Тепловой расчет турбопроводов

8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

В задачу теплового расчета трубопроводов входит:

1) расчет толщины изоляции;

2) расчет снижения температуры теплоносителя;

3) расчет температурного поля вокруг теплопроводов;

4) расчет потерь тепла.

Количество тепла, проходящее через цепь последовательно соединенных термических сопротивлений в единицу времени есть

(8.1)

q – линейная плотность теплового потока; R – термическое сопротивление; t – температура теплоносителя; t₀ – температура окружающей среды.

8.1. Наземная прокладка .

R=R_вн + R_ст + R_из + R_нар.

При наземной прокладке влияние соседней трубы не учитывается.

8.2. Подземная прокладка.

8.2.1. Подземная бесканальная однотрубная прокладка

При бесканальной прокладке R=Rиз + Rгр. Термическое сопротивление грунта определяется по формуле lгр – коэффициент теплопроводности грунта; h – глубина залегания оси трубы; d – диаметр трубы. Если h/d > 2, то приближенно Подсчет теплопотерь проводят не при действительной глубине залегания трубы, а по приведенной hп=h + hф, где hф – толщина фиктивного слоя грунта. hф =lгр/a, где a – коэффициент теплоотдачи на поверхности.

Рис.8.1. Схема однотрубного бесканального теплопровода

8.2.2. Подземная бесканальная двухтрубная прокладка

Взаимное влияние соседних труб учитывается условным дополнительным сопротивлением R0. В этом случае . Теплопотери первой трубы

Рис.8.2. Схема двухтрубного бесканального теплопровода

Теплопотери второй трубы

 

Здесь t₀ – естественная температура грунта на глубине оси трубы h. Температурное поле в грунте вокруг двухтрубного бесканального теплопровода определяется по формуле

 

t – температура любой точки грунта, удаленной на x от вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы с более высокой температурой теплоносителя (подающий трубопровод), и на y от поверхности грунта.

8.2.3. Подземная канальная прокладка

При наличии воздушной прослойки между изолированным трубопроводом и стенкой канала термическое сопротивление определяется как R=Rи + Rн + Rпк + Rк + Rг. Температура воздуха в канале определяется из уравнения теплового баланса

Рис.8.3. Схема канальной прокладки однотрубного теплопровода

При канальной прокладке многотрубного теплопровода уравнение теплового баланса можно записать в виде

 

После определения температуры воздуха в канале рассчитываются потери тепла от каждой трубы.

8.3. Тепловые потери трубопровода

Тепловые потери тепловой сети складываются из потерь тепла участков трубопровода без арматуры и фасонных частей – линейных тепловых потерь и теплопотерь фасонных частей, арматуры, опор, фланцев и т.п. – местных потерь тепла.

Линейные потери тепла есть

Q_л = ql

Потери тепла отводов, колен, гнутых компенсаторов и т.п., периметр поперечного сечения которых близок к периметру трубопровода, рассчитываются по формулам для прямых круглых труб.

Тепловые потери фланцев, фасонных частей и арматуры обычно определяются в эквивалентных длинах трубы того же диаметра.

Q_м = ql_экв.

Суммарные потери тепла трубопровода определяются как

Q=q(l+l_экв)=ql(1+b), b=l_экв/l.

Для предварительных расчетов можно принять b =0.2-0.3.

Изменение энтальпии теплоносителя вследствие тепловых потерь можно определить из уравнения баланса

При транспорте насыщенного пара вследствие падения энтальпии выпадает конденсат. При коротких трубопроводах, когда ожидаемое падение температуры не превышает 3-4 % величины температуры в начале участка, расчет можно проводить в предположении постоянства удельных тепловых потерь. При длинных или слабо изолированных участках трубопровода нужно учитывать изменение удельных тепловых потерь по длине трубы. Уравнение баланса тепла для участка dl трубы

После интегрирования в пределах от t_н до t_к и от 0 до l получим

Данная формула справедлива, строго говоря, для изобарного течения. Снижение температуры при падении давления можно определить по

где - дифференциальный дроссель-эффект; Dp – падение давления пара.

Действительная температура пара в конце трубопровода есть .

Можно найти длину паропровода, на которой пар теряет перегрев. Для точного расчета длины нужно знать закон изменения температуры и давления по длине трубы. Задача решается графически.

1 – кривая изменения температуры по длине трубопровода; 2 – кривая изменения давления по длине трубопровода; 3 – кривая температур насыщения по длине трубопровода. Количество конденсата на участке трубопровода

Рис.8.4. Определение точки выпадения конденсата

8.4. Выбор толщины изоляционного слоя

Материал изоляции выбирается исходя из критической толщины тепловой изоляции, диапазона рабочих температур, технологических и эксплуатационных соображений.

Толщина изоляционного слоя выбирается исходя из технических и технико-экономических соображений.

Технические требования.

1. Необходимо обеспечить заданную температуру теплоносителя в отдельных точках тепловой сети. Обычно это условие предъявляется к паропроводу.

2. Обеспечение нормированных теплопотерь.

3. Непревышение заданной температуры поверхности изоляции.

При прокладке теплопровода в рабочих помещениях температура поверхности изоляции не должна превышать 40-50 ⁰С.

На основании технических требований определяется предельная минимальная толщина изоляции.