21. Тепловой расчёт теплопроводов. Выбор теплоизоляционных материалов конструкции

Целью теплового расчета является решение следующих задач:

- определение толщины тепловой изоляции;

- определение тепловых потерь теплопроводов;

- расчёт падения температуры теплоносителя вдоль теплопровода;

- расчет температурного поля вокруг теплопровода, т.е. определе­ние температур изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта.

21.1 Выбор теплоизоляционных материалов и конструкций

Основными требованиями, предъявляемыми к изоляционным мате­риалам, являются высокие теплоизоляционные свойства при низкой влагопоглащаемости, достаточная механическая прочность, возмож­ность механизации производства работ и малая стоимость.

Для теплоизоляционного слоя трубопроводов ( п.п. 2.3 - 2.16 [22] ) для всех способов прокладки, кроме бесканальной, применяем материалы и изделия с плотностью не более 400 кг/м³ и теплопроводностью не более 0,07 Вт/(м °С) прил, I и 2 [22]). Допускается применение асбестовых шнуров для изоляции трубопрово­дов условным проходом до 50 мм включительно.

При бесканальной прокладке применяем материалы с плотностью не более 600 кг/м³ и теплопроводностью не более 0,13 Вт/(м °С).

Конструкция тепловой изоляции трубопроводов при бесканальной прокладке должна обладать прочностью на сжатие не менее 0,4 МПа. Тепловую изоляцию трубопроводов, предназначенных для бесканальной прокладки, выполняем в заводских условиях.

Для изоляции фланцевых соединений, арматуры сальниковых и сильфонных компенсаторов и др. применяем объемные теплоизоляционные конструкции.

Применение засыпной изоляции трубопроводов при подземной бесканальной прокладке не допускается.

Перечень материалов, применяемых для покровного слоя, при­веден в табл. 12.2П [3], а также в прил. 3 [22]. Материал для покровного слоя тепловой изоляции выбираем: листы асбестоцементные плоские, ГОСТ 18124-75

Применение металлических покровных слоев при подземной прокладке не допускается.

21.2 Определение толщины тепловой изоляции

Расчет толщины теплоизоляционного слоя производим в соответствии с п. 3.1 [22]:

по нормированной плотности теплового потока через изолирован­ную поверхность,

Толщину теплоизоляционного слоя трубопроводов определяем по формуле, м.

δ = ₍₉₄₎

где d_н - наружный диаметр трубопровода, м;

В - отношение наружного диаметра изоляционного слоя к диаметру трубопровода d. (); Величину В определяем по формуле:

_, (95)

где е - основание натурального логарифма;

_к – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·°С), определяем по табл. 12.III [3], Вт/(м °С);

R_к - термическое сопротивление слоя изоляции, м ·°С/Вт, величину которого определяем по формуле

, (96)

где - суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового потока определяем по формуле

(97)

где - нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м, принимаем по приложению 7, табл.1[22], - средняя за период эксплуатации температура теплоносителя, = 0,9 коэффициент, принимаем по п.6,1,3. Табл.13 [25].

90/50 - среднегодовая температура окружающей среды. При подземной прокладке

- среднегодовая температура грунта, г.Красноярск +4 .

Виды дополнительных термических сопротивлений зависят от способа прокладки тепловых сетей.

При подземной бесканальной прокладке

(98)

- термическое сопротивление грунта определяем по формуле

, (99)

где - теплопроводность грунта, зависящая от его структуры и влажности, принимаем = 1,5 Вт/(м·°С); - наружный эквивалентный диаметр трубопровода, определяем по наружным размерам трубопровода с учетом толщины слоя изоляции и защитного покровного слоя, м;

h - глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м; - добавочное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние труб при бесканальной прокладке, величину которого определяем по формулам:

• для подающего трубопровода

; (100)

• для обратного трубопровода

, (101)

где h - глубина заложения осей трубопроводов, м;

b - расстояние между осями трубопроводов, м, принимаем в зависимости от их диаметров условного прохода по табл. 13

Расстояние между осями трубопроводов.

Таблица 13

dу, мм	50-80	100	150	200	250	300	350	400	450	500	600	700
b, мм	350	400	500	550	600	650	700	600	900	1000	1300	1400

, - коэффициенты, учитывающие взаимное влияние температурных полей соседних теплопроводов, определяем по формулам:

, (102)

, (103)

где , - нормированные линейные плотности тепловых потоков соответственно для подающего и обратного трубопроводов, Вт/м

при определении толщины теплоизоляционного слоя по нормам плотности теплового потока - среднюю за год температуру грунта на глубине заложения оси трубопровода;

Расчетную толщину теплоизоляционного слоя принимаем ближайшую к расчётной толщине изделий по стандартам ГОСТ или техническим условиям ТУ.

По нормируемой плотности теплового потока определим толщину пенополиуретановой тепловой изоляции для двухтрубной бесканальной прокладки трубопроводов, при прокладке в маловлажных грунтах. Коэффициент теплопроводности пенополиуретана

_к = 0,05 Вт/(м ⁰С). Среднегодовая температура теплоносителя в подающем трубопроводе ₁= 90 ⁰С, в обратном ₂ = 50 ⁰С. Глубина заложения оси трубопроводов h = 1,3 м. Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов t_о = +4⁰С. Коэффициент теплопроводности грунта _гр = 1,5 Вт/(м⁰С). Расчёт сводим в таблицу 14

Таблица 14

прямой трубопровод
№ участка	dнэ1	В1	Rtot1	Rгр1	R01	ψ1	δ1	δ1, мм принимаем
1	0,477	1,450	1,493	0,253	0,058	0,406	0,085	80
2	0,477	1,450	1,493	0,253	0,058	0,406	0,085	80
3	0,319	1,647	1,950	0,296	0,065	0,388	0,071	80
4	0,319	1,647	1,950	0,296	0,065	0,388	0,071	80
5	0,294	1,708	2,077	0,305	0,067	0,391	0,069	80
6	0,425	1,489	1,593	0,265	0,060	0,400	0,079	80
7	0,373	1,566	1,770	0,279	0,062	0,389	0,077	80
8	0,373	1,566	1,770	0,279	0,062	0,389	0,077	80
9	0,319	1,647	1,950	0,296	0,065	0,388	0,071	80
10	0,259	1,808	2,275	0,318	0,072	0,405	0,064	60
обратный трубопровод
№ участка	dнэ2	В2	Rtot2	Rгр2	R02	ψ2	δ2	δ1, мм принимаем
1	0,477	1,531	1,966	0,257	0,352	2,462	0,100	100
2	0,477	1,531	1,966	0,257	0,352	2,462	0,100	100
3	0,319	1,848	2,690	0,303	0,431	2,579	0,093	100
4	0,319	1,848	2,690	0,303	0,431	2,579	0,093	100
5	0,294	1,928	2,840	0,312	0,437	2,556	0,090	100
6	0,425	1,593	2,130	0,270	0,376	2,500	0,096	100
7	0,373	1,728	2,434	0,285	0,407	2,571	0,099	100
8	0,373	1,728	2,434	0,285	0,407	2,571	0,099	100
9	0,319	1,848	2,690	0,303	0,431	2,579	0,093	100
10	0,259	2,022	3,007	0,327	0,437	2,471	0,081	80