Изчисляване на топлоизолационната дебелина на тръбопроводите

Технологичните тръбопроводи на предприятията и системите за подпомагане на живота на населените места пренасят различни среди с различни параметри. Тези параметри, по-специално температурата, трябва да се запазят независимо от условията на околната среда и за това е необходима топлоизолация.

Топлоизолацията на тръбопровода трябва да поддържа температурата в тръбата, независимо от условията на околната среда, които я засягат.

Характеристики на полагането на мрежи и нормативни методи за изчисления

Извършването на изчисления за определяне на дебелината на топлоизолационния слой на цилиндричните повърхности е доста труден и сложен процес. Ако не сте готови да го поверите на специалисти, трябва да се снабдите с търпение и внимание, за да получите точния резултат. Най-често срещаният метод за изчисляване на топлоизолацията на тръбите е изчисляването на стандартизираните топлинни загуби. Факт е, че SNiPom установи стойностите на топлинните загуби чрез тръбопроводи с различни диаметри и с различни начини за тяхното полагане:

Топлоизолация на тръбата.

• външен начин на улицата;
• отворен в стая или тунел;
• метод без канал;
• в непротичащи канали.

Същността на изчислението се състои в избора на топлоизолационния материал и неговата дебелина по такъв начин, че величината на топлинните загуби да не надвишава стойностите, предписани в SNiPe. Процедурата за изчисляване се регулира и от нормативни документи, а именно от съответния Правилник. Последният предлага по-опростена методология, отколкото повечето съществуващи технически справочници. Опростяванията се приключват в такива моменти:

1. Загубата на топлина по време на загряването на стените на тръбата, транспортирана в нея от средата, е незначителна в сравнение със загубите, които са загубени в слоя на външната изолация. Поради тази причина те могат да бъдат игнорирани.
2. По-голямата част от всички технологични и мрежови тръбопроводи са направени от стомана, нейната устойчивост на топлопредаване е изключително ниска. Особено в сравнение със същия индикатор за изолация. Поради това се препоръчва да не се взема предвид устойчивостта на топлопредаване на металната стена на тръбата.

Метод за изчисляване на еднослойна топлоизолационна конструкция

Основната формула изчисляване на топлоизолацията на тръбопроводите показва връзката между количеството на топлинния поток от активната тръба, покрита с изолационен слой и неговата дебелина. Формулата се използва, ако диаметърът на тръбата е по-малък от 2 м:

Формулата за изчисляване на топлоизолацията на тръбите.

ln B = 2πλ [K (tm-to) / qL-Rn]

В тази формула:

• λ - коефициент на топлопроводимост на нагревателя, W / (m ⁰ C);
• K е безразмерният коефициент на допълнителна топлинна загуба чрез крепежни елементи или подпори, някои стойности на K могат да бъдат взети от таблица 1;
• tt - температура в степени на транспортираната среда или в охладителната течност;
• до - температура на външния въздух, ⁰C;
• qL е топлинният поток, W / m2;
• Rn - устойчивост на топлопредаване на външната повърхност на изолацията (m2 ⁰ C) / W.

Таблица 1

Стойността на топлопроводимостта на изолацията λ е отправна точка, в зависимост от избрания топлоизолационен материал. Температурата на транспортираната среда tt се препоръчва да се приема като средна стойност за една година, а за външния въздух - като средна годишна стойност. Ако изолираният тръбопровод преминава през стаята, тогава температурата на околната среда се определя от спецификацията на техническия проект и ако не, се предполага, че е + 20 ° С. Индексът на устойчивост на топлообмен на повърхността на топлоизолационната конструкция RH за условията на полагане по улиците може да бъде взет от Таблица 2.

Таблица 2

Забележка: Стойността на RH за междинните стойности на температурата на охлаждащата течност се изчислява по интерполационния метод. Ако температурата е под 100 ° С, стойността на Rn се приема като 100 ° C.

Индикатор B трябва да се изчислява отделно:

Таблица на топлинните загуби за различни дебелини на тръбите и топлоизолация.

B = (d + 2δ) / dtr, тук:

• df е външният диаметър на топлоизолационната конструкция, m;
• dt - външен диаметър на тръбата, която трябва да бъде защитена, m;
• δ - дебелина на топлоизолационната конструкция, м.

Изчисляване на дебелината на тръба изолация започва с определяне на LN В, замествайки стойностите във формулата външните диаметри на тръбата и изолационни структурата на топлина, и дебелината на слоя, след маса на естествените логаритми са параметър LN Б. му е заместен в основната формула с индекс нормализирана топлинен поток QL и изчисли. Това означава, че дебелината на изолацията на тръбата трябва да бъде такова, че дясната и лявата страна на уравнението стане идентични. Тази стойност на дебелината и трябва да се вземат за по-нататъшно развитие.

Разглежданият метод на изчисление се прилага за тръбопроводи с диаметър по-малък от 2 м. За тръби с по-голям диаметър, изчисляването на изолацията е малко по-проста и се извършва както за плоска повърхност, така и за друга формула:

d = [K (tm-to) / qF-RH]

В тази формула:

• δ - дебелина на топлоизолационната конструкция, m;
• qF е стойността на нормализирания топлинен поток, W / m2;
• Останалите параметри - както в изчислителната формула за цилиндрична повърхност.

Метод за изчисляване на многослойна топлоизолационна конструкция

Маса за изолация на медни и стоманени тръби.

Някои от транспортираните носители имат достатъчно висока температура, която се прехвърля на външната повърхност на металната тръба практически непроменена. При избора на материал за топлоизолация на такъв обект те са изправени пред такъв проблем: не всеки материал може да издържи на висока температура, например 500-600⁰C. Продуктите, които могат да се свържат с такава гореща повърхност, на свой ред, нямат достатъчно високи топлоизолационни свойства и дебелината на конструкцията ще се окаже неприемливо голяма. Решението е да се използват два слоя от различни материали, всеки от които изпълнява своята функция: първият слой защитава горещата повърхност от втората и предпазва тръбопровода от въздействието на ниската температура на външния въздух. Основното условие за такава термична защита е, че температурата в границите на слоевете t1, 2 е приемлива за материала на външното изолационно покритие.

За да се изчисли дебелината на изолацията на първия слой, се използва формулата, дадена по-горе:

d = [K (tm-to) / qF-RH]

Вторият слой се изчислява по същата формула, замествайки температурата на повърхността на тръбопровода tt с температурата на границата на два топлоизолационни слоя t1,2. За да се изчисли дебелината на първия слой изолация на цилиндрични повърхности на тръби с диаметър по-малък от 2 m, се използва формула от същия вид като за еднослойна конструкция:

ln B1 = 2πλ [K (tt - t1.2) / qL - Rn]

Заменяйки на мястото на температурата на околната среда стойността на нагряване на границата на два слоя t1,2 и нормализираната стойност на плътността на топлинния поток qL, намираме стойността ln B1. След определяне на числената стойност на параметъра B1 чрез таблицата на естествените логаритми, изчислете дебелината на изолацията на първия слой по формулата:

Данни за изчисляване на топлоизолацията.

d1 = dis1 (В1-1) / 2

Изчисляването на дебелината на втория слой се извършва, като се използва същото уравнение, само сега граничната температура на двата слоя t1,2 е вместо температурата на охлаждащата течност tm:

ln B2 = 2πλ [K (t1,2 - t0) / qL - Rn]

Изчисленията се правят по подобен начин, а дебелината на втория топлоизолационен слой се изчислява по същата формула:

d2 = dys2 (B2-1) / 2

Много е трудно да се правят такива сложни изчисления ръчно и отнема много време, защото по време на целия маршрут на тръбопровода неговите диаметри могат да се променят няколко пъти. Ето защо, за да се спести труд и време за изчисляване на дебелината на изолацията на технологични и мрежови тръбопроводи, се препоръчва използването на персонален компютър и специализиран софтуер. Ако нямате такъв, алгоритъмът за изчисление може да бъде добавен към програмата Microsoft Exel и вие можете бързо и успешно да получите резултати.

Методът за определяне температурата на низходящия охлаждащ агент

Материали за топлоизолация на тръби съгласно SNiP.

Такава задача често се определя в случай, че до крайната дестинация транспортната среда трябва да достигне тръбопроводи с определена температура. Следователно, определянето на дебелината на изолацията се изисква да бъде извършено при предварително определена стойност на понижаването на температурата. Например, от точка А, охладителят напуска тръбата при температура 150 ° C, а в точка Б трябва да се достави с температура най-малко 100 ° C, разликата не трябва да надвишава 50 ° C. За това изчисление дължината на тръбопровода в метри е въведена във формулите.

Първо, трябва да намерим общото съпротивление на топлопреноса Rn на цялата топлоизолация на обекта. Параметърът се изчислява по два различни начина, в зависимост от следното условие:

Ако стойността (t.nach - tо) / (t.con - tо) е по - голяма или равна на числото 2, тогава стойността на Rп се изчислява по формулата:

Rn = 3.6Kl / GC ln [(tm.nach - tо) / (t.con-tо)]

В горните формули:

• K - безразмерния коефициент на допълнителна загуба на топлина чрез закрепващи елементи или опори (таблица 1);
• t.nach - началната температура в градуси на транспортираната среда или охлаждащата течност;
• е температурата на околната среда, ° C;
• t.ukon - крайната температура в степените на транспортираната среда;
• Rn - обща топлоизолационна устойчивост, (m2 ⁰C) / W
• l - дължина на тръбопровода, m;
• G - дебит на транспортираната среда, kg / h;
• C е специфичната топлина на тази среда, kJ / (kg ⁰C).

Топлоизолация на стоманени тръби от базалтови влакна.

В противен случай изразът (tm.nach - tо) / (t.con - tо) е по - малък от числото 2, стойността на Rn се изчислява, както следва:

Rn = 3.6Kl [(tt.nach - tt.con) / 2 - t0]: GC (tt.nach - tt.con)

Обозначенията на параметрите са същите като в предходната формула. Стойността на полученото термично съпротивление Rn е заместено в уравнението:

ln B = 2πл (Rn-Rn), където:

• λ - коефициент на топлопроводимост на нагревателя, W / (m ⁰ C);
• Rn - устойчивост на топлопредаване на външната повърхност на изолацията (m2 ⁰ C) / W.

След това те намират цифровата стойност на B и правят изчислението на изолацията с помощта на позната формула:

d = d от (В-1) / 2

При тази техника за изчисляване на изолацията на тръбопроводи температурата на околната среда трябва да се вземе при средната температура на най-студения петдневен период. Параметри K и RH - съгласно горните таблици 1,2. По-подробни таблици за тези стойности са налични в регулаторната документация (SNiP 41-03-2003, Кодекс на правилата 41-103-2000).

Методът за определяне на повърхностната температура на изолационния слой

Това изискване е от значение за промишлени предприятия, където преминават различни тръбопроводи в помещенията и в магазините, където работят хората. В този случай температурата на всяка нагрята повърхност се нормализира в съответствие с правилата за защита на труда, за да се избегнат изгаряния. Изчисляването на дебелината на топлоизолационната конструкция за тръби с диаметър повече от 2 m се извършва в съответствие с формулата:

Формулата за определяне на дебелината на топлоизолацията.

d = λ (tt - tp) / ɑ (tп - t0), тук:

• ɑ - коефициент на топлопреминаване, взет от референтни таблици, W / (m2 ⁰C);
• tn е нормализираната повърхностна температура на топлоизолационния слой, ⁰C;
• Другите параметри са същите като в предходните формули.

Изчисляване на дебелината на изолацията се получава цилиндрична повърхност, използвайки уравнението:

ln B = (d2 + 2δ) / dtr = 2ππ Rn (tm - tn) / (tn - t0)

Обозначения на всички параметри, както в предходните формули. Според алгоритъма тази грешка е подобна на изчисляването на дебелината на нагревателя според даден топлинен поток. Следователно, по-нататък се извършва точно по същия начин, като крайната стойност на дебелината на топлоизолационния слой δ е както следва:

d = d от (В-1) / 2

Предложената техника има известна грешка, въпреки че е напълно допустимо предварително определяне на параметрите на топлоизолационния слой. По-точното изчисление се извършва по метода на последователните приближения с помощта на персонален компютър и специализиран софтуер.

Съответствие на параметрите и материала на изолацията с изискванията на SNiP

Схема за изолация на тръбните обвивки PPU.

Изчисляването на изолацията за технологични или мрежови тръбопроводи чрез метода на нормализираната плътност на топлинния поток предполага, че нейната стойност qL е известна. В таблиците и допълненията към SNIP 41-03-2003 са дадени тези стойности, както и стойностите на коефициента К на допълнителните загуби. Необходимо е правилно да използвате тези таблици, тъй като те са направени за обекти, намиращи се в европейския регион на Руската федерация. За да се определи нормализираният топлинен поток на тръбопроводи, които се строят в други региони, стойността му трябва да бъде умножена по специално въведения коефициент за това. В приложението на SNiP са дадени стойностите на тези коефициенти за всеки регион, като се вземе предвид методът за полагане на тръбопровода.

При избора на изолация на тръбопроводите за различни цели е необходимо да се обърне внимание на материала, от който са направени. Нормативната документация регулира използването на горими материали от различни групи запалимост. Например топлоизолационните продукти от групата на възпламеняване G3 и G4 не се допускат да се използват на следните обекти:

1. Във външно технологично оборудване, с изключение на инсталациите, които са самостоятелни.
2. Когато се комбинира с други тръбопроводи, които движат запалими газове или течности.
3. С общо поставяне в един тунел или надлез с електрически кабели.
4. Забранено е използването на такива нагреватели върху тръбопроводите вътре в сградите. Изключение - сгради с IV степен на огнеустойчивост.

Преди да извършите такова сериозно и трудно изчисление, трябва да сте сигурни, че избраният изолационен материал за тръбите отговаря на всички изисквания на регулаторната документация за този обект.

В противен случай изчисленията ще трябва да се извършат няколко пъти.