Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

Технологические трубопроводы предприятий и систем жизнеобеспечения населенных пунктов транспортируют различные среды с разными параметрами. Эти параметры, в частности, температура, должны сохраняться независимо от воздействия условий окружающей среды, а для этого необходима теплоизоляция. Ее толщину определяет расчет, который базируется на требованиях нормативных документов.

Теплоизоляция трубопровода

Теплоизоляция трубопровода должна сохранять температуру в трубе независимо от воздействия на нее условий окружающей среды.

Характеристики прокладки сетей и нормативной методики вычислений

Выполнение вычислений по определению толщины теплоизоляционного слоя цилиндрических поверхностей - процесс достаточно трудоемкий и сложный. Если вы не готовы доверить его специалистам, следует запастись вниманием и терпением для получения верного результата. Самый распространенный способ расчета теплоизоляции труб - это вычисление по нормируемым показателям тепловых потерь. Дело в том, что СНиПом установлены величины потерь тепла трубопроводами разных диаметров и при различных способах их прокладки:

Схема утепления трубы

Схема утепления трубы.

  • открытым способом на улице;
  • открыто в помещении или тоннеле;
  • бесканальным способом;
  • в непроходных каналах.

Суть расчета заключается в подборе теплоизоляционного материала и его толщины таким образом, чтобы величина тепловых потерь не превышала значений, прописанных в СНиПе. Методика вычислений также регламентируется нормативными документами, а именно - соответствующим Сводом Правил. Последний предлагает несколько более упрощенную методику, нежели большинство существующих технических справочников. Упрощения заключены в таких моментах:

  1. Потери теплоты при нагреве стенок трубы транспортируемой в ней средой ничтожно малы по сравнению с потерями, которые теряются в слое наружного утеплителя. По этой причине их допускается не учитывать.
  2. Подавляющее большинство всех технологических и сетевых трубопроводов изготовлено из стали, ее сопротивление теплопередаче чрезвычайно низкое. В особенности если сравнивать с тем же показателем утеплителя. Поэтому сопротивление теплопередаче металлической стенки трубы рекомендуется во внимание не принимать.

Методика просчета однослойной теплоизоляционной конструкции

Основная формула расчета тепловой изоляции трубопроводов показывает зависимость между величиной потока тепла от действующей трубы, покрытой слоем утеплителя, и его толщиной. Формула применяется в том случае, если диаметр трубы меньше чем 2 м:

Формула расчета

Формула расчета теплоизоляции труб.

ln B = 2 [K(tт - tо) / qL - Rн]

В этой формуле:

  • - коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м C);
  • K - безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры, некоторые значения K можно взять из Таблицы 1;
  • tт - температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
  • tо - температура наружного воздуха, C;
  • qL - величина теплового потока, Вт/м2;
  • Rн - сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 C) /Вт.

Таблица 1

Условия прокладки трубыЗначение коэффициента К
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода до 150 мм.1.2
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода 150 мм и более.1.15
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на подвесных опорах.1.05
Неметаллические трубопроводы, проложенные на подвесных или скользящих опорах.1.7
Бесканальный способ прокладки.1.15

Значение теплопроводности утеплителя является справочным, в зависимости от выбранного теплоизоляционного материала. Температуру транспортируемой среды tт рекомендуется принимать как среднюю в течение года, а наружного воздуха tо как среднегодовую. Если изолируемый трубопровод проходит в помещении, то температура внешней среды задается техническим заданием на проектирование, а при его отсутствии принимается равной +20°С. Показатель сопротивления теплообмену на поверхности теплоизоляционной конструкции Rн для условий прокладки по улице можно брать из Таблицы 2.

Таблица 2

Rн,(м2 C) /ВтDN32DN40DN50DN100DN125DN150DN200DN250DN300DN350DN400DN500DN600DN700
tт = 100 C0.120.100.090.070.050.050.040.030.030.030.020.020.0170.015
tт = 300 C0.090.070.060.050.040.040.030.030.020.020.020.020.0150.013
tт = 500 C0.070.050.040.040.030.030.030.020.020.020.020.0160.0140.012

Примечание: величину Rн при промежуточных значениях температуры теплоносителя вычисляют методом интерполяции. Если же показатель температуры ниже 100 C, величину Rн принимают как для 100 C.

Показатель В следует рассчитывать отдельно:

Таблица тепловых потерь

Таблица тепловых потерь при разной толщине труби и теплоизоляции.

B = (dиз + 2 ) / dтр, здесь:

  • dиз - наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;
  • dтр - наружный диаметр защищаемой трубы, м;
  • - толщина теплоизоляционной конструкции, м.

Вычисление толщины изоляции трубопроводов начинают с определения показателя ln B, подставив в формулу значения наружных диаметров трубы и теплоизоляционной конструкции, а также толщины слоя, после чего по таблице натуральных логарифмов находят параметр ln B. Его подставляют в основную формулу вместе с показателем нормируемого теплового потока qL и производят расчет. То есть толщина теплоизоляции трубопровода должна быть такой, чтобы правая и левая часть уравнения стали тождественны. Это значение толщины и следует принимать для дальнейшей разработки.

Рассмотренный метод вычислений относился к трубопроводам, диаметр которых менее 2 м. Для труб большего диаметра расчет изоляции несколько проще и производится как для плоской поверхности и по другой формуле:

= [K(tт - tо) / qF - Rн]

В этой формуле:

  • - толщина теплоизоляционной конструкции, м;
  • qF - величина нормируемого теплового потока, Вт/м2;
  • остальные параметры - как в расчетной формуле для цилиндрической поверхности.

Методика просчета многослойной теплоизоляционной конструкции

Таблица изоляции медных и стальных труб

Таблица изоляции медных и стальных труб.

Некоторые перемещаемые среды имеют достаточно высокую температуру, которая передается наружной поверхности металлической трубы практически неизменной. При выборе материала для тепловой изоляции такого объекта сталкиваются с такой проблемой: не каждый материал способен выдержать высокую температуру, например, 500-600 C. Изделия, способные контактировать с такой горячей поверхностью, в свою очередь, не обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, и толщина конструкции получится неприемлемо большой. Решение - применить два слоя из различных материалов, каждый из которых выполняет свою функцию: первый слой ограждает горячую поверхность от второго, а тот защищает трубопровод от воздействия низкой температуры наружного воздуха. Главное условие такой термической защиты состоит в том, чтобы температура на границе слоев t1,2 была приемлемой для материала наружного изоляционного покрытия.

Для расчета толщины изоляции первого слоя используется формула, уже приводимая выше:

= [K(tт - tо) / qF - Rн]

Второй слой рассчитывают по этой же формуле, подставляя вместо значения температуры поверхности трубопровода tт температуру на границе двух теплоизоляционных слоев t1,2. Для вычисления толщины первого слоя утеплителя цилиндрических поверхностей труб диаметром менее 2 м применяется формула такого же вида, как и для однослойной конструкции:

ln B1 = 2 [K(tт - t1,2) / qL - Rн]

Подставив вместо температуры окружающей среды величину нагрева границы двух слоев t1,2 и нормируемое значение плотности потока тепла qL, находят величину ln B1. После определения числового значения параметра B1 через таблицу натуральных логарифмов рассчитывают толщину утеплителя первого слоя по формуле:

Данные для расчета теплоизоляции

Данные для расчета теплоизоляции.

1 = dиз1 (B1 - 1) / 2

Расчет толщины второго слоя выполняют с помощью того же уравнения, только теперь температура границы двух слоев t1,2 выступает вместо температуры теплоносителя tт:

ln B2 = 2 [K(t1,2 - t0) / qL - Rн]

Вычисления делаются аналогичным образом, и толщина второго теплоизоляционного слоя считается по той же формуле:

2 = dиз2 (B2 - 1) / 2

Такие непростые расчеты вести вручную очень затруднительно, при этом теряется много времени, ведь на протяжении всей трассы трубопровода его диаметры могут меняться несколько раз. Поэтому, чтобы сэкономить трудозатраты и время на вычисление толщины изоляции технологических и сетевых трубопроводов, рекомендуется пользоваться персональным компьютером и специализированным программным обеспечением. Если же таковое отсутствует, алгоритм расчета можно внести в программу Microsoft Exel, при этом быстро и успешно получать результаты.

Метод определения по заданной величине снижения температуры теплоносителя

Материалы для изоляции

Материалы для теплоизоляции труб по СНиП.

Задача такого рода часто ставится в том случае, если до конечного пункта назначения транспортируемая среда должна дойти по трубопроводам с определенной температурой. Поэтому определение толщины изоляции требуется произвести на заданную величину снижения температуры. Например, из пункта А теплоноситель выходит по трубе с температурой 150 C, а в пункт Б он должен быть доставлен с температурой не менее 100 C, перепад не должен превысить 50 C. Для такого расчета в формулы вводится длина l трубопровода в метрах.

Вначале следует найти полное сопротивление теплопередаче Rп всей теплоизоляции объекта. Параметр высчитывается двумя разными способами в зависимости от соблюдения следующего условия:

Если значение (tт.нач - tо) / (tт.кон - tо) больше или равно числу 2, то величину Rп рассчитывают по формуле:

Rп = 3.6Kl / GC ln [(tт.нач - tо) / (tт.кон - tо)]

В приведенных формулах:

  • K - безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры (Таблица 1);
  • tт.нач - начальная температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
  • tо - температура окружающей среды, C;
  • tт.кон - конечная температура в градусах транспортируемой среды;
  • Rп - полное тепловое сопротивление изоляции, (м2 C) /Вт
  • l - протяженность трассы трубопровода, м;
  • G - расход транспортируемой среды, кг/ч;
  • С - удельная теплоемкость этой среды, кДж/(кг C).
Теплоизоляция стальной трубы

Теплоизоляция стальной трубы из базальтового волокна.

В противном случае выражение (tт.нач - tо) / (tт.кон - tо) меньше числа 2, величина Rп высчитывается таким образом:

Rп = 3.6Kl [(tт.нач - tт.кон) / 2 - tо ] : GC (tт.нач - tт.кон)

Обозначения параметров такие же, как и в предыдущей формуле. Найденное значение термического сопротивления Rп подставляют в уравнение:

ln B = 2 (Rп - Rн), где:

  • - коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м C);
  • Rн - сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 C) /Вт.

После чего находят числовое значение В и делают расчет изоляции по знакомой формуле:

= dиз (B - 1) / 2

В данной методике просчета изоляции трубопроводов температуру окружающей среды tо следует принимать по средней температуре самой холодной пятидневки. Параметры К и Rн - по приведенным выше таблицам 1,2. Более развернутые таблицы для этих величин имеются в нормативной документации (СНиП 41-03-2003, Свод Правил 41-103-2000).

Метод определения по заданной температуре поверхности утепляющего слоя

Данное требование актуально на промышленных предприятиях, где различные трубопроводы проходят внутри помещений и цехов, в которых работают люди. В этом случае температура любой нагретой поверхности нормируется в соответствии с правилами охраны труда во избежание ожогов. Расчет толщины теплоизоляционной конструкции для труб диаметром свыше 2 м выполняется в соответствии с формулой:

Формула определения толщины теплоизоляции

Формула определения толщины теплоизоляции.

= (tт - tп) / (tп - t0), здесь:

  • - коэффициент теплоотдачи, принимается по справочным таблицам, Вт/(м2 C);
  • tп - нормируемая температура поверхности теплоизоляционного слоя, C;
  • остальные параметры - как в предыдущих формулах.

Расчет толщины утеплителя цилиндрической поверхности производится с помощью уравнения:

ln B =(dиз + 2 ) / dтр = 2 Rн (tт - tп) / (tп - t0)

Обозначения всех параметров как в предыдущих формулах. По алгоритму данный просчет схож с вычислением толщины утеплителя по заданному тепловому потоку. Поэтому дальше он выполняется точно так же, конечное значение толщины теплоизоляционного слоя находят так:

= dиз (B - 1) / 2

Предложенная методика имеет некоторую погрешность, хотя вполне допустима для предварительного определения параметров утепляющего слоя. Более точный расчет выполняется методом последовательных приближений с помощью персонального компьютера и специализированного программного обеспечения.

Соответствие параметров и материала утеплителя требованиям СНиП

Скорлупа ППУ

Схема изоляции трубы скорлупой ППУ.

Расчет изоляции для технологических или сетевых трубопроводов по методу нормируемой плотности теплового потока предполагает, что его значение qL известно. В таблицах и приложениях к СНиП 41-03-2003 приведены эти значения, как и величины коэффициента К дополнительных потерь. Следует правильно пользоваться этими таблицами, так как они составлены для объектов, находящихся в европейском регионе Российской Федерации. Для определения нормируемого теплового потока трубопроводов, строящихся в других регионах, его значение необходимо умножать на специально введенный для этого коэффициент. В приложении СНиП указаны величины этих коэффициентов для каждого региона с учетом способа прокладки трубопровода.

При выборе изоляции трубопроводов различного назначения нужно обращать внимание на материал, из которого она изготовлена. Нормативная документация регламентирует применение горючих материалов разных групп горючести. Например, теплоизоляционные изделия группы горючести Г3 и Г4 не допускается применять на объектах:

  1. В наружном технологическом оборудовании, исключая те установки, которые стоят отдельно.
  2. При совместной прокладке с другими трубопроводами, которые перемещают горючие газы или жидкости.
  3. При общей прокладке в одном тоннеле или эстакаде с электрическими кабелями.
  4. Запрещено применять такие утеплители на трубопроводах внутри зданий. Исключение - здания IV степени огнестойкости.

Прежде чем приступать к выполнению такого серьезного и непростого расчета, следует убедиться, что выбранный теплоизоляционный материал для труб соответствует всем требованиям нормативной документации применительно к данному объекту.

В противном случае вычисления придется производить несколько раз.

Technological pipe enterprises and life support systems of settlements convey different media with different parameters. These parameters, in particular, the temperature should be maintained irrespective of the effect of environmental conditions, but this requires insulation. Its thickness determines the calculation, which is based on the requirements of regulatory documents.

pipe insulation

pipe insulation must maintain the temperature in the tube regardless of its effect on the environment.

Features laying networks and regulatory calculation methodology

Perform calculations to determine the thickness of the insulation layer of cylindrical surfaces - process is quite time-consuming and complex. If you are not willing to trust his skill, you should stock up care and patience to get the correct result. The most common method for calculating the thermal insulation of pipes - a calculation of the normalized indicators for heat loss. The fact that the value set SNiPY heat pipes of different diameters and loss at various ways of laying:

Driving pipe insulation

Driving pipe insulation.

  • open pit in the street;
  • open in the room or the tunnel;
  • Underground fashion;
  • in impassable channels.

The essence of the calculation is the selection of insulation material and its thickness so that the quantity of heat loss does not exceed the values prescribed in the SNIP. Method of calculation and regulated by normative documents, namely - the respective national regulation. The latter offers a slightly more simplified procedure than most of the existing technical manuals. Simplifying enclosed in such moments:

  1. heat loss during the heating of the pipe wall of the transported medium it is negligible compared with the losses that are lost in the outer layer of insulation. For this reason, they may be disregarded.
  2. The vast majority of all the technological and network of pipelines, its extremely low heat transfer resistance is made of steel. Especially when compared with the same index of the insulation. Therefore, resistance to heat metal pipe wall is recommended not to take into account.

Method of rendering a single-layer insulating structure

The basic formula calculation of thermal insulation of pipelines It shows the relationship between the heat flux value from the existing pipe, covered with a layer of insulation, and its thickness. The formula used in the case if the tube diameter is less than 2 m:

calculation formula

The formula for calculating pipe insulation.

ln B = 2 [K (tt - tabout) / QL - Rn]

In this formula:

  • - thermal conductivity of the insulation W / (m C);
  • K - dimensionless coefficient of additional heat losses through fasteners or support, some values of K can be taken from Table 1;
  • tt - temperature is in degrees transported medium or coolant;
  • tabout - outdoor temperature, C;
  • qL - the magnitude of the heat flux, W / m2;
  • Rn - resistance to heat insulation on the outer surface (m2 C) / Watt.

Table 1

Terms of pipe layingThe value of the coefficient K
Steel pipes discovered on the street, the canals, tunnels, open the premises on sliding bearings with nominal bore diameter up to 150 mm.12
Steel pipes discovered on the street, the canals, tunnels, open the premises on sliding bearings with a diameter of conditional pass of 150 mm or more.1.15
Steel pipes discovered on the street, the canals, tunnels, discovered in the premises on suspended supports.1.05
Metallic pipework installed on overhead or sliding bearings.1.7
ChannelFree method of laying.1.15

The value of thermal conductivity of insulation is a background, depending on the insulation material. transported medium temperature tt It is encouraged to take as the average over the year, and the outdoor air tabout as the annual average. If an insulated pipeline passes in the room, the temperature of the environment is given by the terms of reference for the design, in the absence thereof shall be equal to + 20 ? C. Indicator heat transfer resistance on the surface of the heat insulating structure Rn conditions for laying down the street can be taken from Table 2.

table 2

Rn,(m2 C) / WDN32DN40DN50DN100DN125DN150DN200DN250DN300DN350DN400DN500DN600DN700
tt = 100 C0.120.100.090.070.050.050.040.030.030.030.020.020.0170.015
tt = 300 C0.090.070.060.050.040.040.030.030.020.020.020.020.0150.013
tt = 500 C0.070.050.040.040.030.030.030.020.020.020.020.0160.0140.012

Note: The value of Rn at intermediate values of the coolant temperature is calculated by interpolation. If the temperature is lower 100 C, the magnitude of Rn take for 100 C.

The indicator should be calculated separately:

Table heat loss

Table of heat loss at different pipe thickness and insulation.

B = (dof + 2 ) / dmp, here:

  • dof - the outer diameter of the heat insulating structure, m;
  • dmp - outer diameter of pipe to be protected, m;
  • - thickness of the insulating structure, m.

Calculation of pipe insulation thickness starts with the definition of index ln B, substituting in the formula in the outer diameter of the pipe and heat-insulating structure, and the layer thickness, followed by the table of natural logarithms are setting ln B. His substitute in the basic formula with index normalized heat flow qL and make payment. That is, the thickness of the insulation of the pipeline should be such that the right and left side of the equation become identical. This thickness value, and should be taken for further development.

Considered calculation method applied to pipelines with a diameter of less than 2 meters for pipes of larger diameter isolation calculation is somewhat simpler and is made for a flat surface and other formula.:

= [K (tt - tabout) / QF - Rn]

In this formula:

  • - thickness of the heat insulating structure, m;
  • qF - the value of the rated thermal flux, W / m2;
  • other parameters - in the calculation formula for a cylindrical surface.

Method of calculation of the multilayer thermal insulation structure

Table isolation copper and steel pipes

Table isolation copper and steel pipes.

Several media have moved sufficiently high temperature that passed the metal tube outer surface substantially unchanged. When selecting a material for thermal insulation of the object facing the same problem: not every material capable of withstanding high temperatures, for example, 500-600 C. Products capable of contact with a hot surface, in turn, do not have sufficiently high insulation properties and structural thickness will unacceptably large. Solution - use two layers of different materials, each of which fulfills its function: first layer protects the hot surface of the second, and that protects the pipe from the effects of low-outside air temperature. The main condition for a thermal protection is on the boundary layers of temperature t12 material was suitable for the outer insulating coating.

To calculate the thickness of the insulation layer of the first formula is used, already driven above:

= [K (tt - tabout) / QF - Rn]

The second layer is calculated by the same formula, substituting pipe surface temperatures tt the temperature at the interface of two layers of thermal insulation t12. To calculate the layer thickness of the first insulation cylindrical surfaces of the tubes of diameter less than 2 m of the same formula is applicable form as single-layer construction:

ln B1 = 2 [K (tt - t12) / QL - Rn]

Substituting the value of the ambient temperature of heating the boundary of two layers of t12 and the rated value of heat flux density qL, find the value of ln B1. After determining the numerical value of the parameter B1 through a table of natural logarithms calculated insulation thickness of the first layer according to the formula:

The data for the calculation of thermal insulation

Data for calculating thermal insulation.

1 = diz1 (B1 - 12

Calculation of the thickness of the second layer is performed by using the same equation, except that now the temperature boundary layers of two t12 It speaks instead of the coolant temperature tt:

ln B2 = 2 [K (t12 - t0) / QL - Rn]

Calculations are made in a similar way, and the thickness of the second insulating layer is calculated by the same formula:

2 = dfrom2 (B2 - 12

Such complicated calculations manually is very difficult to maintain, it lost a lot of time, because throughout its pipeline diameters may change several times. Therefore, to save labor costs and time to calculate the thickness of insulation technology and network of pipelines, it is recommended to use a personal computer and specialized software. If such is not available, the calculation algorithm can be made in the program Microsoft Exel, while rapidly and successfully to get results.

The method for determining the set value decrease coolant temperature

Materials for insulation

Materials for thermal insulation of pipes for SNIP.

The problem of this kind are often placed in the case, if the medium must reach transported through pipelines at a certain temperature to the final destination. Therefore, determination of the thickness of insulation required to produce a predetermined amount of temperature reduction. For example, from point A coolant goes through the pipe with 150 C temperature, and to point B it must be delivered with a temperature of not less than 100 C, the differential should not exceed 50 C. For such a calculation formula is entered in the pipeline length l in meters.

You should first find the total thermal resistance RP the whole object of insulation. The parameter is calculated in two different ways, depending on the following conditions:

If the value (tt.nach - tabout) / (Tt.kon - tabout) Is greater than or equal to 2, then the value RP calculated using the formula:

RP = 3.6Kl / GC ln [(tt.nach - tabout) / (Tt.kon - tabout)]

In the above formulas:

  • K - dimensionless coefficient of heat losses through the additional fasteners or support (Table 1);
  • tt.nach - initial temperature in degrees transported medium or coolant;
  • tabout - ambient temperature, C;
  • tt.kon - final temperature in degrees transported medium;
  • RP - the total thermal resistance of insulation (m2 C) / W
  • l - length of pipeline, m;
  • G - medium flow, kg / h;
  • C - specific heat capacity of the medium, kJ / (kg C).
Insulation of steel pipe

Insulation of steel pipe from basalt fiber.

Otherwise, the expression (tt.nach - tabout) / (Tt.kon - tabout) Of less than 2, the value of RP It is calculated as follows:

RP = 3.6Kl [(tt.nach - tt.kon) / 2 - tabout ]: GC (tt.nach - tt.kon)

Designations are the same parameters as in the previous formula. The obtained value of thermal resistance RP is substituted into the equation:

ln B = 2 (RP - Rn), Where:

  • - thermal conductivity of the insulation W / (m C);
  • Rn - resistance to heat insulation on the outer surface (m2 C) / Watt.

Then find a numeric value in the insulation and make payment on a familiar formula:

= dof (B - 1) / 2

In this technique, the rendering pipeline insulation ambient temperature tabout should take an average temperature of the coldest five-day week. The parameters K and Rn - Tables 1.2 above. More detailed tables of these values are in the normative documents (SNiP 41-03-2003, Code of Rules 41-103-2000).

Method for determination on a given surface temperature warming layer

This requirement is important in industry, where different lines are indoor and workshops in which people work. In this case, the temperature of any heated surface is normalized in accordance with the occupational safety rules in order to avoid burns. Calculation of thermal insulation design thickness for pipes with a diameter of more than 2 m is performed in accordance with the formula:

The formula determining the insulation thickness

The formula determining the thickness of the insulation.

= (tt - tP) / (tP - t0), here:

  • - heat transfer coefficient, taken from reference tables, W / (m2 C);
  • tP - normability surface temperature of the heat-insulating layer, C;
  • other parameters - as in the preceding formulas.

Calculating insulation thickness the cylindrical surface is produced by the equation:

ln B = (dof + 2 ) / dmp = 2 Rn (tt - tP) / (TP - t0)

Refer to all parameters in the preceding formulas. According to the rendering algorithm is similar to the calculation of the thickness of insulation for a given heat flux. Therefore, it is running on the same way, the final value of the thermal insulation layer thickness are as follows:

= dof (B - 1) / 2

The proposed method has some error, although it is permissible for a preliminary determination of the parameters of the insulation layer. A more accurate calculation is performed by successive approximations using a personal computer and specialized software.

Compliance with the parameters and requirements of SNIP insulation material

shell PPU

Driving pipe insulation foam shell.

Calculation of insulation for technological or network of pipelines by the method of normalized heat flux density suggests that the value qL It is known. The tables and annexes to the SNIP 41-03-2003 shows these values as the K-value of additional losses. It is necessary to correctly use these tables, as they are made to objects that are in the European region of Russia. To determine the normalized heat flow pipeline being built in other regions, its value must be multiplied by a specially introduced for this factor. Annex SNIP specified values of these coefficients for each region based on the method of laying the pipeline.

When selecting insulation of pipelines for different purposes need to pay attention to the material from which it is made. Normative documents regulating the use of combustible materials of different groups of combustibility. For example, heat-insulating products combustibility group G3 and G4 are not allowed to use the facilities:

  1. The external processing equipment, excluding those installations that stand apart.
  2. When combined with other lining pipelines that move combustible gases or liquids.
  3. In general laying in a tunnel or viaduct with electrical cables.
  4. It is forbidden to apply such insulation on pipelines inside buildings. Exception - Building IV degree of fire resistance.

Before proceeding with such a serious and complex calculation, you should make sure that the selected insulation material for pipes complies with all regulatory requirements in relation to the object.

Otherwise calculation will produce several times.

Технологічні трубопроводи підприємств і систем життєзабезпечення населених пунктів транспортують різні середовища з різними параметрами. Ці параметри, зокрема, температура, повинні зберігатися незалежно від впливу умов навколишнього середовища, а для цього необхідна теплоізоляція. Її товщину визначає розрахунок, який базується на вимогах нормативних документів.

теплоізоляція трубопроводу

Теплоізоляція трубопроводу повинна зберігати температуру в трубі незалежно від впливу на неї умов навколишнього середовища.

Характеристики прокладки мереж і нормативної методики обчислень

Виконання обчислень за визначенням товщини теплоізоляційного шару циліндричних поверхонь - процес досить трудомісткий і складний. Якщо ви не готові довірити його фахівцям, слід запастися увагою і терпінням для отримання вірного результату. Найпоширеніший спосіб розрахунку теплоізоляції труб - це обчислення по нормативними показниками теплових втрат. Справа в тому, що СНиПом встановлені величини втрат тепла трубопроводами різних діаметрів і при різних способах їх прокладки:

Схема утеплення труби

Схема утеплення труби.

  • відкритим способом на вулиці;
  • відкрито в приміщенні або тунелі;
  • безканальним способом;
  • в непрохідних каналах.

Суть розрахунку полягає в підборі теплоізоляційного матеріалу і його товщини таким чином, щоб величина теплових втрат не перевищувала значень, прописаних у СНіП. Методика обчислень також регламентується нормативними документами, а саме - відповідним Зводом Правил. Останній пропонує кілька більш спрощену методику, ніж більшість існуючих технічних довідників. Спрощення укладені в таких моментах:

  1. Втрати теплоти при нагріванні стінок труби транспортується в ній середовищем мізерно малі в порівнянні з втратами, які губляться в шарі зовнішнього утеплювача. З цієї причини їх допускається не враховувати.
  2. Переважна більшість всіх технологічних і мережевих трубопроводів виготовлено зі сталі, її опір теплопередачі надзвичайно низька. Особливо якщо порівнювати з тим же показником утеплювача. Тому опір теплопередачі металевої стінки труби рекомендується до уваги не брати.

Методика прорахунку одношарової теплоізоляційної конструкції

Основна формула розрахунку теплової ізоляції трубопроводів показує залежність між величиною потоку тепла від діючої труби, покритої шаром утеплювача, і його товщиною. Формула застосовується в тому випадку, якщо діаметр труби менше ніж 2 м:

Формула розрахунку

Формула розрахунку теплоізоляції труб.

ln B = 2 [K (tт - tпро) / QL - Rн]

У цій формулі:

  • - коефіцієнт теплопровідності утеплювача, Вт / (м C);
  • K - безрозмірний коефіцієнт додаткових втрат теплоти через кріпильні елементи або опори, деякі значення K можна взяти з Таблиці 1;
  • tт - температура в градусах середовища, що транспортується або теплоносія;
  • tпро - температура зовнішнього повітря, C;
  • qL - величина теплового потоку, Вт / м2;
  • Rн - опір теплопередачі на зовнішній поверхні ізоляції, (м2 C) / Вт.

Таблиця 1

Умови прокладки трубиЗначення коефіцієнта К
Сталеві трубопроводи відкрито по вулиці, по каналах, тунелях, відкрито в приміщеннях на ковзних опорах при діаметрі умовного проходу до 150 мм.1.2
Сталеві трубопроводи відкрито по вулиці, по каналах, тунелях, відкрито в приміщеннях на ковзних опорах при діаметрі умовного проходу 150 мм і більше.1.15
Сталеві трубопроводи відкрито по вулиці, по каналах, тунелях, відкрито в приміщеннях на підвісних опорах.1.05
Неметалеві трубопроводи, прокладені на підвісних або ковзають опорах.1.7
Безканальні спосіб прокладки.1.15

Значення теплопровідності утеплювача є довідковим, в залежності від обраного теплоізоляційного матеріалу. Температуру транспортованої середовища tт рекомендується приймати як середню протягом року, а зовнішнього повітря tпро як середньорічну. Якщо ізолюючий трубопровід проходить в приміщенні, то температура зовнішнього середовища задається технічним завданням на проектування, а при його відсутності приймається рівною + 20 ° С. Показник опору теплообміну на поверхні теплоізоляційної конструкції Rн для умов прокладки по вулиці можна брати з Таблиці 2.

Таблиця 2

Rн,(м2 C) / ВтDN32DN40DN50DN100DN125DN150DN200DN250DN300DN350DN400DN500DN600DN700
tт = 100 C0.120.100.090.070.050.050.040.030.030.030.020.020.0170.015
tт = 300 C0.090.070.060.050.040.040.030.030.020.020.020.020.0150.013
tт = 500 C0.070.050.040.040.030.030.030.020.020.020.020.0160.0140.012

Примітка: величину Rн при проміжних значеннях температури теплоносія обчислюють методом інтерполяції. Якщо ж показник температури нижче 100 C, величину Rн приймають як для 100 C.

Показник У слід розраховувати окремо:

Таблиця теплових втрат

Таблиця теплових втрат при різній товщині труби і теплоізоляції.

B = (dз + 2 ) / dтр, тут:

  • dз - зовнішній діаметр теплоізоляційної конструкції, м;
  • dтр - зовнішній діаметр захищається труби, м;
  • - товщина теплоізоляційної конструкції, м.

Обчислення товщини ізоляції трубопроводів починають з визначення показника ln B, підставивши в формулу значення зовнішніх діаметрів труби і теплоізоляційної конструкції, а також товщини шару, після чого по таблиці натуральних логарифмів знаходять параметр ln B. Його підставляють в основну формулу разом з показником нормованого теплового потоку qL і роблять розрахунок. Тобто товщина теплоізоляції трубопроводу повинна бути такою, щоб права і ліва частина рівняння стали тотожні. Це значення товщини і слід приймати для подальшої розробки.

Розглянутий метод обчислень ставився до трубопроводів, діаметр яких менше 2 м. Для труб більшого діаметра розрахунок ізоляції дещо простіше і проводиться як для плоскої поверхні і за іншою формулою:

= [K (tт - tпро) / QF - Rн]

У цій формулі:

  • - товщина теплоізоляційної конструкції, м;
  • qF - величина нормованого теплового потоку, Вт / м2;
  • інші параметри - як в розрахунковій формулі для циліндричної поверхні.

Методика прорахунку багатошарової теплоізоляційної конструкції

Таблиця ізоляції мідних і сталевих труб

Таблиця ізоляції мідних і сталевих труб.

Деякі переміщувані середовища мають досить високу температуру, яка передається зовнішньої поверхні металевої труби практично незмінною. При виборі матеріалу для теплової ізоляції такого об'єкта стикаються з такою проблемою: не кожен матеріал здатний витримати високу температуру, наприклад, 500-600 C. Вироби, здатні контактувати з такою гарячою поверхнею, в свою чергу, не володіють досить високими теплоізоляційними властивостями, і товщина конструкції вийде неприйнятно великий. Рішення - застосувати два шари з різних матеріалів, кожен з яких виконує свою функцію: перший шар захищає гарячу поверхню від другого, а той захищає трубопровід від впливу низької температури зовнішнього повітря. Головна умова такої термічної захисту полягає в тому, щоб температура на кордоні шарів t1,2 була прийнятною для матеріалу зовнішнього ізоляційного покриття.

Для розрахунку товщини ізоляції першого шару використовується формула, вже приводиться вище:

= [K (tт - tпро) / QF - Rн]

Другий шар розраховують по цій же формулі, підставляючи замість значення температури поверхні трубопроводу tт температуру на кордоні двох теплоізоляційних шарів t1,2. Для обчислення товщини першого шару утеплювача циліндричних поверхонь труб діаметром менше 2 м застосовується формула такого ж виду, як і для одношарової конструкції:

ln B1 = 2 [K (tт - t1,2) / QL - Rн]

Підставивши замість температури навколишнього середовища величину нагріву кордону двох шарів t1,2 і нормоване значення щільності потоку тепла qL, знаходять величину ln B1. Після визначення числового значення параметра B1 через таблицю натуральних логарифмів розраховують товщину утеплювача першого шару за формулою:

Дані для розрахунку теплоізоляції

Дані для розрахунку теплоізоляції.

1 = dіз1 (B1 - 1) / 2

Розрахунок товщини другого шару виконують за допомогою того ж рівняння, тільки тепер температура кордону двох шарів t1,2 виступає замість температури теплоносія tт:

ln B2 = 2 [K (t1,2 - t0) / QL - Rн]

Обчислення робляться аналогічним чином, і товщина другого теплоізоляційного шару вважається за тією ж формулою:

2 = dіз2 (B2 - 1) / 2

Такі непрості розрахунки вести вручну дуже важко, при цьому втрачається багато часу, адже протягом всієї траси трубопроводу його діаметри можуть змінюватися кілька разів. Тому, щоб заощадити трудовитрати і час на обчислення товщини ізоляції технологічних і мережевих трубопроводів, рекомендується користуватися персональним комп'ютером і спеціалізованим програмним забезпеченням. Якщо ж таке відсутнє, алгоритм розрахунку можна внести в програму Microsoft Exel, при цьому швидко і успішно отримувати результати.

Метод визначення за заданою величиною зниження температури теплоносія

Матеріали для ізоляції

Матеріали для теплоізоляції труб по СНиП.

Завдання такого роду часто ставиться в тому випадку, якщо до кінцевого пункту призначення транспортується середовище має дійти по трубопроводах з певною температурою. Тому визначення товщини ізоляції потрібно зробити на задану величину зниження температури. Наприклад, з пункту А теплоносій виходить по трубі з температурою 150 C, а в пункт Б він повинен бути доставлений з температурою не менше 100 C, перепад не повинен перевищити 50 C. Для такого розрахунку в формули вводиться довжина l трубопроводу в метрах.

Спочатку слід знайти повний опір теплопередачі Rп всій теплоізоляції об'єкта. Параметр вираховується двома різними способами в залежності від дотримання наступного умови:

Якщо значення (tт.нач - tпро) / (Tт.кон - tпро) Більше або дорівнює числу 2, то величину Rп розраховують за формулою:

Rп = 3.6Kl / GC ln [(tт.нач - tпро) / (Tт.кон - tпро)]

У наведених формулах:

  • K - безрозмірний коефіцієнт додаткових втрат теплоти через кріпильні елементи або опори (Таблиця 1);
  • tт.нач - початкова температура в градусах середовища, що транспортується або теплоносія;
  • tпро - температура навколишнього середовища, C;
  • tт.кон - кінцева температура в градусах середовища, що транспортується;
  • Rп - повне теплове опір ізоляції, (м2 C) / Вт
  • l - довжина траси трубопроводу, м;
  • G - витрата середовища, що транспортується, кг / год;
  • С - питома теплоємність цього середовища, кДж / (кг C).
Теплоізоляція сталевої труби

Теплоізоляція сталевої труби з базальтового волокна.

В іншому випадку вираз (tт.нач - tпро) / (Tт.кон - tпро) Менше числа 2, величина Rп вираховується таким чином:

Rп = 3.6Kl [(tт.нач - tт.кон) / 2 - tпро ]: GC (tт.нач - tт.кон)

Позначення параметрів такі ж, як і в попередній формулі. Знайдене значення термічного опору Rп підставляють в рівняння:

ln B = 2 (Rп - Rн), Де:

  • - коефіцієнт теплопровідності утеплювача, Вт / (м C);
  • Rн - опір теплопередачі на зовнішній поверхні ізоляції, (м2 C) / Вт.

Після чого знаходять числове значення В і роблять розрахунок ізоляції по знайомій формулою:

= dз (B - 1) / 2

У даній методиці прорахунку ізоляції трубопроводів температуру навколишнього середовища tпро слід приймати по середній температурі найхолоднішою п'ятиденки. Параметри До і Rн - за наведеними вище таблицями 1,2. Більш розгорнуті таблиці для цих величин є в нормативній документації (будівельні норми 41-03-2003, Звід Правил 41-103-2000).

Метод визначення по заданій температурі поверхні шару, що утеплює

Дана вимога актуально на промислових підприємствах, де різні трубопроводи проходять всередині приміщень і цехів, в яких працюють люди. У цьому випадку температура будь нагрітої поверхні нормується відповідно до правил охорони праці, щоб уникнути опіків. Розрахунок товщини теплоізоляційної конструкції для труб діаметром понад 2 м виконується відповідно до формули:

Формула визначення товщини теплоізоляції

Формула визначення товщини теплоізоляції.

= (tт - tп) / (tп - t0), Тут:

  • - коефіцієнт тепловіддачі, приймається за довідковими таблицями, Вт / (м2 C);
  • tп - нормована температура поверхні теплоізоляційного шару, C;
  • інші параметри - як в попередніх формулах.

Розрахунок товщини утеплювача циліндричної поверхні проводиться за допомогою рівняння:

ln B = (dз + 2 ) / dтр = 2 Rн (tт - tп) / (Tп - t0)

Позначення всіх параметрів як в попередніх формулах. За алгоритмом даний прорахунок схожий з обчисленням товщини утеплювача по заданому тепловому потоку. Тому далі він виконується точно так само, кінцеве значення товщини теплоізоляційного шару знаходять так:

= dз (B - 1) / 2

Запропонована методика має деяку похибка, хоча цілком допустима для попереднього визначення параметрів шару, що утеплює. Більш точний розрахунок виконується методом послідовних наближень за допомогою персонального комп'ютера і спеціалізованого програмного забезпечення.

Відповідність параметрів і матеріалу утеплювача вимогам СНиП

шкаралупа ППУ

Схема ізоляції труби шкаралупою ППУ.

Розрахунок ізоляції для технологічних або мережевих трубопроводів за методом нормованої щільності теплового потоку передбачає, що його значення qL відомо. У таблицях і додатках до СНиП 41-03-2003 наведені ці значення, як і величини коефіцієнта До додаткових втрат. Слід правильно користуватися цими таблицями, так як вони складені для об'єктів, що перебувають в європейському регіоні Російської Федерації. Для визначення нормованого теплового потоку трубопроводів, що будуються в інших регіонах, його значення необхідно множити на спеціально введений для цього коефіцієнт. У додатку СНиП вказані величини цих коефіцієнтів для кожного регіону з урахуванням способу прокладки трубопроводу.

При виборі ізоляції трубопроводів різного призначення потрібно звертати увагу на матеріал, з якого вона виготовлена. Нормативна документація регламентує застосування горючих матеріалів різних груп горючості. Наприклад, теплоізоляційні вироби групи горючості Г3 та Г4 не можуть застосовуватись на об'єктах:

  1. У зовнішньому технологічному обладнанні, виключаючи ті установки, які стоять окремо.
  2. При спільному прокладанні з іншими трубопроводами, які переміщують горючі гази або рідини.
  3. При загальній прокладці в одному тунелі або естакаді з електричними кабелями.
  4. Заборонено застосовувати такі утеплювачі на трубопроводах усередині будівель. Виняток - будівлі IV ступеня вогнестійкості.

Перш ніж приступати до виконання такого серйозного і непростого розрахунку, слід переконатися, що обраний теплоізоляційний матеріал для труб відповідає всім вимогам нормативної документації стосовно даному об'єкту.

В іншому випадку обчислення доведеться виробляти кілька разів.


» » » Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов