Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №9 (143) март 2017 г.

Дата публикации: 04.03.2017

Статья просмотрена: 309 раз

Библиографическое описание:

Суханова К. И., Ильин В. В. Технико-экономический расчет теплоизоляционных материалов тепловых сетей города Тюмени // Молодой ученый. — 2017. — №9. — С. 91-96. — URL https://moluch.ru/archive/143/40178/ (дата обращения: 19.04.2018).



В статье рассмотрена теплотрасса в микрорайоне № 3 жилого района Тюменский» г. Тюмени. В качестве источника теплоты используется ТЭЦ-2. Проведен анализ теплоизоляционных материалов, представленных на рынке. Выявлены наименьшие потери тепла трубопроводов.

Ключевые слова: тепловая изоляция, термическое сопротивление, удельные тепловые потери, приведенные затраты

В нашей стране системы централизованного теплоснабжения обеспечивают около 75 % всех потребителей тепла. Для транспортировки тепла к потребителям используют трубопроводы — тепловые сети (их насчитывается от 160 тыс. и до 260 тыс. км) только в Тюмени насчитывается 70 километров магистральных тепловых сетей и 340 километров внутриквартальных. Во избежание больших теплопотерь трубопроводы должны быть теплоизолированными. Благодаря тепловой изоляции тепловые потери снижаются в 5–10 раз и более по сравнению с неизолированными теплопроводами и при транспортировке теплоносителя на большие расстояния составляют порядка 3–8 % от общей тепловой нагрузки. При этом обеспечивается допустимая температура изолируемой поверхности, что облегчает условия труда обслуживающего персонала. Одновременно со снижением тепловых потерь уменьшается падение температуры теплоносителя вдоль теплопровода, что повышает качество теплоснабжения. Виды тепловой изоляции тепловых сетей весьма разнообразны и от сюда возникает вопрос: какой из видов теплоизоляционных материалов наиболее эффективен, и экономичен?

Итак, изоляция трубопроводов очень разнообразна, а также должна соответствовать определенным нормам [1]. Эффективная тепловая изоляция трубопроводов тепловых сетей является одним из ключевых факторов надежной работы и функционирования объектов энергетики, жилищно-коммунального хозяйства и промышленности. Для решения поставленного вопроса был произведен расчет тепловых сетей при температурном графике 150–70 градусов. На основании расчетов были определены тепловые нагрузки и расходы теплоносителя, расчетные диаметры трубопроводов в соответствии с гидравлическим расчетом микрорайона № 3 жилого района Тюменский» г.Тюмень, и находятся в диапазоне от 76 до 219 [2, с.182].

Таблица 1

Расчетные диаметры тепловых сетей

Диаметр, мм

Длина, мм

1

2

76

444

89

381

108

222

133

152

159

190

219

140

В соответствии с [1] Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов, должна отвечать следующим требованиям:

‒ Энергоэффективности

‒ Эксплуатационной надежности и долговечности

‒ Безопасности для окружающей среды и обслуживающего персонала при эксплуатации и утилизации

Материалы, используемые в теплоизоляционных конструкциях, не должны выделять в процессе эксплуатации вредные, пожароопасные и взрывоопасные, неприятно пахнущие вещества, а также болезнетворные бактерии, вирусы и грибки, в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации, установленные в санитарных нормах.

Для анализа были взяты три изоляционных материала: пенополиуретан [4,с.113], армопенобетон, [5,с.155] битумоперлит [5,с.162];

Основные характеристики изоляционных материалов приведены в таблице 2;

Таблица 2

Технические характеристики теплоизоляционных материалов

Изоляционный материал

Условный проход трубопрово­да, мм

Средняя плотность, кг/м3

Теплопро­водность, Вт/м

Макс. температура применения,

Предел прочности при сжатии, МПа

Пенополиуретан

50–1000

60–80

0,029

150

0,3

Армопенобетон

50–1400

200–250

0,12

300

0,5

Битумоперлит

40–426

350–450

0,11

150

0,5

Основные геометрические характеристики бесканальной прокладки для различных видов теплоизоляционных конструкций представлены на рисунке 1.

Рис 1. Конструкция бесканальной прокладки тепловых сетей для различных видов изоляции

Таблица 3

Геометрические размеры прокладки тепловых сетей

Изоляционный материал

dу,мм

dп/do, мм

b, мм

h

Пенополиуретан

76

150/150

320

0,7

89

150/150

320

0,7

108

180/180

400

0,7

133

205/205

400

0,7

159

257/257

440

0,7

219

309/309

520

0,7

Армопенобетон

76

150/150

350

0,7

89

160/160

350

0,7

108

180/180

400

0,7

133

205/205

500

0,7

159

257/257

500

0,7

219

309/309

550

0,7

Битумоперлит

76

120/120

280

0,7

89

120/120

280

0,7

108

120/120

400

0,7

133

120/120

400

0,7

159

120/120

400

0,7

219

120/120

540

0,7

Далее производится теплотехнический расчет рассматриваемых теплоизоляционных материалов, при глубине заложения 0,7метров.

Термические сопротивления изоляции, грунта и термическое сопротивление взаимного влияния теплопроводов при двухтрубной прокладке тепловых сетей определятся следующим образом:

Термическое сопротивление теплоизоляции:

Rиз м2/Вт; (1)

где, -теплопроводность грунта Вт/м

- наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;

-наружный диаметр трубопровода, м;

Термическое сопротивление грунта определяется по формуле Форхгеймера.

При малом заложении трубопродов тепловых сетей при h/d <2

где, h — глубина заложения труб, м;

d- диаметр изолированного трубопровода, м;

(2)

где, приведенная глубина заложения равна: ; (3)

где, hд действительная глубина заложения трубопровода, м;

hф толщина фиктивного слоя, м;

Толщина фиктивного слоя:

hф (4)

где, -теплопроводность грунта Вт/м;

-, коэффициэнт теплоотдачи грунта Вт/м2

При большом заложении h/d ≥ 2 сопротивление грунта определяется:

м2/Вт; (5)

где, h-глубина заложения, м;

-теплопроводность грунта, Вт/м;

d- диаметр изолированного трубопровода, м;

Общее сопротивление грунта и изоляции:

м2/Вт; (6)

Термическое сопротивление взаимного влияния теплопроводов при двухтрубной прокладки определяем по формуле Шубина Е. П.:

м2/Вт; (7)

где, h-глубина заложения трубопровода, м;

b — расстояния между осями соседних трубопроводов, м

Результаты расчета сведены в таблицу 4;

Таблица 4

Термические сопротивления

Обозначение

Значения

Пенополиуретан

dн,мм

76

89

108

133

159

219

dп/ dо,мм

150/150

150/150

180/180

205/205

257/257

309/309

Rиз, м2/Вт

5,93

5,37

5,38

5,12

5,28

4,83

h/d, м

3,12

2,95

2,43

2,07

1,68

1,32

hф

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

hпр

0,82

0,82

0,82

0,82

0,82

0,82

Rгр, м2/Вт

0,18

0,17

0,16

0,15

0,13

0,11

Rсиг, м2/Вт

6,11

5,55

5,54

5,27

5,41

4,94

R0, м2/Вт

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

Армопенобетон

dн,мм

76

89

108

133

159

219

dп/ dо,мм

150/150

160/160

180/180

205/205

257/257

309/309

Rиз, м2/Вт

1,60

1,64

1,38

1,23

1,08

0,97

h/d, м

2,74

2,28

2,28

2,07

1,94

1,53

hф

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

hпр

0,82

0,82

0,82

0,82

0,82

0,82

Rгр, м2/Вт

0,17

0,15

0,15

0,14

0,14

0,12

Rсиг, м2/Вт

1,77

1,80

1,54

1,39

1,22

1,10

R0, м2/Вт

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

Битумоперлит

dн,мм

76

89

108

133

159

219

dп/ dо,мм

120/120

120/120

120/120

120/120

120/120

120/120

Rиз, м2/Вт

1,37

1,23

1,08

0,93

0,81

0,63

h/d, м

3,57

3,49

3,07

2,76

2,50

2,06

hф

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

0,12

hпр

0,82

0,82

0,82

0,82

0,82

0,82

Rгр, м2/Вт

0,19

0,18

0,18

0,17

0,16

0,15

Rсиг, м2/Вт

1,56

1,42

1,26

1,10

0,98

0,78

R0, м2/Вт

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

0,04

Следующим этапом определяются удельные тепловые потоки для двухтрубной бесканальной прокладки по формулам:

Удельные потери тепла через изоляционную конструкцию тепловых сетей для подающего и обратного трубопровода:

q1Вт; (8)

q2, Вт; (9)

где, -среднегодовая температура теплоносителя подающего трубопровода;

-среднегодовая температура теплоносителя обратного трубопровода;

-температура окружающего воздуха;

- термическое сопротивление подающего трубопровода, м2/Вт;

- термическое сопротивление обратного трубопровода, м2/Вт;

Среднегодовая температура теплоносителя , определяются следующим образом:

=, (10)

=, (11)

где,,,- температура теплоносителя в подающем трубопроводе с интервалом температуры наружного воздуха в 5 ,;

,,- температура теплоносителя в обратном трубопроводе с интервалом температуры наружного воздуха в 5 ,;

nn- продолжительность стояния температуры наружного воздуха с интервалом в 5 гр.;

m- длительность работы теплопровода 8400 ч/год;

Определим суммарный удельный тепловой поток для каждого диаметра:

, Вт; (12)

где, , Вт

, Вт;

Общий тепловой поток по длине трубопровода конкретного диаметра определяется:

, Вт; (13)

где, - суммарный удельный тепловой поток, Вт;

, м

Результаты расчета сведены в таблицу 5.

Таблица 5

Тепловые потери трубопроводов

Обозначение

Значение

Пенополиуретан

dн,мм

76

89

108

133

159

219

q1, Вт

18,76

20,65

20,68

21,75

21,18

23,16

q2, Вт

12,99

14,29

14,31

15,05

14,66

16,03

qобщ, Вт

31,75

34,94

34,99

36,80

35,84

39,19

ql, Вт

14097,00

13315,95

7767,78

5595,12

6809,60

5643,36

Армопенобетон

dн,мм

76

89

108

133

159

219

q1, Вт

63,76

62,99

73,22

81,26

91,79

101,89

q2, Вт

43,55

43,06

49,87

55,21

62,21

68,75

qобщ, Вт

107,31

106,05

123,09

136,47

154,00

170,64

ql, Вт

45650,10

40405,1

27325,98

20743,44

29260,00

24572,16

Битумоперлит

dн,мм

76

89

108

133

159

219

q1, Вт

72,38

79,37

89,91

101,82

112,93

142,08

q2, Вт

49,31

59,95

60,58

68,81

74,71

94,85

qобщ, Вт

121,69

138,32

150,49

170,63

187,64

236,93

ql, Вт

54030,36

50794,92

33277,80

25935,76

30022,4

34117,92

По данным таблицы очевидно, что наименьшие теплопотери соотвественно у пенополиуретана.

Для определения стоимости тепловой изоляции был выполнен технико-экономический расчет

Объем изоляционного материала:

, м3/м; (14)

где, - наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, мм

-толщина изоляции, мм

Капитальные вложения в тепловую изоляцию считаем без учета покровного слоя, поскольку для всех трех видов изоляции он будет одинаков:

(15)

где, -объём тепловой изоляции, м3

-стоимость изоляции, руб/м3

Капитальные вложения в тепловую изоляцию общая

, 1/год; (16)

где, -капитальные вложения в подающий трубопровод,;

- капитальные вложения в обратный трубопровод,

Приведенные затраты на потери тепла:

где, -затраты на тепловую энергию, руб/ГДж;

qобщ-суммарный тепловой поток;

m- длительность работы теплопровода 8400 ч/год;

(18)

где, Еи — коэффициент эффективности капитальных вложений 1/год;

– доля годовых отчислений на эксплуатацию тепловой изоляции 1/год;

Общие затраты на изоляцию определим по формуле:

, руб./год; (19)

где, -затраты на 1 метр изоляции, руб.;

-длина трубопровода, м;

Результаты расчета приведены в таблице 6;

Таблица 6

Технико-экономический расчет

Обозначение

Значение

Пенополиуретан

dн, мм

76

89

108

133

159

219

Vи, м3/м

0,24

0,23

0,27

0,33

0,54

0,66

Kи, руб/год

11,12

10,76

12,96

15,55

24,72

30,27

Ки*, руб/год

22,24

21,53

25,93

31,11

49,45

60,57

Sпт, руб/год

1,23

1,35

1,35

1,42

1,38

1,51

(fии)·Ки*,1/год

4,67

4,52

5,44

6,53

10,38

12,74

Зпр,руб/год

5,90

5,87

6,80

7,95

11,77

14,23

, руб/год

2620

2238

1510

1209

2237

2049

, руб/год

11863

Армопенобетон

dн, мм

76

89

108

133

159

219

Vи, м3/м

0,62

0,90

0,92

1,26

1,24

1,98

Kи, руб/год

26,81

38,33

38,96

52,81

52,35

82,30

Ки*, руб/год

53,63

76,66

77,93

105,62

104,71

164,61

Sпт, руб/год

4,15

4,10

4,76

5,28

5,96

6,60

(fии)·Ки*,1/год

11,26

16,09

16,36

22,18

21,98

34,56

Зпр,руб/год

15,41

20,20

21,13

27,46

27,95

41,17

, руб/год

6842

7696

4712

4174

5310

5928

, руб/год

34662

Битумоперлит

dн, мм

76

89

108

133

159

219

Vи, м3/м

0,37

0,42

0,49

0,59

0,59

0,91

Kи, руб/год

16,36

18,40

21,39

25,33

25,50

38,86

Ки*, руб/год

32,72

36,81

42,79

50,66

51,00

77,72

Sпт, руб/год

4,71

5,16

5,80

6,60

7,26

9,17

(fии)·Ки*,1/год

6,87

7,73

8,98

10,63

10,71

16,32

Зпр,руб/год

11,58

12,89

14,78

17,24

17,97

25,49

, руб/год

5142

4912

3281

2625

3415

3671

, руб/год

23046

Вывод

Одним из важных направлений эффективности теплоснабжения в современных системах является снижение тепловых потерь в тепловых сетях. Анализ свойств теплоизоляционных материалов показал, что самым эффективным и не дорогим является пенополиуретан.

Литература:

1. СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

2. Соколов Е. Я. «Теплофикация и тепловые сети» –М.: МЭИ, 2009.-472с

3. СП 124.13330.2012 «Тепловые сети».

4. Типовые решения прокладки трубопроводов тепловых сетей в пенополимерминеральной (ппм) изоляции ATP 313.ТС-014.000, Москва 2005 -128с.

5. О. Н. Мельников В. Т. Ежов А. А. Блоштейн «Справочник монтажника сетей теплогазоснабжения» 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1980–206с.

Основные термины (генерируются автоматически): тепловых сетей, трубопроводов тепловых сетей, теплоизоляционных материалов, тепловых потерь, тепловых сетях, изоляция трубопроводов тепловых, изоляции тепловых сетей, диаметры тепловых сетей, магистральных тепловых сетей, жилого района Тюменский», расчет тепловых сетей, тепловые потери, централизованного теплоснабжения, тепловая изоляция, прокладки трубопроводов тепловых, снижением тепловых потерь, тепловых сетях централизованного, снижение тепловых потерь, тепловой изоляции тепловые, анализ теплоизоляционных материалов.

Ключевые слова

термическое сопротивление, тепловая изоляция, удельные тепловые потери, приведенные затраты

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос