2. Изоляционные конструкции теплопроводов. Методика их теплового расчета. Определение тепловых потерь участка тепловой сети и падения температур теплоносителя по их длине.

Прокладка может быть наземной и подземной. Наземные теплопроводы разрешается прокладывать только в малонаселенной местности, либо по территории промышленного предприятия. Трубопроводы прокладываются по низким опорам, либо на мачтах, эстакадах и т.п. Не допускается прокладка по фасаду здания.

Подземная прокладка может быть канальная или бесканальная. Каналы могут быть проходные, полупроходные и непроходные. Проходные – при большом скоплении коммуникаций. Размеры канала - из условия свободного прохода человека. Полупроходные сооружаются когда трубопроводы требуют постоянного наблюдения, а сооружение проходных каналов экономически нецелесообразно. Размеры полупроходных каналов выбираются из условия прохода человека в полусогнутом состоянии (h_{в свету}1.4м).

Проходные и полупроходные каналы должны быть оснащены системой вентиляции, поддерживающей температуру воздуха в канале не выше 50⁰С, иметь освещение (u<30В), иметь устройство для отвода дренажных вод, через каждые 200 метров должны быть люки.

Непроходные каналы – из готовых железобетонных конструкций. Размер канала зависит от диаметра прокладываемого трубопровода. В местах скопления арматуры делаются теплофикационные колодцы, павильоны, камеры.

Прокладка бесканальная может быть в литых, шамотных и засыпных конструкциях.

Трубопроводы, проложенные под землей, находятся в условиях, способствующих коррозии. Для защиты трубопроводов от влаги нужна гидроизоляция трубопровода (на сам трубопровод): покрытие гидрозолом, эмалирование, нанесение пленочных покрытий.

Для защиты от увлажнения на поверхность тепловой изоляции обязательно накладывается покрывной слой.

Для снижения уровня грунтовых вод делается попутный дренаж (с одной или двух сторон трубопровода укладываются керамические трубы d>250 мм через каждые 40 метров сооружают колодцы для прочистки дренажа).

Для защиты от блуждающих токов используют:

1. Катодную защиту. В грунт закладывают электроды и подают напряжение.

2. Электрическое секционирование трубопроводов. В этом случае элементы трубопроводов соединяются с использованием фланцев между которыми закладывают электроизоляционный материал.

3. Увеличение электрического сопротивления. На переходе рельсы – грунт (укладка рельсов на слой гравия), увеличение электросопротивления грунта (спец. добавки в почву), применение электроизоляционных покровных материалов, прокладка труба в трубе.

В задачу теплового расчета изоляционных конструкций входит решение следующих вопросов:

1. Определение тепловых потерь изолированного устройства при заданной изоляционной конструкции;

2. Определение толщины изоляции при заданных или допустимых тепловых потерях устройства;

3. Определение толщины изоляции по заданной температуре ее поверхности;

4. Расчет температурного поля заданной изоляционной конструкции, т.е. определение температуры ее поверхности или промежуточных слоев;

5. Расчет при заданной изоляционной конструкции падения температуры теплоносителя во времени или вдоль теплопровода;

6. Определение количества выпадающего конденсата при транспортировании насыщенного пара.

Потери теплоты изолированным оборудованием и трубопроводами

Для цилиндрических аппаратов диаметром менее 2 м и трубопроводов тепловые потери составят

, (4.2)

где l – длина аппарата (трубопровода), м.

Суммарные термические сопротивления для плоской поверхности, цилиндрического сосуда, трубопровода определяются по соответствующим формулам из курса «Теплопередачи» [3].

Для изолированного трубопровода общее термическое сопротивление определяется по формуле

R = R_В + R_ТР + R_ИЗ + R_Н, (4.3)

где R_В – термическое сопротивление внутренней поверхности трубы;

R_ТР и R_ИЗ – термические сопротивления стенки трубы и слоя изоляции;

R_Н – термическое сопротивление наружной поверхности изоляции.

Обычно R_В и R_ТР вследствие их малого значения не учитывают.

Термическое сопротивление слоя изоляции определяется по формуле

, (4.4)

где _ИЗ – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м^. К);

и– наружный и внутренний диаметры изоляции, м.

Исходя из различных допустимых температур, для применяемых изоляционных материалов или из экономических соображений с целью частичной замены дорогих материалов изоляции более дешевыми, тепловую изоляцию выполняют многослойной. Термическое сопротивление цилиндрической изоляции увеличивается с увеличением отношения ее наружного диаметра к внутреннему. Поэтому в многослойной изоляции первые слои целесообразно укладывать из материала, имеющего более низкую теплопроводность, что приводит к наиболее эффективному использованию изоляционных материалов [1].

Термическое сопротивление наружной поверхности изоляции вычисляется по формуле

, (4.5)

где _Н – коэффициент теплоотдачи трубопровода, Вт/(м^2. К);

Коэффициент теплоотдачи от горизонтальной трубы к воздуху при естественной конвекции, можно определить по формуле Нуссельта

. (4.6)

При вынужденной конвекции воздуха коэффициент теплоотдачи

, (4.7)

где  – скорость движения воздуха, м/с.

Формула (4.7) действительна при   1 м/с и d  0,3 м.

Для приближенных расчетов коэффициента теплоотдачи _Н, когда температура поверхности неизвестна, может быть рекомендована формула

. (4.8)

Тепловые потери теплопроводов зависят от способа прокладки труб, применяемой изоляции, а также от наличия соседних теплопроводов (при подземной прокладке).

Общие тепловые потери сети складываются из линейных по длине трассы и местных потерь теплоты в фасонных частях, опорных конструкциях, арматуре, фланцах, и т.д.

. (4.9)

Линейные тепловые потери

, (4.10)

где q– удельные тепловые потери трубопровода по длине, Вт/м;

l – длина трубопровода, м.

Местные тепловые потери принято в приближенных расчетах выражать через эквивалентную длину теплопровода, то ест

, (4.11)

где l_Э – эквивалентная длина трубопровода, м.

Следовательно,

, (4.12)

где – коэффициент, учитывающий дополнительные (местные) потери теплоты. В практических расчетах можно принимать=0,2 0,3.

Для оценки эффективности теплоизоляционных конструкций принято пользоваться коэффициентом эффективности изоляции

, (4.13)

где Q_Н и Q_И – тепловые потери неизолированной и изолированной труб.

Для современных изоляционных конструкций теплопроводов

_и = 0,850,95.