Расчет теплопотерь трубопровода: Расчет теплопотерь трубопровода — Онлайн калькулятор

Расчет теплопотерь трубопроводов тепловой сети — Студопедия.Нет

 

Выбор оптимального теплового режима работы теплопроводов и разработка эффективных теплоизоляционных конструкций проводится на основе теплового расчёта.

В задачу теплового расчета входит ре­шение следующих вопросов:

1) определение тепловых потерь тепло­провода;

2) расчет температурного поля вокруг теплопровода, т.е. определение температур изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта;

3) расчет падения температуры теплоно­сителя вдоль теплопровода;

4) выбор толщины тепловой изоляции теплопровода.

Для определения теплопотерь теплопроводов необходимо рассчитать общее сопротивление теплопередачи от стенки неизолированного трубопровода через слой теплоизоляции к наружному воздуху.

Рассмотрим тепловой расчёт теплопровода теплотрассы, проложенного в непроходном канале.

При наличии воздушной прослойки ме­жду изолированным трубопроводом и стен­кой канала термическое сопротивление теп­лопровода определяется как сумма после­довательно соединенных сопротивлений (рис. 9.2):

 

                  R = Rи + Rн + Rп.к + Rк + Rгр,             (9.4)

 

где  Rи, Rн, Rп.к, Rк, Rгр  – сопротивление со­ответственно слоя изоляции, наружной по­верхности изоляции, внутренней поверхно­сти канала, стенок канала, грунта.

 

 

Рис. 9.2. Схема однотрубного теплопровода в канале

 

 

Величины термических сопротивлений определяют в соответствии с основными положениями курса «Тепломасообмен».

Задача теплового расчета многотрубно­го теплопровода в канале сводится в первую очередь к нахождению температуры возду­ха в канале. Зная температуру воздуха в ка­нале, можно определить теплопотерю каж­дого трубопровода по общим правилам теп­лового расчета трубопроводов, окружен­ных воздухом.

Температура воздуха в канале определя­ется по уравнению теплового баланса. При установившемся тепловом состоянии коли­чество теплоты, подводимой от трубопро­водов к воздушной прослойке канала, равно количеству теплоты, отводимой от воздуш­ной прослойки через стенки канала и массив грунта в окружающую среду.

В результате решения уравнения теплового баланса получаем выражение для температуры воздуха в канале:

 

;    ( 9.5)

 

здесь и — температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях; — температура грунта.

Удельные тепловые потери, Вт/м, изолированного трубопровода равны:

                    ,                                  (9.6)

 

где  — коэффициент, учитывающий потери тепла изолированных опор, фланцевых соединений и арматуры.

Рассчитанные по уравнению (9.6) величины теплопотерь сравнивают с нормативными теплопотерями ( прил 8). Если расчетные теплопотери не превышают нормативные, значит, разработанная конструкция теплоизоляции является эффективной.

Снижение температуры теплоносителя вдоль теплопровода определяют из уравнения теплового баланса:

 

                       ,                                      (9.7)

 

где  — расход теплоносителя, кг/с; — теплоемкость теплоносителя, ; и — температуры теплоносителя в начале и конце участка, ; — длина трассы, м; — удельные линейные тепловые потери, Вт/м.

Из уравнения (9.7) находим:

                            .                                      (9.8)

Задание 7. Рассчитать теплопотери двух теплопроводов, проложенных в непроходном канале.

Заданы: диаметры трубопроводов , толщины изоляции  и ,  температуры теплоносителей  и . Внутренние размеры канала: ширина  Н,  высота h, толщина стенок b, основания и перекрытия . Глубина заложения оси трубопроводов ; коэффициент теплоотдачи внутри канала ; коэффициенты теплопроводности: изоляции ;  грунта ; стенок канала ; температура грунта на оси канала ; .

 

Исходные данные для теплового расчета теплопроводов приведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1.

 

     Численные данные к заданию 7                 

 

Последняя  цифра шифра	Диаметр тепло-провода	Толщина изоляции, мм		Габариты канала, мм		Предпоследняя цифра шифра	Температура теплоноси-теля,		Заглубление оси тепло-прово-дов , м
1	57 3	80	40	600	450	1	150	70	1,2
2	76 3	80	40	600	450	2	125	70	1,4
3	89 3	90	50	600	450	3	135	70	1,6
4	108 4	90	50	900	450	4	140	70	2,0
5	133 4	100	60	900	450	5	145	70	1,8
6	159 4,5	100	60	900	450	6	130	70	1,3
7	194 5,0	100	60	1200	600	7	135	70	1,5
8	219 6	100	60	1200	600	8	140	70	1,7
9	273 7	100	60	1200	600	9	125	70	1,9
0	325 8	100	60	1500	900	0	130	70	1,4

 

Пример решения задания 7

Исходные данные. Заданы:    2  изолированных     теплопровода

 проложенные в непроходном канале (рис. 9.3).

100 мм; 60 мм; ; ; 700 ; ; ; ; .

Определить:   и .

Рис. 9.3. Схема двухтрубного теплопровода в канале

 

 

Порядок расчета

I. Подающий теплопровод

1. Определяем термические сопротивления:

— изоляции

;

— теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху канала:

 

;

 

— теплоотдачи от воздуха канала к его стенке:

 

,

 

где внутренний эквивалентный диаметр канала равен:

 

 

— стенок канала:

 

 

где наружный эквивалентный диаметр канала:

 

— грунта:

 

,

 

где эквивалентный диаметр грунта

 

(здесь коэффициент теплоотдачи от грунта к наружному воздуху).

 

II. Обратный теплопровод

1. Определяем термические сопротивления:

 

;

.

 

III. Находим термические сопротивления теплоотдачи:

— подающего трубопровода

 

 

— обратного трубопровода

 

-канала

 

 

IV. Определяем температуру воздуха в канале по формуле (9.5):

 

.

 

V. Находим теплопотери трубопроводов по формуле (9.6):

— подающего:

— обратного:

Контрольные вопросы:

 

1.  Охарактеризуйте основные задачи теплового расчета теплопроводов.

 

2.  Приведите зависимость термического сопротивления от наружного диаметра теплоизоляционной оболочки теплопровода.

 

3.  Изложите методику расчета температуры воздуха в непроходном канале теплотрассы с двумя теплопроводами.

 

4.  В чем состоит метод расчета теплопотерь двухтрубного теплопровода, проложенного в непроходном канале?

 

 

10. ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Как и водяные паровые системы теплоснабжения бывают однотруб­ными, двухтрубными и многотрубными (рис.10.1).

Наибольшее распространение получили двухтрубные паровые системы с возвратом конденсата к источнику тепла (рис.10.1,б). Конденсат от отдельных местных систем теплопотребления собирается в общий бак, расположенный в тепловом пункте, а затем насосом пе­рекачивается к источнику тепла. Конденсат пара является ценным про­дуктом: он не содержит солей жесткости и растворенных агрессивных газов и позволяет сохранить до 15 % содержащегося в паре тепла. Приготовление новых порций питательной воды для паровых котлов обычно требует значительных затрат, превышающих затраты на воз­врат конденсата. Запрос о целесообразности возврата конденсата к источнику тепла решается в каждом, конкретном случае на основании технико-экономических расчетов.

Многотрубные паровые системы (рис.10.1,в) применяются на про­мышленных площадках при получении пара от ТЭЦ и в случае, если технология производства требует пара разных давлений. Затраты на сооружение отдельных паропроводов для пара разных давлений ока­зываются меньше, чем стоимость перерасхода топлива на ТЭЦ при от­пуске пара только одного, наиболее высокого давления и последующе­го редуцирования его у абонентов, нуждающихся в паре более низкого давления. Возврат конденсата в трехтрубных системах производится по одному общему конденсатопроводу.

 На крупных промышленных узлах, объединяющих несколько пред­приятий, сооружаются комплексные водяные и паровые системы с по­дачей пара на технологию и воды на нужды отопления и вентиляции.

На абонентских вводах систем кроме устройств, обеспечивающих передачу тепла в местные системы теплопотребления, большое значе­ние имеет также система сбора конденсата и возврата его к источнику тепла.

Поступающий на абонентский ввод пар обычно попадает в распре­делительную гребенку, откуда непосредственно или через редукцион­ный клапан (автомат давления «после себя») направляется к теплоиспользующим аппаратам.

Схемы сбора конденсата бывают открытыми и закрытыми. Наибо­лее простая открытая схема сбора конденсата представлена на рис.10.2. По этой схеме конденсат от теплоиспользующего аппарата 2 проходит конденсатоотводчик 3, т. е. прибор, пропускающий жид­кость и не пропускающий пара, и попадает в бак сбора конденсата 4, который через особую трубу 1 сообщается с атмосферой. Из бака конденсат насосом 5 перекачивается к источнику тепла или в случае однотрубной системы направляется на использование потребителем.

 

 

Рис.10.1. Принципиальные схемы паровых систем теплоснабжения

а — однотрубной без возврата конденсата; б — двухтрубной с возвратом конденсата; в — трехтруб­ной е возвратом конденсата; 1 — источник тепла; 2 — паропровод; 3 — абонентский ввод;      4 — кало­рифер вентиляции; 5 — теплообменник местной системы отопления; 6 — теплообменник местной системы горячего водоснабжения; 7 — технологический аппарат;               8 — конденсатоотводчик; 9 — дренаж; 10 — бак сбора конденсата; 11—конденсатный насос; 12 — обратный клапан;    13 — конденсатопровод

Недостатками открытой схемы сбора конденсата являются:

а) опасность поглощения конденсатом кислорода воздуха, что вы­зывает коррозию конденсатопроводов;

б) потери в атмосферу пара вторичного вскипания и уходящего с паром тепла.

 

Рис. 10.2. Открытая схема сбора конденсата

1— паропровод; 2 — теплоиспользующнй аппарат, 3 — кон­денсатоотводчик; 4 — бак сбора конденсата; 5 — насос;                6 — обратный клапан; 7 — атмосферная труба

 

Наибольшее распространение на практике имеют закрытые схемы сбора конденсата (рис. 10.3).

Конденсат от теплоиспользующего аппарата 2, пройдя конденсатоотводчик 3, попадает в закрытый бак сбора конденсата 5, в котором поддерживается избыточное (по отношению к атмосфере) давление.

При попадании в этот бак высокотемпературного конденсата с t>104°С конден­сат вскипает и образует вторичный пар, который может быть исполь­зован для разных целей, в том числе и для приготовления воды систем горячего водоснабжения. Установленный на подводке к пароводяному теплообменнику автомат давления «до себя» 11 не позволяет давлению в баке становиться меньше заданной величины. Конденсат, из тепло­обменника через петлю вновь возвращается в бак. Для этого теплооб­менник необходимо располагать несколько выше бака.

Поступление конденсата в бак может изменяться в течение отопительного периода и в зависимости от режима работы паропотребляющего оборудования, а, следовательно, может изменяться и поступление вторичного пара в пароводяной теплообменник 13. В связи с этим для обеспечения по­догрева воды в заданном количестве к теплообменнику через регуля­тор температуры 12 подводится дополнительно пар от основного паро­провода. Удаляется конденсат из бака насосом. При быстром опорож­нении бака и образовании в нем вакуума он может быть раздавлен атмосферным давлением. Во избежание этого к баку через редуктор подводится пар от основного паропровода.

 

Рис. 10.3. Закрытая схема сбора конденсата

1 — паропровод; 2 — теплоиспользующий аппарат; 3 — конденсатоотводчик; 4 — конденсатопровод; 5 — бак сбора конденсата; 6 — водомерное стекло; 7— конденсатный насос; 8 — обратный клапан; 9, 11 — регуляторы давления «до себя»; 10 — трубопровод пара вторичного вскипания; 12 — регулятор температуры; 13 — пароводяной теплообменник; 14 — водопровод; 15 — горячая вода; 16 — гидравлический затвор

 

При закрытых схемах сбора конденсата последний не поглощает кислорода воздуха; отсутствуют также непроизводительные потери конденсата и содержащегося в нем тепла. Недостатком закрытых схем является их сложность, а также необходимость четкой увязки количества пара, выделяющегося в баке, с конденсационной способ­ностью пароводяного подогревателя и потреблением нагреваемой в нем воды.

Контрольные вопросы:

1.  Охарактеризуйте виды применяемых паровых систем теплоснабжения.

2.  Каковы особенности открытой схемы сбора конденсата?

3.  Каковы особенности и преимущества закрытых схем сбора конденсата?

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ