Тепловой расчет трубопроводов
8. Тепловой расчет трубопроводов
В задачу теплового расчета трубопроводов входит:
1) расчет толщины изоляции;
2) расчет снижения температуры теплоносителя;
3) расчет температурного поля вокруг теплопроводов;
4) 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.
Рекомендуемые материалы
8.1. Наземная прокладка .
R=Rвн + Rст + Rиз + Rнар.
При наземной прокладке влияние соседней трубы не учитывается.
8.2. Подземная прокладка.
8.2.1. Подземная бесканальная однотрубная прокладка
|
| При бесканальной прокладке R=Rиз + Rгр. Термическое сопротивление грунта определяется по формуле lгр – коэффициент теплопроводности грунта; h – глубина залегания оси трубы; d – диаметр трубы. Если h/d > 2, то приближенно
hп=h + hф, где hф – толщина фиктивного слоя грунта. hф =lгр/a, где a – коэффициент теплоотдачи на поверхности.
|
, 
. Подсчет теплопотерь проводят не при действительной глубине залегания трубы, а по приведеннойРис.8.1. Схема однотрубного бесканального теплопровода
8.2.2. Подземная бесканальная двухтрубная прокладка
|
| Взаимное влияние соседних труб учитывается условным дополнительным сопротивлением R0. В этом случае
Теплопотери первой трубы
|
.
Рис.8.2. Схема двухтрубного бесканального теплопровода
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.
8.2.3. Подземная канальная прокладка
|
| При наличии воздушной прослойки между изолированным трубопроводом и стенкой канала термическое сопротивление определяется как R=Rи + Rн + Rпк + Rк + Rг. Температура воздуха в канале определяется из уравнения теплового баланса
|
Рис.8.3. Схема канальной прокладки однотрубного теплопровода
При канальной прокладке многотрубного теплопровода уравнение теплового баланса можно записать в виде
.
После определения температуры воздуха в канале рассчитываются потери тепла от каждой трубы.
8.3. Тепловые потери трубопровода
Тепловые потери тепловой сети складываются из потерь тепла участков трубопровода без арматуры и фасонных частей – линейных тепловых потерь и теплопотерь фасонных частей, арматуры, опор, фланцев и т.п. – местных потерь тепла.
Линейные потери тепла есть
Qл = 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.
Qм = qlэкв.
Суммарные потери тепла трубопровода определяются как
Q=q(l+lэкв)=ql(1+b), b=lэкв/l.
Для предварительных расчетов можно принять b =0.2-0.3.
Изменение энтальпии теплоносителя вследствие тепловых потерь можно определить из уравнения баланса
.
При транспорте насыщенного пара вследствие падения энтальпии выпадает конденсат. При коротких трубопроводах, когда ожидаемое падение температуры не превышает 3-4 % величины температуры в начале участка, расчет можно проводить в предположении постоянства удельных тепловых потерь. При длинных или слабо изолированных участках трубопровода нужно учитывать изменение удельных тепловых потерь по длине трубы. Уравнение баланса тепла для участка dl трубы
.
После интегрирования в пределах от tн до tк 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.
|
| 1 – кривая изменения температуры по длине трубопровода; 2 – кривая изменения давления по длине трубопровода; 3 – кривая температур насыщения по длине трубопровода. Количество конденсата на участке трубопровода
|
Рис.8.4. Определение точки выпадения конденсата
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.
Вам также может быть полезна лекция "3.3 Обобщенный закон Гука".
Технические требования.
1. Необходимо обеспечить заданную температуру теплоносителя в отдельных точках тепловой сети. Обычно это условие предъявляется к паропроводу.
2. Обеспечение нормированных теплопотерь.
3. 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.
