Расчет температуры на поверхности изоляции

Ниже представлена краткая методика инженерного расчета тепловой изоляции трубопровода (трубы). Оптимальную толщину теплоизоляционного слоя находят путём технико-экономического расчета. Практически толщину слоя изоляции определяют исходя из его термического спротивления (не менее 0,86 [ o С • м 2 /Вт] для труб с Dу o С м 2 /Вт] для труб с Dу > 25 мм).

Качество тепловой изоляции трубопровода оценивается её КПД. В современных конструкциях тепловой изоляции при использовании материалов с теплопроводностью до 0,1 [Вт/м • K] оптимальная толщина слоя изоляции обеспечивает тепловую эффективность этой изоляции, близкой к 0,8 (т.е. эффективность 80%).

Приведенная на этой страничке информация может быть полезна для проведения инженерных расчетов при проектировании, например, тепловой изоляции различных трубопроводов. В качестве примера ниже приведен расчет тепловой изоляции для выпускного коллектора высокофорсированного дизеля.

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции для цилиндрической стенки трубопровода (трубы) определяется по формуле:

dиз – искомый наружный диаметр стенки изоляции трубопровода.

dн – наружный диаметр трубопровода.

λиз – коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

αв – коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху.

Линейная плотность теплового потока

tн – температура наружной стенки трубопровода.

tиз – температура поверхности изоляции.

Расчет тепловой изоляции трубопроводов и оборудования выполняется по определенным формулам и должен соответствовать СНиП.

Схема тепловой изоляции трубопроводов.

Расчет тепловой изоляции для плоских поверхностей осуществляется по следующим формулам (Рис.1)

Расчет для криволинейных поверхностей может осуществляться по следующим формулам (рис.2), где

  • tв — это температура среды внутри изолируемого оборудования, °С;
  • Rиз — термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты плоского слоя изоляции, м²×°С/Вт;
  • tн — это температура окружающей среды, °С;
  • qF — является поверхностной плотностью теплового потока через плоскую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м²;
  • Rвн — является термическим сопротивлением теплоотдаче на внутренней поверхности стенки изолируемого объекта, м²×°С/Вт;
  • Rст — является термическим сопротивлением кондуктивному переносу теплоты стенки изолируемого объекта, м²×°С/Вт;
  • Rн — является термическим сопротивлением теплоотдаче на наружной поверхности защитного слоя, м²×°С/Вт.

Расчет тепловой изоляции для плоских поверхностей.

По формуле 1 осуществляется расчет теплоизоляции для плоской поверхности из n-слоев (в большинстве случаев защитная поверхность состоит не из одного, а из нескольких слоев).

По формуле 2 осуществляется расчет однослойной теплоизоляции для плоской поверхности.

По формуле 3 осуществляется расчет для криволинейной поверхности из n-слоев.

По формуле 4 осуществляется расчет однослойной теплоизоляции для криволинейной поверхности.

Самостоятельно провести расчет толщины теплоизоляции оборудования довольно трудно. Если у вас нет времени и специальных знаний, вы можете обратиться в компанию, которая проведет расчет за вас. На сегодняшний день на рынке немало предложений от фирм, которые занимаются подобными вычислениями и составлением всей сопутствующей документации на профессиональном уровне. Это более затратный способ, нежели самостоятельный расчет, но он поможет избежать ошибок и сэкономит ваше время.

Если же вы все же решили работать самостоятельно, т.е. без привлечения профессионалов, то для вас существует множество компьютерных программ, которые помогут автоматизировать процесс самостоятельного расчета толщины теплоизоляционного слоя и других параметров изоляции. Функциональность большинства таких программ поможет вам в автоматическом режиме просчитать нужные параметры, достаточно просто ввести характеристики вашей конструкции и выбранного теплоизоляционного материала. вы сможете провести расчет следующих показателей для трубопроводов:

Читайте также:  Как снять подоконник с пластикового окна внутри

Расчет для криволинейных поверхностей.

  • расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
  • расчет теплового потока при заданной толщине изоляции;
  • расчет изменения температуры носителя при заданной толщине изоляции;
  • время замерзания носителя при заданной толщине изоляции;
  • величина толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции;

Множество аналогичных программных продуктов этой сферы вы можете бесплатно скачать в свободном доступе в сети Интернет или же воспользоваться программой-калькулятором на сайте некоторых строительных компаний. В большинстве своем эти программы просты и построены на интуитивно понятном интерфейсе, а функциональность и методы использования подробно расписаны в руководствах.

Особенности теплоизоляции в зависимости от задач

Размер тепловой изоляции трубопроводов зависит от того, какую задачу она должна решать. Выделяют несколько видов задач, выполняемых теплоизоляцией.

Тепловая изоляция труб для последующего обеспечения заданной плотности теплового потока

Таблица тепловой изоляции труб для последующего обеспечения заданной плотности теплового потока.

В случае, когда рассчитывается теплоизоляция для трубопроводов надземной прокладки, расчет ведется по заданной плотности теплового потока. Вычисления толщины во многом зависят от температуры теплоносителя, температуры воздуха, расположения изолируемого трубопровода (помещение или открытый воздух), величины заданного или нормального теплового потока, а также наружного диаметра трубы. Следует помнить, что значение плотности теплового потока с поверхности труб будет определяться общим тепловым балансом предприятия, требованиями технологического процесса или нормативными значениями четвертого приложения СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Тепловая изоляция трубопроводов для обеспечения нужной температуры на поверхности

Преследование таких целей обычно связано с тем, что требования техники безопасности предписывают необходимость снизить тепловыделение в помещении для защиты обслуживающего персонал от ожогов, а тепловые потери на предприятии не регламентированы. По закону, в соответствии с нормами и требованиями СНиП, при температуре теплоносителя ниже 100°С, находящегося в помещении, температура на поверхности изоляции труб не должна превышать 35°. При температуре теплоносителя свыше 100 °С, температура поверхности не должна превышать 45°. На открытом воздухе планка температур повышается, но все равно ограничена 55°С при использовании металлического защитного покрытия и 60° при использовании других видов покрытий теплоизоляции труб.

Схема тепловой изоляции трубопроводов для обеспечения нужной температуры на поверхности.

При выборе защитного покрытия теплоизоляции труб, находящихся в помещении, необходимо учитывать радиационные свойства его поверхности. Так, для снижения толщины слоя тепловой изоляции трубопроводов следует применять неметаллическое защитное покрытие с высоким коэффициентом излучения, так как при одних и тех же условиях расчета толщина неметаллического покрытия теплоизоляции труб окажется существенно ниже, чем при металлическом покрытии. Размеры изоляционного слоя, определяемого расчетом по заданной температуре на его поверхности, будут зависеть от таких факторов как:

  • температура окружающего воздуха;
  • расположение конструкции (может находиться в помещении или на открытом воздухе);
  • наружный диаметр трубы;
  • температура самого теплоносителя;
  • коэффициент теплоотдачи от поверхности теплоизоляции трубопровода к окружающему воздуху.

Тепловая изоляция труб для предотвращения замерзания в них жидкостей

Такая тепловая изоляция выполняется для того, чтобы жидкость, находящаяся внутри трубопроводов, при прекращении своего движения не замерзала. Это обычно делается для труб малого диаметра, у которых запас аккумулируемого тепла незначителен. Время, на которое тепловая изоляция поможет предохранить жидкость от замерзания при остановке, ограничено и зависит от следующих факторов:

Читайте также:  На долю конвекции приходится

Устройство тепловой изоляции труб для предотвращения замерзания в них жидкостей.

  • температура окружающего воздуха;
  • температура самой жидкости;
  • скорость ветра;
  • внутренний диаметр трубы;
  • толщина стенки трубы;
  • материал стенки трубы;
  • параметры жидкости.

Вероятность замерзания уменьшается с возрастанием диаметра трубы и температуры жидкости. Также необходимо учитывать, что при отсутствии вентиляции с повышением относительной влажности воздуха расчетная толщина слоя тепловой изоляции будет расти.

Теплоизоляция для предотвращения от конденсации влаги

Расчет утеплителя для трубопроводов, которые расположены на открытом воздухе, не выполняют. Данный вид теплоизоляции предназначен для оборудования, которое содержит вещества с температурой ниже, чем температура воздуха в помещении (например, холодная вода). На толщину теплоизоляционного слоя, используемого для предотвращения конденсации влаги на поверхности, будут влиять такие факторы, как:

  • относительная влажность воздуха;
  • вид защитного покрытия утеплителя;
  • температура воздуха в помещении.

Следует учитывать, что расчетная величина толщины изоляционного слоя будет расти с ростом относительной влажности воздуха.

Тепловая изоляция труб тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки

Формула тепловой изоляции труб тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки.

При двухтрубной подземной канальной прокладке величина толщины тепловой защиты труб рассчитывается с учетом следующих факторов:

  • температура теплоносителя;
  • характеристики теплоизоляционного материала;
  • температура грунта на глубине заложения;
  • характеристики трубы.

Величина толщины теплоизоляционного слоя выбирается в соответствии с требованиями СНиП. При этом расчет для подающей и обратной трубы чаще всего одинаков. Универсального теплоизолятора не бывает. В каждом отдельном случае следует подбирать свое теплоизоляционное покрытие, которое сможет обеспечить выполнение необходимых задач. Поэтому следует тщательно изучить возможные материалы.

Материалы для теплоизоляции

Схема битумной теплоизоляции.

  1. Битум. Используется в основном для теплоизоляции подземных конструкций. Битумная изоляция предотвращает коррозию на поверхности. Наружная часть состоит из слоя полиэтилена, который защищает битумное покрытие. Иногда дополнительно оборачивают стеклохолстом, что, в свою очередь, влияет на величину толщины слоя. Чаще всего этот материал используется для защиты трубопроводов газо-, нефте и водоснабжения из стали, а также для тепловых труб из металла.
  2. Теплоизоляция пенополиуретановыми скорлупами. Используется как под землей, так и для тепловой защиты наземных конструкций. Отличается мобильной сборкой и многоразовым использованием.
  3. Пенополиуретановая оболочка или «труба в трубе». Пенополиуретан впрыскивается и затвердевает между внутренней стальной трубой и полиэтиленовой изоляцией. Перед этим процессом труба должна пройти стадию очистки. Во избежание разрушения наружные конструкции следует покрывать акриловыми красками. Понятие толщины защитного слоя в этом случае не совсем уместно, т.к. используется метод «труба в трубе».
  4. Полиэтиленовая антикоррозионная защита. Является комбинированным многослойным покрытием для изоляции трубопроводов. Данный процесс чаще всего проходит в промышленных цехах. Для небольших сетей бытового уровня обычно не используется.
  5. Стекловата. Для трубопроводов тепловой сети нередко используются изделия из стекловаты. Они хорошо помогают в защите от теплопотерь и предотвращают образование конденсата в теплоцентралях, пароводах и прочих коммуникациях. Расчет толщины защитного слоя зависит от параметров изолируемой конструкции.
  6. Минеральная вата. В основном используется для изолирования трубопроводов теплоснабжения. Может применяться для конструкций различного диаметра и объема. Скорлупы и маты базальтовой ваты сверху покрываются лентами антикоррозийной оцинкованной изоляции и асбоцементными листами, которые препятствуют изменению состава и свойств защитного материала под действием солнца. Это тот случай, когда качество изоляции (количество слоев и их комбинирование) напрямую оказывает влияние на величину толщины защитного покрытия.
Читайте также:  Топить печь отработанным маслом

Следует помнить, что расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов — это непростой процесс, требующий учета множества факторов и соответствия строительным нормам и правилам. Основным документом, регламентирующим величину толщины слоя тепловой изоляции и многих других его параметров, является СНиП 2.04.14-88. «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». В этом документе содержатся основные требования к конструкциям, изделиям и материалам для тепловой изоляции и все расчетные технические характеристики материалов, которые помогут при выборе толщины защитного слоя.

Расчетная программа K-PROJECT предназначена для проектирования инженерных систем различного назначения с использованием в конструкции технической изоляции «K-FLEX», покрывных защитных материалов и комплектующих, основываясь на требованиях, содержащихся в нормах технологического проектирования и других нормативных докуметах:

  • СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»;
  • ГЭСН-2001 Сборник №26 «Теплоизоляционные работы»;
  • СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Актуализированная редакция СНиП 23-01-99;
  • СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003;
  • ТР 12324 — ТИ.2008 «Изделия теплоизоляционные из каучука «K-FLEX» в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Программа выполняет следующие типы расчетов:

1. Для трубопроводов:

  • Расчет теплового потока при заданной толщине изоляции;
  • Расчет изменение температуры теплоносителя при заданной толщине изоляции;
  • Расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
  • Расчет времени замерзания теплоносителя при заданной толщине изоляции;
  • Расчет толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции.

2. Для плоских поверхностей:

  • Расчет теплового потока при заданной толщине изоляции;
  • Расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
  • Расчет толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции и другие.

Результаты расчетной программы K-PROJECT могут быть использованы при проектировании конструкций тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий, а также объектов ЖКХ, включая:

  • технологические трубопроводы с положительными и отрицательными температурами всех отраслей промышленности;
  • трубопроводы тепловых сетей при надземной (на открытом воздухе, подвалах, помещениях) и подземной (в каналах, тоннелях) прокладках;
  • трубопроводы систем отопления, горячего и холодного водоснабжения в жилищном и гражданском строительстве, а также на промышленных предприятиях;
  • низкотемпературные трубопроводы и оборудование холодильных установок;
  • воздуховоды и оборудование систем вентиляции и кондиционирования воздуха;
  • газопроводы; нефтепроводы, трубопроводы с нефтепродуктами;
  • технологические аппараты предприятий химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой, и др. отраслей промышленности резервуары для хранения холодной воды в системах водоснабжения и пожаротушения;
  • резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов, мазута, химических веществ и т.д.

В программе реализован модуль расчета коэффициента теплоотдачи в зависимости от температур теплоносителя и окружающей среды, типа покровного слоя и ориентации трубопровода, позволяющий учитывать эти факторы при расчете теплотехнических характеристик.

В обновленной версии программы K-PROJECT 2.0 реализована возможность составлять рабочую документацию согласно ГОСТ 21.405-93 «СПДС. Правила выполнения рабочей документации тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»:

  • техномонтажная ведомость;
  • спецификация оборудования.

При формировании техномонтажной ведомости и спецификации, программа подбирает требуемые типоразмеры теплоизоляционных материалов K-FLEX, рассчитывает необходимое количество покровных материалов и аксессуаров K-FLEX для планируемого монтажа.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *