|
|
Тепловая изоляция. 7_Лекция_Тепловая изоляция трубопроводов и резервуаров. Расчёт тепловой изоляции трубопроводов и резервуаров
Расчёт тепловой изоляции трубопроводов и резервуаров
Эффективность тепловой изоляции определяется величиной коэффициента теплопроводности λ=50 Вт/м-оК. При этом, величина теплопритоков из окружающей среды в изотермический объём помещения, в котором осуществляется хранение или транспортировка СПГ, определяется эффективностью 3-х факторов:
- площади теплообмена,
- температурного градиента,
- коэффициент теплопередачи.
Теплопритоки в СПГ резервуар из окружающей среды определятся следующим образом
QТП = К*S*Δt,
где К- коэффициент теплопередачи через ограждение резервуара, Вт/м2-оК;
S – площадь поверхности резервуара, м2;
Δt –разность температур между ОС и СПГ, °С.
На коэффициент теплопередачи резервуара СПГ влияют 3 термических сопротивления:
Термическое сопротивление между окружающей средой (ОС) и стенкой резервуара.
Термическое сопротивление тепловой изоляции;
Термическое сопротивление между тепловой изоляцией и находящимся в резервуаре СПГ.
Коэффициент теплопередачи определяется следующим образом.
КОС-СПГ=  = = = =0,0830 Вт/м2К
*δ – толщина стенки (толщина теплоизоляции).
Следует обратить внимание, что доминирующее влияние на величину теплопритоков в резервуар оказывает большее термическое сопротивление, в данном случае тепловая изоляция. αОС – коэффициент теплоотдачи от окружающей среды к наружной поверхности резервуара определяется согласно СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». При этом, если коэффициент теплоотдачи со стороны окружающей среды увеличить с 25 Вт/м2К до 100, что может наблюдаться в условиях сильного ветра с одновременно проходящими ливневыми осадками, то, тем не менее, коэффициент теплопередачи К (Вт/м2К), который характеризует общее термическое сопротивление от всех 3-х составляющих, увеличится крайне незначительно.
КОС-СПГ= = = = =0,0832 Вт/м2К,
а именно на 0,2%.
(0,0832-0,0830)/(0,0832)=0,002
Расчеты тепловой изоляции
Пример ниже описывает упрощенный расчет теплопотерь из резервуара цилиндрической формы, имеющего размеры: 5м высоты и 2м диаметром, исходя из условий: коэффициент теплопередачи от окружающей среды к наружной поверхности = 25 Вт/м-с, коэффициент теплоотдачи от резервуара к СПГ = 120 Вт/м-с, Коэффициент теплопередачи тепловой изоляции емкости с СПГ = 0,04 Вт/м-с, толщина теплоизоляционного материала равна 3 см, температура СПГ в резервуаре равна -170 оС, температура окружающего воздуха равна 20оС.
Пример 2.
Необходимо определить тепловой поток через поверхность 1м газопровода с внутренним диаметром 1000 мм и толщиной стенки a1 = 10мм, изолированного двумя слоями изоляции с толщиной соответственно а2 = 10мм, и а3=7мм. Коэффициенты теплопроводности трубы в изоляции соответственно равны y1=65 Вт/м-К, y2 = 0,035 Вт/м-К, и y3 = 0,23 Вт/м-К. Температура на внутренней поверхности газопровода t1 = 55оС, а на наружной поверхности изоляции t4 = +2оС.
Решение.
Для многослойной цилиндрической стенки плотность теплового потока на единицу длины газопровода определяется уравнением:
Если изоляционные слои поменять местами, то тепловой поток на единицу длины в этом газопроводе составит (при тех же граничных температурах):
, то есть разница составит < 1%, что мало значимо, однако, это означает, что на величину теплового потока влияет не только теплопроводность теплоизоляции, ее толщина, но и последовательность расположения слоев изоляции. Вывод этот справедлив, естественно, только для криволинейных стенок, в честности, цилиндрических.
Рассмотрим данный пример, с условием, что по трубе с теми же характеристиками производится транспортировка СПГ с температурой -160 оС.
Таким образом, трубопровод будет воспринимать в 3 раза больше энергии от окружающей среды. Если это произойдет, то СПГ подвержен существенным рискам перегрева до критической температуры кипения при транспортировке. Соответственно, необходим другой тип теплоизоляции, чтобы обеспечить безопасный транспорт. Попробуем понять какой… вопрос для рассмотрения на лекции либо самостоятельно.
Пример 3.
Рассчитать коэффициент теплопроводности жидкого нитробензола при 120оС.
При отсутствии экспериментальных данных коэффициент теплопроводности жидкости  (в Вт/(м-оК) ) при температуре
30оС может быть рассчитан по формуле:
, где С – удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг-оК) , p – плотность жидкости, кг/м3, М – мольная масса жидкости, кг/моль, А – коэффициент, зависящий от степени ассоциации жидкости, м3-кмоль-1/3 – с-1. Для ассоциированных жидкостей (например, воды) А = 3,58 х 10-8, для неассоциированных (например, бензола, СПГ) А = 4,22 х 10-8.
Удельная теплоемкость нитробензола с = 1380 Дж/(кг-оК). Плотность нитробензола при 30оС =
1200кг/м3. Коэффициент теплопроводности нитробензола при 30оС:
Для смесей жидкости, необходимо учитывать их молярный состав. При этом, для расчета коэффициента теплопроводности раствора, принимается параметр основной жидкости (чья доля составляет наибольшее значение).
Пример 4.
Рассчитать коэффициент теплопроводности 25% водного раствора хлористого натрия при 80оС. Плотность 25% раствора натрия p = 1189 кг/м3.
Коэффициент теплопроводности жидкостей при температуре t определяется по формуле:
, где  – коэффициент теплопроводности основного по составу компонента раствора (в данном примере, воды),  – этот же коэффициент теплопроводности, при определяемой температуре.
Справочно, удельная теплоемкость 25% раствора хлористого натрия при 30оС равна с = 3390 Дж/кг-оК.
Пример 5.
Вычислить коэффициент теплопроводности для жидкого метана при t = - 160,6оС.
Жидкий метан относится к неассоциированным жидкостям, поэтому:
Температура земли
Одним из наиболее оптимальных как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения энергосбережения, являются подземные хранилища. Для расчетов подземных хранилищ, необходимо знать температуру под землей, на определенной глубине. Для определения данного параметра, существует метод расчета, который принадлежит японскому ученому по фамилии Касуда.
Согласно расчету, температура под землей на определенной глубине (Тз) является функцией, зависящей от времени года, и от глубины залегания измеряемого уровня, которую можно определить по формуле:
Tз. = Tср. – Tамп. * exp[ -Глуб. * (π/365/α) 0.5] * cos {2π/365 * [tсейчас. – Д – Глуб../2 * (365/π/α) 0.5]} , где:
Тср – средняя температура окружающей среды над поверхностью земли в течение года
Тамп. – амплитуда температуры окр. среды в течение года (разница максимальной и минимальной температур воздуха в течение года)
Глуб. – глубина, на которой необходимо определить температуру земли
α – коэффициент диффузии почвы (зависит от рода почвы)
tсейчас. – температура воздуха в рассматриваемом периоде (месяце)
Д – количество дней в выбранном периоде (в мес. – 30, в неделе – 7, и т.п.)
В MS Excel данную формулу следует записывать следующим образом:
1_формула делится на части, которые включают:
Х1 – { Tамп. * exp[ - Глуб. * (π/365/α) 0.5] };
X2 – { cos {2π/365 * [tсейчас. – Д – Глуб../2 * (365/π/α) 0.5]} }
!!*Формула для ячейки F9 на данном изображении:
=COS(2*3.1416/365*(D9-$F$3-$F$4/2*(365/3.1416/$F$2)^0.5))
Таким образом, можно определить и тепловые потери, при размещении хранилищ СПГ под землей. Очевидно, что в течение года, расход электроэнергии на поддержание определенной температуры будет более стабилен, что позволяет умеренно использовать рабочие элементы систем. |
|
|
Скачать 146.66 Kb.