Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ

Специалисты нашей компании готовы оказать Вам информационную поддержку для осуществления Ваших технических потребностей, а при производственной необходимости, осуществить выезд на объект, предварительно подписав договор оказания услуг.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ И ЗАЩИТНЫЕ ОБОЛОЧКИ ТМ PIPEWOOL
В ПРОГРАММЕ «ИЗОЛЯЦИЯ» — «НТП ТРУБОПРОВОД»

Проектирование и расчеты толщины тепловой изоляции с помощью программы позволяют значительно сэкономить сроки проектирования и рабочее время инженерно-технического персонала.

Благодаря сотрудничеству с компанией ООО «НТП Трубопровод» в 2015 году, в базу данных материалов и в правила выбора материалов программы «Изоляция» введена продукция ТМ PIPEWOOL – цилиндры и фасонные теплоизоляционные элементы, быстросъемные конструкции, защитные оболочки.

*Программа служит для расчета тепловой изоляции и выпуска проектных документов с использованием изделий. C программой также поставляется файл чертежей технических решений PIPEWOOL.

Нормы плотности теплового потока через изолированную поверхность оборудования и трубопроводов с положительными температурами

Нормы плотности теплового потока при расположении на открытом воздухе и числе часов работы в год более 5000

Примечание. Промежуточные значения норм плотности теплового потока следует определять интерполяцией.

Нормы плотности теплового потока при расположении на открытом воздухе и числе часов работы в год 5000 и менее

Примечание. См. примеч. к табл. 1.

Нормы плотности теплового потока при расположении в помещении и тоннеле и числе часов работы в год более 5000

1. При расположении изолируемых поверхностей в тоннеле к нормам плотности следует вводить коэффициент 0,85.

2. См. примеч. к табл. 1.

Нормы плотности теплового потока при расположении в помещении и тоннеле и числе часов работ в год 5000 и менее

Примечание. См. примеч. к табл. 3.

Как рассчитать толщину по формуле самостоятельно

Когда данные, полученные с помощью онлайн калькулятора кажутся сомнительными, стоит попробовать аналоговый метод с использованием инженерной формулы для расчета толщины теплоизоляционного материала. Для расчета работают по следующему алгоритму:

1. По формуле вычисляют температурное сопротивление утеплителя.
2. Высчитывают линейную плотность потока тепла.
3. Рассчитывают показатели температуры на внутренней поверхности теплоизоляции.
4. Переходят к расчету теплового баланса и толщины теплоизоляции по формуле.

Эти же формулы используются для составления алгоритма работы онлайн-калькулятора.

Относительная ошибка метода расчета требуемой толщины теплоизоляции трубопроводов по нормам плотности теплового потока

А. С. Горшков, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», главный специалист АО «Газпром промгаз»

М. Н. Ефименко, технический директор ООО «АлгоритмСтрой»

В статье представлен пример расчета требуемой толщины тепловой изоляции трубопровода, расположенного на открытом воздухе. Выполнена оценка относительной погрешности описанного в своде правил СП 61.13330 метода расчета требуемой толщины тепловой изоляции по нормам плотности теплового потока. Показано, что относительная ошибка рассматриваемого метода расчета не превышает 3,5%.

Ключевые слова: трубопровод, теплоноситель, температура, тепловая изоляция, теплопроводность, тепловой поток.

При проектировании тепловой изоляции трубопроводов и оборудования расчет толщины теплоизоляционного слоя осуществляется на основании следующих требований Свода правил СП 61.13330 [1]:

— по нормам плотности теплового потока через изолированную поверхность;

— по заданной величине теплового потока;

— по заданной величине охлаждения (нагревания) вещества, сохраняемого в емкостях в течение определенного времени;

— по заданному снижению (повышению) температуры вещества, транспортируемого трубопроводами (паропроводами);

— по заданному количеству конденсата на паропроводах;

— по заданному времени приостановки движения жидкого вещества в трубопроводах в целях предотвращения его замерзания;

— по заданной температуре на поверхности изоляции;

— с целью предотвращения конденсации влаги из окружающего воздуха на покровном слое тепловой изоляции оборудования и трубопроводов, содержащих вещества с температурой ниже температуры окружающего воздуха.

Основным из представленного выше перечня требований является первое — по нормированной плотности теплового потока. Методика расчета толщины изоляции в соответствии с указанным требованием представлена в Приложении В [1].

В соответствии с предлагаемой методикой толщина теплоизоляционного слоя должна обеспечить нормы плотности теплового потока, численные значения которых, в зависимости от диаметра трубопровода и температуры теплоносителя, приведены в таблицах 2–12 [1]. При этом в расчете вводится ряд допущений, которые вносят погрешность. Целью настоящего исследования является оценка относительной ошибки предлагаемого метода расчета.

Пример расчета

Рассмотрим реализацию указанного в [1] алгоритма расчета на примере проектной задачи со следующими исходными данными:

— диаметр трубопровода —= 0,133 м;

— температура теплоносителя — = 100 °С;

— трубопровод размещается на открытом воздухе на территории Ленинградской области со средней за год температурой наружного воздуха = 5,4 °С (в соответствии с данными, приведенными в [2]);

— коэффициент теплоотдачи наружной поверхности теплоизолированной трубы () принимается равным 26 Вт/(м 2 ∙К) в соответствии с таблицей В.2 [1], так как при отсутствии данных по скорости ветра значение коэффициента теплоотдачи принимается соответствующим скорости ветра 10 м/сек;

— коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла через опоры, а также крепеж трубопроводов в соответствии с примечанием к формуле (В.19) [1] принимается равным 1.

Далее, в соответствии с методом расчета, принятым в [1], вводится допущение о том, что среднее значение температуры теплоизоляционного слоя – для рассматриваемого примера принимается равным половине температуры теплоносителя (см. примечание 1 к таблице Б.1 [1]). Введение данного допущения позволяет в последующих расчетах рассматривать величину теплопроводности теплоизоляционного слоя в качестве постоянной величины. В действительности это допущение редко соответствует реальным условиям эксплуатации.

Зависимость теплопроводности рассматриваемого теплоизоляционного материала от температуры приведена в таблице 1.

Таблица 1. Теплопроводность теплоизоляционного слоя [3]

Данные, представленные в таблице 1, графически показаны на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость теплопроводности тепловой изоляции от температуры

Известно, что значение средней температуры теплоизоляционного материала можно определить, если известны значения температур в прилегающем к трубе слое (в первом приближении эту температуру можно принять равной температуре теплоносителя, так как тепловым сопротивлением стенок металлической трубы можно пренебречь), а также значение температуры наружного слоя теплоизоляционного покрытия. Для рассматриваемого примера:

В соответствии с данными, приведенными в таблице 1, для указанной температуры значение теплопроводности изоляции составляет 0,043 Вт/(м∙К).

На основании данных, представленных в таблице 2 [1], рассчитаем для рассматриваемого примера норму плотности теплового потока через поверхность изоляции. Используя метод интерполяции, получим:

Таким образом, имеем все исходные данные для расчета требуемой толщины тепловой изоляции по методике Приложения В [1] с учетом принятого ранее допущения. Для расчета требуемой толщины слоя тепловой изоляции воспользуемся формулой (В.19) [1]:

— сопротивление теплоотдаче от наружной поверхности цилиндрической теплоизоляционной конструкции к окружающему воздуху, м 2 ·К/Вт.

Перепишем уравнение (1) так, чтобы в нем фигурировало неизвестное значение толщины теплоизоляционного слоя :

Так как в левой и правой части данного нелинейного уравнения присутствует неизвестная, то найти ее в явном виде не представляется возможным и уравнение решается методом последовательных приближений. Для реализации данного метода преобразуем уравнение (2) следующим образом:

Далее для реализации метода последовательных приближений необходимо ввести какое-либо начальное значение толщины в правую часть уравнения (3) и получить уточненное значение этой же величины, стоящей справа. Итерации продолжаются до тех пор, пока расчетное значение в левой части не перестанет изменяться, то есть выполнится условие равенства левой и правой частей уравнения. Реализация указанного алгоритма для приведенных выше исходных данных дает значение толщины слоя тепловой изоляции = 59 мм.

Рассчитаем температуру на поверхности теплоизоляционного слоя . Для определения температуры наружной поверхности теплоизоляционного слоя воспользуемся следующим уравнением теплового баланса:

Выразим из уравнения (4) tп:

Подставив в уравнение (5) исходные данные, получим: tп= 7,3 °C. При данной температуре на поверхности теплоизоляционного слоя средняя температура в слое тепловой изоляции составит:

т. е. выше принятой в первоначальном допущении. Изменение средней температуры в слое изоляции приводит к изменению теплопроводности теплоизоляционного материала. С учетом этого необходимо все пересчитывать заново, начиная с определения и последующего значения и делать это до тех пор, пока заданное значение температуры на поверхности теплоизоляционного слоя и расчетное не сравняются, то есть совместно будут выполнены два равенства в уравнениях (3) и (5).

Таким образом, для корректного определения толщины теплоизоляции необходимо решать не одно уравнение, а систему уравнений с двумя неизвестными:

Для принятых исходных данных решение системы уравнений (6) дает следующие результаты:

Итак, при решении одного уравнения получен результат 59 мм, а при корректном решении системы из двух уравнений с двумя неизвестными — 61 мм. Относительная ошибка метода расчета толщины теплоизоляционного слоя, приведенного в СП 61.13330, составляет:

что является вполне удовлетворительным результатом для инженерного метода расчета.

С учетом допущений, описанных в п. 6.12 [1], можно считать, что для рассматриваемого примера влияние принятого допущения не сказывается на расчетной толщине теплоизоляционного слоя.

1. Для уплотняющихся при монтаже теплоизоляционных материалов окончательное значение толщины тепловой изоляции оборудования и трубопроводов должно быть рассчитано с учетом коэффициента монтажного уплотнения. Пример расчета представлен в работе [3].
2. В рамках настоящего исследования единицы теплофизических величин (теплопроводности, термического сопротивления) приняты в соответствии с ГОСТ 8.417 [4].

Для упрощения процедуры расчетов в нормативной документации часто приходится вводить некоторые допущения. При расчете требуемой толщины изоляции трубопроводов в Своде правил СП 61.13330 вводится ряд допущений о средней температуре в слое тепловой изоляции. В рамках выполненного исследования проведена оценка относительной погрешности метода расчета, представленного в СП 61.13330. Показано, что погрешность не превышает 3,5%, что для инженерного метода расчета является вполне удовлетворительным результатом.

Литература

1. Свод правил СП 61.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
2. Свод правил СП 131.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.
3. Рекомендации по применению минераловатных изделий на основе стекловолокна производства ООО «КНАУФ Инсулейшн» для тепловой изоляции оборудования и трубопроводов с альбомом технических решений. СПб.: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — 2017. — 76 с.
4. ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.

С помощью программы IsoCalc можно выполнить расчет коэффициента теплоотдачи, который в свою очередь зависит от температуры окружающей среды и насителя, типа покровного слоя и ориентации трубопровода. В данной программе учитываются многие факторы при расчете теплотехнических характеристик.

Программа: IsoCalc
Версия: 5.0
Автор: K-FLEX
Сайт: http://www.k-flex.com/
Рус. язык: Â Â Â Есть
Размер, ОС: 2.49 МБ, XP/Vista/7
Download: Скачать IsoCalc 5.0

Установка программы для расчета теплоизоляции
IsoCalc 5.0
1. Разархивируем архив isocalc.zip
2. Запускаем IsoCalc 5.0 .msi (запускать установку нужно от имени администратора)
3. Дальше нажимаем кнопку — Далее > и все по порядку.
После успешной установки на рабочем столе появится ярлык этой программы.

Что можно расчитать с помощью программы IsoCalc 5.0 ?

1. Расчет трубопроводов:

• Расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
• Расчет изменение температуры носителя при заданной толщине изоляции;
• Расчет теплового потока при заданной толщине изоляции;
• Расчет толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции;
• Расчет времени замерзания носителя при заданной толщине изоляции.

2. Расчет плоских поверхностей:

• Расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
• Расчет толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции;
• Расчет теплового потока при заданной толщине изоляции.

Качественная теплоизоляция в виде рулонов и теплоизоляционных трубок, системы «теплый пол» ведущих фирм производителей изоляции Тилит и Пенофол. Компания Теплопрок является официальным дилером Тилит и Пенофол в России.

Каталог

Информация

• О компании
• Новости
• Вакансии
• Сертификаты и дипломы
• Типы кондиционеров
• Полезные статьи
• Политика сайта
• Изоляция
• Рассчитать теплоизоляцию

Мы получаем и обрабатываем персональные данные посетителей нашего сайта в соответствии с политикой конфиденциальности. Если вы не даете согласия на обработку своих персональных данных,вам необходимо покинуть наш сайт.

Интерфейс

Диалоговое окно программы

Окно редактора базы данных материалов

Окно «Условия применимости материалов» для настройки правил выбора материалов

Рабочее окно встроенного модуля «Cтроительная климатология», соответствующего СП 131.13330.2018 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология»

Автоматически сгенерированная диаграмма применимости материалов

После расчета программа позволяет распечатать различные виды выходных документов: