Расчет тепловой изоляции трубопроводов: Калькуляторы расчета объема теплоизоляции, изоляции и окожушки труб и отводов

Методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода :: HighExpert.RU

Ниже представлена краткая методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода (трубы). Оптимальную толщину теплоизоляционного слоя находят путём технико-экономического расчёта. Практически толщину слоя изоляции определяют исходя из его термического спротивления (не менее 0,86 [^oС • м²/Вт] для труб с Dу <= 25 мм, и 1,22 [^oС м²/Вт] для труб с Dу > 25 мм).

Качество тепловой изоляции трубопровода оценивается её КПД. В современных конструкциях тепловой изоляции при использовании материалов с теплопроводностью до 0,1 [Вт/м • K] оптимальная толщина слоя изоляции обеспечивает тепловую эффективность этой изоляции, близкой к 0,8 (т.е. эффективность 80%).

Приведенная информация может быть полезна для проведения инженерных расчётов при проектировании различных машин и узлов, содержащих трубопроводы с тепловой изоляцией. В качестве примера ниже приведены результаты расчёта тепловой изоляции для выпускного коллектора [трубопровода] высокофорсированного дизеля.

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции для цилиндрической стенки трубопровода (трубы) определяется по формуле:

где

d_из — искомый наружный диаметр стенки изоляции трубопровода.

d_н — наружный диаметр трубопровода.

λ_из — коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

α_в — коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху.

Линейная плотность теплового потока

где

t_н — температура наружной стенки трубопровода.

t_из — температура поверхности изоляции.

Температура внутренней стенки изоляции трубопровода

где

d_в — внутренний диаметр трубопровода.

α_г — коэффициент теплоотдачи от газа к стенке.

λ_т — коэффициент теплопроводности материала трубопровода.

Уравнение теплового баланса

из которого определяется искомый наружный диаметр изоляции трубопровода d_из, и далее толщина изоляции этого трубопровода (трубы) вычисляется по формуле:

Пример: Необходимо рассчитать тепловую изоляцию трубопровода высокофорсированного дизеля, наружный диаметр выпускного трубопровода составляет 0,6 м, внутренний диаметр этого трубопровода составляет 0,594 м, температура наружной стенки трубопровода принимается равной 725 К, температура наружной поверхности изоляции принимается равной 333 К, теплопроводность изоляционного материала принимается равной 0,11 Вт/(м К), тогда проведенный

расчет изоляции трубопровода по методике, описанной выше, покажет, что толщина необходимой изоляции трубопровода должна составлять не менее 0,1 м.

Расчет теплоизоляции трубопроводов в программе «ИЗОЛЯЦИЯ» — ИНФАРС

Расчет тепловой изоляции – трудоемкая задача, возникающая в процессе проектирования теплоизоляции трубопроводов. В настоящее время к данному расчету теплоизоляции трубопроводов предъявляются повышенные требования относительно скорости его реализации. По этой причине расчет теплоизоляции трубопроводов для крупных проектов выполнять вручную не только нецелесообразно, но и практически невозможно. Следует отметить, что требуемую эффективность ручного расчета тепловой изоляции нельзя достичь даже при условии применения специальных альбомов, в которых собраны стандартные конструкции.

Чтобы разобраться с этой непростой задачей, в данной статье мы детально рассмотрим расчет теплоизоляции трубопроводов с помощью программы ИЗОЛЯЦИЯ .

Как выполняется расчет тепловой изоляции и что нужно при этом учитывать?

Выбрать оптимальный вариант утеплителя можно только после того, как будет определена наиболее подходящая для каждого случая толщина материала и его плотность. Рассчитывая эти параметры, можно существенно снизить теплопотери и температуру трубопровода, что обеспечит безопасную эксплуатацию.

Основные аспекты, которые играют важную роль при расчете тепловой изоляции:

• температура участка поверхности, нуждающегося в утеплении;
• перепады температуры окружающей среды;
• механическое воздействие на объект типа вибраций;
• нагрузки, которые испытывают трубы в процессе эксплуатации от транспортных средств и грунта;
• коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала;
• стойкость утеплителя к механической деформации.

С характеристиками, которыми должны быть наделены теплоизоляционные материалы в зависимости от типа трубопровода и эксплуатационных условий, можно ознакомиться в СНиП 41-03-2003. Согласно этим нормам, утепление труб, температура которых не превышает 12ºC, должно предусматривать специальный пароизоляционный слой.

Толщину теплоизоляционного слоя можно определить, выполнив технико-экономический расчет. Для этого нужно использовать определенные формулы. Итак, в процессе инженерного расчета теплоизоляции трубопроводов следует учитывать сопротивление утеплителя температурам:

* для труб диаметром ≥25 мм – минимум 0,86ºC м²/Вт;

* для труб диаметром <25 мм – 1,22ºC м²/Вт.

Нижеизложенная информация облегчит расчеты теплоизоляции трубопроводов, не зависимо от их назначения. Научиться рассчитывать толщину теплоизоляционного материала можно на примере выпускного коллектора высокофорсированного дизельного двигателя.

Программа ИЗОЛЯЦИЯ: основные положения

Сомневаясь в собственных силах насчет правильного использования представленных формул, лучше воспользоваться при расчетах теплоизоляции трубопроводов программой ИЗОЛЯЦИЯ от НТП Трубопровод.

Программа ИЗОЛЯЦИЯ – уникальное средство для оперативного выполнения расчетов теплоизоляции трубопроводов, без которых не обойтись при выборе теплоизоляционного материла. С помощью программы ИЗОЛЯЦИЯ данная задача выполняется за период, составляющий 10% от времени, затрачиваемого на самостоятельный расчет. Программа ИЗОЛЯЦИЯ автоматически формирует конструкцию утеплителя и рассчитывает необходимые данные. Помимо этого, она оформляет ведомости, одна из которых включает ссылочную и прилагаемую документацию, вторая – технические сведения о конструкции и монтаже, третья – объемы работ, а также спецификацию согласно госстандартам (ГОСТ 21.405-93, ГОСТ 21.110-95, ГОСТ 21.101-97).

Но если вы все же делаете выбор в пользу самостоятельного выполнения работ по расчету тепловой изоляции, нельзя забывать о том, что толщина теплоизоляционного слоя рассчитывается, исходя из конкретных условий (например, тип утеплителя, сезонные перепады температур, влажность воздуха). Особенно внимательным следует быть с влажностью окружающей среды, поскольку она способна ускорить процессы теплообмена и, следовательно, снизить эффективность утеплителя.

Расчет и проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов

Расчет толщины тепловой изоляции включает в себя:

• изучение характеристик и технических особенностей объекта, на котором необходимо провести изоляционные работы
• подбор в каждом конкретном случае типов и видов теплоизоляционных конструкций, которые планируется применить
• подбор материалов, который планируется применить для изоляционного и покровного слоя, а также расчёты их толщины
• составление чертежей и планов
• подбор необходимых средств установки и оборудования

Требуемые расчеты толщины тепловой изоляции охватывают особенности конкретных условий, предусмотренных для различных поверхностей. При их проведении используются методы, которые учитывают инженерные и конструктивные особенности контактной площади, запланированной для обработки, её физические свойства. Кроме того, учитываются особенности подобранных материалов, их коэффициенты термического сопротивления, характер температурных особенностей и другие условия, которые будут обеспечивать обмен тепла на плоскостях изолированной поверхности.

В первую очередь, определяется эффективность физических свойств изолировочных материалов, их зависимость от влияния влаги и температурных перепадов. Для этого используют показатели, определяющие степень черноты и излучения наружных поверхностей материала, степень его уплотнения, деформационные и другие особенности.

Толщина тепловой изоляции рассчитывается с учетом основных прогнозируемых и фактических условий эксплуатации, а именно:

• соответствия теплового потока норме СНиП 41-03-2003
• прогнозируемой плотности, которая зависит от технологических и физических факторов
• для предупреждения процессов образования конденсата на поверхностях изолируемого объекта
• чтобы обеспечить на контактных поверхностях изоляционного материала температурных показателей, допускаемых требованиями мер безопасности
• чтобы обеспечить у транспортируемых веществ требуемое повышение (понижение, сохранение) температуры
• чтобы обеспечить предусмотренную скорость нагрева или охлаждения транспортируемого вещества
• чтобы обеспечить образование конденсата влаги в заданном для паропроводов количестве
• для предупреждения случаев замерзаний транспортируемой жидкости или вещества

При выборе способа прокладки трубопровода в канале расчеты толщины тепловой изоляции проводятся исходя из инженерных методов, предусмотренных для обеспечения изоляционным слоем термосопротивления, которое наблюдается непосредственно на границах слоя изоляции и стен канала с проникающими воздушными массами, а также термического сопротивления самих стен с окружающим грунтом. Грунтовое сопротивление рассчитывается в соответствии с формулой Форхгеймера, где в расчет берется грунтовая тепловая проводимость, размеры и диаметры резервуаров трубопровода, а также глубина его залегания. В случае двухтрубного способа прокладки учитываются также взаимные показатели влияния тепла от подающего и обратного трубопровода.

При способе бесканальной прокладки в расчеты учитываются также термическое сопротивление изоляционного слоя и грунта.

В случае двухтрубного способа прокладки в канале толщина изоляционного слоя на обратном теплопроводе задается равной по отношению к слою изоляции на подающем.

При расчете толщины тепловой изоляции в случаях бесканальной (либо канальной) прокладки трубопровода двухтрубным способом используются показатели потерь тепла как от подающего, так и от обратного теплопровода. В таком случае толщина изоляционного слоя на подающем и обратном теплопроводе должна быть одинакова.

Для проведения подобных расчетов толщины тепловой изоляции специалистами института Теплопроект на базе Microsoft Оffice Excel программного обеспечения разработаны специальные компьютерные программы, позволяющие значительно облегчить выполнение вычислений, а также обеспечивают проведение анализа и прогнозирование результатов выполнения работ.

С 2003 года коллектив НТП Трубопровод и ОАО Теплопроект, используя богатый практический опыт, успешно разработали и внедрили программу ИЗОЛЯЦИЯ, которая автоматизировано выполняет проектную работу расчетов слоев, толщин и свойств изоляции.

Программа ИЗОЛЯЦИЯ от НТП Трубопровод проводит расчеты характеристик теплоизоляционных конструкций по заданным параметрам, выполняет вычисления и формирует техномонтажную ведомость, необходимую для выполнения работ. Кроме того, она автоматически составляет ведомость объема работ, необходимую сметным отделам, а также различные спецификации, которые соответствуют ГОСТ 21.405-93, ГОСТ 21.110-95 и ГОСТ 21.101-97.

Применение программы ИЗОЛЯЦИЯ позволяет:

• выбрать оптимальный вариант особенностей изоляционных конструкций и материалов
• провести расчеты толщины слоя изоляции, требуемой в каждом конкретном случае для достижения теплоизоляционных задач
• подобрать типоразмеры конструкций
• рассчитать количество материала и объем работы, необходимость в которой возникает для проведения теплоизоляции
• правильно подготовить проектные и сметные документы

Также программой ИЗОЛЯЦИЯ от НТП Трубопровод предусмотрена возможность выполнения расчётов с учетом заданных проектировщиком свойств изоляционных материалов, запланированных для проведения работ, а также типоразмеров конструкций, предоставленных производителем.

В качестве исходных данных используются размеры, типы и другие особенности объекта, который подлежит обработке, а также температурные показатели; все иные данные учитываются в значении «по умолчанию», но пользователь при желании может их изменить. Особенности геометрии изоляционных конструкций и материалов рассчитываются исходя из целей и задач, поставленных перед теплоизоляцией, типовых особенностей объекта работ, размеров, температурных показателей транспортируемых жидкостей, характеристик и особенностей влияния различных факторов окружающей среды, особенностей уплотнения.

Все вычисления, которые проводит программа ИЗОЛЯЦИЯ, соответствуют:

• СНиП 41-03-2003
• СНиП 2.04.14-88*
• НР 34-70-118-87 (для атомных и тепловых станций)

Также данное программа ИЗОЛЯЦИЯ позволяет проводить расчеты:

• для наземного и грунтового (бесканальным и канальным способом) прокладывания трубопровода;
• проводить вычисления расходов для отводов, переходов и прямых участков, рассчитывать объёмы необходимых затрат арматуры и расходы по установке фланцевых соединений;
• для двухтрубного способа укладки трубопровода (бесканальной и канальной), включая тепловые сети;
• для оборудования стандартных насосов, емкостей, теплообменников, и сложных составных агрегатов, которые включают штуцера, люки, обечайки, фланцевые соединения и днища.

Кроме того, программное обеспечение содержит климатологический строительный модуль и библиотеку СТАРС.

Модуль включает предусмотренные СНиП 23-01-99 сведения о климатологических особенностях, свойственных определённым территориям. Для вычислений пользователю достаточно ввести в программу ИЗОЛЯЦИЯ географические координаты или наименование населенных пунктов, где будут проводиться работы, также предусмотрена возможность указать участок местности. Благодаря модулю пользователю программы ИЗОЛЯЦИЯ предоставляется возможность получать требуемые для правильных вычислений сведения о показателях температуры, применяемых программой при проведении расчетов теплоизоляции.

Библиотека СТАРС обеспечивает расчет теплофизических свойств материалов, их теплоемкости, энтальпии и других значений, исходя из их качественного состава.

Для удобства оперирования получаемой информацией предусмотрены возможности подключения программы ИЗОЛЯЦИЯ от НТП Трубопровод к используемой предприятием системе документооборота. Вся документация оформляется в соответствии с ЕСКД.

Удобная организация интерфейса программы ИЗОЛЯЦИЯ и поставляемая методическая информация с описанием сфер применения программы позволяет ее использовать без специальных курсов обучения.

Программа ИЗОЛЯЦИЯ рекомендуется для проектно-конструкторских бюро, проектных отделов и предприятий, осуществляющих технологическую реконструкцию тепловых сетей.

Автоматизированная и самостоятельно проводящая расчеты система позволяет значительно повысить качество работ и снизить трудоемкость затрат. Она успешно используется институтами проектирования и профильными организациями.

Подводя итог, необходимо отметить, что усовершенствование методологии проводимых расчетов теплоизоляции, а также значительное расширение номенклатур материалов, основанное на появлении новых изоляционных средств, служит повышению энергетической эффективности и решает проблемы улучшения энергосбережения в промышленных направлениях сектора экономики.

---

При подготовке данной статьи использовались материалы авторов:

Б. М. Шойхет, канд. техн. наук, заместитель генерального директора,
Л. В. Ставрицкая, главный специалист, ОАО «Теплопроект»;
Л. Б. Корельштейн, заместитель директора НТП «Трубопровод»

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Принятая конструкция тепловой изоляции должна отвечать следующим требованиям:

— иметь толщину не более нормативной, определяемой по [2, прил. 12];

— обеспечивать непревышение нормативных теплопотерь, определённых по [5, табл. 13.4-13.6];

— обеспечивать допустимую температуру на поверхности изоляции;

— обеспечивать заданные пределы изменения температуры теплоносителя на всех участках тепловой сети;

— быть экономически оптимальной.

Расчет толщины тепловой изоляции ведется методом последовательных приближений, исходя из условия не превышения нормативных теплопотерь.

Расчет ведем для участка надземной прокладки для одного подающего трубопровода в следующем порядке.

1. Выписываем нормативные допустимые удельные тепловые потери для выбранного участка трубопровода из [5, табл. 13.4-13.6, стр. 258].

С помощью формулы (37) определяем требуемое термическое сопротивление слоя тепловой изоляции:

Удельные тепловые потери по длине теплопровода, Вт/м:

(37)

где – температура теплоносителя в подающей магистрали;

– температура окружающей среды, ºС;

– полное термическое сопротивление теплопровода, м·ºС/Вт.

Подставляя в формулу (37) значение определяем требуемое значение термического сопротивления трубопровода :

(38)

2. Фактическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционной конструкции при надземной прокладке принимаем:

(39)

где – термическое сопротивление теплопередаче слоя изоляции, м·ºС/В, определяемое по формуле:

(40)

– термическое сопротивление от поверхности к окружающей среде, м·ºС/Вт, определяемое по формуле.

(41)

 

где – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/м²·ºС;

– коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к воздуху, Вт/м²·ºС;

– диаметр изолированного трубопровода, м;

– наружный диаметр трубопровода.

 

Подставив эти выражения в формулу (38), получим зависимость (42) полного сопротивления изоляции от диаметра изолированного трубопровода , по которой можно определить оптимальный диаметр изоляции.

(42)

Необходимо , чтобы диаметр изолированного трубопровода не был больше критического значения > , при котором увеличение толщины изоляционного материала ведет к увеличению теплопотерь с поверхности изолированного трубопровода. Для трубопроводов систем теплоснабжения = (0,07 ÷ 0,03) м.

Так, как явного решения уравнения (43) нет, то на практике выбор оптимальной толщины теплоизоляционного слоя ведется методом последовательных приближений .

— задаемся материалом и толщиной теплоизоляционного слоя, при этом соблюдая нормы [2, прил. 12]. Зная толщину изоляционного слоя определяем диаметр изолированного трубопровода ;

— определяем коэффициент теплоотдачи от поверхности покровного слоя изоляции к окружающей среде по [5, стр. 263] и по формуле (41) вычисляем значение ;

— определяем термическое сопротивление теплоизоляционного слоя по формуле (40). Коэффициент теплопроводности λ для выбранного материала тепловой изоляции принимаем по [2, прил. 14] или по [5, табл. 13.1].

По формуле (42) находим фактическое значение .

Сравниваем фактическое значение сопротивления изолированного трубопровода с требуемым . Если > с невязкой не превышающей 10%, то принятая конструкция тепловой изоляции отвечает всем требованиям, предъявляемым к тепловой изоляции трубопроводов тепловой сети.

Невязка определяется по формуле:

< 10 %

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. — М.: Государственный строительный комитет СССР, 1989.

2. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети. – М.: Государственный строительный комитет СССР, 1987.

3. Ионин А.А. Теплоснабжение. — М.: Стройиздат, 1982.

4. Манюк В.И. и др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. — М.: Стройиздат, 1988 – 432 с.

5. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей /Под ред. А.А. Николаева. — М.: Стройиздат, 1965.

6. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 1983.

7. Козин В.Е. Теплоснабжение. — М.: Высш. шк., 1980.

8. СТП МГМИ 1.01-84. Дипломный проект. Общие правила оформления проекта. — Магнитогорск: МГМИ, 1984.

9. СНиП II-04.01-85. Горячее водоснабжение. – М.:Стройиздат,1986.

10. Громов А.В. Водяные тепловые сети: Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1988.

11. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети.- М. Государственный комитет РФ по строительству и ЖКХ (Госстрой России), 2004

 

Рекомендуемые страницы:

Изоляция трубопроводов, теплоизоляция труб с использованием ППУ скорлупы: цена, расчет, стоимость тепловой изоляции

Тепловая изоляция труб и трубопроводов крайне важна. Без нее сложно наладить теплоснабжение, поэтому трубопроводы изолировали всегда. Раньше часто возникали проблемы, связанные с избытком влаги, в результате чего традиционные изолирующие материалы быстро приходили в негодность. Утепленные трубы могут прослужить гораздо более длительный срок, так как они не подвержены внешней коррозии и малочувствительны к внешним воздействиям окружающей среды.

Самым эффективным способ теплоизоляции тубопроводов на данный момент является применение скорлупы ППУ (пенополиуретана). Это материал нового поколения, обладающий такими качествами, как низкая тепловодность и повешенная износостойкость. Ведь именно этих качеств так не хватало традиционным материалам. Производство ППУ скорлуп осуществляется по технологии заливки. В обработанные антиадгезионной смазкой формы заливается смесь компонентов ППУ, которая вспенивается, расширяется и становится твердой. В итоге получаются пенополиуретановые полуцилиндры, способные выдержать температуру трубопроводов до плюс 140°C. Дополнительно изделия из пенополиуретана могут быть облицованы фольгой, стеклотканью и другими материалами. Помимо скорлуп ГК «Завод пластиковых труб» осуществляет производство готовых изделий для строительства трубопроводов: трубы ппу в оцинкованной оболочке и трубы ппу в полиэтиленовой оболочке.

Преимущества использования ППУ для теплоизоляции труб

• Долговечность пенополиуретана. Срок службы – 20-25 лет, если имеется дополнительное покрытие (фольга, стеклопластик и пр.), то до 50 лет
• Устойчивость к воздействию бактерий и микроорганизмов, что исключает образование плесени и грибков различного вида
• Устойчивость к воздействию влаги и пара. Водопоглощение минимально, что сводит на нет образование конденсата и проникновение влаги на трубопровод. Пользующаяся спросом минеральная вата, например, довольно быстро размокает, требуя постоянного ремонта
• Мелкие грызуны и птицы не интересуются ППУ
• Экологичность, которая подтверждается многочисленными сертификатами. Теплоизоляция ППУ для труб не имеет запаха и совершенно безвреден для человека и окружающей среды
• При ремонте трубопровода скорлупа ППУ демонтируется, а по завершении ремонтных работ может быть использована повторно.

 

При теплоизоляции теплотрасс и трубопроводов использование данного вида изоляции станет экономически эффективным решением. Цена изоляции трубопровода при эксплуатации достаточно быстро окупается. Например, по сравнению с традиционными трубопроводами расходы на ремонт снижаются в 3 раза, сроки строительства — в 2-3 раза, эксплуатационные расходы — в 8-10 раз, капитальные затраты при строительстве – примерно в 1,2 раза, тепловые потери – в 10 раз.

ГК «Завод пластиковых труб» осуществляет ППУ теплоизоляцию труб в заводских условиях, соблюдая все технологии. Предлагаемые изделия в изоляции могут быть поставлены оптом и в сжатые сроки.

Проектирование технической изоляции и огнезащиты и другие услуги

Мы поставляем следующие материалы и системы — кликните на нужный

Когда у Вас течет крыша — проблема ясна и понятна! И ее нужно решать сразу! Когда у Вас промерзает угол здания — проблема ясна, понятна — но в целом можно дожить до весны и тогда провести утепление фасада! Когда у Вас в эксплуатации голая труба и при этом она целая — нет «свещей» или..

..

Мы оказыаем Вам услуги по расчету толщины изоляци по нормам СП 61.13330.2012. Основные формулы расчета изоляции трубопровода, методики и нормы приведены в СП 61.13330.2012 с изм.1., и если Вам не хочется тратить время и разбираться мы готовы сделать это за вас! Для расчета нужны исходные данны..

У нас можно заказать предпроектное тепловизионное обследование. Данная услуга позволяет грамотно оценить текущее состояние изоляции и выбрать правильные меры по устранению проблем. Осуществляется с выездом специалиста на Ваш объект. В чем плюсы данной услуги: Позволяет выделить ключевые про..

По запросу мы можем подобрать для Вас техническое решение именно под ваши нужды. Предоставляем чертежи изоляции труб и оборудования для проектных организаций, а так же можем сделать выборку чертежей для Вашего проекта и сметные расчеты количества материала и крепежа. Чертежи можно распечатать ..

Программы расчета изоляции:

Наша компания разрабатывает собственные программы расчета и на текущий момент мы первые пол количеству софта и глубине проработки расчета изоляции. Если это не так и кто-то нас опередил — сообщите нам об этом пожалуйста…

На текущий момент для Windows (любой версии) имеется:

• Программа расчета затрат с неизолированного трубопровода (с голой трубы) — расчет позволяет оценить затраты которые Вы несете сейчас
• Программа расчета толщины изоляции по нормам СП 61.13330.2012 — Расчет по СП — это оптимальная изоляция.
• Программа расчета изоляции по велечине остывания/нагревания транспортируемого вещества по СП 61.13330.2012 (с доработками от кривых значений итога).- очень полезно если Вы переживаете что пар может остыть и сконденсироваться. А в паропроводах это бывает часто.

Чтобы получить расчеты звоните нам по телефону 8-900-966-0-777 или пишите запрос на почту : [email protected]

Так же будем рады пожеланиям по доработке программ, если вы знаете как сделать удобнее

По любому расчету и другим вопросам предварительно даем вводную консультацию, примеры работ и результаты решения аналогичных задач, фото/видео с обьектов а так же без проблем можем предоставить контакты заказчиков для того, чтобы Вы могли оценить наш уровень экспертности и принять решение о работе с нами!

Сотрудники нашей компании имеют многолетний опыт ( более 11 лет ) в нашей тематике. Мы оказываем следующие виды услуг на высоком уровне качества:

В сфере технической изоляции (инженерной изоляцйии):

1. Подбор решения под конкретные задачи — под любые задачи которые перед Вами стоят.

2. Расчет толщины изоляци по нормам СП 61.13330.2012 и другим нормативным документам.

3. Решение проблем с изоляцией в межпотолочном простренстве — мы знаем как избежать второго контура пожаротушения и решить проблему с двумя противоречащими СНиПами по технической изоляции ( защита от конденсата) и Пожарной Безопасности( не горючая изоляция)

4. Расчет окупаемости изоляции на обьекте.

5. Расчет емкости по времени остывания( замерзанию вещества) и подбор изоляции — актуально для емкостей с Битумом и других технологических производств.

6. Расчет по остыванию транспортируемого вещества- актуально для промышленности, крайне важно например для трубопроводов с парами соляной кислоты которые при остывание кондесируются и происходят большие проблемы.

7. Участие в переговорах на стороне заказчика/подрядчика/проектировщика — Имеем опыт решения достаточно жестких конфликтных проблем на очень значимых обьектах.

8. Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов с обогревом электрокабелем

9. Расчет толщины изоляции трубопровода для защиты от замерзания и перемерзания

10. Шеф монтаж не обьекте.

11. Тепловизионное обследование обьектов

В сфере огнезащиты:

1. Подбор оптимального решения по огнезащите под требования проекта.

2. Перевод проекта на человечий язык ( та ситуация когда не понятно чего хочет проектировщик и какими документами он руководствовался при проектирование огнезащиты.)

3. Проверка проекта по огнезащите на избыточные требования.

4. Расчет количества материала под проект.

5. Подбор решения для монтажа огнезащиты в зимний период ( при отрицательных температурах)

6. Пробные выкрасы на ответсвенных обьектах.

7. Участие в переговорах на стороне заказчика/подрядчика/проектировщика — Имеем опыт решения достаточно жестких конфликтных проблем на очень значимых обьектах.

8. Контроль качества работ.

Научно просветительская и образовательная работа — имеем практический опыт и готовы сотрудничать в вопросах:

1. Можем провести Лекции, семинары и обучения — по огнезащите и технической теплоизоляции.

2. Выставки форумы и презентации регионально и федереального уровня.

3. Семинары для Проектировщиков, Подрядчиков, Заказчиков, Министерств ЖКХ, МЧС — Как на региональном уровне так и на федеральном.

4. Готовы сотрудничать в журналами и периодическими изданиями- предоставляем качественный контент и статьи по нашей тематике — эксклюзивно самописные.

Вопросы по услугам по телефону 8-900-966-0-777 или на почту : [email protected] 

Особенности расчета тепловой изоляции обогреваемых трубопроводов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

строительная теплофизика и энергосбережение

Особенности расчета тепловой изоляции обогреваемых трубопроводов

Н.Н. Хренков

ООО Специальные системы и технологии

Отсутствуют нормативные документы, регламентирующие порядок расчета характеристик и выбора тепловой изоляции обогреваемых трубопроводов. Существующий СНиП 41-03-2003 содержит рекомендации по выбору тепловой изоляции трубопроводов, не имеющих обогреваемых элементов. И только введенный в 2005 году ГОСТ Р МЭК 62086 содержит расчетные формулы для ряда типовых случаев и некоторые рекомендации. Но в нем нет рекомендаций по правилам расчетов с учетом климатических характеристик, размеров трубопроводов и свойств материалов, из которых они выполнены.

Наша организация уже более 12 лет профессионально занимается проектированием, изготовлением и монтажом электрических систем обогрева трубопроводов.

Основные задачи, решаемые с помощью систем обогрева, представлены в таблице 1. Кратко

Реализуемая задача Достигаемый эффект Мощность, Вт/м

Полная или частичная компенсация тепловых потерь с целью Система обеспечивает поддержание той температуры, с которой жидкость 15 — 80

обеспечения стабильности технологического процесса поступает в трубу

Поддержание минимально допустимой температуры при остановке процесса Система не допускает охлаждения ниже минимального уровня в случае длительной остановки 10 — 60

Разогрев трубы при холодном пуске объекта Обеспечивается разогрев до нужной температуры после длительной или аварийной остановки объекта 15 — 80

Разогрев движущейся в трубе жидкости с целью подъема температуры Может быть реализован в отдельных случаях; требует больших линейных мощностей или большой длины трубопровода 100 — 500

они формулируются так: обеспечение безопасности функционирования трубопроводов и стабильности технологических процессов.

Принцип систем обогрева, предназначенных для компенсации тепловых потерь, состоит в том, что система обогрева должна компенсировать потери тепла данным трубопроводом, при условии поддержания требуемой температуры на всей длине трубопровода.

Системы разогрева предназначены для подье-ма температуры жидкости в процессе ее движения по трубе при одновременной компенсации тепловых потерь, имеющих место при этом процессе.

Начальный этап проектирования любой системы обогрева связан с определением мощностных характеристик системы, т.е. с определением величины ожидаемых тепловых потерь. В то же время в действующих строительных нормах и правилах нет прямых указаний на порядок определения и нормирования величины тепловых потерь для обогреваемых трубопроводов. Наиболее близко к данной теме подходят СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» [1] и СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов» [2]. вн — диаметр трубопровода или / — го слоя, м; йн , й ‘н наружный диаметр кожуха трубопровода или . — го слоя, м.

Как видно из приведенных формул, термические сопротивления определяются размерами трубопровода, свойствами тепловой изоляции и условиями эксплуатации. Требуемая температура жидкости, как правило, задается. Как видно из формулы (1), величина тепловых потерь будет зависеть от того, какую температуру мы будем принимать в качестве температуры окружающей среды.

Согласно СНиП 41-03-2003 (п.п. 6.2 и 6.3), в качестве расчетной температуры окружающего воздуха следует принимать для оборудования и трубопроводов, расположенных на открытом воздухе и имеющих поверхности с положительными температурами, среднюю температуру наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92. В то же время ряд проектировщиков за температуру окружающего воздуха принимают самую минимальную температуру для данного региона.

В то же время в указанном СНиП имеется противоречивое указание о том, что для расчетов следует принимать среднюю температуру по году.

Нами проведено исследование тепловой устойчивости обогреваемых трубопроводов в связи с их размерами и климатическими особенностями наиболее характерных регионов России.

Анализ данных СНиП «Строительная климатология» показал, что по разнице значений «температуры самой холодной пятидневки» и «температуры самых холодных суток» регионы различаются достаточно сильно. Общая тенденция такова: чем ниже средняя температура холодного периода, тем эта

370

разница меньше и наоборот. Так для населенных пунктов Чукотки, Якутии, Красноярского и Хабаровского краев эта разница составляет 2—3 градуса. В Мурманской, Вологодской, Владимирской и Новгородской областях эта разница достигает 10—11 градусов. Та же тенденция прослеживается и при сравнении разницы между абсолютной минимальной температурой и температурой самой холодной пятидневки. В Якутии и на Чукотке разница составляет 4—5 градусов, в то же время в центральной части России (Псковская, Владимирская, Калужская, Тверская и Ленинградская области) разница достигает 19—22 градусов.

В ходе исследований предполагалось, что самые холодные сутки и абсолютная минимальная температура имеют место на фоне самой холодной пятидневки. Получен ожидавшийся результат о том, что тепловая устойчивость трубопроводов малого диаметра невелика, но главная ценность -выработаны обоснованные рекомендации по выбору минимальной температуры при расчете тепловых потерь.

Сформулированы следующие рекомендации:

1. Расчет номинальной мощности систем обогрева по температуре самой холодной пятидневки рекомендуется выполнять:

• для трубопроводов диаметром 100 мм и более;

• для трубопроводов любых размеров, в случае протекания жидкостей, для которых допустимая степень охлаждения равна или превосходит разность между абсолютной минимальной температурой и температурой самой холодной пятидневки;

• при условии задания такого значения поддерживаемой температуры, чтобы разность между поддерживаемой и минимально допустимой для данной жидкости температурой была бы равна или превосходила разность между абсолютной минимальной и температурой самой холодной пятидневки.

2. Если ни одно из условий пункта 1 не выполняется, систему обогрева следует рассчитывать по абсолютной минимальной температуре.

Мощность систем обогрева подземных трубопроводов

Расчет потерь от трубопроводов, проложенных в грунте, осложняется тем, что надо учитывать характеристики грунта. В СП 41-103-2000 есть указание, что при расстоянии от поверхности грунта до оболочки трубопровода менее 0,7 м за расчетную температуру рекомендуется принимать температуру самой холодной пятидневки. Такой подход дает завышенные значения тепловых потерь, так как не учитывается термическое сопротивление грунта и термическая инерционность системы грунт-трубопровод.

2009

5

строительная теплофизика и энергосбережение

В то же время для подземных трубопроводов, расположенных на большей, чем 0,7 м, глубине, за расчетную температуру окружающей среды рекомендуется принимать среднюю за год температуру грунта на глубине заложения трубопровода. Однако эта рекомендация также представляется спорной, поскольку минимальная температура грунта в зимнее время на глубине заложения трубопровода заметно ниже средней за год температуры. Опыт общения со специалистами проектных организаций показал, что под средней температурой грунта они зачастую понимают стабильную температуру грунта, которая имеет место на глубине 10 м. Такие расчеты дают заниженную величину тепловых потерь.

Мы провели анализ ежегодных тепловых процессов в грунте, рассмотрели несколько вариантов методов расчета потерь от подземных обогреваемых трубопроводов и предлагаем методику упрощенных расчетов.

Особый интерес представляет расчет тепловых потерь от подземных трубопроводов, проложенных в зоне вечной мерзлоты. По методикам, изложенным в СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», рассмотрены процессы промерзания и оттаивания грунта на типичных глубинах прокладки трубопроводов (около 1 м). Было показано, что температуры, близкие к минимальным, держатся достаточно стабильно не менее 2 месяцев. Именно они и должны браться в расчет при определении тепловых потерь от трубопроводов, проложенных в вечной мерзлоте. Эти температуры значительно ниже стабильной температуры вечной мерзлоты, измеряемой на глубине 10 м, а также среднегодовой температуры грунта, определяемой согласно [4].

Общая схема расчетов предполагает, что термическое сопротивление грунта складывается с термическим сопротивлением тепловой изоляции. Расчеты по этой схеме не представляют сложности, а коэффициент теплопроводности грунта может быть определен по справочникам, тем более, что его влияние незначительно.

Один из наиболее простых способов определения термического сопротивления грунта — использование формулы Форгеймера:

Rp 2пХг

-in

2h

D

об

‘ 2h ^2

V °об

-1

(3)

где йоб — диаметр оболочки трубопровода; И — расстояние от оси трубопровода до поверхности земли; Хгр — коэффициент теплопроводности грунта.

Основной вопрос при этих расчетах — какую температуру принимать за температуру воздуха над поверхностью грунта. Расчеты свойств вечномерз-лых грунтов показали, что они обладают большой тепловой инерционностью и минимальный отрезок времени, который реально влияет на свойства грунтов, не может быть меньше месяца.

Общий итог проведенных исследований

1. Рассмотрено три методики расчета тепловых потерь от обогреваемых трубопроводов, проложенных в вечномерзлом грунте: в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.04-88, с использованием формулы Форгеймера и при помощи программного комплекса моделирования двумерных полей

ЕЮиТ.

2. Показано, что наиболее быструю (и немного завышенную) оценку величины потерь можно получить при использовании формулы Форгеймера, но при этом за температуру воздуха над поверхностью грунта следует принимать среднюю температуру периода от начала отрицательных температур до момента наиболее низких температур в грунте (обычно это середина марта).

3. При расчете тепловых потерь от трубопроводов, проложенных в вечномерзлом грунте, недопустимо использовать стабильную температуру, наблюдаемую на больших глубинах, поскольку это приводит к занижению величины тепловых потерь примерно на 30%.

Список литературы

1. СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудова-

ния и трубопроводов.

2. СП 41-103-2000 Проектирование тепловой изоля-

ции оборудования и трубопроводов.

3. СНиП 23-01-99 Строительная климатология.

4. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.

5. М.Л. Струпинский, Н.Н. Хренков. Расчет мощ-

ности систем обогрева трубопроводов. Территория нефтегаз 2008, №4, с. 58-65.

6. Н.Н. Хренков. Тепловые параметры трубопро-

водов, проложенных в вечномерзлом грунте. «Трубопроводный транспорт (теория и практика)» 2007, №1, с. 062-067.

+

Тепловые потери из изолированной трубы

сб, 19 дек 2015

Потери / теплопотери происходят от трубопровода, по которому текучая среда более горячая / холодная, чем температура окружающей среды. Изоляция снижает потери тепла в окружающую среду. Потери тепла зависят от ряда факторов, таких как толщина изоляции, температура окружающей среды, скорость ветра и т. Д. В этой статье показано, как рассчитать потери тепла из изолированной трубы и неизолированной трубы в окружающую среду.

Пример

A 3-дюймовая труба из углеродистой стали, по которой проходит горячее масло при температуре 180 ° C, изолирована изоляцией из силиката кальция толщиной 50 мм. Изоляция покрыта листом с коэффициентом излучения поверхности 0,9. Температура окружающей среды составляет 28 ° C, а скорость ветра составляет 3,5 м / с. s. Рассчитайте температуру поверхности и потери тепла из изолированной и неизолированной трубы.

Общий коэффициент теплопередачи изолированной трубы определяется следующим образом.

где, k _PIPE , k _INSULATION — теплопроводность трубы и изоляции.h _в — коэффициент теплопередачи для текучей среды, протекающей в трубе, а h _{— воздух,} — коэффициент теплопередачи за счет воздуха, выходящего за пределы трубы. Первые два члена знаменателя в приведенном выше уравнении обычно меньше остальных членов, и ими можно пренебречь. В этом примере игнорируется первый член, связанный с трубной жидкостью.

Коэффициент теплопередачи на воздушной стороне, ч

_ВОЗДУХ

Теплопередача на воздушной стороне происходит за счет комбинированного действия конвекции и излучения.Предположим, что температура на поверхности оболочки t_surface и поверхности стальной трубы t_interface . Рассчитайте среднюю температуру воздушной пленки следующим образом.

  t_average = (t_surface + t_ambient) / 2  

Оценить термодинамические свойства воздуха, такие как теплопроводность (k), вязкость (μ), коэффициент расширения (β = 1 / t_average), плотность воздуха (ρ), кинематическая вязкость (ν), удельная теплоемкость (Cp) и температуропроводность (α). ) при средней температуре воздушной пленки.Эти свойства доступны в литературе в виде таблиц, их можно преобразовать в полиномиальную форму с помощью функции ЛИНЕЙН в Excel. Число Рейнольдса (Re), число Прандтля (Pr) и число Рэлея (Ra) рассчитываются на основе вышеуказанных свойств.

ч_излучение

Коэффициент теплопередачи за счет излучения рассчитывается по следующей формуле.

  h_radiation = σ ε (t_surface  4  - t_ambient  4 ) / (t_surface - t_ambient)  

где σ — коэффициент Стефана Больцмана, а ε — коэффициент излучения для плакированной поверхности.

h_конвекция

Коэффициент конвективной теплопередачи складывается из принудительной и свободной конвекции. Принудительную конвекцию можно смоделировать на основе корреляции Черчилля и Бернштейна.

  h_force = Nu.k_air / D3  

Свободная конвекция рассчитывается на основе корреляции Черчилля и Чу.

  h_free = Nu.k_air / D3  

Комбинированный коэффициент теплопередачи за счет принудительной и свободной конвекции рассчитывается с использованием следующего соотношения.

  Nu_combined = (Nu_force  4  + Nu_free  4 )  0,25  
  h_convection = Nu_combined.k_air / D3  

Коэффициент теплопередачи на воздушной стороне рассчитывается следующим образом.

  h_air = h_radiation + h_convection  

Общий коэффициент теплопередачи, U

Данные о теплопроводности изоляционного материала и трубы указаны в литературе и зависят от температуры. Его можно вписать в полиномиальное уравнение с помощью функции ЛИНЕЙН в excel.Сопротивление теплопередаче труб и изоляции рассчитывается по следующей формуле.

  r_pipe = D3.ln (D2 / D1) / 2.k_pipe 
  r_insulation = D3.ln (D3 / D2) / 2.k_insulation  

Общий коэффициент теплопередачи рассчитывается как.

  r_overall = r_pipe + r_insulation + 1 / h_air 
  U = 1 / r_overall  

Расчетное количество тепла, протекающего через изоляцию.

  Q = (t_operating - t_ambient) / r_overall  

Сделана пересмотренная оценка температуры поверхности раздела и поверхности.

  t_interface = t_operating - Q.r_pipe 
  t_surface = t_interface - Q.r_insulation  

Вышеуказанные шаги повторяются с этими новыми оценками до тех пор, пока не будет незначительной разницы в температуре.

Тепловые потери на единицу длины трубы оцениваются следующим образом.

  Тепло  Потери  = πD3 Q  

Труба неизолированная

Для потери тепла из неизолированной трубы все вышеупомянутые шаги повторяются, но сопротивление изоляции не учитывается.

  r_pipe = D2.ln (D2 / D1) / 2.k_pipe 
  r_overall = r_pipe + 1 / h_air  

Для этого примера температура поверхности и потери тепла следующие.

Таблица потерь тепла из изолированной трубы

Анализ трубопроводной сети Оценка параметра двоичного взаимодействия с помощью регрессии

Теплоизоляция | Трубопроводная техника

1.Введение:

Теплопередача — одна из наиболее распространенных единичных операций в обрабатывающей промышленности. В идеальной ситуации нужно достичь теплового баланса между источником и стоком без потери тепловой энергии в атмосферу. К сожалению, вышеуказанное не может быть достигнуто в абсолютном выражении, даже несмотря на то, что может быть предпринята попытка управлять теплопередачей таким образом, чтобы ограничить потери тепла в атмосферу до минимума, используя изоляционный материал на металлической поверхности, открытой в атмосферу.Кроме того, могут быть некоторые другие факторы (например, конденсация и последующее замерзание влаги на открытой поверхности), которые могут потребовать использования изоляционного материала в зависимости от условий эксплуатации рассматриваемой системы. Тем не менее, соображения стоимости преобладают при выборе подходящего уровня изоляции, который окажется наиболее эффективным с общей точки зрения.

2. Назначение:

Цели обеспечения теплоизоляции можно резюмировать следующим образом:

1. Для предотвращения потерь тепла от горячей поверхности.
2. Для предотвращения перегрева холодной поверхностью.
3. Для предотвращения конденсации (и последующего образования льда) на холодной поверхности.
4. Для защиты персонала от случайного контакта тела человека с горячей металлической поверхностью.

3. Принцип теплопередачи:

Тепловые потери в случае круглой трубы с горячей изоляцией происходят из-за теплового потока в следующих 4 шагах, см. Рисунок (Рисунок-1) ниже

Рис.1 Теплоизоляция

Фиг.1

1.Тепловой поток Q1 от жидкости к внутренней поверхности металлической стенки по конвекции

2. Тепловой поток Q2 через металлическую стенку за счет теплопроводности.

3. Тепловой поток Q3 через слой изоляции посредством теплопроводности

4. Тепловой поток Q4 от внешней поверхности металлической стенки в атмосферу, преимущественно за счет конвекции.

В установившемся режиме скорость теплопередачи через вышеуказанные 4 шага будет такой же.

т.е. Q1 = Q2 = Q3 = Q4

В случае получения тепла через трубу с холодной изоляцией направление теплового потока будет противоположным направлению потока в трубе с горячей изоляцией.

Скорость теплопередачи за счет теплопроводности = K A * Δt = Δt / RCond

Где K = теплопроводность

A = Площадь поверхности

Δt = Температурный градиент на единицу длины

RCond (Тепловое сопротивление из-за проводимости) = 1 / KA

Скорость теплопередачи конвекцией = h A * Δt = Δt / RConv

Где h = коэффициент теплопередачи конвекции

RConv (Тепловое сопротивление из-за конвекции) = 1 / га

ΔT = Дифференциальная температура

Применяя вышеуказанные базовые уравнения к поперечному сечению изолированной трубы и игнорируя удельное тепловое сопротивление RConv и RCond для теплопередачи на этапах 1 и 2 (т.е.е. при условии, что этапы 1 и 2 практически не оказывают сопротивления тепловому потоку)

Потери тепла через изоляцию

Q3 = K * 2πL * Δt1 / Ln (D2 / D1) _______________________ (уравнение 1)

Где:

D2 = Внешний диаметр изоляции

D1 = внутренний диаметр изоляции

L = длина изолированной трубы

Δt1 = разница температур между внутренней и внешней поверхностями изоляции.

Потери тепла с внешней поверхности изоляции в атмосферу

Q4 = h * πD2 L * Δt2 _______________________ (Ур.2)

Где:

Δt2 = разность температур t между внешней поверхностью изоляции и атмосферой.

В устойчивом состоянии

Q3 = Q4

К * 2πL * Δt1 / Ln (D2 / D1) = h * DD2 L * Δt2

Коэффициент теплопроводности изоляционного материала K обычно составляет 0,02–0,04 Вт / м. ^О С

Конвекция Коэффициент теплопередачи для воздуха (естественная конвекция) обычно составляет 15-20 Вт / м. ² . ^О С

4.Определение толщины изоляции:

Выбор толщины изоляции выполняется на основе 1 из следующих случаев для данной жидкости и температуры окружающей среды, температуры по влажному термометру (учитывается только для холодной изоляции) и скорости ветра (учитывается в коэффициенте конвективной теплопередачи для теплового потока от изоляции. верхняя поверхность в атмосферу).

Вариант 1:
Для поддержания температуры внешней поверхности изоляции на заданном уровне от технологического угла i.е. для управления притоком тепла) в случае трубопроводов с холодной изоляцией.

Корпус 2:
Для поддержания температуры внешней поверхности изоляции выше температуры влажного термометра во избежание конденсации и последующего замерзания атмосферной влаги в случае трубопроводов с холодной изоляцией.

Корпус 3:
Для поддержания температуры внешней поверхности изоляции с точки зрения защиты персонала в случае трубопровода с горячей изоляцией. Допустимой считается максимальная температура 52 ° C.

Случай 4:
Для поддержания потерь тепловой энергии на заданном уровне с точки зрения ограничения эксплуатационных расходов завода в случае трубопровода с горячей изоляцией. Значение 100 ккал / час м2 обычно считается удовлетворительным с точки зрения рационализации годовых капитальных вложений по сравнению с годовыми эксплуатационными расходами завода.

Расчет толщины изоляции для случаев с 1 по 3 выполняется в следующих шагах

Шаг 1: Предположим произвольную толщину изоляции.

Шаг 2: Определите Q4 на основе предварительно определенного значения Δt2 (т. Е. Разницы между заданной температурой внешней поверхности изоляции и окружающей среды) и принятого значения толщины изоляции на этапе 1 согласно уравнению (EQ .2)

Шаг 3: Приравнять Q3 = Q4

Шаг 4: Для значения Q3, полученного выше, рассчитайте значение толщины изоляции в соответствии с уравнением (уравнение 1)

Шаг 5: На основе рассчитанного значения толщины изоляции пересчитать Q4

Шаг 6: Повторяйте шаги с 3 по 5, пока значения Q3 и Q4 не станут практически одинаковыми.

Шаг 7: Выберите толщину изоляции, рассчитанную на шаге 4, соответствующую установившемуся состоянию, достигнутому на шаге 5.

Расчет толщины изоляции для случая 1 выполняется по тому же принципу, что и для случая

.

от 1 до 3 с незначительным изменением подхода, который выглядит следующим образом

Шаг 1: то же, что и выше

Шаг 2 и Шаг 3: Не требуется, поскольку потери тепла (т.е. Q3 = Q4) уже указаны.

Шаг 4: Для указанного значения Q3 = Q4 вычислите значение Ät1 (т. Е. Разность температур между внутренней и внешней поверхностями изоляции) на основе принятого значения толщины изоляции на шаге 1.

Шаг 5: Рассчитайте температуру внешней поверхности изоляции на основе температуры внутренней поверхности как температуры жидкости и Ät1, рассчитанной на шаге 4 выше.

Шаг 6: Рассчитайте Δt2 (т.е. разность между расчетной температурой внешней поверхности изоляции на шаге 5 выше и для данной температуры окружающей среды).

Шаг 7: Рассчитайте толщину изоляции на основе рассчитанного выше Δt2 и указанного значения Q4.

Шаг 8: Повторите шаги 4 для рассчитанного значения толщины изоляции на шаге 7 выше и указанного значения Q3 = Q4, чтобы получить новое значение Δt1

Шаг 9: Повторите шаги с 5 по 7, чтобы получить новое значение толщины изоляции

Шаг 10: Повторяйте шаги 8 и 9 до тех пор, пока не будет достигнуто установившееся состояние (т.е.е. вычислено

Толщина изоляции на шаге 7 становится постоянной)

Тепловые потери и изоляция

Тепловые потери от труб, трубок и резервуаров — с изоляцией и без нее — пеной, стекловолокном, минеральной ватой и т. Д.

Рекламные ссылки

Среднеарифметические и логарифмические разницы температур в теплообменниках

Разница средней арифметической температуры — AMTD — и логарифмическая разница средней температуры — LMTD — формулы с примерами — онлайн-калькулятор средней температуры

Кондуктивная теплопередача

Теплопередача происходит как теплопроводность в твердом теле, если существует температурный градиент

Конвективная теплопередача

Теплообмен между твердым телом и движущейся жидкостью называется конвекцией.Это краткое руководство по конвективной теплопередаче

Медные трубы — Потери тепла

Потери тепла в неизолированных медных трубках при различных перепадах температур между трубой и воздухом

Медные трубы — Изоляция и потери тепла

Потери тепла в окружающий воздух из изолированного медные трубы

Коэффициенты излучения стандартные материалы

Коэффициенты излучения некоторых распространенных материалов, таких как вода, лед, снег, трава и т. д.

Тепловые потери от оголенной поверхности трубы

Тепловые потери от оголенных поверхностей трубы

Тепловые потери от масляных резервуаров

Тепловые потери из изолированной и незакрытой, закрытых и открытых резервуаров для масла

Тепловые потери из паровых труб

Количество конденсата, образующегося в паровых трубах, зависит от теплопотерь из трубы в окружающую среду

Тепловые потери из неизолированных медных труб

Потери тепла из неизолированной меди трубы — размеры от 1/2 до 4 дюймов

Изолированные трубы — Диаграммы тепловых потерь

Тепловые потери (Вт / м) от изолированных труб — от 1/2 до 6 дюймов — толщина изоляции 10 — 80 мм — разница температур 20–180 ° C

Изолированные трубы — Диаграммы тепловых потерь

Тепловые потери (Вт / фут) Диаграммы для изолированных труб — диапазон 1/2 — 6 дюймов — толщина изоляции 0.5 — 4 дюйма — разница температур 50 — 350 градусов F

Изоляционные материалы — диапазоны температур

Температурные пределы для некоторых обычно используемых изоляционных материалов

Общий коэффициент теплопередачи

Рассчитайте общие коэффициенты теплопередачи для стен или теплообменников

Перлитовая изоляция

Теплопроводность перлитовой изоляции — температура и значения k

Трубопровод — Рекомендуемая толщина изоляции

Рекомендуемая толщина изоляции для систем отопления, таких как горячее водоснабжение, паровые системы низкого, среднего или высокого давления

Полиуретановая изоляция

Теплопроводность полиуретановой изоляции — температуры и значения k

Радиационная теплопередача

Теплопередача за счет излучения электромагнитных волн известна как тепловое излучение

Рекламные ссылки

Стальные трубы Диаграмма тепловых потерь

Потери тепла в стальных трубах — размеры в диапазоне 1/2 — 12 дюймов

Погружные змеевики — коэффициенты теплопередачи

Коэффициенты теплопередачи для змеевиков пара и горячей воды, погруженных в масляные резервуары

Толщина изоляции — обзор

2.1.1 Изоляция и тепловые мосты

При разработке стратегии изоляции пассивных зданий следует учитывать несколько моментов. В первую очередь изоляция должна быть сплошной. Везде, где происходит нарушение целостности или уменьшение толщины изоляции или рабочих характеристик, присутствует тепловой мост и связанный с ним потенциальный риск долговечности. Предпочтительны стратегии изоляции, обеспечивающие непрерывность во времени. Дизайнеры могут использовать любой изоляционный материал, если он стабилен и соблюдается требуемое термическое сопротивление для климата.Не рекомендуется использовать изоляционные материалы с неплотным заполнением, которые оседают в полости и создают пустоты. Постепенное осаждение материалов, таких как стекловолокно и целлюлоза, можно уменьшить, набив в полости высокую плотность. Часто требуемые более высокие значения R подталкивают дизайнера к такому подходу.

Также важно учитывать реальную стоимость энергии или стоимость жизненного цикла изоляционных материалов, в частности, глобальное потепление и озоноразрушающий потенциал агентов, используемых в самой изоляции или в процессе производства.Если производство изоляционного продукта приводит к большему количеству выбросов, чем установленная изоляция устраняет снижение эксплуатационной EUI здания, это фактически приводит к углеродным затратам, а не к углеродной экономии. Пассивные здания стремятся избежать этой ситуации. Рекомендуется как можно больше использовать материалы с низким содержанием энергии, а также ограничить применение материалов, в которых используются пенообразователи с высоким потенциалом глобального потепления (GWP). В то время как расположение производственных мощностей в том же регионе, что и проектная площадка, приведет к уменьшению масштабов воздействия и, как правило, приравнивается к снижению затрат на доставку и увеличению доступности и поддержки, местные материалы не являются обязательными для пассивных зданий.Поскольку пассивные здания, особенно дома на одну семью, могут иметь несколько более высокую первоначальную стоимость, чем их эквивалент, спроектированный традиционным способом, подход к стратегии изоляции с концепцией «обычного ведения дел» может уменьшить эту разницу первоначальных затрат. В этом отношении рекомендуется проектировать сборки с общедоступными и доступными на местном уровне изоляционными материалами.

Строительный тепловой мост возникает там, где имеется разрыв или снижение изоляционных характеристик, проникновение более проводящего материала через изоляционный слой или пересечение, где структурные требования приводят к одному из вышеперечисленных.Тепловые мостики могут возникать вдоль линейной длины или, в случае токопроводящих крепежных элементов, проникающих через изолирующий слой, в виде повторяющейся точки. Электропроводность линейного теплового моста упоминается как «значение psi», а проводимость точечного теплового моста упоминается как «значение chi». Тепловой мост определяется величиной потерь тепла, которые он вызывает. Если он вызывает <0,01 (Вт / мК) или 0,006 (БТЕ / ч фут ° F), то он больше не считается тепловым мостом.

Тепловой мост проводит энергию за счет потерь или усиления передачи из-за температурного градиента между внутренней и внешней частью конструкции.Чем больше температурный градиент, тем большее влияние тепловой мост окажет на общий энергетический баланс пассивного здания. Отсюда следует, что на здание в данном месте с более высоким уровнем изоляции и, следовательно, на более выраженный температурный градиент между внутренней и внешней частью, тепловой мост будет сильнее, чем на здание в том же месте с меньшей изоляцией и, следовательно, меньшего размера. температурный градиент.

Разница в температурном градиенте между внутренней и внешней частью конструкции связана не только с изоляцией, но и напрямую связана с климатом / местоположением проекта.Тепловой мост в хорошо изолированном здании в климате с преобладанием тепла будет иметь гораздо большее влияние на энергетический баланс пассивного здания, чем такой же тепловой мост на идентично изолированном здании в климате с преобладанием охлаждения. Потери при передаче из-за тепловых мостов в климате с преобладанием тепла рассчитываются путем умножения значений psi и chi на градусо-дни нагрева. Чем больше градусо-дней нагрева, тем больше потери.

В климате с преобладанием охлаждения могут быть дни с нулевым градусом нагрева, таким образом, нулевые потери при передаче из-за теплового моста, вместо этого потери энергии из-за прироста тепла при передаче рассчитываются путем умножения значений psi и chi на дни с градусами охлаждения.Однако разница температур между высокой наружной температурой, скажем, 37,8 ° C (100 ° F) и температурой сезона охлаждения в помещении пассивного здания, равной 25 ° C (77 ° F), как правило, меньше, чем перепады между зимним минимумом -12,2. ° C (- 10 ° F), например, и температуре в помещении пассивного здания 20 ° C (68 ° F) в отопительный сезон.

Мосты холода часто встречаются там, где оконная рама встречается со стеной или где оконное остекление соединяется с рамой. Кроме того, внешняя стена на пересекающейся плите перекрытия, пристроенный балкон или консольный пол, или фундамент или опорная балка являются другими распространенными пересечениями, на которых могут возникать тепловые мосты.

Есть три основные причины, по которым следует избегать тепловых мостов в пассивных зданиях. Во-первых, как обсуждалось выше, потери или выигрыш при передаче из-за тепловых мостов увеличивают энергию, необходимую для обогрева или охлаждения здания до комфортной температуры. Во-вторых, можно избежать дискомфорта из-за низкой температуры внутренней поверхности, холодных точек и конвекционных потоков или сквозняков, которые могут возникнуть в результате этих холодных точек. Третья причина уменьшения образования мостиков холода — это устранение любых потенциальных проблем с долговечностью, которые могут возникнуть в результате конденсации на холодной внутренней поверхности.Эти проблемы могут включать гниение древесины, плесень, коррозию или повреждение от замерзания / оттаивания.

Тепловые мосты моделируются с помощью одной из нескольких автономных программ. К ним относятся LBNL THERM, HTflux, Flixoframe и HEAT2. Файл изображения детали импортируется или используется в качестве подложки, при этом назначаются свойства материала и граничные условия, а также моделируется тепловой поток. Результаты моделирования используются для дальнейших вычислений, чтобы получить значение psi или chi. Значение psi умножается на линейную длину возникновения теплового моста, а значение chi умножается на количество его появлений.Затем эти значения умножаются на градусо-дни нагрева или градусо-дни для определения дополнительной годовой потребности в отоплении или годовой потребности в охлаждении из-за тепловых мостов. Чтобы определить дополнительную пиковую тепловую нагрузку или пиковую охлаждающую нагрузку из-за тепловых мостов, значения psi и связанные с ними длины и значения chi и связанные с ними величины умножаются на Delta T или разность между желаемой температурой в помещении и средним значением за 24 часа на улице в худшем случае. температура для отопительного и холодного сезона соответственно.

Уравнение и калькулятор теплопотерь для изолированных труб

Связанные ресурсы: Теплоизолированная труба

Уравнение и калькулятор теплопотерь для изолированных труб

Теплообменная техника

Уравнения и калькулятор для определения кондуктивных потерь тепла через цилиндр с несколькими слоями, которые могут включать изоляцию стенки трубы.

Температурный градиент в однородном материале приводит к скорости передачи энергии в среде, которую можно рассчитать с помощью следующего уравнения

экв.

На приведенном выше рисунке изображена однослойная цилиндрическая стенка из однородного материала с постоянной теплопроводностью и однородными температурами внутренней и внешней поверхности. При заданном радиусе площадь, нормальная к радиальному тепловому потоку за счет теплопроводности, равна 2 Π r L, где L — длина цилиндра. Подставляя это в (уравнение а) и интегрируя с константой q, получаем:

экв. 0

или

экв. 1

ВСЕ калькуляторы требуют подписки Premium
Предварительный просмотр Калькулятор теплопотерь для изолированных труб

Из (уравнение 1) термическое сопротивление одиночного цилиндрического слоя составляет [ln (r ₂ / r ₁ )] / 2rkL.Для двухслойного цилиндра, показанного ниже, коэффициент теплопередачи составляет

.

Кондуктивный тепловой поток = общая разница температур / сумма термических сопротивлений

экв 2

или

экв. 3

Где:

k = теплопроводность (БТЕ / ч · дюйм · ° F)
k _a = теплопроводность внутренней стенки (БТЕ / ч · дюйм · ° F)
k _a = теплопроводность внешней стены (БТЕ / ч · дюйм · ° F)
L = длина цилиндра и изоляционного слоя (дюймы)
q = проводимость (БТЕ / ч · ° F)

---

Ниже приведены исходные формулы и калькулятор (до 7/2016):

ΔT = (T с Est — T a ) ч с = ΔT — D с + ΔT 2 + D с 2 — ΔT D с

Связанный:

© Copyright 2000-2021, ООО «Инжиниринг Эдж» www.engineeringsedge.com
Все права защищены
Отказ от ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов.

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по твоей роте

имя другим на работе «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «.

Хесус Сьерра, П.Е.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент, оставивший отзыв на курс

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

.

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

и онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Джозеф Фриссора, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

.

Обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание потребовало исследований в

документ но ответов было

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. До сих пор все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

.

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены ехать «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, П.Е.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утром

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендую

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил.

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Луан Мане, П.Е.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использовать в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог сделать

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Гладд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за изготовление

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не являющихся электротехниками».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в онлайн-викторине и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

.

много различных технических зон за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Поиск идеальной толщины для изоляции трубопровода

Трубопроводы используются для транспортировки нефтепродуктов и природного газа на большие расстояния в холодных условиях. Из-за этого может потребоваться предварительный нагрев нефтяных смесей после транспортировки по трубопроводам, прежде чем можно будет начать процесс очистки. Однако, когда нефть перекачивается по трубопроводу, тепло выделяется самой текучей средой, когда она течет.Чтобы снизить затраты и снизить тепло внутри трубы, изоляцию трубопровода можно оптимизировать с помощью моделей и моделирования.

Важность изоляции трубопроводов

Трубопроводы — это экономичный подход к транспортировке жидкостей, таких как нефть, природный газ и вода, по суше и морю, хотя их строительство дорого. Эти конструкции состоят из стальных или пластиковых труб, которые обычно закапываются или проложены на дне моря, с насосными станциями, распределенными по всей системе, чтобы поддерживать движение жидкости.

Когда нефтяная смесь перекачивается по трубопроводу, она выделяет тепло в результате сил внутреннего трения. Источником этого тепла является энергия, подаваемая насосом. Это тепло быстро рассеивается, если трубопровод проходит через холодную среду. В конце концов, температура смеси достигает той же температуры, что и температура окружающей среды, если трубопровод не изолирован. При более низких температурах масло становится более вязким, что увеличивает потребление энергии насосами.Кроме того, холодные нефтяные смеси требуют предварительного нагрева перед использованием на нефтеперерабатывающем заводе. Процесс предварительного нагрева потребляет энергию и требует инвестиций для строительства и обслуживания.

Трубопроводы используются для транспортировки жидкостей по всему миру.

Легко и очевидно изолировать трубопровод, чтобы избежать понижения температуры масла, сохраняя энергию, подаваемую насосами, внутри трубы. Хитрость заключается в том, чтобы изолировать трубопровод достаточно хорошо, но не более того, чтобы рентабельность инвестиций мотивировала стоимость изоляции.Если температуру нефтяной смеси можно поддерживать на достаточно высоком уровне, можно исключить стоимость процесса предварительного нагрева и существенно снизить потребление энергии насосом. Снижение этих затрат должно мотивировать инвестиции в изоляцию.

Поток жидкости и процессы теплопередачи в трубопроводе можно смоделировать и точно смоделировать с помощью программного обеспечения COMSOL Multiphysics®. Эти модели могут быть использованы для создания как можно более дешевой изоляции, но при этом столь же эффективной, насколько это необходимо для поддержания желаемой температуры масла.

Проектирование и оптимизация изоляции трубопровода с помощью COMSOL Multiphysics®

Наша учебная модель «Изоляция участка трубопровода» представляет собой участок трубопровода протяженностью 150 км с температурой на входе 25 ° C. Нефть, поступающая в трубопровод, течет со скоростью 2500 м ³ / час. Чтобы создать и решить уравнения энергии и потока, которые описывают перенос жидкости в трубопроводе, мы используем интерфейс Nonisothermal Pipe Flow .

В данном конкретном случае анализируется одна стенка трубы и один слой изоляции, как показано на схеме ниже.Здесь темный и светло-серый слои представляют собой двухслойную стену, а голубой — сопротивление пленки внутри и снаружи стен. Обратите внимание, что в этом примере толщина стенки трубы составляет 2 см.

Схема поперечного сечения трубопровода, где h _int и h _ext — коэффициенты теплопередачи пленки внутри и снаружи трубы, а k _ins и k _стенка — теплопроводность изоляции и стена соответственно.

В первом исследовании мы вычисляем температуру вдоль трубопровода для двух разных случаев: в одном случае предполагается идеальная изоляция, а во втором — при отсутствии изоляции в трубопроводе. График ниже показывает, что тепло, возникающее в результате сил трения в жидкости, вызывает повышение ее температуры примерно на 3 ° C на протяжении 150 км. Когда в трубопровод не добавляется изоляция, температура на выходе аналогична температуре окружающей среды.

График сравнения температуры жидкости при идеальной изоляции на трубопроводе (зеленый) и без изоляции (синий).

Имея представление о потоках жидкости и процессах теплопередачи, мы можем выполнить оптимизационные расчеты, чтобы определить минимальную толщину изоляции, необходимую для поддержания температуры масла на постоянном уровне по всему трубопроводу. Результаты этого конкретного исследования оптимизации показывают, что минимальная толщина изоляции составляет около 8,9 см. Мы также могли бы провести аналогичное исследование по оптимизации, но для минимально допустимого уровня температуры масла в конце трубопровода, что потенциально могло бы еще больше снизить толщину изоляции (и стоимость).

Улучшение изоляции трубопровода с помощью моделирования на основе моделирования

Основываясь на расчетной минимальной толщине изоляции, мы можем оценить инвестиционные затраты и решить, вызваны ли эти затраты снижением затрат на насос и предварительный нагрев.