Расчет тепловых потерь трубопроводов: Расчет тепловых потерь трубопровода

ВЫБОР И РАСЧЁТ КАБЕЛЯ

Выбор нагревательного кабеля и расчеты

     Для того, чтобы правильно выбрать тип и марку нагревательного кабеля, необходимо провести теплотехнический расчет. Расчет проводится для каждого трубопровода индивидуально. Для выполнения теплотехнического расчета можно воспользоваться комплексом программ расчета тепловых потерь трубопроводов и резервуаров и подбора нагревательного кабеля и комплектующих TeplomagPro.

Комплекс программ TeploMagPro позволяет быстро и удобно рассчитать теплопотери трубопроводов и резервуаров, выбрать марку саморегулирующегося или резистивного нагревательного кабеля, а также составить спецификацию комплектующих системы электрообогрева и сформировать сводные документы по проекту. 

С помощью программы TeploMagPro можно рассчитать время разогрева трубопровода, пустого или заполненного жидкостью, от заданной начальной температуры до температуры поддержания при включенной системе электрообогрева.  

В случае отключения питания системы электрического обогрева трубопроводов и содержащаяся в нем жидкость начнут остывать. Программа TeploMagPro позволяет рассчитать время остывания трубопровода от начальной температуры до заданной конечной.

Программа позволяет рассчитывать тепловые потери с поверхности трубопроводов, расположенных на открытом воздухе, в помещении, под землей и под водой. Расчет мощности тепловыхпотерь, производимых программой, соответствует ГОСТ IEC 60079-30-2-2011, СП 41-103-2000, IEEE 844-2000. Комплекс программ TeploMagPro вы можете получить после регистрации на сайте www.sst-em.ru.

Также сделать предварительный подбор необходимого нагревательного кабеля можно самостоятельно, выполнив следующие шаги:

1 Определить тепловые потери обогреваемого объекта

2 Выбрать марку нагревательного кабеля

3 Подобрать мощность нагревательного кабеля

4 Рассчитать длину нагревательного кабеля

Шаг 1: Таблица расчета тепловых потерь

В таблице 1 приведены типовые расчетные теплопотери трубопроводов в зависимости от их диаметра, разности температур трубопровода и окружающей среды, а также от толщины теплоизоляции.

1 Выберите диаметр трубопровода

2 Выберите толщину теплоизоляции и разность температур

3 На пересечении соответствующего столбца и строки определите тепловые потери

Расчет в таблице произведен для следующих условий: с применением теплоизоляции, коэффициент теплопроводности которой равен 0,05 Вт/(м•°С). При изменении условий, необходимо ввести следующую корректировку:

В результате проведения такого расчета получаем тепловые потери трубопровода при поддержании требуемой температуры для дальнейшего выбора марки нагревательного кабеля.

Пример:
стальной трубопровод Dн 159 мм на открытом воздухе
теплоизоляция – минеральная вата 50 мм
температура поддержания +10 °С
минимальная температура окружающего воздуха -40 °С
Получаем: разница между температурой трубопровода и окружающего воздуха ΔТ=10-(-40)=50 °С
По таблице 1 находим: теплопотери трубопровода Qтабл=31,36 Вт/м
Суммарные теплопотери трубопровода:
Qобщ= Qтабл×К1×К2×К3×Е=31,36×1×1×1×1,1=34,5 Вт/м.

Таблица 1 Типовые расчеты теплопотерь с поверхности трубопровода

Шаг 2: Выбор марки нагревательного кабеля

Марка нагревательного кабеля выбирается в соответствии с расчетными тепловыми потерями с учетом максимальной температуры применения нагревательного кабеля, его тепловыделения при поддерживаемой температуре, а также вероятности воздействия на нагревательный кабель химически активных веществ.

Шаг 3: Подбор мощности нагревательного кабеля

Каждый саморегулирующийся нагревательный кабель характеризуется своей температурной характеристикой мощности тепловыделения от температуры обогреваемого объекта.
Зависимости номинального тепловыделения саморегулирующихся нагревательных кабелей при рабочем напряжении 230 В представлены в каталоге (см. стр. 19-31). В случае небольшого превышения тепловых потерь трубопровода номинальной мощности нагревательного кабеля можно применить коэффициент навива, т. е. выполнить обогрев трубопровода с расходом нагревательного кабеля более чем 1 погонный метр кабеля на 1 погонный метр трубопровода (например, с коэффициентом навива 1,1…1,3, но не более 1,5 м/м).  Для соблюдения минимального радиуса изгиба навив нагревательного кабеля возможен для трубопроводов диаметром не менее 57 мм. Минимальный радиус изгиба указывается в технических характеристиках, приведенных в настоящем каталоге.

Шаг 4: Расчет длины нагревательного кабеля

Длина нагревательного кабеля определяется для каждого трубопровода индивидуально. Расчет длины нагревательного кабеля представляет собой сумму длин, необходимых для каждого компонента трубопроводной системы. При расчете длины нагревательной секции для обогрева участка трубопровода необходимо предусмотреть запас нагревательного кабеля для компенсации теплопотерь элементов арматуры, фланцевых соединений, опор трубопровода и т. п. Более подробную информацию по выбору нагревательного кабеля, построению систем промышленного электрообогрева и подбору комплектующих вы можете найти в наших методических материалах. В «Руководстве по проектированию систем электрического обогрева на основе саморегулирующихся нагревательных лент» описываются общие методы проектирования промышленных систем электрообогрева и приводится последовательный алгоритм выполнения проекта, начиная с получения исходных данных и заканчивая его утверждением.  В методическом пособии «Общие принципы построения систем электрообогрева на основе резистивных нагревательных кабелей LLS (ЛЛС)» описываются общие принципы построения систем промышленного электрообогрева Лонг-лайн на основе резистивных кабелей марки LLS (ЛЛС). В методическом пособии «Общие принципы построения индукционно-резистивных систем электрообогрева ИРСН-15000» описываются общие принципы построения систем промышленного электрообогрева ИРСН-15000 (скин-система).
Методические материалы вы можете получить в электронном виде на сайте www.sst-em.ru после регистрации. На сайте www.sstprom.ru в разделе «Услуги/Проектирование» представлены альбомы типовых узлов.

РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОСТЫВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Основное назначение систем ГК «ССТ» – поддержание необходимой температуры в обогреваемых трубопроводах путем компенсации тепловых потерь. Однако в случае необходимости проведения плановых или аварийных ремонтных работ электропитание может быть отключено. При отключении электроэнергии система обогрева трубопровода перестает компенсировать тепловые потери в окружающую среду. Перерыв электроснабжения приведет, кроме того, к остановке насосов. Остановится перекачка жидкости. Трубопровод начнет постепенно остывать. Трубопроводы, заполненные жидкостью и покрытые тепловой изоляцией, обладают значительной тепловой инерцией, и она тем больше, чем больше диаметр трубопровода и чем выше допустимая степень охлаждения жидкости. Для эксплуатационных и сервисных служб важно знать допустимую длительность отключения электропитания систем обогрева трубопроводов. В приведенных ниже таблицах показаны результаты расчетов времени остывания, которые выполнены для ряда стандартных трубопроводов, с проходным диаметром от 50 до 400 мм. Рассмотрены случаи, когда трубопроводы полностью заполнены нефтью или водой. Трубы покрыты тепловой изоляцией из минеральной ваты, для которой коэффициент теплопроводности принимался равным 0,05 Вт/м•°С. Значения исходных данных, использованных в расчетах, показаны в таблице 2.

Таблица 2 Исходные данные.

В таблице 3 представлены результаты расчетов времени остывания трубопроводов, заполненных нефтью средней плотности, в зависимости от температуры окружающего воздуха. Помимо размеров труб указаны также толщина теплоизоляции и ее плотность. Температура нефти в момент отключения электроэнергии равна 50 °С. Предполагается, что минимальная температура, до которой может охладиться нефть – +20 °С. В таблице показаны зависимости времени остывания трубопроводов как от характеристик трубопровода и теплоизоляции, так и от температуры окружающего воздуха. Естественно, чем выше температура воздуха, тем медленнее остывает трубопровод.

Таблица 3 Время остывания трубопроводов с нефтью от +50 до +20 °С.

Таблица 4 иллюстрирует влияние толщины тепловой изоляции на время остывания. Расчет выполнен для трубопровода с нефтью диаметром 150 мм. Толщина изоляции менялась от 30 до 60 мм. Увеличение толщины теплоизоляции в 2 раза дает почти двукратное увеличение времени остывания. Этот прием может быть использован для продления срока остывания трубопровода.

Таблица 4 Время остывания трубопровода с нефтью при разной толщине теплоизоляции.

В таблице 5 представлены результаты расчетов времени остывания трубопроводов с водой. Температураводы в обогреваемом трубопроводе в холодное время обычно поддерживается на уровне 5–8 °С, а остывание ниже 2 °С нежелательно. Таблица 5 построена аналогично таблице 3. Хотя теплосодержание 1 кг воды в 2,6 раза больше, чем у 1 кг нефти, меньший допустимый диапазон снижения температуры приводит к уменьшению допустимого времени остывания.

Таблица 5 Время остывания трубопроводов с водой от +8 до +2 °С.

Получить консультацию или сделать заказ Вы можете пн-пт с 9:00 до 17:30 ул. Гагарина д. 53.

Телефон: +7 846 201 28 28

E-mail: [email protected]

• Скачать КАТАЛОГ CCT 2018   • Сакчать КАТАЛОГ ССТэнергомонтаж 2018

• Скачать Опросный Лист Обогрев Трубопроводов   • Скачать Опросный Лист Обогрев Резервуаров

Уважаемые господа! Просим Вас заполнить и отправить в наш адрес данный опросный лист,

в котором указать параметры, необходимы для расчета системы электрического обогрева.

В ответ мы направим Вам подробное коммерческое предложение.

Основная информация о расчете тепловых потерь в тепловых сетях и его особенностях

В большинстве стран мира существующий потенциал электроэнергетики объединен в единую энергосистему, которая занимается транспортировкой необходимых ресурсов коммунально-жилищному хозяйству и промышленной сфере деятельности. Множество современных процессов на любом уровне имеют затратные особенности. Для этого необходимы специализированные аналитические компании, которые могут учитывать возможные риски и заниматься вычислением соответствующих показателей, связанных с потреблением горячей воды или перегретого пара, которые в комплексе считаются тепловой энергией.

В статье можно скачать методику определения фактических  потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию трубопроводов водяных тепловых сетей систем централизованного теплоснабжения, утверж. 24 февраля 2004 г. ДГЭН Минэнергетики Российской Федерации.

Характеристики объекта для расчета тепловых потерь в тепловых сетях и необходимость этой процедуры

Бывают ситуации, когда нужно, например, рассчитать суточное либо годовое потребление тепла одного из помещений здания. Осуществление такой задачи обязательно необходимо для эффективной работоспособности системы теплоснабжения. Для расчета тепловых потерь в тепловых сетях следует учесть такие характеристики объекта исследования:

• Тип здания. Это может быть жилой частный дом, многоэтажный, квартира, офисное учреждение и т.д.
• Архитектурные составляющие, в число которых входят размеры стен, окон и отдельных элементов сооружения.
• Режимы температур разных помещений.
• Учет используемых во время строительства материалов стен и полов.
• Функциональное назначение всех типов помещений.
• Особенности специализированных помещений, таких как баня, бассейн или гараж.
• Учет количества проживающих в доме людей.
• Определение точек разбора горячей воды.
• Принятие во внимание специальных данных в индивидуальном порядке, например, количество работников по ходу смены или количество рабочих дней на протяжении года.

схема потери тепла в системе отопления здания

схема потоков тепла сквозь фундаменты зданий

схема правильного расположения элементов отопительной системы

Существует несколько источников, которые следует обследовать для определения потерь, а именно участок производства энергии, магистраль транспортировки тепла и участок конечного потребления тепловых ресурсов.

Пример на основе гидравлического расчета тепловых потерь в водяных тепловых сетях с последовательной инструкцией

Выполнение данной задачи предусматривает наличие определенных теоретических знаний и нормативных документов. Для расчета тепловых потерь в водяных тепловых сетях, что мы берем в качестве примера, следует определить диаметры теплопроводов, а также давления в отдельных точках текущей сети. Еще нужно произвести подсчеты потерь давления на разных участках коммуникации. На основе всех этих показателей окончательный результат определяется по сумме коэффициентов местных сопротивлений. Вот последовательность осуществления данной задачи:

• Первоначально выбирается участок в виде самой загруженной магистрали на отрезке от источника до конечного потребителя.
• Определяется диаметр теплопровода с помощью показателей коэффициента шероховатости, потерями давления и размеров длины отдельных участков.
• Выполняется разработка монтажной схемы теплопроводов с помощью использования запорной арматуры, опор и компенсаторов.
• Далее вычисляются суммарные потери показателя давления на данном отрезке магистрали.
• Определяются потери от конечной точки замеряемого отрезка и сопоставляются с предыдущими показателями, на основе чего производят окончательные расчеты тепловых потерь в тепловых сетях данного типа.

Весь этот процесс считается вынужденным для полноценной и качественной работы всей коммуникационной системы в целом. Полученные результаты являются основополагающими для определения правильного выбора необходимого оборудования. Исключительно точный анализ будет залогом успешного, безопасного и эффективного эксплуатирования энергосистемы для предоставления отопления конечному пользователю. Более подробно методика расчета тепловых потерь приведена ниже на нашем сайте.

На протяжении многих столетий человечество совершенствовалось во многих промышленных вопросах и на сегодняшний день новые разработки не перестают удивлять своими невероятными возможностями. Для этого были установлены единые нормы и правила техники безопасности, соблюдение которых является обязательным в безоговорочном виде. Чтобы обеспечить полноценное функционирование отопительных систем, следует учесть все необходимые аспекты, которые каким-либо образом могут влиять на процесс транспортировки ресурсов из промышленного источника в дом каждого человека.

Видео по теме расчет теплопотерь коттеджа

2.4. Тепловые потери при наземной прокладке неизолированного трубопровода

Задание 6. По горизонтально расположенной стальной трубе (коэффициент теплопроводности стенки

окружающим воздухом, температура которого tвх, давление 0,1 МПа.

Определить коэффициенты теплоотдачи a1 и a2 соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху, коэффициент теплопередачи и тепловой поток q, отнесенный к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы равен d1, а внешний — d2.

Исходные данные к заданию 6 приведены в табл. 2.14. Номер варианта выбирается по заданию преподавателя.

Таблица 2.14

Исходные данные к заданию 6

Указание. Для определения a2 принять в первом приближении температуру наружной поверхности трубы t2 равной температуре воды. При определении коэффициентов теплоотдачи использовать данные табл. 2.1 и 2.2.

Краткие теоретические сведения

Работа трубопроводов тепловых сетей без тепловой изоляции является нетиповой ситуацией, так как

при нормальных условиях эксплуатации все трубопроводы должны иметь тепловую изоляцию во избежание значительных тепловых потерь. Однако при эксплуатации тепловых сетей могут возникнуть ситуации (аварии на тепловых сетях, срочный ремонт трубопроводов), когда отдельные участки трубопроводов лишены тепловой изоляции. В этом случае необходимо рассчитать возможные тепловые потери для оценки экономических потерь, обусловленных аварийной ситуацией.

При расчете будем исходить из того, что трубопровод тепловой сети представляет собой горизонтально расположенную нагретую трубу, обдуваемую ветром или находящуюся в спокойном воздухе.

Для упрощения расчетов примем допущение о том, что термическое сопротивление стенки

трубопровода и коэффициент теплоотдачи от нагретой жидкости к стенке трубопровода много меньше коэффициента теплоотдачи от наружной стенки трубопровода в окружающий воздух (правомерность указанного допущения подтверждается практикой эксплуатации тепловых сетей). Данное допущение позволяет принять температуру наружной поверхности трубопровода равной температуре нагретой воды, а также уменьшить число исходных данных для расчета, поскольку отпадает необходимость знания скорости воды в трубопроводе, толщины стенки трубы, степени загрязнения стенки на внутренней поверхности трубы. Погрешность расчета, связанная с таким допущением, лежит в пределах погрешности инженерных расчетов и значительно меньше погрешностей, связанных с неопределенностью других расчетных величин.

Принятое допущение позволяет свести процесс теплопередачи от горячей жидкости к окружающему воздуху через цилиндрическую стенку к процессу теплоотдачи от наружной поверхности трубопровода в окружающую воздушную среду, описываемому известным уравнением

где Q — тепловой поток от наружной стенки трубопровода в окружающую среду; t2 — температура наружной поверхности трубопровода; tв — температура наружного воздуха; F2 — площадь наружной поверхности

ZuluThermo

ZuluThermo — набор программ для расчетов тепловых сетей.

ZuluThermo — отличный помощник проектировщику, наладчику, инженеру, занимающемуся эксплуатацией системы централизованного теплоснабжения.

Использование ZuluThermo позволяет лучше понимать режимы работы тепловой сети, анализировать аварийные ситуации, оценивать мероприятия по модернизации и перспективному развитию системы централизованного теплоснабжения.

Программа может быть использована для решения различных задач таких как:

Расчету подлежат тупиковые и кольцевые тепловые сети, в том числе с повысительными насосными станциями и дросселирующими устройствами, работающие от одного или нескольких источников. Программа предусматривает теплогидравлический расчет с присоединением к сети тепловых (ИТП) и центральных тепловых пунктов (ЦТП) по нескольким десяткам схемных решений.  Возможен гидравлический расчет сети с использованием обобщенных потребителей без информации о тепловых нагрузках и конкретных схемах присоединения потребителей к тепловой сети. 
«Элементы, из которых строится сеть».

В настоящий момент продукт существует в следующих вариантах:

• ZuluThermo — расчеты тепловых сетей для ZuluGIS
• ZuluNetTools — ActiveX-компоненты для расчетов инженерных сетей

Совместно с геоинформационной системой ZuluGIS возможна разработка электронной модели системы теплоснабжения, которая позволяют решать весь набор задач, указанных в главе 3 постановления Правительства РФ от 22 февраля 2012г. N 154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» подробнее… 

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Электронная модель тепловой сети создается графическим редактором ZuluGIS, при этом сразу формируется её расчетная модель. Остается лишь задать расчетные параметры объектов и нажать кнопку выполнения расчета.

Подробнее о том как моделируется тепловая сеть в ГИС читайте здесь…

Геоинформационная система ZuluGIS имеет встроенные инструменты, позволяющие оценить результаты расчета и проверить правильность принятого инженерного решения.

Электронную модель и картографический материал можно распечатать, перевести в документ формата PDF, конвертировать в чертеж AutoCAD (dxf) или другие ГИС форматы. Отчет с результатами теплогидравлических расчетов можно распечатать или сохранить в виде электронной таблицы Excel.

КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Целью конструкторского расчета является определение диаметров трубопроводов тупиковой и кольцевой тепловой сети.

В качестве источника может выступать любой узел системы теплоснабжения, например источник, ЦТП или тепловая камера. Для более гибкого решения данной задачи предусмотрена возможность изменения  удельных линейных потерь, либо скорости движения воды по участкам тепловой сети.

В результате расчета по участкам определяются диаметры трубопроводов, потери напора и скорости движения воды. По узловым точкам располагаемые напоры, давление в подающей и обратной трубе тепловой сети. В точке подключения определяется минимальный располагаемый напор, достаточный для осуществления циркуляции рассчитываемой подсети.

НАЛАДОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Целью наладочного расчета является обеспечение потребителей расчетным количеством воды и тепловой энергии. Моделируется расчетный режим работы системы теплоснабжения.

Наладка достигается регулировкой потребителей и центральных тепловых пунктов. Гашение избыточных напоров у абонентских вводов и ЦТП производят с помощью дросселирующих устройств. Дроссельные шайбы перед абонентскими вводами устанавливаются автоматически на подающем, обратном или обоих трубопроводах, в зависимости от необходимого для системы гидравлического режима. Осуществляется подбор смесительных устройств, элеваторов и их сопел.

При работе нескольких источников на одну сеть определяется распределение воды и тепловой энергии между источниками. В случае, если имеющегося располагаемого напора на источнике недостаточно, автоматически подбирается новый.

Качественная наладка может производиться только с учетом остывания теплоносителя, по его пути следования к потребителям. Для определения величины тепловых потерь используются две методики, потери определяются либо по нормативам в зависимости от года проектирования, либо с учетом свойств теплоизоляционного материала (типа теплоизоляционного материала, его коэффициента теплопроводности и технического состояния). 

В результате расчета по участкам определяются потери теплоты и напора, остывание и скорости движения воды. По узловым точкам располагаемые напоры, температуры и давление в подающей, обратной трубе тепловой сети, время прохождения воды от источника. По потребителям величина расчетного расхода и избыточного напора, параметры дросселирующих и смесительных устройств и потери напора на них.

ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Целью поверочного расчета является определение фактических расходов теплоносителя на участках тепловой сети и у потребителей, а также количество тепловой энергии, получаемое потребителем при фактических параметрах работы источника. 

Расходы в системе теплоснабжения и на каждую систему теплопотребления по отдельности, определяются исходя из параметров установленных дросселирующих устройств или наличия средств автоматизации.

Математическая имитационная модель системы теплоснабжения, позволяет анализировать гидравлический и тепловой режим работы системы, а также прогнозировать изменение температуры внутреннего воздуха у потребителей. Определять тепловую и гидравлическую разрегулировку на потребителях.

Пример поверочного расчета:

Расчеты могут проводиться при различных исходных данных, в том числе аварийных ситуациях, например, отключении элементов тепловой сети (участки, насосное оборудование, запорно-регулирующее устройства), организации передачи воды и тепловой энергии от одного источника к другому  и т. д.  

При работе нескольких источников на одну сеть определяется распределение воды и тепловой энергии между источниками. Подводится баланс по воде и отпущенной тепловой энергией между источником и потребителями.

В результате расчета по участкам определяются потери теплоты и напора, остывание и скорости движения воды. По узловым точкам располагаемые напоры, температуры и давление в подающей, обратной трубе тепловой сети, время прохождения воды от источника. По потребителям располагаемый напор и потери напора на дросселирующих устройствах, температуры воды на входе и выходе в каждую систему теплопотребления, температура внутреннего воздуха.

РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ИСТОЧНИКЕ

Целью задачи является определение минимально необходимой температуры теплоносителя на выходе из источника, для обеспечения у заданного потребителя температуры внутреннего воздуха не ниже расчетной. 

Предусмотрена возможность задания температуры срезки графика и компенсации недоотпуска тепловой энергии.  В результате расчета подготавливается график отпуска теплоты от источника. Температурный график строится для отопительного периода с интервалом в 1 °С.

КОММУТАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Целью анализа переключений является поиск ближайшей запорной арматуры, позволяющей отключить (изолировать), указанный объект (участок, потребитель и т.д.) от сети. В результате выполнения коммутационных задач:

• выводится перечень запорных устройств;
• формируется список объектов, попавших под отключения, с последующей возможностью их печати, экспорта в таблицу Microsoft Excel;
• на карте в виде тематической раскраски отображаются отключенные объекты сети и здания;
• определяются итоговые значения: объемы теплоносителя в отключенных тепловых сетях, суммарная отключенная нагрузка и т.д.

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК

Целью построения пьезометрического графика является наглядная иллюстрация результатов гидравлического расчета (наладочного, поверочного, конструкторского). При этом на экран выводятся:

• линия давления в подающем трубопроводе
• линия давления в обратном трубопроводе
• линия геодезической высоты
• линия потерь напора на шайбе
• высота здания
• линия вскипания
• линия статического напора
• таблица с описанием каждого узла сети: наименование узлов, напоры в подающем и обратном трубопроводах, потери напора по участкам тепловой сети и т.д. 

Количество выводимой под графиком информации, цвет и стиль линий настраивается пользователем. В целях иллюстрации тепловых потерь на сетях имеется возможность построения графика падения температуры от источника до заданного потребителя.

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Цель расчета — количественная оценка надежности теплоснабжения потребителей систем централизованного теплоснабжения и обоснование необходимых мероприятий по достижению требуемой надежности для каждого потребителя.  которая позволяет

• Рассчитывать надежность и готовность системы теплоснабжения к отопительному сезону.

• Разрабатывать мероприятия повышающие надежность работы системы теплоснабжения.

Расчет выполняется в соответствии с Методикой и алгоритмом расчета надежности тепловых сетей при разработке схем теплоснабжения городов ОАО «Газпром промгаз».

РАСЧЕТ НОРМАТИВНЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ ИЗОЛЯЦИЮ

Целью данного расчета является определение нормативных тепловых потерь через изоляцию трубопроводов. Тепловые потери определяются суммарно за год с разбивкой по месяцам. Просмотреть результаты расчета можно как суммарно по всей тепловой сети, так и по каждому отдельно взятому источнику тепловой энергии и каждому центральному тепловому пункту (ЦТП), по различным владельцам (балансодержателям). 

Расчет может быть выполнен с учетом поправочных коэффициентов на нормы тепловых потерь. Результаты выполненных расчетов можно экспортировать в Microsoft Excel. 

Расчет выполняется в соответствии методикой и нормами плотности теплового потока указанными в Приказе №325 Министерства энергетики России, пособии KTM 204 244-94 для Украины и Постановлении Комитета по энергоэффективности при Совете Министров Республики Беларусь от 29. 09.2006 №2.

Трубопроводы тепловые потери — Энциклопедия по машиностроению XXL

При изоляции криволинейных поверхностей (например, трубопровода) имеются некоторые особенности. Так, при изоляции трубопровода, тепловые потери, отнесенные к 1 м длины трубы, определяются соотношением  [c.103]

Условия рационального выбора материала для тепловой изоляции трубопрово-д О в. При наложении тепловой изоляции на трубопровод тепловые потери уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции, более того, при неправильном выборе материала изоляции тепловые потери возрастут. Это связано с тем, что у изолированного трубопровода внешняя поверхность увеличивается и условия теплоотвода улучшаются. Анализ показывает, что материал изоляции выбран правильно, если удовлетворяет не-  [c.218]

Если условие (6-25) не выполнено, т. е. выбран материал, для которого из>а2 2 2, то при его нанесении на трубопровод тепловые потери будут не снижаться, а, наоборот, расти при некоторой толщине слоя материала потери достигнут максимума и лишь при еще более толстом слое начнут постепенно снижаться. Характер i изменения тепловых потерь трубопровода в зависимости от толщины слоя б з = 0,5 (с из — при рациональном и неверном подборе материала изоляции показан на рис. 6-16.  [c.220]

Тепловые потери с 1 м трубопровода [c.14]

Как изменятся тепловые потери с 1 м трубопровода, рассмотренного в задаче 1-24, если слон изоляции поменять местами, т. е. слой с большим коэффициентом теплопроводности наложить непосредственно на поверхность трубы Все другие условия оставить без изменений.  [c.14]

Анализ уравнения (24-19) показывает, что если наружный диаметр изоляции увеличивается, но остается меньше d p, то тепловые потери возрастают и будут больше теплопотерь голого трубопровода (кривая АК). При равенстве = d,,p получаются максимальные теплопотери в окружающую среду (точка К). При дальнейшем увеличении наружного диаметра изоляции d,,, > dup теплопотери будут меньше, чем при d . = d p (кривая ВК).  [c.378]

Только при й( з == ds тепловые потери вновь станут такими же, как и для неизолированного трубопровода.  [c.378]

Определение тепловых потерь изолированных трубопроводов и других нагретых объектов  [c.527]

При проведении технических расчетов наиболее часто встречаются два вида задач, связанных с регулированием процесса теплопередачи. Одна задача связана с необходимостью уменьшения количества передаваемой теплоты (тепловых потерь), т. е. необходимостью введения в конструкцию трубопровода тепловой изоляции. Другая задача связана с необходимостью увеличения количества передаваемой теплоты, т. е. интенсификацией теплопередачи.  [c.103]

В технике встречаются два вида задач, связанные с регулированием процесса теплопередачи. Один вид задач связан с необходимостью уменьшения количества передаваемой теплоты (тепловых потерь), т. е. с необходимостью введения в конструкцию аппарата, машины, двигателя, трубопровода тепловой изоляции. Другой вид задач связан с необходимостью увеличения количества передаваемой теплоты, т. е. с интенсификацией теплопередачи.  [c.229]

При перекачивании перегретых паров трубопроводы самым тщательным образом изолируют, и их тепловые потери незначительны, но все же характер изменения состояния перегретого пара в результате устранения теплообмена между потоком и наружной средой уже не является изотермическим. Не будет он и строго адиабатическим— даже в хорошо изолированной трубе условия будут отличаться от условий при обратимом адиабатическом изменении объема, так как турбулентность, возникающая при движении, переходит частично в тепло, которое изменяет уравнение энергии (энергия, переходящая в потери, возвращается в виде механической энергии). Таким образом, с одной стороны, температура пара имеет тенденцию к снижению по длине трубопровода в результате расширения пара, с другой стороны, — к возрастанию вследствие поступления тепла от потерь напора. В результате режим движения находится между изотермическим и адиабатическим. Поскольку температура пара меняется по длине паропровода, меняются также динамическая вязкость р, число Рейнольдса и в общем случае коэффициент гидравлического трения X. Однако вследствие значительных скоростей движения пара в паропроводах (десятки метров в 1 с) сопротивление относится чаще всего к квадратичной области, где X от Не не зависит.  [c.295]

При увеличении наружного диаметра до dap тепловые потери цилиндрической стенки растут. Для уменьшения потерь теплоты изолированным трубопроводом необходимо, чтоб[.1 наружный диаметр изоляции был больше t/jp. Это положение следует учитывать при выборе материала и толщины слоя изоляции трубопроводов.  [c.138]

Исследуем влияние материала и толщины наружного диаметра изоляции на полное линейное термическое сопротивление и тепловые потери изолированного трубопровода.  [c.293]

Для уменьшения тепловых потерь трубопроводы и арматуру покрывают тепловой изоляцией.  [c.463]

Для снижения тепловых потерь нужно, чтобы термическое сопротивление изолированного трубопровода Ri было выше, чем неизолированного Ri , т. е.  [c.219]

Многие трубопроводы имеют высокую температуру. В целях предотвращения ожогов и создания нормальных условий в помещении, снижения тепловых потерь, предотвращения конденсации пара при температуре поверхности 60° С и выше трубопроводы и корпусные детали арматуры изолируются несгораемыми материалами, а фланцевые соединения трубопроводов—защитными футлярами.  [c.262]

Кроме снижения тепловых потерь, хорошая тепловая изоляция облегчает обслуживание подземных камер, проходных каналов и тепловых пунктов, а также устраняет опасность ожогов обслуживающего персонала о горячую поверхность трубопроводов и арматуры.  [c.164]

Следует считать непреложным правилом проектирования проверку расчетом всех участков трубопроводов теплового пункта независимо от их протяженности. К сожалению, весьма часто диаметры всех участков ставятся на глазок . Это особенно недопустимо при двухступенчатых схемах горячего водоснабжения, где потери напора в тепловых пунктах значительно возрастают. Весьма ценным пособием при проектировании тепловых пунктов являются альбомы типовых схем и конструкций, разработанные в институте Мосинжпроект и распространяемые библиотекой типовых проектов.  [c.265]

Таблица тепловых потерь арматурой, выраженных в эквивалентной по тепловым потерям длине изолированного трубопровода в зависимости от температуры среды  [c. 230]

Таблица тепловых потерь арматурой малых диаметров и конденсационными горшками, выраженных в эквивалентной по тепловым потерям длине трубопровода  [c.230]

Существенно отметить, что утолщение изоляции, взятое само по себе, не определяет непосредственно снижение тепловых потерь трубопровода увеличение при зафиксированном di повышает тепловое сопротивление изоляции, но одновременно уменьшает внешнее сопротивление со стороны окружающей среды, учитываемое вторым членом в знаменателе. При малых диаметрах di может случиться даже парадоксальное обстоятельство, когда наложение теплоизоляционного материала приводит к росту потерь тепла. Действительно, приравняв к нулю производную по d от знаменателя, находим, что экстремальное значение последнего  [c.35]

Тепловые потери станции обусловлены потерями механическими и электрическими турбогенератора и потерями тепла трубопроводами и котельной установкой.  [c.46]

Расчет потери давления транспортируемой среды, а также тепловых потерь при проектировании установки может быть произведен после выбора трассы и конфигурации рассчитываемого трубопровода, количества, типов и мест установки арматуры.  [c.293]

В 1965 г. в ГДР разработаны проекты двух передвижных тепловых установок мощностью 4 и 8 Гтл/ч.. Габариты установок позволяют транспортировать их по улицам городов. Предполагаемый низкий уровень шума позволит устанавливать их в непосредственной близости от жилых зданий. Тепловая установка состоит из котла, работающего на жидком топливе, и насосов. Максимальная температура воды в подающей тепловой магистрали — 110 С. К достоинствам таких установок относятся уменьшение капитальных затрат на тепловые сети, сокращение тепловых потерь трубопроводов и уменьшение расходов электроэнергии на перекачку теплоносителя [58].  [c.29]

Определить тепловые потери с 1 м трубопровода, рассмотренного в задаче 1-34, если трубопровод покрыт слоем изоляции толщиной 6i=60 мм (рис. 1-14). Коэффициент теплопроводности изоляции Я = 0,15 Вт/(м-°С). Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху 05=8 Вт/(м2. °С). Все остальные условия остаются такими же, как в задаче 1-34, Вычислить также температуры на внешней поверхности трубы и на внешней поверхности изодяцип t s-  [c.17]

Каким должен быть коэффициент теплопроводности изоляции, чтобы при любой ее тол1Цине тепловые потери с I м изолированной трубы были не больше, чем для оголенного трубопровода  [c.19]

В производственных условиях тепловые потери трубопроводов определяются с помощью тепломера. Прибор представляет собой резиновую ленту, плотно прижимаему о к наружной поверхности трубопровода температура ни-ружной и внутренней поверхностей ленты измеряется термопарами. Определить потери теплоты с 1 м длины паропровода диаметром 17/16 см с изоляцией из зонолита (А, = = = 0,072 (1 + 3,63 10 t), Вт/(м К) толщиной 11 см, если температуры поверхностей резиновой (Ji=0,16 Вт/(м- К)1 ленты толщиной 3 мм равны 55 и 51,5 °С. Определит ь также температуры на внутренней поверхности изоляции и в ее среднем сечении.  [c.179]

Обогрев трубопроводов. При обогреве трубопроводов могут использоваться цилиндрические индукторы из провода с теплостойкой изоляцией или однофазного кабеля с большим шагом намотки. С увеличением шага намотки в пределе получаем двухпроводную линию, проложенную вдоль трубопровода. В качестве обратного провода может использоваться сама труба. Мощность определяется из расчета тепловых потерь с учето.м принятой изоляции и температур трубы и окружающей среды. Обычно средняя удельная мощность составляет доли ватта на квадратный сантиметр поверхности трубы.  [c.224]

Остановимся несколько подробнее на зависимости тепловых потерь трубопровода от толш ины изоляции (й цз) и ее количества, определяемого теплопроводностью (А, з).  [c.294]

Если окажется, что величина наружного диаметра трубы d.2, то применение выбранного материала в качестве тепловой изоляции нецелесообразно. В области 2тепловые потери вновь станут такими же, как для первоначального, неизолированного трубопровода. Следовательно, некоторый слой тепловой изоляции не будет оправдывать своего назначения.  [c.42]

Для уменьшения тепловых потерь исследовались теплоизоляционные материалы для трубопроводов минеральная вата, обладающая малой плотностью и высокими теплоизоляционными свойствами битумизированные изделия, которые кроме указанных свойств минеральной ваты обладали еще одним немало-  [c.95]

Параметры потока по длине ЭУ вычислялись на ЭВМ по методике, изложенной в параграфе 1.2 с учетом конечной скорости второй стадии реакции 2N02 2N0+02 и неидеальности смеси. В процессе опытов было обеспечено равновесие состава газовой смеси на входе в участок. Предварительная тариревка ЭУпроизводилась для определения термической проводимости трубы К, тепловых потерь в окружающую среду и с аксиальным потоком тепла к трубопроводам. Для проверки методики эксперимента и обработки опытных данных были проведены опыты с определением Оа при охлаждении воды.  [c. 83]

Удельные тепловые потери для прокладки в каналах, на эстакаде и бесканально составлены с учетом указаний инструкции Главэнерго и с учетом особенностей прокладки трубопроводов в указанных условиях.  [c.231]

Обнаруженные эффекты, связанные с влиянием рассмотренных типов нестаццонарности на процесс перемешивания теплоносителя в пучках витых труб, являются благоприятными с точки зрения работоспособности теплообменных аппаратов и устройств с витыми трубами. Так, в случае значительного уменьшения расхода теплоносителя при N = onst, что возможно при аварийных ситуациях, связанных с разрывом трубопроводов и потерей теплоносителя, наблюдается увеличение коэффициента к, т.е. интенсифицируется процесс перемешивания и выравнивания неравномерностей полей температур теплоносителя в пучке витых труб, облегчая тепловые условия работы аппарата. В случае увеличения расхода теплоносителя при N = onst уменьшение коэффициента к и ухудшение перемешивания теплоносителя в первые моменты времени не отражается на работоспособности теплообменника в связи с заь етным снижением среднемассовой температуры теплоносителя.  [c.181]

Цилиндры и трубы — кондуктивные потери тепла

Неизолированный цилиндр или труба

Кондуктивные потери тепла через стенку цилиндра или трубы могут быть выражены как

Q = 2 π L (t _i — t _o ) / [ln (r _o / r _i ) / k] (1)

, где

Q = теплопередача от цилиндра или трубы (Вт, Btu / час)

k = теплопроводность материала трубопровода (Вт / мК или Вт / м ^o C, БТЕ / (час ^o F фут ² / фут))

L = длина цилиндра или трубы (м, футы)

π = pi = 3.14 …

t _o = температура снаружи трубы или цилиндра (K или ^o C, ^o F)

t _i = температура внутри трубы или цилиндра (K или ^o C, ^o F)

ln = натуральный логарифм

r _o = внешний радиус цилиндра или трубы (м, футы)

r _i = цилиндр или труба внутри радиус (м, футы)

Изолированный цилиндр или труба

Кондуктивные потери тепла через изолированный цилиндр или трубу можно выразить как

Q = 2 π L (t _i — t _o ) / [(ln (r _o / r _i ) / k) + (ln (r _s / r _o ) / k _s )] (2)

где

r _s = внешний радиус o f изоляция (м, футы)

k _с = теплопроводность изоляционного материала (Вт / мК или Вт / м ^o C, БТЕ / (час ^o F ft ² / фут))

Уравнение 2 с внутренним конвективным тепловым сопротивлением можно выразить как

Q = 2 π L (t _i — t _o ) / [1 / (h _c ) r _i ) + (ln (r _o / r _i ) / k) + (ln (r _s / r _o ) / k _s )] (3)

, где

h _c = коэффициент конвективной теплопередачи (Вт / м ² K)

(PDF) Определение потерь тепла из трубопровода в системе SDHW при непрерывном изменении температуры подачи

Статья

Определение тепловых потерь от трубопровода в системе SDHW

при непрерывном изменении температуры подачи

Мирослав Жуковский





Цитирование: Zukowski, M.

Определение тепловых потерь из

трубопровода в системе SDHW в течение

Непрерывное изменение температуры подачи

. Energies 2021,14, 90.

https://dx.doi.org/10.3390/en14

010090

Получено: 16 ноября 2020 г.

Принято: 22 декабря 2020 г.

Опубликовано: 26 декабря 2020 г.

Примечание издателя : MDPI остается нейтральным

в отношении юрисдикционных претензий

в опубликованных картах и ​​институциональных

филиалов.

Авторские права: © 2020 автор. Li-

censeeMDPI, Базель, Швейцария. Эта статья

представляет собой статью с открытым доступом, распространяемую

в соответствии с условиями лицензии

Creative CommonsAttribution (CC BY)

(https://creativecommons.org/

лицензий / by / 4.0 /).

Кафедра HVAC Engineering, Факультет гражданского строительства и наук об окружающей среде,

Белостокский технологический университет, улица Вейска 45E, 15-351 Белосток, Польша; м. [email protected]

Аннотация:

В данной статье объектом исследования является солнечная система отопления для горячего водоснабжения (SDHW)

, которая находится в эксплуатации с 2015 года и расположена на территории Белостокского университета.

Technology (Польша). Тепловые характеристики солнечных коллекторов тщательно исследованы, так что

далеко. Поэтому особое внимание было уделено вопросу потерь тепла из труб. Измерения

показали, что передача тепла в циркуляционных трубах довольно сложна из-за постоянных колебаний температуры воды

на входе в этот контур.Как оказалось, применение классической методики

балансировки энергии и показаний теплосчетчиков в данном случае дало неточные результаты. Основная цель данного исследования

заключалась в разработке другого подхода к решению задачи определения потерь тепла

. Метод, представленный в этой статье, основан на вычислительной гидродинамике (CFD)

и результатах измерений в качестве входных данных. Практическим результатом этого исследования стала разработка двух соотношений

для расчета потерь тепла из труб.Отдельный вопрос, который обсуждается в этой статье

, касается влияния временных интервалов, используемых в численном моделировании, на точность результатов расчетов

.

Ключевые слова: теплопередача; потери тепла; солнечная система горячего водоснабжения; вычислительная гидродинамика

1. Введение

Солнечные тепловые технологии широко используются в малых и средних масштабах в односемейных,

многосемейных, больницах, общественных и офисных зданиях. Отопление для горячего водоснабжения (ГВС)

Системы

, поддерживаемые плоскими пластинчатыми или вакуумированными солнечными коллекторами, чаще всего используются

в Европе и Китае.Количество преобразованной энергии солнечного излучения, полученное непосредственно конечным получателем

, зависит от эффективности спроектированной системы и климатических условий.

Обычно покрывает от 30% до 50% потребности в энергии для нагрева водопроводной воды. Устройства

, используемые для сбора энергии, излучаемой Солнцем, и плановой передачи ее получателям

, уже достигли очень высокого уровня преобразования энергии. Следовательно,

улучшений следует искать в другой области, которая предлагает потенциальные возможности для

повышения энергоэффективности солнечных установок.Одним из таких направлений может стать снижение на

тепловых потерь из труб, соединяющих элементы системы.

Beckman [

1

] был первым, кто обратил внимание на значительное влияние потерь тепла

труб, соединяющих солнечный коллектор с накопительным баком, на общую производительность системы

. В краткой технической заметке он привел вычислительный пример, подтверждающий его диссертацию

. Модель была упрощена и не учитывала непрерывные

изменений температуры среды, циркулирующей в солнечном контуре.

Экспериментальные исследования, проведенные Tsuda et al. [

2

] показали, что тепловые потери труб

в контуре солнечного коллектора во время работы системы выше, чем это следует из расчетов проекта

. Авторы исследования предложили проектировать как можно более короткие соединения

между коллекторами и резервуарами хранения. К сожалению, статья не содержала информации о методах измерения, измерительном оборудовании, диаметре труб

и толщине изоляции

.

Stubblefield et al. [

3

] рассмотрел важный вопрос контактного сопротивления между изоляцией

и трубой, который называется четвертым граничным условием. Воздействие этого воздуха

Энергия 2021,14, 90. https://dx.doi.org/10.3390/en14010090 https://www.mdpi.com/journal/energies

Тепловые потери из изолированной трубы

сб, 19 дек 2015

Потери / теплопотери происходят от трубопровода, по которому текучая среда более горячая / холодная, чем температура окружающей среды.Изоляция снижает потери тепла в окружающую среду. Потери тепла зависят от ряда факторов, таких как толщина изоляции, температура окружающей среды, скорость ветра и т. Д. В этой статье показано, как рассчитать теплопотери из изолированной трубы и неизолированной трубы в окружающую среду.

Пример

Труба из углеродистой стали диаметром 3 дюйма, по которой проходит горячее масло при температуре 180 ° C, изолирована изоляцией из силиката кальция толщиной 50 мм. Изоляция облицована листом с коэффициентом излучения поверхности 0,9. Температура окружающей среды составляет 28 ° C, а скорость ветра составляет 3.5 м / с. Рассчитайте температуру поверхности и потери тепла на изолированной и неизолированной трубе.

Общий коэффициент теплопередачи изолированной трубы определяется следующим образом.

где, k _PIPE , k _INSULATION — теплопроводность трубы и изоляции. h _в — коэффициент теплопередачи для текучей среды, протекающей в трубе, а h _{— воздух,} — коэффициент теплопередачи за счет воздуха, текущего вне трубы. Первые два члена знаменателя в приведенном выше уравнении обычно меньше по сравнению с остальными членами, и ими можно пренебречь.В этом примере игнорируется первый член, связанный с трубной жидкостью.

Коэффициент теплопередачи на воздушной стороне, ч

_AIR

Передача тепла на воздушной стороне происходит за счет комбинированного действия конвекции и излучения. Предположим, что температура на поверхности оболочки t_surface и поверхности стальной трубы t_interface . Рассчитайте среднюю температуру воздушной пленки следующим образом.

  t_average = (t_surface + t_ambient) / 2  

Оценить термодинамические свойства воздуха, такие как теплопроводность (k), вязкость (μ), коэффициент расширения (β = 1 / t_average), плотность воздуха (ρ), кинематическая вязкость (ν), удельная теплоемкость (Cp) и температуропроводность (α ) при средней температуре воздушной пленки.Эти свойства доступны в литературе в виде таблиц, их можно преобразовать в полиномиальную форму с помощью функции ЛИНЕЙН в Excel. Число Рейнольдса (Re), число Прандтля (Pr) и число Рэлея (Ra) рассчитываются на основе вышеуказанных свойств.

ч_излучение

Коэффициент теплопередачи за счет излучения рассчитывается по следующей формуле.

  h_radiation = σ ε (t_surface  4  - t_ambient  4 ) / (t_surface - t_ambient)  

где σ — коэффициент Стефана Больцмана, а ε — коэффициент излучения для плакированной поверхности.

ч_конвекция

Коэффициент конвективной теплопередачи складывается из принудительной и свободной конвекции. Принудительную конвекцию можно смоделировать на основе корреляции Черчилля и Бернштейна.

  h_formed = Nu.k_air / D3  

Свободная конвекция рассчитывается на основе корреляции Черчилля и Чу.

  h_free = Nu.k_air / D3  

Комбинированный коэффициент теплопередачи за счет принудительной и свободной конвекции рассчитывается с использованием следующего соотношения.

  Nu_combined = (Nu_force  4  + Nu_free  4 )  0,25  
  h_convection = Nu_combined.k_air / D3  

Коэффициент теплопередачи на стороне воздуха рассчитывается следующим образом.

  h_air = h_radiation + h_convection  

Общий коэффициент теплопередачи, U

Значение теплопроводности изоляционного материала и трубы указано в литературе и зависит от температуры. Его можно вписать в полиномиальное уравнение с помощью функции ЛИНЕЙН в excel.Сопротивление теплопередаче труб и изоляции рассчитывается по следующей формуле.

  r_pipe = D3.ln (D2 / D1) / 2.k_pipe 
  r_insulation = D3.ln (D3 / D2) / 2.k_insulation  

Общий коэффициент теплопередачи рассчитывается как.

  r_overall = r_pipe + r_insulation + 1 / h_air 
  U = 1 / r_overall  

Расчетное количество тепла, протекающего через изоляцию.

  Q = (t_operating - t_ambient) / r_overall  

Сделана пересмотренная оценка межфазной границы и температуры поверхности.

  t_interface = t_operating - Q.r_pipe 
  t_surface = t_interface - Q.r_insulation  

Вышеуказанные шаги повторяются с этими новыми оценками до тех пор, пока разница в температуре не станет незначительной.

Потери тепла на единицу длины трубы оцениваются следующим образом.

  Тепло  Потери  = πD3 Q  

Труба без покрытия

Для потери тепла из неизолированной трубы все вышеупомянутые шаги повторяются, но сопротивление изоляции не учитывается.

  r_pipe = D2.ln (D2 / D1) / 2.k_pipe 
  r_overall = r_pipe + 1 / h_air  

Для этого примера температура поверхности и потери тепла следующие.

Таблица потерь тепла из изолированной трубы

Анализ трубопроводной сети
Оценка параметра двоичного взаимодействия с помощью регрессии

Потери тепла из изолированной трубы

В этой таблице Excel моделируются потери тепла из изолированной трубы.Это очень распространенная система в перерабатывающей промышленности — изолированные трубы есть повсюду, и инженерам необходимо хорошо разбираться в принципах теплопередачи, чтобы моделировать их воздействие. Хотя модель в электронной таблице упрощена для облегчения понимания, сложность может быть легко добавлена.

Жидкость течет по трубе с теплообменом с изоляцией. Тепло теряется из изоляции в окружающую среду за счет конвекции (потери на излучение не учитываются). Термические эффекты стенки трубы не учитываются (хотя это легко реализовать).
Эти уравнения используются в электронной таблице для определения процесса теплопередачи.

• q — тепловой поток через трубу и изоляцию (Вт · м ^-1 )
• T _с — температура на поверхности изоляции (K)
• T _a — температура окружающего воздуха (K)
• T _f — температура жидкости внутри трубы (K)
• D _O — диаметр трубы (м)
• D _S — это внешний диаметр изолированной трубы (т.е.е. диаметр трубы плюс двойная толщина изоляции) (м)
• k — теплопроводность изоляции (Вт · м ^-1 K ^-1 )
• ΔT — разница температур между изоляционной поверхностью и окружающим воздухом T _s -T _a (K)
• ч _с — коэффициент теплопередачи теплоизоляции воздуху (Вт · м ² K ^-1 )

Уравнение для коэффициента поверхностной теплоотдачи h _s является корреляционным; можно заменить любые другие допустимые отношения.

Уравнения являются неявными — коэффициент теплопередачи является функцией температуры поверхности T _s , но температура поверхности является функцией коэффициента теплопередачи.

Следовательно, уравнения необходимо решать итеративно с помощью Goal Seek в Excel. Просто

• разорвать цикл, оценив значение T _с ,
• используйте это для расчета всех других свойств (включая скорость теплопередачи)
• использовать скорость теплопередачи для обратного расчета T _с
• используйте Goal Seek, чтобы уравнять два значения T _s путем изменения оценочного значения T _s (или любого другого параметра

Вы можете легко изменить уравнения теплопередачи, чтобы включить более сложные эффекты, такие как эффект загрязнения на поверхности трубы, несколько слоев различной изоляции, радиационные потери, толстые большие стенки трубы (которые действуют как теплоотвод) и т. Д.

Расчет теплопотерь трубопровода

Чтобы поддерживать температуру среды внутри трубопровода, мы должны подавать то же количество тепла, что и утечка.

Для расчета тепловых потерь изолированного трубопровода и необходимой длины греющего кабеля можно использовать следующую простую программу:

Программа — výpočet tepelných ztrát potrubí

Мощность, необходимая для обогрева для определения мощности нагревательного кабеля, четко указана в таблице Тепловые потери изолированного трубопровода.

Для любознательных читателей сформулируем соотношение для расчета тепловых потерь изолированного трубопровода:

где
Q — теплопотери на 1 м трубы [Вт / м],
λ — коэффициент теплопроводности изоляции [Вт / мК],
D — внешний диаметр трубы [м ],
b — толщина изоляции [м],
t _m — (желаемая) температура среды внутри [° C],
t _o — температура окружающей среды [° C] .

Чтобы определить требуемую мощность, хорошо умножить тепловые потери на коэффициент теплопроводности изоляции (обычно 1,06).

Предупреждение:
Мы настоятельно рекомендуем избегать нагрева неизолированного трубопровода. Если использовать даже самую тонкую изоляцию, необходимая мощность значительно упадет.

Трубопроводы, помимо самой трубы, обычно включают в себя другие элементы, на которых также происходят тепловые потери транспортируемой среды .В основном мы говорим об арматуре (клапаны, шлепки, задвижки), а также о насосах, опорах или подвесках. Со всеми этими элементами необходимо учитывать более высокие тепловые потери, которые мы должны компенсировать. При расчете этих потерь можно исходить из изолированной площади устройства и считать это потерей общей площади. Эмпирические таблицы были созданы, чтобы упростить это предположение. В следующей таблице указаны мощности, необходимые для обогрева некоторых типовых приспособлений (клапаны, шлепки).Использование аналогично таблице вместимости трубопроводов.

Таблица тепловых потерь изолированных клапанов и шлепков

Для компенсации тепловых потерь опор и подвесов мы добавляем длину кабеля примерно в 5 раз больше диаметра трубопровода.

Предупреждение:
Когда использовался саморегулирующийся кабель, мы определили емкость кабеля при желаемой температуре среды. Определить значение емкости кабеля необходимо по графику зависимости емкости кабеля авторегулировки от температуры.

Международный журнал научных и технологических исследований

Расчет потери напора в трубопроводе

В прошлой месячной колонке исследовалось влияние завышения номинала насоса на двигатель, приводящий его в действие, отрицательные последствия того, что насос больше не работает с максимальной эффективностью (BEP) в течение длительного периода времени и ситуации, в которых расчетная маржа может увеличить стоимость владения.

В этой колонке подробно рассматриваются трубопроводы, рассматривается их влияние на работу трубопроводных систем и рассматривается метод расчета потерь напора в трубопроводах.

Трубопровод — это круглый трубопровод, используемый для транспортировки технологической жидкости из одного места в системе в другое. Трубопровод состоит из круглой трубы, заполненной текучей средой, технологической текучей средой, а также клапанами и фитингами, используемыми для направления потока текучей среды через трубу в процессе эксплуатации.Каждый из этих элементов влияет на потерю напора в трубопроводе. Большинство жидкостей, используемых в промышленности, являются ньютоновскими, а это означает, что их вязкость не изменяется со скоростью потока. Вода, масла, растворители и нефтепродукты являются примерами ньютоновских жидкостей. Для упрощения это обсуждение будет ограничено потоком ньютоновских жидкостей через круглые трубопроводы.

Потери напора в трубопроводе

Когда жидкость течет внутри трубопровода, возникает трение между движущейся жидкостью и неподвижной стенкой трубы.Это трение преобразует часть гидравлической энергии жидкости в тепловую. Эта тепловая энергия не может быть преобразована обратно в гидравлическую энергию, поэтому давление жидкости падает. Это преобразование и потеря энергии известны как потеря напора. Потери напора в трубопроводе с ньютоновскими жидкостями можно определить с помощью уравнения Дарси (уравнение 1).

Где:
h _L = потеря напора (футы жидкости)
f = коэффициент трения Дарси (без единиц измерения)
L = длина трубы (футы)
D = внутренний диаметр трубы (футы)
v = скорость жидкости (фут / сек)
g = гравитационная постоянная (32.2 фута / сек ² )
d = Внутренний диаметр трубы (дюймы)
Q = Объемный расход (галлонов / мин)

Оценка уравнения Дарси позволяет понять факторы, влияющие на потерю напора в трубопроводе. Если длину трубы увеличить вдвое, потери напора увеличатся вдвое. Если внутренний диаметр трубы увеличить вдвое, потеря напора уменьшится вдвое. Если скорость потока увеличивается вдвое, потеря напора увеличивается в четыре раза. За исключением коэффициента трения Дарси, каждый из этих членов можно легко измерить.В этом случае мало информации о свойствах технологической жидкости или шероховатости поверхности внутри материала трубы. Хотя большинству людей кажется, что эти факторы влияют на потерю напора, уравнение Дарси их не учитывает.

Коэффициент трения Дарси учитывает такие свойства жидкости, как плотность и вязкость, а также шероховатость трубы. В руководстве по крану TP-410 приведены таблицы и формулы
, необходимые для расчета потери напора.Он также включает копию явного уравнения Сергида и формул Свами-Джайна, позволяющих напрямую вычислять коэффициент трения Дарси.

Уравнение Свами-Джайна решается в двух частях (см. Уравнение 2). Первый шаг требует вычисления числа Рейнольдса жидкости в трубопроводе. На этом этапе учитываются такие свойства жидкости, как плотность и вязкость. Затем значение абсолютной шероховатости трубы и число Рейнольдса используются для расчета коэффициента трения Дарси.

Где:
d = Внутренний диаметр трубы (дюймы)
R _e = Число Рейнольдса (без единиц измерения)
Q = Объемный расход (галлонов в минуту)
ρ = Плотность жидкости (фунт / фут ³ )
μ = Вязкость жидкости (сантипуаз (сП))
f = коэффициент трения Дарси (без единиц измерения)
ε = абсолютная шероховатость трубы (дюймы)

В приведенном ниже примере используется уравнение 2 для расчета потерь напора в 100-футовом участке 4-дюймовой стальной трубы сортамента 40 с расходом 400 галлонов в минуту (галлонов в минуту).

Расчет показывает потерю напора жидкости в 8,46 футов. Далее мы определим, что происходит при изменении расхода. Поскольку этот трубопровод был рассчитан с расходом 400 галлонов в минуту, в этом примере будет вычислена потеря напора для 200 галлонов в минуту и ​​800 галлонов в минуту через тот же 100-футовый участок 4-дюймовой стальной трубы сортамента 40.

Таблица 1. Потери напора в 100-футовом участке 4-дюймовой стальной трубы сортамента 40 с различными расходами. Обратите внимание, что коэффициент трения Дарси зависит от скорости потока.(Графика любезно предоставлена ​​автором)

Практическое правило потери напора в трубопроводе: удвоение расхода увеличивает потерю напора в четыре раза. Это потому, что скорость потока увеличена до второй степени. Как показано в таблице 1, удвоение расхода удваивает скорость жидкости и число Рейнольдса.

Рисунок 1. Число Рейнольдса и потери напора для данных трубопровода, перечисленных в таблице 1. Чем больше расход, тем больше увеличивается скорость потери напора.

При использовании правила удвоения расхода, расход 200 галлонов в минуту с потерей напора 2,3 фута приведет к потере напора 9,2 фута вместо расчетного значения 8,5 футов. При использовании удвоенного расхода скорость потока 400 галлонов в минуту с соответствующими 8,5 футами потери напора приводит к потере напора жидкости в 34,0 фута вместо расчетного значения 32,4 фута. Правило дает только приблизительную оценку.

Материал трубы

Часто строительный материал ограничивает доступные размеры и графики труб.Например, трубы из поливинилхлорида (ПВХ) доступны во многих размерах, равных размерам стальных труб, но доступны только в размерах труб 40 и 80. Однако внутренний диаметр трубы (ID) может быть другим, что приводит к различным результатам по потерям напора. В таблице 2 сравниваются абсолютные значения шероховатости для различных материалов для 4-дюймовой стальной трубы сортамента 40 с водой 60 F и расходом 400 галлонов в минуту.

Таблица 2. Потери напора на 100-футовом участке трубы, транспортирующего воду 60 F по трубе с внутренним диаметром 4.026 дюймов и различные значения абсолютной шероховатости

Коэффициент трения Дарси сильно зависит от шероховатости трубы. По мере увеличения шероховатости стенки трубы потери напора увеличиваются.

Размер трубы

Труба доступна в различных размерах, графиках и толщинах стенок. Пользователи часто ошибочно используют номинальный размер трубы вместо фактического внутреннего диаметра при выполнении расчетов потери напора. Таблица 3 показывает доступные графики для 4-дюймовых стальных труб вместе с соответствующим внутренним диаметром, скоростью жидкости и потерями напора при протекании 400 галлонов в минуту 60 F воды.

Таблица 3. Потери напора и скорость жидкости в 100-футовом участке стальной трубы номинальным размером 4 дюйма с использованием доступных графиков при транспортировке воды 60 F со скоростью 400 галлонов в минуту.

Выбор размера трубы имеет большое влияние на потерю напора в трубопроводе. В таблице 4 показаны номинальные размеры, доступные для стальных труб сортамента 40. В каждом трубопроводе отображается внутренний диаметр, скорость жидкости и потеря напора для 100-футового участка стальных труб сортамента 40 при транспортировке воды со скоростью 400 галлонов в минуту.

Таблица 4. Потери напора и скорость жидкости в 100-футовом участке стальной трубы сортамента 40 с использованием доступных размеров при транспортировке воды 60 F со скоростью 400 галлонов в минуту.

В таблице 4 потери напора быстро падают с увеличением ID. Например, транспортировка воды по 3,5-дюймовой трубе приводит к потере напора 16,2 фута, в то время как в 6-дюймовой трубе потеря напора составляет всего 1,1 фута. Это снижение потерь напора в трубопроводе позволяет выбрать насос меньшего размера, который требует меньшей мощности. Однако более крупная труба стоит дороже, чтобы ее купить и построить.

The Crane Technical Paper 410 рекомендует скорость жидкости в диапазоне от 5 до 10 футов в секунду (фут / сек) в нагнетательном трубопроводе насоса и скорость жидкости от 2,5 до 5 футов / сек на всасывающем трубопроводе насоса, когда жидкость это вода. Это решение по инженерным затратам: либо платить больше за трубу, а меньше за насос и стоимость перекачки, либо наоборот. Правильное понимание может привести к поиску оптимального размера трубы в зависимости от скорости жидкости. Уравнение 3 можно использовать для определения оптимального внутреннего диаметра трубы для заданного расхода.

Где
d = оптимальный внутренний диаметр трубы (дюймы)
Q = расход (галлонов в минуту)
v = скорость жидкости (фут / сек)

Например, подумайте, какой диаметр следует выбрать для перекачивания жидкости со скоростью 600 галлонов в минуту по стальным трубам сортамента 40 со скоростью 8 футов / сек. Идеальный размер трубы для этих условий — 5,535 дюйма, но этот пример ограничен данными размерами трубы. Таблица 4 показывает, что 5-дюймовая труба имеет внутренний диаметр 5.047 дюймов, а 6-дюймовая труба имеет внутренний диаметр 6,065 дюйма.

Технологическая жидкость

Свойства жидкости также влияют на потерю напора в трубопроводе. Этот пример демонстрирует, что происходит, когда происходит изменение как технологической жидкости, так и температуры. В таблице 5 показаны потери напора при перекачке 400 галлонов в минуту различных технологических жидкостей при разных температурах через стальную трубу сортамент 40 длиной 100 футов и 4 дюйма. В этом примере сравнивается потеря напора для воды, 40-процентного раствора гидроксида натрия (NaOH) и жидкого теплоносителя на масляной основе (HX).Все расчеты выполняются при 60 F и 160 F.

Более высокая вязкость жидкости приводит к большей потере напора. Некоторым жидкостям может потребоваться внешний обогреватель, чтобы поддерживать их текущую температуру. Любое изменение технологической жидкости или температуры жидкости должно быть исследовано, чтобы увидеть, как это влияет на потерю напора в трубопроводе.

В следующем месяце в этой колонке будет оцениваться влияние фитингов, обратных и запорных клапанов на потерю напора в трубопроводе. Кроме того, он продемонстрирует, как рассчитать эксплуатационные расходы на трубопроводы, чтобы помочь определить способы оптимизации трубопроводных систем.

.