Термические сопротивления и теплопотери

По характеру прокладки следует различать одно- и многотрубные подземные теплопроводы. В однотрубных прокладках все термические сопротивления соединены последовательно, в многотрубных – параллельно одно по отношению к другому и последовательно к цепи канал – грунт.

При бесканальной прокладке термическое сопротивление однотрубного теплопровода представляет собой сумму двух слагаемых – сопротивления слоя изоляции и сопротивления грунта. При канальной прокладке, из-за наличия воздушной прослойки между изолированным теплопроводом и стенкой канала, сопротивление теплопровода определяется как сумма последовательно соединенных сопротивлений соответственно слоя изоляции, наружной поверхности изоляции, внутренней поверхности канала, стенок канала, грунта.

При прокладке многотрубного теплопровода в общем канале, тепловые потери от каждого поступают в канал, а затем общий поток отводится через стенки канала и грунт в наружную среду. Задача теплового расчета многотрубного теплопровода в канале сводится к определению температуры воздуха в канале. Зная её, можно определить теплопотерю каждого трубопровода по общим правилам теплового расчета трубопроводов, окруженных воздухом. Температура воздуха в канале определяется по уравнению теплового баланса. При установившемся тепловом состоянии количество теплоты, подводимой от трубопроводов к воздушной прослойке канала, равно количеству теплоты, отводимой от воздушной прослойки через стенки канала и массив грунта в окружающую среду.

Тепловые потери сети слагаются из двух частей:

а) теплопотерь участков трубопровода, не имеющих арматуры и фасонных частей, - линейные теплопотери;

б) теплопотерь фасонных частей, арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д., - местные теплопотери.

Линейные тепловые потери теплопровода

Q_л = q·l, (5.23)

где q – удельные тепловые потери, Вт/м или ккал/(ч·м); l – длина теплопровода, м.

Тепловые потери отводов, колен, гнутых компенсаторов и других деталей, периметр поперечного сечения которых близок к периметру трубопровода, подсчитываются по формулам для прямых труб круглого сечения. Тепловые потери фланцев, фасонных частей и арматуры определяются обычно в эквивалентных длинах трубы того же диаметра:

Q_м = q lэ , Дж/с или ккал/ч, (5.24)

где Q_м - местные теплопотери, lэ - эквивалентная длина, м.

Суммарные тепловые потери теплопровода определяются по формуле

Q = q ( l + l_э ) = ql ( 1 + β ), (5.25)

где β = l_э / l – коэффициент местных потерь теплоты, для предварительных расчетов можно принимать равным 0,2 - 0,3.

Для оценки эффективности изоляционной конструкции часто пользуются показателем, называемым коэффициентом эффективности изоляции:

η_и = ( Q_г – Q_и )/ Q_г = 1 – Q_и / Q_г , (5.26)

где Q_г и Q_и - тепловые потери голой и изолированной труб. Обычно коэффициент эффективности изоляционных конструкций теплопроводов η_и = 0,85 – 0,95.

В процессе движения по теплопроводу энтальпия теплоносителя падает. Вследствие этого происходит падение температуры теплоносителя вдоль теплопровода, а при транспорте насыщенного пара выпадает конденсат. При коротких теплопроводах, когда ожидаемое падение температуры не превышает 3 - 4 % значения температуры в начале участка, расчет может проводиться в предположении постоянства удельных тепловых потерь.

Уравнение теплового баланса в этом случае имеет вид:

G c ( t₁ – t₂ ) = q l ( 1 + β ), (5.27)

где G – расход теплоносителя на участке; c – теплоемкость теплоносителя; t₁ и t₂ - температуры теплоносителя в начале и конце участка, °С; 1 – длина участка, м; q – удельные линейные тепловые потери.

Из (5.21) следует

t2 = t1 – ql (1 + β) / (Gc). (5.28)

При транспорте перегретого пара, когда наряду с тепловыми потерями имеют место значительные потери давления, можно пользоваться более точным методом. По известному давлению p2 в конце участка и найденной из теплового баланса энтальпии

h2 = h1 – ql (1 + β) / G (5.29)

с помощью таблиц или диаграмм водяного пара можно определить температуру t2.

При длинных и слабоизолированных участках паропровода или малых расходах теплоносителя, когда ожидаемое падение температуры значительно, необходимо учитывать изменение удельных теплопотерь по длине участка.