Расчет толщины тепловой изоляции

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

26 3

ИВГПУ-ИАСТ-ТГВ-31-177058-КР-2020

Проектирование тепловой изоляции трубопроводов и оборудования следует осуществлять на основании действующих нормативных документов, среди которых основными являются СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» и СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов». Нормы содержат основные требования к теплоизоляционным конструкциям и свойствам используемых в них материалов. Там же приведены нормы линейной плотности теплового потока (тепловых потерь) от наружной поверхности трубопроводов при различных способах прокладки. В СНиП 41-03-2003 не включены методики расчета тепловой изоляции и характеристики теплоизоляционных материалов.

Расчет толщины тепловой изоляции выполняется по методике, изложенной в Своде правил СП 41-103-2000.

Чтобы теплоизоляционные конструкции были эффективными и отвечали всем предъявляемым к ним требованиям, перед проектированием необходимо тщательно проанализировать исходные данные.

Исходные данные: 

- г. Белгород, t_н.р.= -35°С;

- подземная канальная прокладка;

- грунт сухой, глина, теплопроводность =0,96Вт/(м·°С), плотность =1600 кг/м³;

- теплоноситель – вода с температурой 150°С в подающей магистрали и 70°С в обратной магистрали;

- теплоизоляционный материал – плиты из минеральной ваты, плотность =70-115 (кг/м³), теплопроводность =0,065Вт/(м·°С);

Тепловые потери через изолированную поверхность двухтрубных тепловых сетей, прокладываемых в непроходном канале шириной b = 1500мм и высотой h = 1800 мм, на глубине H = 1600мм, от поверхности земли до оси канала определяется по формуле:

 

,                                                                                             (11.1)

где q_l – линейная плотность теплового потока через цилиндрическую    

        теплоизоляционную конструкцию ;

  t_в – температура теплоносителя внутри трубы °С, за t_в принимается    

        среднегодовая температура воды в трубопроводе, для подающего

         трубопровода - 90°С, для обратного трубопровода - 50°С;

  t_н – температура окружающей среды, °С, при подземной прокладке

          в каналах в качестве t_н принимается средняя за год температура

          грунта на глубине заложения оси трубопровода, t_н = 5°С;

  R_общ – общее термическое сопротивление переносу теплоты от

        теплоносителя в окружающую среду , общее термическое

        сопротивление переноса теплоносителя в окружающую среду

        включает:

для канальной подземной прокладки:

R_общ = R_вн + R_ст + R_из + R_п.сл. + R_кан + R_гр + R_1-2,                                (11.2)

где R_вн – термическое сопротивление на внутренней поверхности трубы,

           данными пренебречь;

  R_ст – термическое сопротивление стенки трубы, данными пренебречь;

  R_п.сл. – термическое сопротивление покровного слоя, данными

             пренебречь;

  R_из – термическое сопротивление изоляционного слоя;

  R_кан – термическое сопротивление теплоотдаче от воздуха к поверхности                                                            

             канала;

  R_гр – термическое сопротивление грунта;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

27

ИВГПУ-ИАСТ-ТГВ-31-177058-КР-2020

  R_1-2 – термическое влияние одного трубопровода на другой.

Термическое сопротивление теплоотдаче от воздуха к поверхности                                                       канала определяется по формуле:

R_кан = ,                                                                         (11.3)

где  - коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху

           канала, = 11 ;

  b, h – размеры канала, м.

Термическое сопротивление грунта определяется по формуле:

R_гр = ,                                                                       (11.4)

где Н – глубина заложения оси трубопровода, м

   - теплопроводность грунта, ;

Термическое влияние одного трубопровода на другой определяется по формуле:

R_1-2 = ,                                                                                (11.5)

где  - коэффициент, учитывающий взаимное влияние труб (для подающего                               трубопровода ₁ = q_обр/ q_под; для обратного трубопровода ₂ = q_под/q_обр; q_под, q_обр – нормы потерь тепла 1м длины подающего и обратного трубопроводов)

Толщина изоляции рассчитывается по формуле:

, (мм)                                                                              (11.6)

где d_н – наружный диаметр трубопровода, мм

 - теплопроводность изоляции в конструкции, .

 округляют в большую сторону до ближайшего стандартного значения.

Для примера приведем расчет тепловой изоляции участка 0-1 с         d _н = 426 мм и длиной участка l = 658,18 м, подающий трубопровод:

 88 Вт/м, t_в = 90 °С, t_н = 5°С

R_общ = ;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

28

ИВГПУ-ИАСТ-ТГВ-31-177058-КР-2020

R_общ = R_из + R_кан + R_гр + R_1-2, ;

R_из = R_общ - R_кан - R_гр + R_1-2, ;

R_кан = ;

R_гр = ;

R_1-2 = =0,9(0,0088 + 0,44) = 0,40 ;

R_из = R_общ - R_кан - R_гр = 0,97 – 0,0088 – 0,44 – 0,40 =0,12 ;

11,3 (мм).

Результаты расчетов сведем в таблицу 11.1

Таблица 11.1

Участок	Длина l, м	Dн, мм	Толщина изоляционного слоя , мм
			Подающий трубопровод	Обратный трубопровод
0-1	688,48	426х8	11,3	5,07
1-2	174,04	273х7	15,7	-12,9
2-3	167,64	273х7	17,3	-10,3
3-4	180,76	219х6	28,6	-13,1
4-5	221,48	219х6	31,5	-6,34
5-Зд.6	17,64	194х5	24,3	0,41
0-6	1061,06	426х8	39,5	3,05
6-7	174,72	273х7	34,02	5,05
Продолжение таблицы 11.1
7-8	171,52	273х7	17,28	-12,9
8-9	174,64	219х6	28,3	-13,5
9-10	142,54	219х6	28,92	-12,8
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 29       ИВГПУ-ИАСТ-ТГВ-31-177058-КР-2020        10-Зд.11	17,88	194х5	24,7	-6,34

В подающем трубопроводе толщину тепловой изоляции принимаем равной 40мм; в обратном трубопроводе толщину тепловой изоляции принимаем равной 10мм.  

Определим общие тепловые потери в трубопроводах:

Q_пот = Q_пот^под + Q_пот^обр, (Вт)                                                                        (11.7)

Q_пот^под = , (Вт)                                                                            (11.8)

Q_пот^обр = , (Вт)                                                                                 (11.9)

где L – полная длина трубопровода, м

   к – коэффициент дополнительных потерь, учитывающий теплопотери через теплопроводные включения в теплоизоляционную конструкцию, обусловленных наличием в них крепежных деталей и опор, к = 1,15 для канальной прокладки.

Q_пот^под = 1,15 · 3192,4 · 826 = 3032460,76 Вт = 3,03 МВт

Q_пот^обр = 1,15 · 3192,4 · 813 = 2984734,38 Вт = 2,99 МВт

Q_пот = 3,03+2,99 = 6,02 МВт

Определим коэффициент полезного действия изоляции:

                                                                                 (11.10)

где Q_общ – суммарный расход теплоты на микрорайон, Q_общ = 71,42 МВт.