Методики теплового расчета теплоизоляции и механического расчета теплопроводов

Экономическая эффективность системы централизованного теплоснабжения при современных масштабах теплового потребления в значительной мере зависит от теплового изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности. Борьба за снижение транспортных потерь тепла в теплопроводах является важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Дополнительные затраты, связанные с нанесением тепловой изоляции и антикоррозийных покрытий относительно не велики и составляют 5 - 8% от общей стоимости тепловых сетей, но качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в результате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов. Тепловая изоляция позволяет сохранить высокие параметры теплоносителя на большом удалении от источника тепла.

Конструкции тепловой изоляции бесканальных прокладок должны иметь следующие качества:

1. Основной теплоизоляционный слой должен обеспечивать тепловые потери не более нормируемых и не иметь в своем составе примесей, способных вызвать наружную коррозию.

2. Прочность, обеспечивающая надежную работу подземного трубопровода.

3. Индустриальность, сборность, а также возможность изготовления изоляции в заводских условиях, с высоким качеством работ.

4. Возможность транспортировки и удобство монтажа на трассах.

Расчет толщины тепловой изоляции:

1. Определяется по нормируемой плотности теплового потока:

где

d - диаметр трубопровода наружный, м;

В – отношение наружного диаметра изоляционного слоя d_i к диаметру трубопровода d.

Величину В определяем , где

е – основание натурального логарифма;

λ_к – теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м∙К);

R_k – термическое сопротивление слоя изоляции, (м∙К)/Вт, R_k = R_tot – ΣR_i, где

R_tot – суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных сопротивлений по пути теплового потока, R_tot = , где

q_e – нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м;

t_w – средняя за период эксплуатации температура теплоносителя которая при расчётных параметрах теплоносителя 150 – 170 ⁰С и круглогодовом режиме работы тепловых схем, может быть принята 90 – 50 ⁰С;

t_е – среднегодовая температура окружающей среды, при подземной прокладке – среднегодовая температура грунта, которая для большинства городов находится в пределах от +1 до +5 ⁰С, при прокладках в тоннелях +40 ⁰С, при прокладках в помещениях +20 ⁰С, в неотапливаемых подпольях +5 ⁰С, при подземной прокладке на открытом воздухе t_е = средняя за период эксплуатации температура окружающего воздуха;

К₁ – коэффициент равный 0,8;

ΣR_i – зависит от способа прокладки:

- подземная в тоннелях и подпольях ΣR_i = R_пс;

- подземная канальная ΣR_i = R_пс + (1+ ψ) ∙ (R_пс + R_к + R_гр);

- подземная бесканальная ΣR_i = R_гр + R_о ∙ψ, где

R_пс – термическое сопротивление поверхности изоляции, (м∙К)/Вт, R_пс =

α_е – коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух, канал - α_е = 8 Вт/(м² ∙ К), тоннель - α_е = 11 Вт/(м² ∙ К), подземная прокладка - α_е = 29 Вт/(м² ∙ К);

d – наружный диаметр трубопровода, м;

R_nk – термическое сопротивление поверхности канала, R_nk = , где

α_е – коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала, α_е = 8 Вт/(м² ∙ К);

d_вэ – внутренний эквивалентный диаметр канала, м, d_вэ = , F – внутреннее сечение канала, м², Р – периметр сторон по внутренним размерам,

R_k – термическое сопротивление стенки канала, R_k = , где λ_ст – теплопроводность стенки (для железобетона = 2,04 Вт/(м∙К), d_вэ – наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м.

R_гр – термическое сопротивление грунта, R_гр ,где

λ_гр – теплопроводность грунта, зависящая от его структуры и влажности. При отсутствии данных его значения можно принимать для влажных грунтов = 2 – 2,5 Вт/(м∙К), для сухих грунтов = 1,0 – 1,5 Вт/(м∙К);

h – глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м;

R₀ – добавочное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние труб при бесканальной прокладке, величину которого определяют:

• для подающего трубопровода ;

• для обратного трубопровода , где

h – глубина заложения осей трубопровода, м;

b – расстояние между осями трубопроводов, м, принимаемое в зависимости от их диаметров условного прохода;

ψ₁, ψ₂ – коэффициенты, учитывающие взаимное влияние температурных полей соседних теплопроводов,

, , где

q_e1, q_e2 – нормированные линейные плотности тепловых потоков соответственно для подающего и обратного трубопроводов, Вт/м.

Механический расчёт сети

Расстояние между опорами сети:

, где

[σ] – допустимое напряжение трубопровода на изгиб с учётом проседания промежуточной опоры, принимается 40 МПа;

W – экваториальный момент сопротивления трубопровода, м³, , где

d_в – удельная нагрузка на погонный метр трубопровода, учитывающая вес трубопровода с теплоносителем и изоляцией, Н/м.

Результирующее усилие, действующее на подвижную скользящую опору:

, где

μ - коэффициент трения скольжения, для стали, 0,4.

Результирующее усилие, действующее на неподвижную опору:

,

где Р- внутреннее рабочее давление в трубопроводе, увеличенное на 25% для проведения гидравлических испытаний, Па;

f - площадь внутреннего сечения трубопровода, м²;

а- коэффициент, зависящий от направления действия осевых усилий внутреннего давления с обеих сторон опоры, что определяется конфигурацией трубопровода и способом компенсации температурных деформаций при неизменном диаметре трубопровода, величина коэффициента может иметь одно из двух значении: 0 или 1;

Δℓ - разность длин участков трубопровода с обеих сторон неподвижной опоры, считая участком расстояние между опорой и компенсатором;

ΔЅ- разность сил трения осевых скользящих компенсаторов или сил упругости гибких компенсаторов с обеих сторон неподвижной опоры, обычно принимается равной нулю.

На тепловой сети задвижки устанавливаются при выходе и входе станции, у потребителей и в местах отвода от магистрали. Через каждые 1000 м на магистрали устанавливаются секционирующие задвижки.

Количество сальниковых компенсаторов:

α- коэффициент линейного расширения трубопровода, α=12,6∙10^-6 1/К;

ℓ-длина участка, м;

δ-компенсирующая способность компенсатора, м;

τ₁- температура теплоносителя расчетная (150°С);

τ₀- расчетная температура по отоплению.

№51