ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет оптимальной толщины теплоизоляционного слоя из "Автоматизация проектирования трубопроводных систем химических производств" В практике проектирования используется много вариантов расчетов тепловой изоляции, зависящих от пp Hятoй модели процесса передачи тепла от теплоносителя к внешней среде и обусловленных требованиями к тепловой изоляции [55]. Во всех случаях исходные данные содержат температуру теплоносителя, температуру окружающего воздуха, наружный диаметр трубопровода, коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала. [c.65] Кроме указанных исходных данных, в расчетах участвуют характеристики, список которых зависит от методики расчета. [c.65] Среди многих методик расчета тепловой изоляции особое место принадлежит оптимальному выбору толщины по экономическому критерию минимума приведенных затрат. Расчет основан на предположении, что потери тепла (холода) изолированным трубопроводом не влияют существенным образом на протекание технологического процесса в аппаратах, соединенных этим трубопроводом. Принимается, что технологический процесс не предъявляет к тепловой изоляции специальных требований в трубопроводе не проходят процессы, сопровождаемые выделением (поглощением) тепла, такие, как химические реакции, переход вещества из одного агрегатного состояния в другое и т. д. [c.65] Указанные предположения верны для большинства трубопроводов, встречающихся в практике проектирования. Для них задача оптимального выбора толщины тепловой изоляции может быть поставлена и решена независимо от технологического процесса. [c.65] Критерий приведенных затрат учитывает две составляющие капитальные затраты на изготовление и монтаж тепловой изоляции и текущие затраты на восполнение потерь тепла (холода) через тепловую изоляцию. Первая составляющая, капитальные затраты, увеличивается с ростом толщины тепловой изоляции, вторая — потери тепла (холода) — уменьшается. Поэтому всегда существует оптимальное значение толщины тепловой изоляции. Так как расчеты оптимальных толщин не зависят от конкретного технологического процесса, их можно провести централизованно для всех возможных вариантов исходных данных. [c.65] Результаты таких расчетов, оформленные в виде Норм тепловых потерь изолированными поверхностями оборудования и трубопроводов даны в нормативных документах. [c.65] Нормативные потери тепла задаются для 1 м длины трубопровода в единицу времени и являются функцией следующих переменных температуры теплоносителя, диаметра трубопровода, номера территориального района (места расположения площадки строительства). Последняя переменная определяет как климатические данные, так и экономические характеристики — цены топлива и теплоизоляционных материалов. [c.65] Расчеты толщины тепловой изоляции по нормам потерь представляют собой самый распространенный в практике проектирования случай. В системе АПРИЗ такие расчеты выполняются в самом распространенном случае, когда назначение тепловой изоляции формулируется как ограничение потерь тепла (холода). [c.66] Для проектных организаций, не имеющих вычислительной техники, нами разработаны и выпущены на ЭВМ специальные справочники — рекомендации по выбору оптимальных толщин теплоизоляционного слоя. Рекомендации составлены как для положительных, так и для отрицательных температур теплоносителя. Они представляют собой собрание большого числа напечатанных на ЭВМ таблиц (соответственно 252 и 128), в которых даны оптимальные толщины слоя теплоизоляции для наиболее распространенных теплоизоляционных материалов, для всех территориальных районов СССР и для широкого интервала температур и диаметров труб. Рекомендации рассчитаны, исходя из нормативов потерь тепла (холода). В случае пересмотра норм все вычисления и выпуск таблиц будут повторены. [c.66] При экономических расчетах тепловой изоляции стоимость теряемого тепла (холода) определяют по ценам источника, восполняющего потери. С достаточной для инженерной практики точностью в качестве такого источника тепла принят пар соответствующих параметров при назначении цены учитывается номер территориального района, где расположена площадка строительства. Часто цена тепла может быть уточнена для конкретной площадки строительства по данным предприятия. В составе системы АПРИЗ имеются специальные отдельные программы, позволяющие подсчитать оптимальные нормы потерь тепла для конкретных условий. Затем полученные таблицы закладываются в память ЭВМ для использования при автоматизированном проектировании. [c.66] Следует отметить роль нормативов потерь тепла (холода) как средства для развязки разных стадий проектной работы. Расчеты материально-тепловых балансов технологической схемы производят задолго до выполнения проекта тепловой изоляции. Однако знание оптимальных потерь тепла (холода) позволяет проводить тепловые расчеты с учетом тепловой изоляции трубопроводов и аппаратов. [c.66] Нормы ограничивают температуру поверхности изолированных трубопроводов значениями 45 °С в помещении и 55 °С на открытом воздухе. В автоматизированной системе АПРИЗ эти требования интерпретируются следующим образом. Для. трубопроводов, расположенных в помещении, температура поверхности контролируется при любом назначении тепловой изоляции. Толщину изоляции выбирают так, чтобы всегда обеспечивалось указанное выше требование. Такое решение учитывает, что уменьшение выделения тепла с поверхности трубопроводов и аппаратов необходимо для снижения нагрузки на системы вентиляции. Однако в исходных данных системы АПРИЗ предусмотрено назначение тепловой изоляции от ожогов специально для случаев, когда поверхность трубопровода требует изоляции только по соображениям техники безопасности, а потери тепла не ограничиваются (например, для трубопроводов, сбрасывающих горючие газы на факел). Назначение от ожогов может сочетаться с любым местоположением изолируемого объекта. [c.66] Отметим, что существующие нормы тепловых потерь требуют толщин изоляции, в большинстве случаев достаточных для обеспечения нормативных температур на поверхности трубопроводов. Исключение составляют трубы с малым диаметром и высокой температурой поверхности (например, диаметром менее 100 мм и температурой выше 400 °С). [c.67] Если температура поверхности изолированного трубопровода окажется ниже температуры точки росы окружающего воздуха, это приведет к конденсации влаги на этой поверхности. В системе АПРИЗ предусмотрен контроль температуры поверхности холодных трубопроводов, расположенных в помещении. При необходимости толщину теплоизоляции увеличивают, чтобы не допустить конденсации влаги. Однако система позволяет применять назначение от конденсации влаги для тех случаев, когда потери холода допустимы. [c.67] При расчетах теплоизоляции холодных трубопроводов, расположенных на открытом воздухе, всегда учитывается нагрев от солнечной радиации. Назначение защита от солнечной радиации интерпретируется так же, как от потерь холода . Для оценки солнечной радиации и вычисления точки росы используются климатические данные для июля месяца. Граница раздела между трубопроводами с холодным и горячим теплоносителем принята в системе АПРИЗ между значениями 20—21 °С. Начиная с 21 °С и выше, расчеты ведутся по правилам для горячих теплоносителей, начиная с 20 °С и ниже — для холодных. Выбор указанных значений определяется следующими соображениями. [c.67] Теплоизоляционный слой с температурой ниже точки росы должен быть защищен от сырости специальным пароизоляционным слоем. На территории СССР точка росы для июля колеблется в пределах 12—16 °С. Учитывая возможные колебания погоды, обычно принимают с запасом, что конденсации влаги можно не опасаться для изолируемых объектов, начиная с 21 °С. Объекты с температурой 20 °С и ниже уже рассматриваются как холодные . Для них выбираются теплоизоляционные конструкции с пароизоляционным слоем. [c.67] Отметим, что размещение границы между холодным и горячим объектом не влияет на результаты расчета толщины. По конструктивным соображениям минимальная толщина составляет 40 мм. Такое значение удовлетворяет всем требованиям для любых назначений тепловой изоляции в температурных пределах от О до 50 °С при любых диаметрах трубопроводов. [c.67] Задача поддержания постоянной температуры теплоносителя по длине трубопровода должна, по нашему мнению, решаться на предыдущих этапах проектирования, исходя из норм потерь тепла (холода). Но так как на практике такая технология проектирования часто нарушается, в систему АПРИЗ введены расчеты теплоизоляционного слоя по условию ограничения снижения (повышения) температуры по длине трубопровода. Для трубопроводов с обогревающим паровым спутником предусмотрен расчет теплового баланса с учетом передачи тепла от спутника к трубе. Здесь при выборе толщины изоляции используется условие тепло, поступающее от спутника, должно, по крайней мере, восполнять потери тепла трубопроводом. [c.67] Для трубопроводов, не имеющих спутников, понижение (повышение) температуры по длине неизбежно. Для расчета теплового баланса в данном случае требуются дополнительные сведения расход теплоносителя, теплоемкость теплоносителя, допускаемое падение (повышение) температуры по длине трубопровода. Для ряда ситуаций толщину выбирают по таблицам, разработанным в результате предварительно проведенных расчетов на основе опыта проектирования. К таким ситуациям относятся обогрев трубами-спутниками с горячей водой, защита трубопроводов с водой от замерзания при кратких остановках, защита от шума и ряд других. [c.67] Алгоритмы, включенные в систему АПРИЗ, обеспечивают решение подавляющего большинства практически важных задач расчета тепловой изоляции. Однако существует ряд специфических, редко встречающихся задач, которые не включены в систему. Иногда проектировщики считают возможным предъявлять к тепловой изоляции требования, связанные с контролем агрегатного состояния вещества в трубопроводе, например, не допустить конденсации паров в трубопроводе . Такие требования представляются нецелесообразными и являются нарушениями технологии проектирования. Тепловая изоляция представляет собой пассивный элемент технологической схемы с ограниченными возможностями. Толщина теплоизоляции ограничена не только экономическими соображениями, но и прочностью трубопровода. Поэтому возможен случай, когда приведенные требования не могут быть обеспечены применением тепловой изоляции. Указанный вопрос может и должен быть решен при расчете материально-тепловых балансов, когда есть еще возможность уточнить технологическую схему, диаметр трубопровода, предусмотреть обогревающий спутник и т. д. Задачи, связанные с учетом изменения агрегатного состояния вещества в трубопроводе, не включены в состав системы АПРИЗ. [c.67] Вернуться к основной статье