Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Сначала устанавливаются допустимые тепловые потери объекта при наличии изоляции. Эти потери определяются, исходя из технических условий осуществления технологического процесса, соблюдения санитарных условийтруда или экономии топлива. Затем выбирается сорт изоляции и, задавшись темпера- ткпловля изоляция 219 й зо1 турой на поверхности изоляции, определяют среднюю температуру последней 1„„ по которой определяется соответствуюп ее значение коэффициента теплопроводности 1,„При расчете изоляции термическим сопротивлением теплоотдачи от горячей жидкости к стенке и самой стенки можно пренебречь.
Тогда температуру изолируемой поверхности можно принять равной температуре горячей жидкости. Зная температуры на поверхности изоляции и под изоляцией и коэффициент теплопроводности, определяется требуемая толщина .изоляции 6„,, После этого проводится проверочный расчет и определяются, значения средней температуры изоляционного слоя и температуры на поверхности. Если последние от предварительно принятого значения отличается существенно, то весь расчет повторяется снова до тех' пор, пока расхождение температур не будет в допустимых пределах. При проверочных расчетах коэффициент теплоотдачи в окружающую среду а, для трубопроводов в закрытых помещениях при температуре 1 „=0 —:150'С можно определять ло следующей приближенной формуле: (23) а,=8,4+0,06(~,„д — 1 ).
Этой формулой учитывается и конвекция и лучеиспускание (при Су= 4,6 ккал(м' час'К4). Лля плоских стенок толщина изоляции из формулы (4) .получается непосредственно, а для трубопроводов из формулы (7) через И, или отношение — ', где ~, — диаметр голо- 1 го и Ы, изолированного трубопровода. В последнем случае расчет усложняется тем, что диаметр Ы„ (а следовательно, и толщина изоляции) в расчетное уравнение входит не только в вйде отношения!пм-', но и в виде члена 1(аф,.
Это затруд- фЫ, пение обычно обходят тем, что задаются температурой на поверхности изоляции, тогда второй член из уравнения исключается. Вообще говоря, влияние члена 1/аф, относительно неве-' лико; поэтому, если задана температура окружающей среды 1гд,то при вычислении члена 1/аф, значением Ы, можно задаться. Здесь ошибка в 10 Я почти не влияет на конечный результат, внося в конечном счете погрешность меньше 1Я. С целью упрощения вычислений при расчете изоляции трубопроводов можно пользоваться специальными таблицами, например, Грюнцвейга. По этим таблицам Н.
Н. Михеева 4651 составила формулу, которая позволяет определить толщину изоляции трубопроводов с точностью до 3 — 5Я при [г» т ТЕПЛОПЕРЕДАЧА 220 теплоотдаче в условиях свободной конвекции и температуре окружающей среды тля= 20'С. Эта формула имеет следующий вид: Л!.г 11,аа 11,7а (24) 41' где 3 — толщина изоляции, мм; 141 — диаметр голого трубопровода, мм; ~ „— его температура, 'С; Մ— коэффициент теплопроводности изоля- 4С ции, ккал/м час'С; 7,— тепловые потери с одно- 77 го погонного метра трубо' яс .ь'ь, ьс провода, ккал[мчас.
На фиг. 120 приведен график, по которому определяется соответствующая степень этих величь чин. Если температура окружающей среды не 20'С, а выше, то теплофь вые потери уменьшаются: 5 на каждые 5'С повышения температуры тепловые пое терн снижаются прибливительно на 1,5%. В заключение необхо- 7 димо подчеркнуть, что Фяг. 120. Вспоиогательныи график опре тепловые потери изолилелення степени [к формуле [24)1.
рованных трубопроволов уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции. Это обстоятельство объясняется тем, что при увеличении толщины термическое сопротивление слоя изоляции тг, = 1п †' увеличивается, л1» и» вЂ” 21 а термическое сопротивление теплоотдачи в окружающую ! среду Й, = уменьшается. Чтобы иллюстрировать это положение, рассмотрим числовой пример. Пусть имеется трубопровод 741 = 57 мм, при 1„„= 150'С, Гдг = 30 и, 1„= =0,2 ккал!мчас'С.
Подсчитаем для него тепловые потери при 8»»=50млг и о„, =100мм. Для первого случая имеем ~о: тл»а + гГ» = 2»52 + Ою71: 3~24 'С м час17ккал и 171 = =116,5 ккал7м час. Для второго тс =3,76+0,43=4,19 'См час[ккал и 41=90,5 ккал/м час.
Сопоставляя эти результаты, видим, что при увеличении толщины изоляции на 100»»а» тепловые потери уменьшаются всего лишь на 22%. Поэтому твпловая изоляция 221 й зо] во избежание чрезмерно больших толщин при изоляции трубопроводов, в особенности трубопроводов малых диаметров, следует применять наиболее эффективные изоляционные материалы с малым коэффициентом теплопроводности. В противном случае при нанесении изоляции на трубопровод тепловые потери 1 будут не убывать, а, е» наоборот, возрастать. м б»1 Такой случай представ- ~з. лен на фиг. 121, где нанесена кривая измеНЕНИя ТЕПЛОВЫХ ПОтЕрЬ л ба Ша Гб»Г ЛР»1 злп трубки »2, = 12,7 лсм в ц»г 'и"» зависимости от внеш- Фнг.
121 Измененне тепловых потерь него диаметра»[ или цнлннлра прн,нанесеннн плохой нзоляпнн. толщины изоляции с коэффициентом теплопроводности Х„, = 0,223 ккал]м час'С. Как видно из фигуры, тепловые потери сначала возрастают, достигают некоторого максимума, затем убывают и сравниваются с теплопотерями голой трубки лишь при дв = 150 л»л» (о„, = 68 л»м). Максимальные тепловые потери получаются при »»я=39 мл» (й„а =13,1 л»л»), который называется кршпическил» диаметром изоляции', и его значение определяется из следующего соотношения: РЗ кР аа или аа»к „"'-' = В»„= — 2, (25) кР где Вг' — критерии Бпо (см. в 5 32). Это соотношение используется при расчете электрической изоляции проводов/ для которых необходимо осуществить наилучший отвод тепла.
ЕслИ изолирование объекта проИзводится с целью обеспечения технологического процесса или с целью обеспечения санитарных условий труда, тогда допустимые тепловые потери изменить нельзя. В этом случае необходимо произвести расчет для нескольких сортов изоляции и выбрать из них ту, » Увелнченне тепловых потерь прн наложении изоляции определяется уменьшеннем термического сопротивления вследствие увеличения анаметра изолированной трубки — з»бфекл» оребуения; приведенное соотношенне [урааненне (2б)] получается нз уравнения (21 путем днфференцнровання по П, н прнравннвання производной нулю. 222 теплопегедАчА 1га т стоимость которой меньше других. Если же изолу(рование объекта производится с целью экономии топлива, то материал и толщина изоляции выбираются, исходя из экономических соображений путем сопоставления стоимости изоляции и стоимости сэкономленного тепла или топлива.
При выборе изоляции большое значение имеют и такие факторы как вес, гнгиеничность, гигроскопичность, удобство монтажа и срок службы изоляции, а также удаленность от места ее изготовления. Обычно стремятся использовать местные виды изоляционных материалов, а не дальнепривозные. Пример 30. Для подачи пара имеется паропровод диаметром 150/1 59 мм и длиной 1=350 м. Начальная температура пара г',=-350'С при р'= =15 ат.
Требуется рассчитать изоляцию так, чтобы у потребителя температура пара была не ниже г"1,— — 330'С при р"=13 ат, если паропровод проходит в закрытом помещении, 1 г — — 1О'С, скорость протеканая пара т =25 м/сек, фланцевых соединений на трубопроводе нет (сварной), но имеются две задвижки Лудло. В течение года паропровод находится в действие 7000 часа стоимость одного миллиона калорий тепла равна 12 руб.
В рассиатриваемом случае допустимые тепловые потере должны быть определены, исходя из заданного падения температуры пара. Расход пара в час ~ьР 25 3,14 0,15г.5 б=т — 7= ' ' =794) кг/час. Из таблиц водяного пара имеем (см. в приложении фиг. 203): прн р'= 15 ата и К1, — 350чС теплосодержание пара 1',=752 акал/кг; прн р" = 13 ата и )"1 т — 330 С теплосодержание пара 1"а= 743 ккал/кг. Допустимые потери тепла на всей длине паропровода ()=сг (/т' — 1"т) = = 7 950 (752 — 743) = 71 500 Екал/час. Потеря тепла одного вентиля илн задвижки эквивалентна потере тепла трубопроводом длиной 1= 6 м; следовательно, чтобы учесть потерю тепла двух задвижек, надо к заданной длине паропровода прибавить еще 12 м.
Таким образом, расче~ная длина паропровода равна 1р -—— = 350 + 12 = 362 м. Теперь можно определить допустимые потери с одного погонного метра длины паропровода, а именно: („1 71 500 рл 1 362 — 197 ккал/м час. Р При рзсчете изоляции термическими сопротивлениями теплоотдачн от пара к стенке и самой стенки трубы можно пренесречь. В этом случае температуру поверхности трубы 1 н можно считать равной температуре пара, при этом берется максимальная начальная температура, 11 г— = 350чС.
Дальнейший расчет будет проведен для трех различных изоляций: 1) совелит мастичный; 2) совелит формованный и 3) вулкаиит. 1. Совелитовая мастичная изоляция. Зададимся температурой на поверхности изоляции; пусть 1 т = 26'С. Тогла средняя температура изоляционного слоя равна: г,„т+ 1 г (350+ 26 гиа = 2 — 2 — 188 С. ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ 223 Для мастичного совелита = 0 073 ' 0 009. †" = 0,073 + 0,009 1,88 = 0,09 ккал/м час'С. т 1(10— при заданных температурах т , и т 2 количество переданного тепла д~ равно: 2 1зз (т„ 1 — т 2) ч2= 1п — ' С(2 где а',— внешний диаметр трубы; аэ — внешний диаметр изоляции. аз Из этого уравнения определяется — или толщина слоя о„, а именно.
кт 2к 2 3,14 0,09(35) — 26).1,05 !п — = — 1 (т — т )5= ' ' ' -- - — — ' — 0,9752 «з ва м,т = 197 '7 откуда лэ о эта -=е =2,65; аз=2,65а',=2,65.159=420 мм и ч =130 мм, 1 из Теперь надо проверить температуру т . Так как температура помещения 172 — 10зС н коэффициент теплоотдачи согласно уравнению (23) за — 8,4+0,06 (т 2 — т 2) 9,4 акал)мэчасеС, чч. то 197 тк,э — 17 2 + — а †, — 1О -т- 3 14 О 42-9,1 — 25,8 С, т. е. почти в точности совпадает с принятой температурой. 2. Совелитовая формованная изоляция =25зС,т а=188'С; 1 =0,071+0,0161 — "з.— 0,101ккал)м час'С; Кэ 1 -" 3,14 0,101(350 — 25) 1,05 1п-а — 2я1„(с 1 — т л) 5= — '- — ' 97 т Чю = 1,095; — =2,99; Ф1 — 1;59.2,99 = 480 мм и о = 160 мм и из= 1 =9,5 акал)мз час'С; 197 ',„,= — 10+ 3в 14 — „48 — 95 — 24,0 С; расхождение в допустимых пределах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
