Тепловой расчет трубопроводов

В задачу теплового расчета трубопроводов входит:

расчет толщины изоляции;

расчет снижения температуры теплоносителя;

расчет температурного поля вокруг теплопроводов;

расчет потерь тепла.

Количество тепла, проходящее через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений в единицу времени есть

. (8.1)

q – линейная плотность теплового потока; R – термическое сопротивление; t – температура теплоносителя; t₀ – температура окружающей среды.

R=R_вн + R_ст + R_из + R_нар.

Теплопотери второй трубы

. Здесь t₀ – естественная температура грунта на глубине оси трубы h. Температурное поле в грунте вокруг двухтрубного бесканального теплопровода определяется по формуле

.

t – температура любой точки грунта, удаленной на x от вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы с более высокой температурой теплоносителя (подающий трубопровод), и на y от поверхности грунта.

При канальной прокладке многотрубного теплопровода уравнение теплового баланса можно записать в виде

.

После определения температуры воздуха в канале рассчитываются потери тепла от каждой трубы.

Линейные потери тепла есть

Q_л = ql

Потери тепла отводов, колен, гнутых компенсаторов и т.п., периметр поперечного сечения которых близок к периметру трубопровода, рассчитываются по формулам для прямых круглых труб. Тепловые потери фланцев, фасонных частей и арматуры обычно определяются в эквивалентных длинах трубы того же диаметра.

Q_м = ql_экв.

Суммарные потери тепла трубопровода определяются как

Q=q(l+l_экв)=ql(1+b), b=l_экв/l.

Для предварительных расчетов можно принять b =0.2-0.3.

Изменение энтальпии теплоносителя вследствие тепловых потерь можно определить из уравнения баланса

.

Уравнение баланса тепла для участка dl трубы

.

После интегрирования в пределах от t_н до t_к и от 0 до l получим

.

Данная формула справедлива, строго говоря, для изобарного течения. Снижение температуры при падении давления можно определить по

, где - дифференциальный дроссель-эффект; Dp – падение давления пара. Действительная температура пара в конце трубопровода есть . Можно найти длину паропровода, на которой пар теряет перегрев. Для точного расчета длины нужно знать закон изменения температуры и давления по длине трубы. Задача решается графически.

8.4. Выбор толщины изоляционного слоя

Материал изоляции выбирается исходя из критической толщины тепловой изоляции, диапазона рабочих температур, технологических и эксплуатационных соображений.

Толщина изоляционного слоя выбирается исходя из технических и технико-экономических соображений.

Технические требования.

Необходимо обеспечить заданную температуру теплоносителя в отдельных точках тепловой сети. Обычно это условие предъявляется к паропроводу.

Обеспечение нормированных теплопотерь.

Непревышение заданной температуры поверхности изоляции.

При прокладке теплопровода в рабочих помещениях температура поверхности изоляции не должна превышать 40-50 ⁰С.

На основании технических требований определяется предельная минимальная толщина изоляции.