5.5 Гидравлический и тепловой расчет теплопроводов

Расчет наружных тепловых сетей заключается в определении диаметров трубопроводов и потерь давления (напора) по всей длине сети и на определенных ее участках, а также давлений в различных точках, толщины слоя тепловой изоляции, удельных потерь теплоты, определения падения температуры теплоносителя. Расчет тепловых сетей основывается на максимальных часовых расходах теплоносителей.

Внутренний диаметр трубопровода определяется по формуле:

, (68)

где V_с – секундный расход теплоносителя, протекающий по трубопроводу, м³/с;

ω – допустимые скорости теплоносителей,м/с (принимаем по таблице 32).

Таблица 32 Допустимые скорости теплоносителей.

Диаметр трубопровода	Скорость ω, м/с
dу, мм	Горячая вода	Конденсат	Перегретый пар	Насыщенный пар
до 200 мм более 200 мм	0,5…1,15 2,5	1,0…1,5 2,5	40 60	25 40

Секундный объемный расход влажного насыщенного пара определяем по формуле:

V_c=v_x·D_c , (69)

где v_x – удельный объем влажного насыщенного пара, м³/кг;

D_c – максимальный секундный расход пара, кг/с.

По расчетному значению d_вн подбирается ближайший по ГОСТ больший диаметр теплопровода (приложения Д, Е, З).

Тепловой поток при теплопотерях, Вт, рассчитывают по формуле:

Ф=q_l·l·β_т, (70)

где q_l – линейная плотность теплового потока, Вт/м;

l – длина трубопровода, м;

β_т – поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные тепловые потери компенсаторами, опорами, арматурой (для бесканальной подземной прокладки принимаем равным 1,15; для канальной – 1,2 и для надземных трубопроводов – 1,25).

Линейная плотность теплового потока:

q_l=(t-t₀)/R, (71)

где t – расчетная температура теплоносителя, ⁰С;

t₀ – расчетная температура окружающей среды, ⁰С;

R – полное термическое сопротивление теплопровода, (м·К)/Вт.

При тепловом расчете следует принимать за расчетную температуру теплоносителя:

- для водяных тепловых сетей – среднегодовую температуру горячей воды;

- для паровых тепловых сетей – максимальную температуру водяного пара;

- для конденсатопроводов и сетей горячего водоснабжения – максимальную температуру конденсата или воды.

В качестве расчетной температуры наружного воздуха при надземной прокладке принимаем среднегодовую температуру наружного воздуха, а при подземной бесканальной прокладке принимается равной естественной температуре грунта на уровне оси трубопроводов +3…+5⁰С; при канальной подземной прокладке принимается равной температуре воздуха в канале (25…30⁰С).

Температура поверхности изоляции принимается равной 40⁰С.

Термическое сопротивление теплоизолированных теплопроводов при надземной и подземной канальной прокладке R, (м·К)/Вт:

R=R_из+R_н, (72)

где R_н –термическое сопротивление теплоотдачи на наружной поверхности, (м·К)/Вт;

R_из – термическое сопротивление теплоизоляционного материала, (м·К)/Вт.

; (73)

, (74)

где d_н и d_в – наружные и внутренние диаметры теплоизоляционного материала, м;

α_н.п. – коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности теплоизоляционного материала, Вт/(м²·К).

При прокладке теплопроводов на открытом воздухе:

, (75)

где ω – скорость ветра, м/с (принимается по приложению А для данной местности).

При канальной прокладке α_н.п зависит от естественной конвекции воздуха в канале и его можно определить по формуле:

α_н.п=9,8+0,052·(t_п-t_о), (76)

где t_п и t_о – соответственно температуры поверхности изоляционного слоя и окружающей среды, ⁰С;

λ_из – теплопроводность изоляционного материала, Вт/(м·К) (приложение Б).

Линейная плотность теплового потока q_l сравнивается с нормативными (приложение В) и при условии q_еq_н, Вт/м, принятая изоляция и ее толщина удовлетворяют требованиям, т.е. расчет выполнен верно.

При бесканальной подземной прокладке теплопроводов R определяем по формуле:

R=R_из+R_гр, (77)

где R_гр – термическое сопротивление почвы, (мК)/Вт:

если h/d_н.и. 2 (78)

и , при h/d_н.и. 2 (79)

где _гр – теплопроводность почвы, Вт/(мК);

h – глубина закладки оси трубопровода, м.

Теплопроводность грунта зависит от его вида, плотности и влажности. Для песчаных почв _гр =1,1 Вт/(мК), для глинистых – 1,75 и для высоковлажных – 2,3, водо-насыщенных – 3,4 Вт/(мК).

Для двухтрубного теплопровода определяется дополнительное условное термическое сопротивление возникающее в результате тепловой интерференции потерь тепла каждый трубой

, (80)

где в – расстояние между осями трубопроводов по горизонтали, м (в=1,2…1,51) d_н.и.).

Суммарное теоретическое сопротивление

R=R_и+R_гр+R_ус. (81)

Расчетные потери сравниваются с нормативными и должны удовлетворять условию q_lq_н.