работ IIб
на непостоянных рабочих местах) температура воздуха рабочей зоны должна быть не выше 27 °С (300 К).
Варианты исходных данных представлены в табл. 4.4.
Таблица 4.4
Исходные данные к задаче 4.2
Номер
вари-
анта
Материал
огнеупорной
футеровки
печи
1 Динас 893 0,25 Пенодиатомитовый кирпич
2 Магнезит 873 0,12 Пенобетон (блок)
3 Каолин 883 0,25 Пеношамот (блок)
4 Огнеупор-
ный бетон
5 Шамот 1153 0,12 Пенобетон (блок)
6 Каолин 1073 0,12 Пенобетон (блок)
7 Магнезит 900 0,25 Пеношамот (блок)
8 Шамот 823 0,25 Ультралегковес (кирпич)
9 Динас 873 0,12 Шамот-легковес (кирпич)
10 Огнеупорный
бетон
11 Динас 1200 0,25 Пенодиатомитовый кирпич
12 Каолин 940 0,12 Ультралегковес (кирпич)
13 Шамот 1123 0,25 Пенобетон (блок)
14 Огнеупор-
ный бетон
15 Магнезит 973 0,12 Пеношамот (блок)
16 Шамот 950 0,25 Пенодиатомитовый кирпич
17 Магнезит 1173 0,25 Ультралегковес (кирпич)
18 Огнеупорный
бетон
Температура
внутренней
поверхности
стенки печи
, К
T
вн
1273 0,25 Ультралегковес (кирпич)
1173 0,25 Пеношамот (блок)
1273 0,12 Ультралегковес (кирпич)
973 0,12 Пенодиатомитовый кирпич
Толщина
огнеупорной
футеровки
d
, м
1
Материал и вид теплоизо-
ляции печи
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]