Визначення втрат тепла паропроводом
Текст завдання і рекомендації щодо його виконання
Визначити теплові втрати одного метра паропровода з зовнішнім діаметром dз і товщиною стінки d, проложеного на відкритому повітрі з температурою t0, °C. Середня швидкість руху повітря складає w, м/с. По паропроводу рухається насичена пара з температурою t, °С. Теплова ізоляція паропроводу має товщину dі і коефіцієнт теплопровідності lі Вт/(м×К). Коефіцієнт тепловіддачі від пари до стінки складає aп, Вт/(м2×К), коефіцієнт лучевипромінювання поверхні ізоляції складає С, Вт/(м2×К4), теплопровідність стінки сталевої труби lі, Вт/(м×К). Визначити також втрати тепла паропроводом без ізоляції за інших рівних умов. Визначити загальні теплові втрати ізольованого і неізольованого паропроводів довжиною l, м, коефіцієнт ефективності ізоляції, кількість конденсату, що випаде при русі пари по ізольованому і неізольованому паропроводам.
Рішення
Для попереднього рішення задаємося значенням коефіцієнта тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря a3=20 Вт/(м2×К).
В загальному випадку сумарний термічний опір визначається як:
де Rп, Rтр, Rі, R3 - термічні опори віддачі тепла від пари до труби, через матеріал стінки труби, через матеріал ізоляції і тепловіддачі від зовнішньої поверхні труби до повітря відповідно, м×°С/Вт.
На практиці величиною опорів віддачі тепла від пари до труби і через матеріал стінки труби нехтують, тому що їх величина є дуже незначною порівняно з іншими двома опорами.
Опір ізоляції визначається за наступною залежністю:
, (5.1)
де dі – зовнішній діаметр трубопровода з урахуванням ізоляції dі= dз+2d
Опір віддачі тепла від зовнішньої поверхні ізоляції до повітря складає:
, (5.2)
Тоді приблизне значення температури зовнішньої поверхні ізоляції складає:
. (5.3)
Далі уточнюємо значення коефіцієнта тепловіддачі від зовнішньої поверхні ізоляції до повітря:
a3=aк+aл
де aк - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією, Вт/(м2×К);
aл - коефіцієнт тепловіддачі лучевипромінюванням, Вт/(м2×К).
Значення ×aк і aл знаходимо наступним чином:
, (5.4)
. (5.5)
Коефіцієнт лучевипромінювання поверхні ізоляції С для всіх варіантів прийняти рівним 5 Вт/(м2 ×К4).
Наступним кроком уточнюємо значення опору зовнішній тепловіддачі за формулою (5.2). Знову розраховуємо температуру зовнішньої поврехні ізоляції за формулою (5.3). Якщо вона менш ніж на 1°С відрізняється від температури визначеної на попередньому кроці,то можна переходити до наступних розрахунків. В разі якщо ця різниця є більшою, необхідно ще раз уточнити значення коефіцієнта зовнішньої тепловіддачі та термічних опорів (5.2) і знайти значення температури зовнішньої поверхні ізоляції (5.3). Ця ітераційна процедура повторюється до тих пір, поки різниця між температурами знайденими на двох сусідніх кроках не буде меншою 1 °С.
Питомі втрати тепла знаходимо за наступною формулою:
(5.6).
Як було показано раніше RS=Rі+Rз
Що стосується визначення втрат тепла неізольованим паропроводом, то оскільки термічні опори віддачі тепла від пари до внутрішньої стінки труби і через матеріал стінки труби набагато менші ніж опір віддачі тепла від зовнішньої поверхні труби, то з достатньою точністю приймаємо RS =Rз і t=tз.
Далі знаходимо значення коефіцієнту зовнішньої тепловіддачі (5.4, 5.5), опору зовнішній тепловіддачі (5.2), останнім кроком визначаємо питомі втрати тепла (5.6).
Знаходимо відношення питомих втрат тепла неізольованого і ізольованого паропроводів: 
Теплові втрати ізольованого і неізолованого паропроводів: 
,
де b — коефіцієнт місцевих втрат теплоти (для всіх варіантів прийняти рівним 0,25).
Довжину паропроводу для всіх варіантів прийняти рівною 1500 м.
Коефіцієнт ефективності ізоляції:
Кількість конденсату, що випадає при експлуатації голого і ізольованого паропроводів визначаємо наступним чином:
де г– теплота пароутворення для заданої температури пари визначається в довідкових даних роботи [5], кДж/кг.
6 ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ
При вивченні дисципліни „Теплові мережі" студентами спеціальності 0900510 "Теплоенергетика" заплановано виконання курсового проекту. Методика його виконання а також індивідуальні вихідні дані для кожного з варіантів наведено в відповідних вказівках (Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисциплін "Джерела і системи теплопостачання" і "Теплові мережі" / Бірюков О.Б., Кравцов В. В.- Донецьк: ДонНТУ, 2006. - 37 с). Для виконання курсового проекту заплановано 36 годин.
7 ПЕРЕЛІК ТЕСТОВИХ ПИТАНЬ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ
1. Класифікація, теплових мереж в залежності від спсособу їх прокладання.
2. Особливості конструкції надземних трубопроводів.
3. Особливості конструкції підземних теплових мереж, прокладених в каналах.
4. Особливості конструкції підземних теплових мереж при безканальній прокладці.
5. Основні вимоги до режимів тиску в мережах.
6. Гідравлічні розрахунки паропроводів, конденсатопроводів, водяних теплових мереж.
7. П'єзометричні графіки і їх застосування при проектуванні та експлуатації теплових мереж.
8. Гідравлічні характеристики елементів теплової мережі і їх використання для аналізу зміни гідравлічних режимів при експлуатації.
9. Гідравлічне регулювання і способи підвищення гідравлічної стійкості систем теплопостачання
10. Вимоги до теплових мереж. Підхід щодо вибору оптимальної схеми прокладання теплотраси в конкретних умовах.
11. Запорно-регулююча арматура теплових мереж. Устаткування підземних камер та павільонів.
12. Прокладання теплопроводів при перетині ними річок, залізних доріг та авто шляхів.
13. Матеріали трубопроводів.
14. Види труб теплопроводів та їх з'єднання.
15. Теплоізоляційні конструкції теплових мереж.
16. Розрахунки теплових витрат і зниження температури теплоносія.
17. Вибір оптимальної товщини ізоляції.
18. Особливості застосування теплоізоляційних матеріалів трубопроводів в залежності від умов їх есплуатації.
19. Ізоляція підземних безканальних теплопроводів.
20. Опорні елементи теплових мереж.
21. Конструкції та особливості експлуатації підвісних опір.
22. Методи визначення зусиль та напруг, що виникають в елементах теплових мереж при експлуатації.
23. Температурні деформації та напруги в безканальних теплопроводах.
24. Компенсація температурного розширення трубопроводів.
25. Організація експлуатації та ремонтного обслуговування теплових мереж.
26. Методи виявлення та ліквідації розривів в теплових мереж.