Теплоизоляция трубопроводов

ОАО «Орский машиностроительный завод»

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

Проект  для молодёжной научно-практической конференции

Тема: теплоизоляции трубопроводов

 

 

 

 

 

 

Подготовил: мастер газовой службы и     Кирдябкин  П.А    ст.нейтрализации            энергоцеха №7                                          __   _______2011г.

Проверил:                  _______________                        __  _______2011г.

                                                                                                        Орск 2011

Введение

Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов в последнее время приобретает все большее значение. Это связано не только с их подорожанием, вызванным угрозой исчерпания природных запасов, но и, в целом, с проблемами охраны окружающей среды. Промышленно развитые страны выдвигают повышенные требования к теплозащите строящихся и реконструируемых объектов, так как надлежащая теплоизоляция теплопроводов позволит минимизировать тепловые потери и обеспечить, таким образом, ресурсосбережение.     Не секрет, что значительную долю в общее количество потерь тепла вносит транспортировка. В наибольшей мере данное утверждение справедливо для России. Это связано с тем, что РФ является государством с самым высоким уровнем централизованного теплоснабжения в Европе, общая протяженность теплотрасс составляет около 260 тысяч километров. Необходимо также учесть, что значительная часть трубопроводов нуждается в ремонтах разного уровня сложности. Суммарные потери в тепловых сетях, по статистическим данным, достигают 30% (около 80 миллионов тонн условного топлива в год). Это колоссальные затраты, причем, если обратиться к опыту ряда европейских стран, количество потерь в России превышает аналогичные европейские показатели в несколько раз.  Любая система отопления, канализации, водоснабжения и газопровода или других специализированных коммуникаций как коммунального, так и промышленного назначения - это километры трубопроводов. Конденсат, перепады температуры, ржавчина и коррозия разрушают эти трубы, нарушая системы снабжения, что приводит не только к дополнительным тратам по восстановлению нарушенных коммуникаций, но и часто нарушает климат помещения, в котором расположен трубопровод. Продлить срок службы трубопровода помогает его изоляция.      Вследствие всего вышеперечисленного во всех отраслях отдается предпочтение энергосберегающим технологиям.    Благодаря внедрению рациональных технических решений по использованию и нанесению на трубы новых теплоизоляционных покрытий можно значительно снизить тепловые потери, а соответственно и плату за потребляемую тепловую энергию.        Если изоляцию выполняют для предотвращения тепловых потерь от изолируемой поверхности в окружающую среду, она называется тепловой. Тепловая изоляция предусматривается для линейных участков трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб для надземной, подземной канальной и без канальной прокладки.          Все теплоизоляционные покрытия состоят из основного теплоизоляционного слоя (простого или композиционного), деталей крепления и покровного защитного слоя. Теплоизоляционный слой, защищающий трубопроводы от потерь теплоты, выполняют из материалов, обладающих низкой теплопроводностью (асбест, минеральная и стеклянная вата, диатомит, керамзит, пеностекло, пено- и газо- бетон, пробковые и древесноволокнистые изделия и др.). Защитные покрытия делают из рулонных битумных материалов, металлических листов, синтетических пленок, стеклопластиков, лако- стекло- ткани, штукатурных растворов, бетонов и др.           По способу и технологии устройства теплоизоляционные покрытия подразделяются на мастичные, литые, из рулонных материалов, сборно-блочные и др.           Выбор технического решения теплоизоляции осуществляется с учетом конструктивных особенностей объекта, его ориентации в пространстве, внешних атмосферных воздействий, и целевого назначения теплоизоляции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 1 Определение потерь тепловой энергии через изоляцию наружном трубопроводом

1.1 Определение фактических потерь тепловой энергии изолированного, с использованием минеральной ваты, трубопровода.

Наиболее распространённым методом учёта тепловых потерь является учёт температуры и расхода теплоносителя на концах контролируемого участка трубы. Однако этот метод не позволяет определить причины потерь и может применяться только при полном оснащении приборами учёта всех отводов от трубопровода.         В настоящее время наибольшее распространение для трубопроводов теплоснабжения и систем горячего водоснабжения  на  предприятии имеет теплоизоляционная конструкция, состоящая из слоя минеральной ваты и стеклопластика.           В этом случае тепловые потери трубопроводами можно определить по формуле:

q_e= ;  (ккал/чм)  (1)        

где:

t - температура теплоносителя,  ⁰С;

 t_н –температура окружающего воздуха, ⁰С;

λ_из – коэффициент теплопроводности изоляционного слоя,                                                                                                                              для минеральной ваты λ_из = 0,05 , ккал/(чм⁰С);

λ_из2 – коэффициент теплопроводности стеклопластика, ккал/(чм⁰С) ;

d_н – наружный диаметр трубы ,м;

d_из – наружный диаметр слоя минеральной ваты, м;

d_из2  - наружный диаметр слоя стеклопластика, м;

*_н – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий воздух, ккал/(чм⁰С).

 

В связи с относительно не большой толщиной покрытия из стеклопластика и предназначением как покрытие, защищающее от осадков,  считаю, что можно не учитывать теплоизоляционные качества этого материала. Тогда выражение примет вид:

 

q_e= ; (ккал/чм)           (2)

 

Так как термическое сопротивление  от наружной поверхности тепловой изоляции к воздуху не велико по сравнению  с термическим сопротивлением изоляции, поэтому для расчёта тепловых потерь изолированными трубопроводами рекомендуется принимать *_н=9ккал/(часм²⁰С).

 

      Среднемесячные температуры за отопительный сезон в городе Орске ⁰С

 

Октябрь	5,1
Ноябрь	-3,7
Декабрь	-9,3
Январь	-13
Февраль	-12,7
Март	-6,1
Апрель	7

 

Таблица1

По значением таблицы №1 найдём средне значение температуры окружающей среды за отопительный период:

t_н= ;     ⁰C

t_н= -4,67 ≈ -5  ⁰С

Температура теплоносителя принимаем 50  ⁰С

Наружный диаметр трубы  принимаем из часто используемых: 57, 76, 89, 108,  159мм.

Наружный диаметр слоя минеральной ваты принимаем :

 

d_из= d_н+2b;  м                                             (3)

 

где

 b- толщина изоляционного слоя, принимаем 0,05 м.

 

d_из57=0,057+20,05=0,157

d_из76=0,076+20,05=0,176

d_из108=0,108+20,05=0,208

d_из159=0,159+20,05=0,259

d_из219=0,219+20,05=0,319

d_из273=0,273+20,05=0,373

 

 

q_е57= ≈15,9    (ккал/чм);

q_е76= ≈19,16  (ккал/чм);      

q_е108= ≈24,3     (ккал/чм);          

q_е159= ≈33,13  (ккал/чм). 

q_е219= ≈42,06  (ккал/чм). 

q_е273= ≈50,52  (ккал/чм). 

 

1.2 Определение  тепловых потерь через изоляцию минеральной ваты по расчётным тепловым потерям на период отопительного сезона

 

Q_{из.мв.сез.}=q_eLβSn10^-6  (Гкал/сез.м);           (4)

 

где

q_e - тепловые потери трубопроводом     (ккал/чм);

L- длина трубопровода  м;

β – коэффициент местных  тепловых потерь, учитывающий потери запорной арматуры, компенсаторами, опорами (принимается 1,2 при диаметре трубопроводов  до 150мм и 1,15 при диаметре 150и более, а так же при всех диаметрах без канальной прокладки);

S- количество дней функционирования отопительной системы;

n- количество часов функционирования отопительной системы в сутки;

 

Q_{из.мв.сез57.} =15,9 11.152122410^-6=0.09303;

Q_{из.мв.сез.76} =19,16 11.152122410^-6=0,1121;

Q_{из.мв.сез.108} =24,3 11.152122410^-6=0,1421 ;

Q_{из.мв.сез.159} =33,13 11.152122410^-6=0,1938;

Q_{из.мв.сез.219} =42,0611.152122410^-6=0,2461;

Q_{из.мв.сез.273}=50,51 11.152122410^-6=0,2955.

 

 

1.3 Определение расхода материалов для трубопроводов, утеплённых минеральной ватой

 

При изоляции трубопровода из минеральной ваты объём её на 1 м трубопровода  определяется:

V_из=*d_изbl    м³ ;     (5)

где 

d_из- наружный диаметр слоя минеральной ваты            м;

l- длинна трубопровода      м;

b- толщина изоляционного слоя принимаем 0,05 м.

V_из57=3,140,1570,051=0,024;     

V_из76=3,140,1760,051=0,027;    

V_из108=3,140,2080,051=0,032;    

V_из159=3,140,2590,051=0,040;

V_из219=3,140,3190,051=0,050;

V_из273=3,140,3730,051=0,058;    

 

Площадь необходимого на 1м  трубопровода стеклопластика с учётом коэффициента внахлест:

 

F_c.п.= 1,15*d_изl      м² ;                    (6)

 

F_c.п57.= 1,153,140,1571=0,56;                         

F_c.п76= 1,153,140,1761=0,63;                           

F_c.п.108= 1,153,140,2081=0,74;                     

F_c.п.159= 1,153,140,2591=0,93;

F_c.п.219= 1,153,140,3191=1,15; 

F_c.п.273= 1,153,140,3731=1,34;                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение   потерь тепловой энергии через изоляцию наружном трубопроводом с использованием пенополиуретана

2.1 Определение фактических потерь тепловой энергии изолированного, с использованием пенополиуретана, трубопровода.

Жесткие пенополиуретаны (ППУ) являются одними из наиболее распространенных на Западе строительных материалов. Эти легкие, но достаточно прочные пенопласты обладают очень низкой теплопроводностью (0,022 Вт/м К), малой паропроницаемостью, высокой адгезией к бумаге, металлу, древесине, штукатурке и рубероиду.

 

q_ппу= (ккал/чм);    (7)

 

λ_из – коэффициент теплопроводности изоляционного слоя,                                                                                                                              для пенополиуретанна  λ_из=0,022, ккал/(чм⁰С).

q_ппу57= ≈7,33;

q_ппу76= ≈8,81;       

q_ппу108= ≈11,25;          

q_ппу159= ≈15,12;

q_ппу219= ≈19,4;

q_ппу273= ≈23,4.

 

2.2 Определение  тепловых потерь через изоляцию пенополиуретана по расчётным тепловым потерям на период отопительного сезона

 

Q_{из.ппу.сез.}=q_eLβSn10^-6 (Гкал/сез.м);   (8)

     

 

Q_{из.ппу.сез57.} = 7,3311.152122410^-6=0.0428;

Q_{из.ппу.сез.76} =8,8111.152122410^-6=0,0515;

Q_{из.ппу.сез.108} =11,2511.152122410^-6=0,0658;

Q_{из.ппу.сез.159} =15,1211.152122410^-6=0,0884;

Q_{из.ппу.сез.219} =19,411.152122410^-6=0,11351;

Q_{из.ппу.сез.273} =23,411.152122410^-6=0,137.

 

2.3 Определение расхода материалов для трубопроводов утеплённых пенополиуретаном

 

Рассмотрим пенополиуретановые скорлупы, изготавливаемые из жидкого пенополиуретана и стеклопластика той же марки, что и при использовании теплоизоляции из минеральной ваты. Данное покрытие служит защитой от попадания осадков и от воздействия прямых солнечных лучей. 

R_ппу=ρV_{из ппу}  кг;            (9)

где

ρ – плотность изготовленной изоляции из пенополиуретана принимаем 50кг / м³;

V_{из ппу} – объём вспененного пенополиуретана необходимый для теплоизоляции одного метра трубопровода  м³ ;

 

  V_{из ппу} =(D²-d²)l          м³;       (10)

где   

D-наружный диаметр изоляционного слоя м;

d- внутренний диаметр изоляционного слоя м;

l- длинна трубопровода м.

 V_{из ппу57}= (0,157²-0,057²)1=0,0168;

V_{из ппу76}= (0,176 ²-0,076²)1=0,02;    

V_{из ппу108}=(0,208²-0,108²)1=0,025;  

V_{из ппу159}= (0,259²-0,159²)1=0,033;

V_{из ппу219}= (0,319²-0,219²)1=0,042;

V_{из ппу273}= (0,373²-0,273²)1=0,050.

 

R_ппу57=500,0168=0,84;  

R_ппу76=500,02=1;

R_ппу108=500,025=1,25;

R_ппу159=500,033=1,65;   

R_ппу219=500,042=2,1;

R_ппу273=500,050=2,5.

 

F_c.п.= *d_изl     м² ;            (11)

где

π – 3,14;

 d_из – наружный диаметр трубопровода изолированного минеральной ватой м;

 l – длина трубопровода  м.

F_c.п57.= 3,140,1571=0,48;                          

F_c.п76= 3,140,1761=0,54;                           

F_c.п.108= 3,140,2081=0,64;                     

F_c.п.159= 3,140,2591=0,80;

F_c.п.219= 3,140,3191=1;

F_c.п.273= 3,140,3731=1,2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Применение теплоизоляции из пенополиуретана

3.1Описание приготовление пенополиуретан компонентов, свойства, характеристики

 

Пенополиуретан компоненты представлены главным образом двумя  компонентами - полиольным (компонент  А) и изоцианатным (компонент В). Иногда компоненты ППУ поставляются с третьим компонентом – катализатором (компонент С), который вводят в нужной пропорции в состав компонента А и перемешивается. В основном это касается пенополиуретан компонентов отечественного производства и связано с тем, что срок годности некоторых компонентов А с введенным катализатором уменьшается. Пенополиуретан компоненты представляют собой густую жидкость с цветом от светло-желтого до темно-коричневого и имеют специфический запах. Полиольный компонент В пенополиуретановой системы имеет свойство отслаиваться при долгом хранении, т.е. разделяться на слои. После длительного хранения перед переработкой его рекомендуется перемешать. Компонент В или изоцианат специфичная жидкость, которая достаточно трудно отмывается и имеет свойство при взаимодействии с водой кристаллизироваться. Поэтому при долгом хранении компонента В на открытом воздухе наверху образуется слой пленки. Пенополиуретан компоненты, как правило, разделяют на две группы – это компоненты ППУ для напыления и компоненты для заливки.

Пенополиуретан компоненты имеют несколько основных параметров, которые учитываются при переработке ППУ системы. Это температура, соотношение компонентов при переработке, время гелеобразования системы, время старта системы, время подъема и плотность конечного продукта. Температура пенополиуретан компонентов достаточно важный параметр. Как правило, рекомендуемая температура для компонентов составляет 15-25 градусов по Цельсию. Кроме того, важна и температура окружающей среды. Например, для напыления пенополиуретана необходимо чтобы температура поверхности, на которую будет производиться напыление  системы, была не менее 10 градусов. Если будет менее 10 градусов, то увеличиться расход системы, потому что компоненты ППУ будут хуже вспениваться. При переработке пенополиуретан компонентов методом заливки в форму также важен такой параметр как температуры формы. Для интегральных и эластичных особенно критичны температурные режимы формы, окружающей среды и самих компонентов.