Определение толщины изоляции трубопроводов, предотвращающей замерзание содержащейся в них жидкости. Расчетные значения коэффициента теплопроводности изоляционного слоя

7.7 Определение толщины изоляции трубопроводов, предотвращающей замерзание содержащейся в них жидкости

Тепловая изоляция, как бы эффективна она ни была, не  в состоянии предотвратить замерзание жидкости в случае остановки ее движения в трубопроводе. Однако она может замедлить процесс охлаждения и при кратковременных остановках движения жидкости предохранить трубопровод от аварийного промерзания по всему сечению. Практические расчеты толщины изоляции трубопровода по заданному времени отсутствия движения жидкости или определение этого времени по заданной изоляции трубопровода основываются на балансовом уравнении, по которому тепло, аккумулированное в наполненном жидкостью изолированном трубопроводе в пределах от начальной температуры до температуры замерзания, и тепло, освобождающееся при образовании некоторого допускаемого слоя замерзшей жидкости (25% живого сечения трубопровода), приравнивается к тепловой потере за период остановки движения жидкости.

Строго говоря, данный случай относится к нестационарному тепловому режиму. Однако методика практического расчета позволяет свести его к формулам стационарного режима.

Толщину изоляционного слоя определяют по формулам:

                   (70)

в частном случае для стального трубопровода с водой

                         (71)

где

d_K- наружный диаметр изоляционной конструкции в м; d_H - наружный диаметр трубопровода в м; l_из - коэффициент теплопроводности изоляции в ккал!(ч-м-°С); R_l— полное термическое сопротивление изоляционной конструкции в (ч-м-°С)/ккал; R^н_l- сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляции в окружающий воздух в (ч-м-°С)/ккал; К_п - коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла; z - время, в течение которого жидкость остается неподвижной, в ч; t— температура жидкости до остановки ее движения в ⁰С; t₃- температура замерзания жидкости в °С; t_н- температура окружающего воздуха в °С; V_т- объем жидкости на 1 м длины трубопровода в м³; g_т - плотность жидкости в кг/м³; C_т-удельная теплоемкость жидкости в ккал/(кг-°С); g_ст- объем стенки трубопровода на 1 м длины в м³; g_ст - плотность стенки трубопровода в кг/м³, С_ст- удельная теплоемкость стенки трубопровода в ккал/(кг-⁰С); r_з- скрытая теплота замерзания жидкости в ккал/кг.

После определения отношения d_K/d_н толщину изоляции вычисляют по формуле (51).

Для облегчения расчетов по формулам (70) и (71) в табл. 18 приводятся значения объемов V_т и V_ст для наиболее часто встречающихся трубопроводов.

Таблица   18 Объем жидкости и стенки трубопровода на 1 м его длины

Для определения времени zв течение которого жидкость в трубопроводе может оставаться неподвижной при заданной изоляции, применяют следующие формулы:

в общем виде

    ( )

для стального водопровода

Таблица 19 Расчетные значения коэффициента теплопроводности изоляционного слоя l_из

Установленные практикой значения предельных толщин изоляционных конструкций, приведены в табл. 20.

                                                           (51)

где d_K— наружный диаметр изоляционной конструкции в м; d_в—наружный диаметр изолируемого объекта в м;

Таблица 25-Приближенные значения сопротивлений теплоотдачи R_l^н и R_H от цилиндрической и плоской поверхностей в окружающий воздух

Пример 4. Необходимо определить толщину изоляции минераловатных полуцилиндров на синтетической связке для стального трубопровода, проложенного на открытом воздухе с расчетной температурой t_н, равной минус 30° С, имея в виду, что возможно прекращение движения жидкости в течение 4 ч. Наружный диаметр трубопровода 57 мм, температура жидкости в нем 2° С.

Пример 5.

По техническому заданию заказчика на эстакаде имеется продуктопровод с веществом, приведенным в таблице ниже и при условиях эксплуатации примера 4.

Определить по желанию заказчика требуемую толщину теплоизоляции