Расчеты тепловой изоляции. Расчеты тепловой изоляции поверхностей с отрицательными температурами

определения полной потери тепла изолированным объектом недостаточно умножить его потери тепла с единицы поверхности на площадь этой поверхности. Необходимо также учесть дополнительные потери тепла через опоры, арматуру и т. п.

Определение толщины изоляционного слоя по заданной потере тепла

Разработаны нормы теплопотерь изолированными поверхностями, для предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности, и нормы, действующие на электростанциях.

Толщину однослойной изоляционной конструкции для плоской стенки определяется по формуле

                                             (153)

где l_из— коэффициент теплопроводности изоляционного слоя в ккал/(ч м °С); R— полное термическое сопротивление изоляционной конструкции в (ч м² °С)/ккал; R_B— сопротивление, теплоотдаче от теплоносителя к стенке в (ч м² °С)/ккал; R_H—сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляции в окружающий воздух в (ч-м²-°С)/ккал; t—температура теплоносителя в ^oС; t_н—температура окружающего воздуха в °С; q—тепловая потеря  (тепловой поток) в ккал/(ч-м²); а_в—коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке в ккал](ч-м²-°С); а_н— коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий воздух в ккал/(ч-м²-°С).

Для цилиндрической стенки сначала определяют

после чего вычисляют толщину изоляции по формуле

, м

Пример. Следует определить толщину каждого слоя двухслойной изоляционной конструкции проложенного в цехе газопровода наружным диаметром 1020 мм. Температура газа 680°С, температура окружающего воздуха 25^оС.

Теплопотеря с 1 м длины газопровода задана — 1200 ккал/(ч-м).

Принимается следующая изоляционная конструкция: первый слой — диатомовый кирпич марки 600; второй слой — минераловатные маты марки 200.

Междуслойная температура должна быть не выше 600°С (предел применения минеральной ваты); покровный слой — асбестоцементная штукатурка толщиной 15 мм. Для запаса при расчете сопротивлением теплоотдаче R_l^В можно пренебречь.

Решение.

Определяем толщину первого слоя. Для этого в соответствии с табл. А14 предварительно вычисляем значение l_из^’

Материал изоляционного слоя конструкции	Объемная масса теплоизоляционного слоя	Максимальная температура применения изоляционной конструкции в oС	Формула для определения коэффициента теплопроводности в ккал/(ч м2 OС)
Диатомитовые обжи-говые изделия (кирпичи, сегменты, скорлупы): марки 500 марки 600	500	900	l=0,09+0,0002 tСР
	600	900	l=0,12+0,0002 tСР
Минераловатные прошивные маты: марки 150	180— 200	На металлической сетке 600	l=0,046+0,00016 tСР
марки 200	240- 260	На стеклоткани 300	l=0,05+0,00016 tСР

при

t_ср=(680+600)/2 =640^оС

l=0,12+0,0002 t_СР

l_из^’ = 0,12 + 0,0002 640 =  0,248 ккал/(ч м ^оС).

По формуле (161), пренебрегая величиной R_l^В, определяем

ln d^’_из/d_н =  2 3,14 0,248 (680 -600)/1200=0,1035

Находим (d^’_из/d_н)=1,109

По формуле определяем толщину первого слоя:

, м

d^’_из = 1,02/2  (1,109— 1) =0,51 0,109 = 0,056 м = 56 мм.

Поскольку стандартная толщина диатомового кирпича составляет 65 мм, температура между первым и вторым слоями будет несколько ниже заданной. Определяем эту температуру по формуле (исключив из нее величину R_l^В);

По формуле (152) вычисляем толщину второго слоя. Вместо tподставляемt₁-₂, а вместо d_н берем d^’_из.

Коэффициент теплопроводности слоя минераловатных матов определяем по табл. А14. Ориентировочно принимая t_K— 60° С, получаем

t_ср=(588+60)/2 =324^оС

l=0,05+0,00016 t_СР

 

l_из^’’ = 0,05 + 0,00016 324 =  0,102 ккал/(ч м ^оС).

По табл. 14 определяем коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий  воздух 

Таблица 14-Приближенные значения коэффициентов теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий воздух a_Н

Изолированный объект	Коэффициент теплоотдачи а и в ккал/(ч-м2°С)
	в закрытом помещении		на открытом воздухе при скорости ветра в м/сек
	для покрытий с малым коэффициентом излучения	для покрытий с высоким  коэффициентом излучения	5	10	15
Цилиндрический с диаметром  до 2  м	6	9	18	25	35
Цилиндрический с диаметром более 2 м и плоская стенка	6	10	20	30	40

[a_н-=9  ккал/(ч м^г°С)],

а по табл. 25 — сопротивление теплопередаче

Изолируемый объект	Сопротивления теплоотдачи
	от объектов в закрытых помещениях при температуре теплоносителя в °С				от объектов на открытом воздухе при температуре теплоносителя в °С
	100 и менее	300	500		100 и менее	300	500
Трубопровод условным диаметром:	Rlн, (ч м°С)/ккал
25	0,35	0,25	0,22		0,12	0,1		0,09
32	0,32	0,23	0,16		0,11	0,0Э		0,07
40	0,3	0,21	0,15		0,1	0,08		0,06I
50	0,23	0,16	0,12		0,08	0,06		0,05
100	0,18	0,13	0,03		0,06	0,05		0,04
125	0,15	0,11	0,08		0,05	0,04		0,03
150	0,12	0,09	0,07		0,04	0,03		0,02
200	0,1	0,08	0,06		0,04	0,03		0,02
250	0,09	0,07	0,05		0,03	0,02		0,02
300	0,08	0,06	0,05		0,03	0,02		0,02
350	0,07	0,05	0,05		0,02	0,02		0,02
400	0,06	0,05	0,04		0,02	0,02		0,02
500	0,05	0,04	0,04		0,02	0,02		0,02
600	0,042	0,037	0,033		0,016	0,015		0,013
700	0,038	0,034	0,03		0,015	0,013		0,012
800	0,034	0,03	0,028		0,013	0,012		0,011
900	0,03	0,028	0,026		0,012	0,011		0,01
1000	0,027	0,024	0,024		0,011	0,01		0,009
2000	0,016	0,014	0,012		0,006	0,006		0,005
	Rн, (ч м2 °С)/ккал
Плоская поверхность	0,1	0,1	0,1	0,04		0,04		0,04

[R_l^Н =0,024 (ч-м-°С)/ккал].

Таким образом по формуле

Находим (d_к/d^’_из)=1,32.

По формуле  (157) вычисляем толщину второго слоя d_из", подставляя вместо d_Н значение d^’_из.

d_из"=1,150/2 (1,32-1)=0,184»180 мм

При этом термическим сопротивлением штукатурного слоя пренебрегаем.

Второй слой изоляции будет состоять из двух слоев минераловатных матов по 90 мм. Необходимо учитывать, что расчет d_н ведется по формуле

d_н=d+2d^’_из+2d_из"+..+2d_изⁿ.

По табл. 11 находим коэффициент уплотнения матов

Таблица 11-Коэффициент, учитывающий уплотнение материалов.

Теплоизоляционные изделия	Коэффициент уплотнения
Плиты:
мягкие минераловатные на синтетической  связке	1,5
полужесткие минераловатные на синтетической и крахмальной связке	1,2
то же, стекловатные  на  синтетических	1,15
Маты:
минераловатные прошивные	1,2-1,3
стекловатные на синтетических связках	1,6
из стекловолокна прошивные при использовании на трубопроводах диаметром до 273 мм	1.3
то же, на трубопроводах диаметром 273 мм и более и аппаратах	1,15
Полосы из стекловолокна прошивные	1.3
стекловолокна в рулонах (рулонирование стекловолокна)	2

(К_у=1,3)

и по формуле (111) определяем их толщину d^’₀ и d₀" до уплотнения при установке на газопровод:

    (111)

где  d_из—толщина изоляционного слоя в м;

d_H— наружный диаметр изолируемого объекта в м.

В этой формуле произведение  не должно быть меньше единицы;