Многослойная конструкция теплопровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Многослойная конструкция теплопровода

Многослойная конструкция теплопровода с основным теплоизоляционным слоем на основе ППУ изоляции и термостойким слоем изоляции, прилегающей к стальной трубе

В ОАО "Объединение ВНИПИэнергопром" проведены работы по определению возможности использования трубопроводов в ППУ изоляции при температурах теплоносителя свыше 130 ОC. В связи с этим проводились испытания многослойной конструкции теплопровода в соответствии с[1].

Испытания проводились также в соответствии с требованиями заказчика при температуре 180 ОC, по результатам которых принималось решение о максимальной температуре дальнейших испытаний. Затем труба выдерживалась в течение 24 ч при 150 ОC, измерялась температура на границе между изоляционными слоями и на поверхности гидроизоляционного слоя.

В процессе испытаний принято:

* температурные измерения следовали нормальному 24-часовому температурному циклу на протяжении всего отопительного периода;

* при отключении теплосети теплопровод должен противостоять (при надземной прокладке) изменениям температуры до -42 ОC;

* долговечность теплопровода не менее 25 лет;

* температура на поверхности теплопровода не должна превышать 40 ОC;

* конструкция теплопровода влагонепроницаема на протяжении всего срока эксплуатации.

Теоретическое значение теплопроводности сложной (двухслойной) изоляции трубы находится из условия:

Результаты испытаний на теплопроводность стальной трубы по "методу трубы" на фрагменте теплопровода, изготовленном из металлической трубы

Ду= 100 мм, L= 2,3 м

с тепловой изоляцией из базальтового волокна и ППУ изоляции в полиэтиленовой трубе-оболочке приведены в табл. 1.

Выбор толщины изоляции теплопроводов проводился в зависимости от: условий прокладки; типа рабочего тела; температуры рабочей среды; климатических условий региона; типа изоляции; величины нормативных потерь тепла.

Для надземной прокладки учитывались скорость ветра и температура окружающего воздуха. Расчеты проводились в соответствии с [1 -3].

При выполнении расчетов принято:

* потери тепла через изоляцию не должны превышать нормативные [1];

* наружный диаметр теплопровода должен соответствовать нормативным диаметрам, указанным в [3] для бесканальной прокладки и в [2] - для надземной;

* по условиям работы пенополиуретановой изоляции температура на границе базальтового волокна и ППУ изоляции не должна превышать 120±2ОC; пенополиуретан теплоизоляционный базальтовый

* глубина прокладки теплопровода в грунте и расстояние между подающим и обратным трубопроводами определялось в зависимости от наружного диаметра;

* температура теплоносителя в теплосети соответствует температурному графику 180/70 ОC;

* для трубопроводов надземной прокладки рассчитывались варианты для скорости ветра -5, 10, 15 м/с.

При бесканальной прокладке количество теплоты q, проходящее через стенку трубы, отнесенное к единице длины L (q1):

q1 = 2р?Tлиз/ln(d2/d1), Вт/м, где

?T=Т1-Т2, ОC.

При многослойной изоляции теплопровода, проложенного бесканально:

q1 = (Tп+То-2Тгр)/(R1 + R2+R3+R4),

где Tп - температура воды в подающей магистрали; То - температура воды в обратной магистрали;

R1 = ln(d21/d1)/(2рл?из)-

термическое сопротивление первого слоя изоляции;

R2=ln(d2/d21)/(2рл??из)-

термическое сопротивление второго слоя изоляции;

Tгр

- температура грунта;

R3=ln[4(z+0,0685лгр)/d2]/(2рлгр)

- термическое сопротивление грунта;

z=d2/2+(0,8ч1),

м; лгр- теплопроводность грунта;

Rгр4=ln[1+4(z+0,0685лгр)2/c2]/(4рлгр)

- термическое сопротивление между трубами;

c=0,15+d2/2.

Толщина первого слоя цилиндрической стенки без учета сопротивления внутренней теплоотдачи:

д1 = (d21/d1-1).d1/2,м

ln(d21/d1)=2рл?из(T1-T3)/q1.

Температура на поверхности раздела изоляционных слоев:

T3=T1-q1.ln(d21/d1)/(2рл?из).

В связи с технологическими особенностями нанесения ППУ изоляции наружный диаметр теплопровода выбирался в соответствии с [3].

Расчеты велись итерационно.

В табл. 2, 3 приведены расчетные и нормативные плотности тепловых потоков через изоляцию для температурного графика 180/70 ОC, температура на поверхности раздела изоляционных слоев и толщины слоев базальтового волокна (1 слой) и пенополиуретана (2 слой).

При надземной прокладке трубопроводов необходимо учитывать скорость ветра и коэффициент теплопередачи от воздуха к трубе б:

б=1,16.(8 + 0,04t2+6.w0,5), Rб=1/2рбd2,

где w - скорость ветра, м/с; Tв - температура воздуха.

В целях обеспечения нормативного срока службы пенополиуретанового слоя в расчетах толщины изоляции температура воздуха Tв принималась максимальной, равной -42 ОC при обеспечении температуры на границе между базальтовым волокном и слоем ППУ не выше 120 ОC, это связано с деструкционным разрушением пенопо-лиуретана при более высоких температурах.

В табл. 4 приведены результаты расчета толщин слоев изоляции из базальтового волокна и пенополиуретана для теплопроводов надземной прокладки при скоростях ветра 5, 10, 15 м/с для температурного графика 180/70 ОC.

Как видно из табл. 4, скорость ветра (в пределах 5-10 м/с) практически не оказывает влияния на толщину изоляции, с ростом w несколько возрастают потери тепла (в пределах 1-3%).

Выводы

1. В соответствии с [1] проведены испытания на теплопроводность по "методу трубы" многослойной конструкции теплопровода, в которой в качестве основного теплоизоляционного материала использована ППУ изоляция, а в качестве слоя, прилегающего к стальной трубе, - термостойкая минеральная изоляция (базальтовое волокно).

2. Определена толщина теплоизоляционных слоев из базальтового волокна и пенополиуретана с защитной наружной гидроизоляционной оболочкой из полиэтилена для трубопроводов бесканальной прокладки и оцинкованной - для надземной прокладки.

3. Фактическое значение теплопроводности испытываемого образца: лф=0,044-0,046 Вт/(м.К).

4. Расчет толщины слоев изоляции при бесканальной прокладке и условии, что наружный диаметр изоляции по полиэтиленовой оболочке соответствует диаметру в соответствии с [3], показал, что, несмотря на меньшие тепловые потоки через изоляцию, наружные диаметры теплопроводов, как правило, больше, чем при расчете с соблюдением условия Qр?Q н.

5. Расчеттолщин слоев изоляции из базальтового волокна и ППУ для теплопроводов надземной прокладки при скоростях ветра 5, 10, 15 м/с для температурного графика 180/70 ОC при условии, что:

* температура на поверхности первого слоя не превышает 120±2 ОC;

* тепловой поток через изоляцию не превышает нормативный;

* наружный диаметр оболочки теплопровода из тонколистовой оцинкованной стали соответствует диаметру [2]; скорость ветра (в пределах 5-10 м/с) практически не оказывает влияния на толщину изоляции, с ростом w несколько возрастают потери тепла (в пределах 1-3%).

Литература

1. СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция и оборудование трубопроводов. М.: 2004.

2. СТ-4937-001 -18929664-04. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана со стальным защитным покрытием. Технические условия. М.:2006.

3. ГОСТ 30732-2001. Трубы и фасонные изделия с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия. М.:2001.

Размещено на Allbest.ru