Изменение эффективности тепловой изоляции трубопроводов в зависимости от увлажнения грунта реферат

Обновлено: 03.07.2024

Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является одной из приоритетных задач в развитии российской экономики. Существенная роль в решении проблемы энергосбережения принадлежит высокоэффективной промышленной тепловой изоляции.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования определяет техническую возможность и экономическую эффективность реализации технологических процессов и широко применяется в энергетике, ЖКХ, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности.

В энергетике объектами тепловой изоляции являются паровые котлы, паровые и газовые турбины, теплообменники, баки-аккумуляторы горячей воды, дымовые трубы.

В промышленности тепловой изоляции подлежат вертикальные и горизонтальные технологические аппараты, насосы, теплообменники, резервуары для хранения воды, нефти и нефтепродуктов. Особенно высокие требования предъявляются к эффективности тепловой изоляции низкотемпературного и криогенного оборудования.

Тепловая изоляция обеспечивает возможность проведения технологических процессов при заданных параметрах, позволяет создать безопасные условия труда на производстве, снижает потери легко испаряющихся нефтепродуктов в резервуарах, дает возможность хранить сжиженные и природные газы в изотермических хранилищах.

Технические требования к теплоизоляционным конструкциям

При монтаже и в процессе эксплуатации теплоизоляционные конструкции подвергаются температурным, влажностным, механическим, в том числе вибрационным, воздействиям, которые определяют перечень предъявляемых к ним требований.

К основным требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам и конструкциям, относят следующие:

- эксплуатационная надежность и долговечность;

- пожарная и экологическая безопасность.

Основными показателями, характеризующими физико-технические и эксплуатационные свойства теплоизоляционных материалов, являются: плотность, теплопроводность, температуростойкость, сжимаемость и упругость (для мягких материалов), прочность на сжатие при 10 % деформации (для жестких и полужестких материалов), вибростойкость, формостабильность, горючесть, водостойкость и стойкость к воздействию химически агрессивных сред, содержание органических веществ и биостойкость.

Теплотехническая эффективность конструкций промышленной тепловой изоляции определяется в первую очередь коэффициентом теплопроводности теплоизоляционного материала, который определяет требуемую толщину теплоизоляционного слоя, а следовательно, и нагрузки на изолируемый объект, конструктивные и монтажные характеристики конструкции. Расчетные значения коэффициента теплопроводности принимаются с учетом его зависимости от температуры, степени уплотнения теплоизоляционных материалов в конструкции, шовности конструкции, наличия крепежных деталей. При выборе теплоизоляционного материала учитывают: температуростойкость теплоизоляционных материалов, возможную линейную усадку, потери прочности и массы, степень выгорания связующего при нагреве, прочностные и деформационные характеристики изолируемого объекта, допустимые нагрузки на опоры и изолируемые поверхности и другие влияющие факторы.

Долговечность теплоизоляционных конструкций зависит от их конструктивных особенностей и условий эксплуатации, включающих месторасположение изолируемого объекта, режим работы оборудования, степень агрессивности окружающей среды, интенсивность механических воздействий. Срок службы теплоизоляционного материала и теплоизоляционной конструкции в целом в значительной степени определяется качеством защитного покрытия.

Современные теплоизоляционные материалы

На сегодняшний день на российском рынке теплоизоляционных материалов представлена продукция как отечественных, так и зарубежных производителей.

При канальной прокладке трубопроводов тепловых сетей используют преимущественно теплоизоляционные маты, мягкие плиты и высокоэффективные цилиндры из минеральной ваты и стеклянного волокна.

На сегодняшний день в некоторых регионах существует тенденция к массовому переходу на применение труб с ППУ-изоляцией, основанная на практике стран Европы (Бельгии, Дании и др.). К преимуществам теплопроводов с ППУ-изоляцией относят низкий коэффициент теплопроводности пенополиуретана (0,032–0,035 Вт/(м• °C)), технологичность при изготовлении и при монтаже теплопроводов, долговечность при соблюдении требований монтажа и эксплуатации. Однако при использовании труб с ППУ-изоляцией следует учитывать, что допустимая температура применения пенополиуретана составляет 130 °C. Повышение температуростойкости теплоизоляционных конструкций с применением пенополиуретана может достигаться путем использования двухслойной изоляции с термостойким внутренним слоем из минеральной ваты или стеклянного волокна и наружным слоем из пенополиуретана.

Представляется, что наряду с внедрением труб с ППУ-изоляцией следует расширять производство и применение труб с изоляцией из современного армопенобетона и пенополимерминерала.

Армопенобетон характеризуется низкой плотностью (200–250 кг/м 3 ) и теплопроводностью (0,05 Вт/(м• °C) ) при высокой прочности на сжатие (не менее 0,7 МПа). К преимуществам армопенобетона относятся его негорючесть, высокая температура применения (до 300 °C), отсутствие коррозионного воздействия на стальные трубы, паропроницаемость гидгозащитного покрытия и, как следствие, долговечность. Опыт его применения в тепловых сетях Северо-Западного региона имеет положительные результаты.

Пенополимерминерал (полимербетон) разработан институтом ВНИПИЭнергопром и более 20 лет применяется в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов диаметром до 500 мм. Характеризуется интегральной структурой, совмещающей функции теплоизоляционного слоя и гидроизоляционного покрытия. Имеет температуру применения до 150 °C, теплопроводность при 25 °C – 0,047 Вт/(м•°C), при испытаниях на горючесть по ГОСТ 30244-94 относится к группе Г1.

Технические решения промышленной тепловой изоляции многообразны как по видам применяемых материалов, так и по конструкциям.

Так для тепловой изоляции вертикальных и горизонтальных технологических аппаратов и теплообменников применяются конструкции на основе волокнистых теплоизоляционных материалов с применением приварных штырей или проволочного каркаса.

Для горизонтальных аппаратов (емкостей, теплообменников и др.) преимущественно предусматривается крепление теплоизоляционного слоя на проволочном каркасе.

Нормативная база промышленной тепловой изоляции

Изменившиеся экономические условия потребовали пересмотра действующей нормативной базы промышленной тепловой изоляции.

СНиП 41-03-2003 разработан с учетом современных тенденций в проектировании промышленной тепловой изоляции, современной номенклатуры и стоимости применяемых теплоизоляционных и защитно-покровных материалов и базовых цен на тепловую энергию. Документ содержит требования к теплоизоляционным конструкциям, изделиям и материалам, рекомендации по проектированию теплоизоляционных конструкций, новые нормы плотности теплового потока с изолируемых поверхностей оборудования и трубопроводов при их расположении в помещении и на открытом воздухе, а также при подземной канальной и бесканальной прокладке трубопроводов.

Тепловая изоляция прямо и косвенно обеспечивает надежность и безопасность эксплуатации оборудования и трубопроводов в промышленности и ЖКХ, обеспечивает условия жизнедеятельности и требования энергосбережения в промышленности и строительном секторе экономики.

Тепловая изоляция применяется практически во всех отраслях промышленности, обеспечивая технологические требования, экслуатационную надежность и безаварийную работу объектов, многие из которых относятся к категории взрывопожароопасных или представляющих опасность для здоровья людей и окружающей среды.

Испытания теплоизоляционных материалов

Методика определения предельной минимальной температуры применения теплоизоляционных материалов. Этот показатель является особенно актуальным для вспененных полимеров, используемых для изоляции трубопроводов и оборудования, расположенных на открытом воздухе и в конструкциях низкотемпературной изоляции. При низких температурах может происходить их охрупчивание и разрушение при механических воздействиях.

Методика определения предельной максимальной температуры применения теплоизоляционных материалов. Под предельной максимальной температурой применения теплоизоляционного материала понимают температуру, при которой в материале появляются неупругие деформации под воздействием фиксированной сжимающей нагрузки. В отечественной практике при испытаниях образцы материала нагреваются в печи по всему объему, в зарубежной практике принят односторонний нагрев образцов.

Методика определения коэффициента теплопроводности и термического сопротивления теплоизоляционных цилиндров из минерального и стеклянного волокна, пенопластов и др. В зарубежной практике термическое сопротивление трубной теплоизоляции определяется по стандарту ISO 8497:1994. Представляется, что в рамках проводимой Госстроем РФ политики гармонизации отечественной нормативной базы в области строительства с европейскими стандартами целесообразно ввести этот стандарт на территории РФ.

Методика определения коэффициента теплопроводности при температуре более 200 °C. ГОСТ 7076-99 распространяется на испытания материалов при средней температуре образца от -40 до 200 °C. ГОСТ 30256-94 распространяется на испытания материалов при средней температуре образца от -180 до 300 °C, однако он не применим для испытания материалов с анизотропными свойствами, к числу которых относятся изделия из минеральной ваты и стекловолокна.

Методика определения водопоглощения теплоизоляционных материалов при частичном и полном погружении определяется ГОСТ 17177-94 и предусматривает выдержку образцов в воде в течение 24 часов. Вместе с тем некоторые производители включают в технические условия методику определения водопоглощения по британскому стандарту BS 2972, которая предусматривает выдержку образцов в воде в течение двух часов. Очевидно, что результаты испытаний по указанным методикам получаются существенно различными, что препятствует объективной сравнительной оценке материалов по этому показателю. Представляется целесообразным включить эту методику в ГОСТ 17177-94 в качестве экспресс-методики определения водопоглощения волокнистых теплоизоляционных материалов.

В связи с появлением на рынке сверхлегких теплоизоляционных материалов плотностью до 10–15 кг/м 3 требуют уточнения и корректировки, предусмотренные ГОСТ 17177-94 методики определения толщины, плотности, сжимаемости и упругости этих материалов. Принятая в ГОСТ начальная нагрузка 0,5 кПа при определении этих показателей для указанных материалов является завышенной, т. к. не соответствует нагрузкам, которые испытывает материал в реальных условиях эксплуатации. В зарубежных стандартах начальная нагрузка при определении этих показателей дифференцирована в зависимости от плотности материала и имеет значения 0,05 и 0,1 кПа.

Разработка, корректировка и введение в действие этих документов позволят принимать более обоснованные решения по применению теплоизоляционных материалов в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Эти методики должны быть либо разработаны в возможно короткие сроки, либо на территории РФ следует ввести международные или европейские стандарты на эти виды испытаний (по цилиндрам – ISO 8497:1994).

Задачи в области развития промышленной тепловой изоляции

1. Внедрение в практику проектирования и строительства новых эффективных теплоизоляционных материалов и конструктивных технических решений, обеспечивающих снижение тепловых потерь в промышленности и строительстве

В конструкциях промышленной тепловой изоляции необходимо расширять применение современных высокоэффективных теплоизоляционных изделий из минерального и стеклянного волокна отечественного и импортного производства. Сравнительно высокая стоимость, например, теплоизоляционных цилиндров из стекловолокна и минеральной ваты компенсируется их более высокой теплотехнической эффективностью, эксплуатационной надежностью и долговечностью.

2. Проведение исследований и разработка методик для определения долговечности теплоизоляционных материалов и конструкций

Вопрос соответствия долговечности теплоизоляционных материалов расчетному сроку службы зданий является на сегодняшний день весьма актуальным в связи с введением повышенных требований к теплозащите зданий.

Долговечность теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях зданий или в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов должна определяться в зависимости от вида конструкций и условий эксплуатации на основании долговременных наблюдений и обследований эксплуатируемых конструкций.

3. Совершенствование нормативной базы в области промышленной и строительной тепловой изоляции

Гармонизация с международными стандартами. В связи с расширением номенклатуры современных теплоизоляционных материалов и перспективой продвижения отечественной продукции на зарубежные рынки актуальным является приведение отечественной нормативной базы в области теплоизоляционных материалов в соответствие с международными (ISO) и европейскими (EN) стандартами. Выработка общих требований и проведение испытаний материалов по идентичным методикам будет способствовать более эффективному их использованию как в России, так и за рубежом.

4. Разработка нормативного документа (Свода правил), регламентирующего правила выбора и применения современных теплоизоляционных материалов в энергетике, промышленности, строительстве и ЖКХ

5. Разработка территориальных строительных норм (ТСН) по тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов

Внедрение в практику проектирования тепловой изоляции оборудования и трубопроводов, дифференцированных по регионам территориальных нормативов, учитывающих фактические цены на тепловую энергию и теплоизоляционные материалы, применение высококачественных теплоизоляционных и защитно-покровных материалов и энергоэффективных конструкций направлено на экономию топливно-энергетических ресурсов в промышленности и ЖКХ и является реальным, быстро окупающимся мероприятием по реализации программы энергосбережения в РФ.

6. Организация систематического технического контроля за выполнением требований нормативной документации в области тепловой изоляции в промышленности и строительстве

Повышение энергоэффективности изолируемых объектов, совершенствование нормативной базы, методов, средств расчета и проектирования тепловой изоляции, расширение номенклатуры и повышение качества применяемых теплоизоляционных и покровных материалов направлены на решение проблемы энергосбережения и экономии топливно-энергетических ресурсов в энергетике, промышленности и ЖКХ России.

Десятки, сотни, тысячи километров трубопроводов протянулись по всей России, по одним транспортируется газ, по другим нефть, некоторые транспортируют тепло и воду в наши жилища, а другие удаляют использованную жидкость из наших жилищ. Трубы трудятся везде, на заводах и фабриках, школах и институтах, больницах, прачечных, охлаждают турбины ГРЭС, они словно вены человеческого организма опоясали всю Россию, без них никуда.

Содержание

Введение. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов ………….…. 3
Цели использования теплоизоляции труб ………………………………….…4
1.1. Обеспечения заданной температуры на поверхности изоляции. …..….…4
1.2. Предотвращения замерзания содержащейся в них жидкости ……….…4
1.3. Предотвращения конденсации влаги на поверхности изоляции ……. …5
1.4. Теплоизоляция трубопроводов водяных тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки……………………………………………..…5
Виды и материалы теплоизоляции для трубопроводов…………………..……5
2.1. .Предизолированные трубопроводы: ………………………………………7
2.2. Минеральная вата……………………………………………………..……10
2.3.Базальтовая теплоизоляция Батиз……………………………….…………12
2.4 .Батиз- Шнур……………………………………………………………. …14
2.5. Вспененный синтетический каучук ……………………. ………………15
2.6. Порилекс НПЭ-Т ………………………………………….………………17
2.7. Астратек……………………………………………………….……………18
2.8. Засыпучие уплотнители……………………………………. ……………19
2.9. . Монолитные теплоизоляционные конструкции. ………….……………20
2.10. Пенополимерминерал (полимербетон) …………………………………23
Подведение итогов………………………………………………………………23
Литература………………………………

Прикрепленные файлы: 1 файл

popytka_3.doc

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Инженерные системы зданий и сооружений

Реферат на тему

Выполнил студент 2 курса гр.1206 ВалетовД.С

Проверил Старший преподаватель: Семикова Е.Н.

Введение. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов ………….…. 3

1.1. Обеспечения заданной температуры на поверхности изоляции. …..….…4

1.2. Предотвращения замерзания содержащейся в них жидкости ……….…4

1.3. Предотвращения конденсации влаги на поверхности изоляции ……. …5

1.4. Теплоизоляция трубопроводов водяных тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки……………………………………………..…5

Виды и материалы теплоизоляции для трубопроводов…………………..……5

2.1. .Предизолированные трубопроводы: ………………………………………7

2.3.Базальтовая теплоизоляция Батиз……………………………….…………12

2.5. Вспененный синтетический каучук ……………………. ………………15

2.8. Засыпучие уплотнители……………………………………. …… ………19

2.9. . Монолитные теплоизоляционные конструкции. ………….……………20

2.10. Пенополимерминерал (полимербетон) …………………………………23

Введение. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов

Что же такое трубопровод?

Трубопроводом называется устройство предназначенное для транспортировки жидких, газообразных или сыпучих веществ. Основные виды трубопроводов приведены на рисунке ниже.

В зависимости от транспортируемой среды применяются термины: водопровод, газопровод, паропровод, нефтепровод, воздухопровод, маслопровод, кислотопровод, кислородопровод, бензопровод, молокопровод и т.д.

Основными общими параметрами трубопровода и арматуры являются: условный диаметр

1. цели использования теплоизоляции труб

На большей части перечисленных трубопроводов необходимо применять теплоизоляционные материалы и в зависимости от особенностей трубопровода область применения теплоизоляции может быть разной:

1.1 теплоизоляция трубопроводов с целью обеспечения заданной температуры на поверхности изоляции.

Тепловую изоляцию трубопроводов по заданной температуре на поверхности выполняют в случае, когда тепловые потери трубопровода не регламентированы, но в соответствии с требованиями техники безопасности необходимо защитить обслуживающий персонал от ожогов или снизить тепловыделения в помещении. В соответствии с санитарными нормами и требованиями СНиП 2.04.14-88 температура поверхности расположенных в помещении изолированных трубопроводов при температуре теплоносителя ниже 100°С не должна превышать 35°С, а при температуре теплоносителя 100°С и более не должна превышать 45°С.
В обслуживаемой зоне на открытом воздухе температура поверхности изоляции не должна превышать 60°С.

1.2 теплоизоляция трубопроводов с целью предотвращения замерзания содержащейся в них жидкости

Тепловую изоляцию с целью предотвращения замерзания жидкости при прекращении ее движения предусматривают для трубопроводов, расположенных на открытом воздухе. Как правило, это актуально для трубопроводов малого диаметра, имеющих малый запас аккумулированного тепла. Время, на которое тепловая изоляция может предохранить транспортируемую жидкость от замерзания при остановке её движения, зависит от температуры жидкости и окружающего воздуха, скорости ветра, внутреннего диаметра, толщины и материала стенки трубопровода, параметров транспортируемой жидкости. К параметрам, влияющим на длительность периода до начала замерзания, относятся: плотность, температура замерзания, удельная теплоемкость, скрытая теплота замерзания.

Чем больше скорость ветра и ниже температура жидкости (холодной воды) и окружающего воздуха, меньше диаметр трубопровода, тем больше вероятность замерзания жидкости. Уменьшает вероятность замерзания холодной воды применение изолированных неметаллических трубопроводов.

1.3 ьеплоизоляция трубопроводов с целью предотвращения конденсации влаги на поверхности изоляции

Применение тепловой изоляции с целью предотвращения конденсации влаги из воздуха на поверхности изоляции выполняют для трубопроводов, расположенных в помещении, содержащих вещества с температурой ниже температуры окружающего воздуха, в том числе холодную воду. На величину толщины теплоизоляционного слоя для предотвращения конденсации влаги из воздуха на поверхности теплоизоляционной конструкции влияют относительная влажность окружающего воздуха, температура воздуха в помещении и вид защитного покрытия. При использовании покрытия с высоким коэффициентом излучения (неметаллического) расчетная толщина изоляции существенно ниже.

1.4 теплоизоляция трубопроводов водяных тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки

На сегодняшний день вопрос теплоизоляции трубопроводов водяных тепловых сетей двухтрубной подземной канальной прокладки, с ростом стоимости энергоносителей, вопрос энергосбережения стоит особенно остро.

2.виды и материалы теплоизоляции для трубопроводов

Универсального теплоизоляционного материала, который бы подходил для всех трубопроводов на сегодняшний день - нет. Для каждого отдельного проекта необходимо подбирать свой теплоизоляционный материал, который обеспечит необходимые задачи теплоизоляции трубопровода.

К основным требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам и конструкциям, относят следующие:

- эксплуатационная надежность и долговечность;

- пожарная и экологическая безопасность.

Санитарно-гигиенические требования особенно важны при проектировании объектов с технологическими процессами, требующими высокой чистоты, например, в микробиологии, радиоэлектронике, фармацевтической промышленности. В этих условиях применяются материалы или конструкции, не допускающие загрязнения воздуха в помещениях.На сегодняшний день на Российском рынке представлено довольно много утеплителей для трубопроводов, они производятся в виде матов, трубок, сегментов, цилиндров и полуцилиндров, рулонная изоляция, в виде мастик и красок, в виде услуги по напылению теплоизоляции. Так же трубопроводы могут быть предизолированы, т. е. на рынке предлагается готовое решение пробрести трубу, на которой уже присутствует теплоизоляция и гидроизоляция (если она необходима)[2].

2.1 предизолированные трубопроводы:

На предизолированные трубы в России действует Межгосударственный стандарт ГОСТ 30732-2001

"Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия"

Изделия предназначенные для подземной бесканальной прокладки тепловых сетей с расчетными параметрами теплоносителя: рабочим давлением до 1,6 МПа и температурой до 130°С (допускается кратковременное повышение температуры до 150°С).

2.1.1 трубы в пенополиуретановой изоляции

Преимущества: В них сочетаются эластичность и, в то же время, твердость, которые дают широкий диапазон использования; Низкий коэффициент теплопроводности (0,027 ват/мк); Долговечность и надежность службы 25-30 лет; Высокая технологичность на современном оборудовании; устойчивость против коррозии; Биологически нейтральна, химически стойка к воздействию слабых кислот и щелочей, морской воды и действию микроорганизмов, плесени, гниению; Низкое водопоглощение; За счет наличия системы ОДК, контроль целостности трубы во время эксплуатации осуществляется без проведения земляных работ; Трубы в ППУ изоляции могут эксплуатироваться при температуре окружающей среды от -80°C до +130°C; Минимальная глубина при бесканальном способе прокладки принимается в пределах 0,5 - 0,7м от поверхности грунта. Максимальное залегание тепломагистрали рассчитывается, исходя из условия соблюдения прочности конструкции. Обычно оно не превышает 3 м. Имеется возможность вариации толщиной слоя изоляции для учета требований различных климатических условий, это использование более толстого слоя изоляции для северных районов страны. Возможность бестраншейной прокладки.

Действующие тепловые сети не удовлетворяют современным требованиям надежности и долговечности ни по качеству строительных конструкций теплопроводов, ни по теплофизическим показателям, т.е. не обеспечивают нормативных значений потерь теплоты. На практике часто встречаются случаи непозволительно высоких потерь теплоты, увеличенных по сравнению с нормативными в 2-4 раза.

Основными причинами отклонения от проектных режимов работы теплосетей являются увлажнение изоляции и грунта из-за нарушения целостности строительной и изоляционной конструкций теплопроводов, быстрое старение и разрушение практически всех применяемых видов теплоизоляционных материалов.

В канальных прокладках коррозия труб обусловлена большой водопроницаемостью железобетонных элементов канала из-за недостаточной заделки стыков стенок и перекрытий. Поэтому тепловая изоляция постепенно увлажняется, теряет свои теплоизоляционные свойства и разрушается. При этом срок службы теплопроводов оказывается в два-три раза короче срока службы стенок канала. В бесканальных прокладках имеет место непосредственный контакт изоляционного слоя с влажным грунтом.

В связи с этим представляет интерес оценить влияние объемной влажности грунта и изоляции на тепловые потоки в зоне подземных канальных и бесканальных теплопроводов.

Поскольку процессы теплопереноса в этих условиях характеризуются многими переменными, их детальное параметрическое исследование весьма затруднено, и поэтому ниже представлен лишь ряд типичных частных случаев.

Определение величин линейных тепловых потерь q_l, Вт/м, производилось на основе расчетных схем, описанных в [1,2]. Зависимость коэффициентов теплопроводности грунта (суглинок) и тепловой изоляции от объемной влажности принимались по данным [3].

Для удобства анализа все графики характеризуются следующими одинаковыми исходными данными: диаметры теплопроводов - 0,3 м; глубина заложения - 1,5 м; толщина слоя изоляции - 0,06 м; толщина покровного слоя - 0,005 м. Температура наружного воздуха, а также температуры в подающем и обратном трубопроводах соответственно равны: - 1,1; 88; 38 °С.

На рис. 1 показаны величины тепловых потерь канальной прокладки в зависимости от объемной влажности изоляции W_и и грунта W_г. Материал изоляции - минеральная вата; размеры канала в свету - 2,0 х 1,0 м, при толщине стенок канала - 0,1 м. Коэффициент теплопроводности стенок канала - 1,0 Вт/(м×К).

Рис. 2 характеризует величины тепловых потерь при различных режимах работы канальной прокладки с одновременным увлажнением грунта от 0 до 30 %. Здесь приведены следующие случаи: нормальный (проектный) режим работы (кривая 1); отсутствие изоляции на обратном трубопроводе (кривая 2); отсутствие изоляции на подающем трубопроводе (3), отсутствие изоляции на обоих трубопроводах (4); затопление канала из обратного трубопровода (5).

Из графиков следует, что увеличение объемной влажности грунта W_г от 0 до 50%, когда W_и=0% вызывает рост тепловых потерь в 1,83 раз, когда W_и=15% – в 2,08 раз, когда W_и=30%, – в 2,16 раз.

При проведении численных экспериментов в вариантах затопления канала сетевой водой величина коэффициента теплоотдачи от покровного слоя к воде и от воды к стенке канала принималась равной 100 Вт/(м 2 ×К).

Анализ полученных кривых показывает, что рост тепловых потерь для разных режимов работы теплотрассы по отношению к проектному при увеличении W_г от 0 до 30% находился в пределах: 1,48 - 1,52; 1,98 - 2,03; 3,75 - 4,14 раз при отсутствии изоляции соответственно на обратном, подающем и обоих трубопроводах. Затопление же канала сетевой водой из обратного трубопровода увеличивало тепловые потери в 5,30 - 5,86 раз.

Рисунки 3 и 4 относятся к бесканальной прокладке с расстоянием между осями труб - 0,7 м.

Показанные на рис. 3 кривые позволяют судить о том, как меняется величина тепловых потерь в зависимости от изменения одновременно объемной влажности грунта (0

Статья посвящена экспериментальному определению тепловых потерь тепловых сетей в условиях увлажнения теплоизоляции.

Ключевые слова: теплоизоляция, трубопровод, тепловая сеть, потери тепла, экспериментальная установка.

Анализ мирового опыта в решении проблемы энергосбережения показывает, что экономия топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) является стратегической задачей государства. Одним из наиболее эффективных путей ее решения является сокращение потерь тепловой энергии через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования и тепловых сетей, что и является актуальностью данной работы.

Действующие тепловые сети не удовлетворяют современным требованиям надежности и долговечности ни по качеству строительных конструкций теплопроводов, ни по теплофизическим показателям, т. е. не обеспечивают нормативных значений потерь теплоты. На практике часто встречаются случаи непозволительно высоких потерь теплоты, увеличенных по сравнению с нормативными в (2÷4) раза.

Эксплуатация трубопроводов тепловых сетей в условиях не только увлажнения изоляции, но и в условиях полного затопления является достаточно распространенным явлением и встречается практически во всех крупных городах и промышленных центрах [2].

Затопление канальной прокладки трубопроводов может быть вызвано хорошей водопроницаемостью железобетонных конструкций ввиду некачественной заделки стыков стенок и швов конструкции при монтаже (в этом случае трубопровод затапливается грунтовыми и поверхностными водами) [5].

Теоретическому анализу работы трубопроводов тепловых сетей во внештатных условиях и в частности в условиях увлажнения изоляции посвящено много публикаций, в которых рассматриваются основные факторы, влияющие на интенсификацию процесса потерь тепловой энергии. В частности главным фактором роста тепловых потерь при эксплуатации трубопровода называется рост эффективного коэффициента теплопроводности тепловой изоляции при насыщении ее влагой [3,1].

Однако экспериментальные работы по определению потерь тепловой энергии трубопроводов тепловых сетей в условиях увлажнения изоляции или затопления каналов трубопроводов в доступной научно-технической литературе встречаются редко.

Целью данной работы является разработка экспериментального стенда по исследованию тепловых режимов трубопроводов тепловых сетей и экспериментальное определение тепловых потерь теплопровода в условиях увлажнения тепловой изоляции.

Для проведения эксперимента по определению тепловых потерь в условиях увлажнения тепловой изоляции была разработана экспериментальная установка (рисунок 1), позволяющая моделировать реальные условия работы трубопроводов тепловых сетей, без серьёзных капиталовложений для измерения необходимых величин.

Рис. 1. Внешний вид лабораторной установки: 1 — металлический кожух; 2 — скрепляющие хомуты; 3 — электрический нагреватель; 4 — терморегулятор; 5 — труба имитирующая трубопровод тепловой сети; 6, 7, 8 — разъемы для термопар № 1, № 2 и № 3 соответственно; 9 — разъем для зонда; 10 — термометр KIMO ТМ 200

Данная установка представляет собой цилиндрический металлический кожух 1 с внутренним диаметром 100 мм, длиной 0,5 м и электрический нагреватель 3, помещенный внутрь трубы 5 внутренним диаметром 32 мм, длиной 0,6 м. Внутри металлической трубы, покрытой слоем изоляции в виде минеральной ваты с толщиной 65 мм, располагается трубчатый электронагреватель (ТЭН) мощностью 0,63 кВт.В качестве первичных преобразователей температуры использовались хромелькопеливые термопары и дистанционный зонд (Pt100).Термопара под номером № 1 находятся на 1/2 толщины изоляции, № 2 на внешней поверхности изоляции, № 3 на поверхности металлического кожуха. Температура внутри трубы имитирующей трубопровод тепловой сети измерялась при помощи дистанционного зонда 9 (Pt100). Электрический сигнал от термопар регистрировался при помощи прибора KIMO ТМ 200 позволяющего присоединять до шести вводов и контролировать значения в диапазоне изменения температур (-200÷1300)˚С. Температура на поверхности ТЭНа задавалась с помощью терморегулятора 4.

Эксперименты проводились при фиксированных значениях температуры на поверхности ТЭНа, и для периода времени, который соответствовал выходу процесса на стационарный режим теплопроводности. Время выхода процессов на стационарный режим составляло, при различных опытах, от 4 до 6 часов, в зависимости от температуры наружной поверхности ТЭНа.При этом считалось, что стационарный режим наступает тогда, когда в течение 2 часов, значения температуры, в контролируемых точках не изменяется. В качестве изоляционного материала использовалась минеральная вата, так как это самый распространенный изоляционный материал, который применяется при канальной прокладке тепловых сетей. Опыт проводился в следующем порядке: сначала теплоизоляционный материал смачивался водой до полного увлажнения изоляции, далее включался электронагреватель. Эксперименты проводились для температур поверхности трубчатого электронагревателя от 70 ˚С до 90 ˚С, с шагом в 5 ˚С.

На рисунках 2, 3представлены результаты изменения температур во времени при температуре поверхности ТЭНа90 ˚С.

Из данных приведенных в этих рисунках видно, что стационарный режим теплопроводности наступает через 6 часов при работе экспериментальной установки в условиях увлажнения тепловой изоляции и 1,5 часа при работе экспериментальной установки в условиях сухой тепловой изоляции.

Рис. 2. График изменения измеряемых температур в условиях увлажненной изоляции при температуре поверхности ТЭНа 90 ˚С

Рис. 3. График изменения измеряемых температур в условиях сухой изоляции при температуре поверхности ТЭНа 90 ˚С

На рисунке 4 представлен график, составленный по результатам исследований величин тепловых потерь, полученных экспериментальным путем в условиях увлажнения изоляции и в условиях сухой изоляции.

Рис. 4. График величин тепловых потерь полученных экспериментальным путем в условиях увлажнения изоляции и в условиях сухой изоляции

В результате математической обработки были получены зависимости тепловых потерь от температуры поверхности ТЭНа:

— при сухой теплоизоляции:

— при увлажненной теплоизоляции:

1. Стационарный режим при работе экспериментальной установки в условиях увлажнения теплоизоляции наступает гораздо позже, чем при работе с сухой теплоизоляции. Исходя из полученных результатов, разница составляет (4÷4,5) часов;

2. Тепловые потери теплопровода в условиях увлажнения возрастают на величину около 65 %.

Литература:

3. Кузнецов Г. В., Половников В. Ю. Численный анализ потерь тепла в магистральных теплотрубопроводах, в условиях полного или частичного затопления // ИФЖ. — Том 81. — № 2.

4. Петров-Денисов В. Г., Масленников Л. A. Процессы тепло- и влагообмена в промышленной изоляции. — М.: Энергоатомиздат. 1983. — 156с.

5. Шишкин А. В. Определение потерь тепла в сетях централизованного теплоснабжения // Теплоэнергетика. 2003. — № 9. 72–77с.

Основные термины (генерируются автоматически): тепловая изоляция, температура поверхности, экспериментальная установка, KIMO, условие увлажнения, условие увлажнения изоляции, Стационарный режим, тепловая сеть, внутренний диаметр, дистанционный зонд.

Читайте также: