8.2. Тепловой расчёт теплопроводов

8.2.1. Задачи и методика теплового расчёта

Тепловой расчёт теплопроводов сводится к решению следующих задач:

1) определение тепловых потерь теплопроводом;

2) расчёт температурного поля вокруг теплопровода;

3) выбор теплоизоляционной конструкции (ТИК) теплопровода в соответствии с нормативными теплопотерями;

4) расчёт падения температуры теплоносителя по длине теплопровода.

Теплопроводы надземной прокладки

Рассмотрим основные зависимости теплового расчёта применительно к однотрубному теплопроводу надземной прокладки (паропровод ГВС от котельной или ТЭЦ предприятия). Линейная плотность теплового потока (на 1 м длины изолированного трубопровода), которая в основном учебнике [1] представлена как удельные тепловые потери, при температуре теплоносителя τ (°С) и температуре окружающей среды t_о (°С) рассчитывается по формуле, Вт/м

q = (τ - t_о)/R, (8.21)

где R – суммарное термическое сопротивление теплоизоляционной конструкции (м∙К/Вт), для изолированного теплопровода надземной прокладки равное

R = R_в + R_тр + R_и + R_н, (8.22)

где R_в, R_тр, R_и, R_н – термические сопротивления внутренней поверхности трубы, стенки трубы, слоя изоляции и наружной поверхности изоляции.

Значения R_в и R_тр пренебрежимы, т.е.

R = R_и + R_н, (8.23)

R_и = [ln (d₂/d₁)]/2πλ, (8.24)

R_и = 1/(πd₂α), (8.25)

где d₁, d₂ – внутренний и наружный диаметр слоя изоляции, м; λ - теплопроводность слоя изоляции, Вт/(м∙К); α – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции, Вт/(м²∙К), который в общем случае представляет собой сумму коэффициентов теплоотдачи излучением α_л и конвекцией α_к

α = α_л + α_к, (8.26)

α_л = С [(Т/100)⁴ + [(Т_о/100)⁴]/(t + t_о), (8.26а)

α_к = 11,6 + 7 w ^0,5, (8.26б)

где С = 4,4-5,0 постоянная излучения «серых» тел, Вт/(м²∙К⁴); t и (Т = t + 273) – температура излучающей поверхности, °С и (К); w – скорость ветра, м/с.

Следовательно, линейная плотность теплового потока надземного изолированного теплопровода рассчитываются по формуле

q = (τ - t_о)/(R_и + R_н), (8.27)

а на участках без изоляции

q = (τ - t_о)/ R_н, (8.28)

Температурное поле теплопровода надземной прокладки представляет собой изменение температуры по толщине изоляции. Такое поле строят на основе уравнения теплового баланса для рассматриваемого сечения (радиуса) в стационарном (установившемся) режиме. Например, уравнение теплового баланса для отыскания температуры t_п на поверхности изоляции имеет вид (τ – t_п)/R_и = (t_п - t_о)/R_н, откуда

t_п = (τ/R_и + t_о/ R_н)/ (1/R_и + 1/ R_н). (8.29)

При использовании теплопровода в ППУ-изоляции с гидроизоляционной полиэтиленовой оболочкой можно рассчитать температуру t_и на границе слоя ППУ и полиэтиленовой оболочки с термическим сопротивлением R_по по уравнению теплового баланса (τ – t_и)/R_и = (t_н - t_о)/(R_по + R_н), откуда

t_и = [τ/R_и + t_о/(R_по + R_н)]/ [1/R_и + 1/(R_по + R_н)]. (8.30)

При многотрубной надземной прокладке каждый теплопровод рассчитывается в отдельности по приведённой методике.

Подземные теплопроводы