Теплоспутники для трубопроводов что это
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Теплоспутник
Теплоспутники должны предусматриваться для обогрева наружных трубопроводов, которыми обеспечивается периодическая подача конденсирующихся или замерзающих продуктов, а также для всех трубопроводов, транспортирующих застывающие среды, независимо от режима их подачи и места расположения трубопровода. [1]
Трубопроводы теплоспутников собираются на сварке. Для материалопроводов, собираемых на фланцах, теплоспутники также собираются из отдельных секций на фланцах. [3]
Стеклотрубопроводы с теплоспутниками прокладывают, как правило, в коробе, покрытом тепловой изоляцией. [5]
Замерзание воды в теплоспутниках приводит, как правило, к прекращению транспортирования продуктов по необогреваемым трубопроводам, а следовательно, и к остановке производства; замерзание, зачастую сопровождающееся разрушением спутников, является аварией. [7]
В качестве теплоносителя для теплоспутников может применяться перегретая вода или пар. Использование перегретой воды по сравнению с паром более экономично и удобно в эксплуатации. [8]
При большой протяженности подогрев при помощи теплоспутников естественно будет иметь высокую стоимость, поэтому для магистральных трубопроводов он не применяется. [9]
Наружные трубопроводы газробразного хлора во избежание конденсации необходимо прокладывать с теплоспутниками и изоляцией. В качестве теплоносителя следует применять горячую воду. [14]
Применение горячей воды возможно при наличии на предприятии бойлерной, круглогодично обеспечивающей теплоспутники ма-гериалопроводов горячей водой. [15]
Блог Ижевска
Труба стальная со спутником
Трубопровод, по которому перемещаются быстро застывающие вещества (олеум, нефть и бензол), монтируют с помощью специальных труб спутников. Обогреваемые трубопроводы отличаются тем, что в них осуществляется поддержка стабильной температуры. В роли теплоносителя выступает пар, горячая воды. Чтобы предоставить защиту от влияния факторов внешней среды, выполняется общая изоляция основных труб и спутников.
Особенности выбора
Использование стальных труб со спутником поясняется климатическими условиями, техническими требованиями проектов. Важно отметить, что пользоваться подобными спутниками очень выгодно и практично. Чтобы подобрать правильное изделие, следует обратить внимание на следующие нюансы, показатели:
Спутники бывают нескольких видов, они различаются по конструкциям. Представлены:
Наиболее популярными являются одиночные стальные трубы со спутниками, которые прокладываются параллельно залеганию трубопровода в одном канале. Если речь идет о подогреваемом трубопроводе, то придется использовать спутник с меньшим диаметром. Для надежной фиксации применяются специальные хомуты, приварка к трубопроводу и вязальная проволока. Крепеж осуществляется каждые 0,5 м. Чтобы ремонтные работы проводились просто и без лишних проблем, предусмотрены фланцевые разъемы.
Специфика и область эксплуатации
Трубопровод со спутником – это стальная труба, которая прокладывается параллельно главному обогреваемому трубопроводу, где перемещается бензол, нефть, олеум. Конструкция спутника может быть самой разной. В процессе закладки используются теплоотражающие экраны и теплопередающие пасты. Именно они позволяют предоставить максимальную передачу тепла на тело труба.
Главная цель внешней тепловой изоляции заключается в том, чтобы избежать потерю тепла со спутника. Изготовление теплоизолированных конструкций подразумевает проведение закладки нескольких спутников. Использование стальных труб со спутником помогает уменьшить эксплуатационные затраты в процессе обслуживания, контроля за теплоносителем.
Надежность гарантируется следующими свойствами:
Таким образом, трубы со спутниками помогают предотвратить замерзание жидкости в процессе транспортировки. Обширный выбор размеров, видов позволяет решать любые производственные задачи в кратчайшие сроки и без особых затрат.
Теплоспутники для трубопроводов что это
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМ ОБОГРЕВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ И ОБОРУДОВАНИЯ НА ОТКРЫТЫХ ПЛОЩАДКАХ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Дата введения 1983-01-01
ВНЕСЕНЫ институтом Гипропласт
УТВЕРЖДЕНЫ Минхимпромом 1 сентября 1982 г.
ВЗАМЕН 
«Указания по проектированию систем обогрева технологических трубопроводов и оборудования на открытых площадках в химической промышленности» разработаны институтом Гипропласт в соответствии с координационным планом пересмотра действующих и разработки новых ведомственных нормативных документов, утвержденным Минхимпромом 03.12.80 г.
«Указания» базируются на отраслевых нормативах по состоянию на 1 июля 1982 г.
При замене отраслевых нормативов последующими изданиями внесенные в них изменения должны учитываться при проектировании.
С вводом в действие настоящих «Указаний» теряют силу «Указания по проектированию систем обогрева трубопроводов и оборудования в условиях минусовых температур» Минхимпрома ВСН 2-72.
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. «Указания по проектированию систем обогрева технологических трубопроводов и оборудования на открытых площадках в химической промышленности» регламентируют основные технические решения в проектах систем обогрева, в которых в качестве теплоносителя применяется горячая вода или пар, и являются дополнением к «Инструкции по установке технологического оборудования на открытых площадках в химической промышленности» ВСН 3-80 Минхимпрома и обязательны для научно-исследовательских, проектных, конструкторских организаций и предприятий (заводов) Минхимпрома при разработке проектов строительства новых и реконструкции действующих производств.
1.2. Целесообразность проектирования производства на открытых площадках, а также выноса из зданий оборудования и технологических трубопроводов, когда для их нормальной эксплуатации в этих условиях потребуется дополнительный обогрев, должна быть подтверждена технико-экономическим анализом с учетом сопоставления приведенных затрат вариантов размещения и эксплуатации производства (или его части) на открытой площадке и в здании.
ПРИМЕЧАНИЕ. Под приведенными затратами следует понимать сумму годовых эксплуатационных затрат +0,15 стоимости капитальных вложений.
1.3. При проектировании систем обогрева стальных технологических трубопроводов и оборудования на открытых площадках (далее по тексту «систем обогрева») необходимо строго руководствоваться действующими «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды» и другими действующими правилами безопасности, инструкциями и нормами.
1.4. В отдельных случаях, когда при проектировании «систем обогрева» возникает необходимость частичного отступления от требований настоящих «Указаний», эти отступления при соответствующем обосновании могут быть допущены по разрешению руководства Министерства.
2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ «УКАЗАНИЙ»
2.1. Область применения «Указаний» и назначения «систем обогрева» определяются:
2.1.1. Возможностью применения для «систем обогрева» в качестве теплоносителей горячей воды и водяного пара.
2.1.2. Необходимостью обогрева оборудования и технологических трубопроводов с положительными температурами для создания нормальных условий работы производства на открытых площадках.
2.1.3. Недопустимостью замерзания (застывания) продуктов при работе производства в любом диапазоне производительности.
2.1.4. Недопустимостью создания аварийной ситуации при временной остановке производства при минусовых температурах.
ПРИМЕЧАНИЕ. Необходимость обогрева оборудования и технологических трубопроводов, временная остановка или отключение которых в условиях минусовых температур возможны без создания на производстве аварийной ситуации, должна определяться конкретными условиями эксплуатации и последствиями такой остановки.
2.1.5. Необходимостью предотвращения замерзания конденсата (в том числе выпадающего) при низких температурах, если невозможна или технически неоправдана предварительная осушка газов.
2.1.6. Устранением недопустимого повышения вязкости продукта при его транспортировке по трубопроводу.
2.1.7. Обеспечением постоянной температуры продукта при его транспортировке по трубопроводу на требуемые расстояния.
2.1.8. Применением теплоизоляции в соответствии с требованиями «Инструкции по проектированию тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий» СН 542-81 и «Инструкции по расчету и проектированию теплоизоляционных конструкций продуктопроводов, обогреваемых паровыми и водяными спутниками» ВСН 168-76 Минмонтажспецстроя СССР.
2.2. «Указания» не распространяются на проектирование:
— систем дополнительного нагрева продуктов в технологических трубопроводах до требуемых по технологии производства температур;
— производств с применением аппаратов и трубопроводов из неметаллических материалов;
— систем обогрева «труба в трубе».
2.3. При проектировании «систем обогрева» в районах строительства с сейсмичностью более 7 баллов следует учитывать особые требования, предъявляемые к строительству в этих районах согласно СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах».
2.4. Не допускается применять в качестве теплоносителя горячую воду или пар в системах обогрева трубопроводов и оборудования, содержащих продукты, контакт с которыми воды или пара может привести к пожару или взрыву. В этих случаях должен применяться другой безопасный теплоноситель.
2.5. «Системы обогрева» должны проектироваться исходя из условий их максимальной технологичности, энергоэкономичности и минимальной металлоемкости.
2.6. При проектировании «систем обогрева» оборудование и технологические трубопроводы рекомендуется группировать, выделяя при этом:
— оборудование и технологические трубопроводы, в которых вне зависимости от погодных условий необходимо поддерживать требуемую по технологии температуру продуктов;
— оборудование и технологические трубопроводы с замерзающими в условиях открытых площадок продуктами.
2.7. Систему обогрева по требуемым температурам продуктов и систему обогрева для исключения замерзания продуктов рекомендуется проектировать раздельными.
2.7.1. Система обогрева для предотвращения замерзания продуктов должна иметь централизованные цеховые устройства для отключения теплоносителей на период, когда замерзание продуктов на открытых площадках по погодным условиям исключается.
2.7.2. Сложные «системы обогрева» рекомендуется разделять на отдельные узлы обогрева.
2.8. Обогрев технологического трубопровода следует предусматривать только тогда, когда исходного теплового потенциала продукта при перекачке по теплоизолированному трубопроводу недостаточно для сохранения в допустимых пределах его свойств, параметров и транспортабельности.
2.8.1. Во всех случаях должно быть произведено технико-экономическое сопоставление способов поддержания режима нормальной эксплуатации:
— за счет теплоизоляции технологического трубопровода по трассе;
— за счет предварительного нагрева продукта в цеховом теплообменнике в исходной точке (если это допустимо по свойствам продукта) с теплоизоляцией трубопровода по трассе;
— за счет предварительного нагрева продукта в цеховом теплообменнике в исходной точке и прокладки спутника (или только за счет прокладки спутника) с теплоизоляцией по трассе.
2.8.2. В технически обоснованных случаях, для исключения «систем обогрева» технологических трубопроводов с замерзающими (застывающими) продуктами, проектом должна предусматриваться непрерывная перекачка или рециркуляция продуктов, снижающая вероятность их замерзания (застывания).
2.8.3. Окончательный вариант обеспечения нормальной эксплуатации должен быть принят на основании анализа.
2.9. Вне зависимости от наличия обогрева обязательна теплоизоляция трубопроводов, по которым транспортируются замерзающие (застывающие) при расчетных температурах жидкие продукты, а также газообразные продукты, содержащие замерзающий при этих температурах конденсат, в том числе конденсат, выпадающий при транспортировке.
ПРИМЕЧАНИЯ. 1. Справочные нормы теплопотерь изолированными трубопроводами, которые следует рассматривать как максимально-допустимые, см. приложение N 1
2. Проектом должна быть определена экономически оправданная граница снижения теплопотерь за счет теплоизоляции.
Методику определения см. книгу Якадина «Конденсатное хозяйство промышленных предприятий» Госэнергоиздат 1973 г.
2.10. При использовании в качестве теплоносителя сетевой теплофикационной воды проектом должно предусматриваться максимальное использование ее теплового потенциала, однако при этом должна быть исключена возможность понижения температуры возвратной воды ниже уровня, предусмотренного температурным графиком.
2.11. Отбор теплоносителей из «систем обогрева» на технологические нужды не допускается.
2.11.1. Разрешается, если это допустимо по технологии производства и по технике безопасности, использование пара для разогрева остывшего и загустевшего во время остановки продукта. Для этих целей в проекте должны предусматриваться места подключений для отбора пара.
2.12. Степень автоматизации «систем обогрева» должна определяться требованиями технологического процесса с учетом условий эксплуатации в конкретном климатическом районе строительства и с учетом факторов экономичности.
2.13. Проектом должен предусматриваться учет теплоносителей отдельных видов и параметров по системе обогрева в целом (по производству, цеху, установке) и по ее отдельным наиболее энергоемким узлам и потребителям.
2.14. При разработке проекта обогрева шкафов КИПиА должны быть выполнены требования пунктов 3.11, 3.24, 3.27 «Инструкции по установке технологического оборудования на открытых площадках в химической промышленности» ВСН 3-80 Минхимпрома.
2.15. Для обогрева шкафов КИПиА должна, как правило, использоваться теплофикационная вода; использование для этих целей пара должно быть обосновано проектом.
2.16. Проектирование обогрева трубных проводок систем КИПиА (импульсных трубок) должно выполняться в соответствии с руководящим материалом Главмонтажавтоматики Минмонтажспецстроя СССР РМ 8-9-74.
2.17. Проектом должен предусматриваться дренаж «систем обогрева».
3. ВЫБОР ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
3.1. Выбор теплоносителя определяется назначением «системы обогрева» (см.п.2.1), а также технико-экономическим обоснованием принятой «системы обогрева» и опытом эксплуатации производств, аналогичных проектируемым.
3.2. В качестве теплоносителя для «систем обогрева» на открытых площадках может применяться горячая вода постоянных или переменных параметров или пар.
3.2.1. При необходимости поддержания температуры продукта не ниже 15 °С и для обогрева факельных трубопроводов до температуры не ниже 5 °С рекомендуется применять возвратный конденсат или горячую воду с температурой 90-70 °С, нагреваемую в цехах за счет вторичных энергетических ресурсов. Допускается применение теплофикационной воды по графику 150-70 °С либо 130-70 °С.
3.2.3. При необходимости поддержания температуры продукта выше 50 °С в качестве теплоносителя допускается применение водяного пара. При наличии систем промышленного теплоснабжения или специальной бойлерной, обеспечивающей горячую воду с постоянной температурой, вопрос использования воды или пара решается проектом.
3.3. При применении в качестве теплоносителя «системы обогрева» сетевой теплофикационной воды должен быть решен вопрос возможности ее получения или замены на летнее время.
3.4. В технически обоснованных случаях допускается проектирование специальных автономных контуров обогрева.
3.4.1. При наличии специальных требований к обогреву в автономных контурах обогрева разрешается замена воды антифризом, при этом, в случае необходимости, должны быть выполнены соответствующие мероприятия по технике безопасности.
3.5. В качестве теплоносителя в «системах обогрева» может также использоваться пар вторичного вскипания, или «мятый пар».
Указанный пар может использоваться при условии гарантии его непрерывной подачи и если его давление перед конденсатоотводчиком будет достаточным для отвода конденсата из системы.
3.6. Обогрев оборудования и технологических трубопроводов должен осуществляться, как правило, одним типом теплоносителя.
3.7. Количество параметров теплоносителя для обогрева должно быть минимальным.
3.8. Выбор параметров теплоносителя необходимо производить с учетом максимально и минимально допустимых температур для продукта и материалов оборудования и трубопроводов.
4. ТРЕБОВАНИЯ К РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ И СБОРНЫМ ТРУБОПРОВОДАМ
4.1. Для обогрева технологических трубопроводов и оборудования следует, как правило, предусматривать независимые друг от друга распределительные трубопроводы.
4.2. При небольшом количестве спутников технологических трубопроводов (до 10 шт.) допускается производить отбор теплоносителей для них от системы обогрева оборудования.
4.3. Для сбора теплоносителя от потребителей должны предусматриваться сборные трубопроводы, обеспечивающие автономность работы систем обогрева технологических трубопроводов и оборудования.
4.4. Распределительные и сборные трубопровода могут прокладываться по эстакадам совместно с технологическими трубопроводами на общих траверсах с соблюдением правил техники безопасности.
Расход теплоты при обогреве труб теплоспутниками
Колесник Иван Юрьевич, инженер проектировщик, проектный институт ООО «РН»-УфаНИПИнефть», отдел отопления и вентиляции.
В работе рассматриваются процессы теплообмена внутри изоляционного кожуха между греющим трубопроводом-спутником и обогреваемым продуктопроводом. Разработан и реализован алгоритм, который позволяет количественно определить составляющие этого теплообмена и получить эксплуатационные характеристики теплоизоляционной конструкции с теплоспутником. За основу алгоритма взят простой инженерный метод, описанный в [1] и основывающийся на методах расчета теплообмена теории подобия.
Очевидно, что при спутниковом обогреве часть тепла неизбежно теряется в окружающую среду, в связи с чем возникают естественные вопросы:
Задачи предлагаемого исследования:
1. Получить удобный метод расчета. Обеспечить возможность быстро получать технико-эксплуатационные характеристики систем спутникового обогрева (расход энергии, потери, их соотношение).
2. Оценить процессы теплопередачи в изоляционном кожухе.
3. Создать базу для корректного сравнения теплоспутникового и электрического обогрева трубопроводов.
Описание метода.
В данной работе использован инженерный метод, описанный в справочнике [1].
Метод основан на теории подобия и детальном расчете геометрических размеров сечения кожуха.
Теплопотери вычисляются по известной формуле
Самая важная составляющая – коэффициент теплоотдачи – определяется по параметрическим уравнениям связывающим числа подобия. Вид уравнений зависит от характера процесса (естественный, вынужденный и т.д.).
Для простейших случаев выведены формулы коэффициентов теплопередачи,
Для плоской поверхности 
Вычисление площади трубы или плоской поверхности тоже не представляет сложностей.
Наличие спутника изменяет геометрию сечения, для этого случая теоретических формул нет, определение площади поверхности тоже усложняется.
Идея метода – представить процесс, как сумму элементарных, теоретически описанных: через плоскости и дуги окружностей.
Выделены 5 таких элементарных направлений переноса тепла:
Все составляющие вычисляются по формуле (1).
Этот, своего рода, баланс представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Составляющие переноса теплоты в кожухе.
Формулы для коэффициентов теплопередачи приведены, величины необходимых коэффициентов теплоотдачи даны в описании метода [1] (можете видеть их справа в недоступных для редактирования ячейках); теплоотдачей внутри трубопровода, транспортирующего жидкую среду, в соответствии с указаниями [4] можно пренебречь. Определение геометрических параметров сводится к расчету треугольников, нахождению размеров и углов по их тригонометрическим функция по формулам из школьного курса в зависимости от расчетной схемы (формы) кожуха (таковых 6).
В [1] рекомендуется предусматривать зазор между спутником и изоляцией, величиной 10 мм. Не очень понятно, как осуществить это технически, в других источниках об этом не упоминается, однако возможность учесть этот зазор предусмотрена.
С учетом этих двух факторов (количество спутников и наличие зазора) выявлены и рассмотрены варианты расчетной схемы, представленные на рисунке 2. 
Рисунок 2 – Варианты расчетной схемы.
Зная диаметры и количество труб, можно определить телпопотери в местах, где труба покрыта изоляцией. Но для расчета величин теплообмена между воздухом в кожухе и трубами и между воздухом и окружающей средой (сквозь кожух) необходимо знать температуру в кожухе.
Все три составляющие зависят от температуры в кожухе, а их сумма представляет собой уравнение баланса (закона сохранения в этом кожухе).
Из этого уравнения температура в кожухе выражается в виде следующего выражения
Рисунок 3 – Составляющие теплового баланса изолированного воздушного объема в кожухе.
Форма этого выражения может несколько меняться в зависимости от количества составляющих баланса кожуха, которое определяется конструкцией кожуха.
Т.о., исходными данными являются
Результаты расчета таковы:
По величине тепловых потоков отдаваемых или воспринимаемых трубопроводом можно с учетом расхода жидкости в трубе и теплоемкости судить об изменении ее температуры.
По величине баланса тепла продуктопровода можно сделать косвенный вывод о том, достаточна ли мощность нагрева (размер спутника).
Алгоритм метода имеет вид, приведенный на рисунке 4. 
Рисунок 4 – Блок-схема алгоритма
Алгоритм далеко не самый эффективный, в трех местах проверяется почти одно и то же условие. Чтобы быть уверенным в результатах я просчитал вручную 6 вариантов (по одному каждой схемы), а потом приводил код в соответствие со своими результатами.
Алгоритм реализован на MS VisualBasic. Вид рабочего окна представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 – Вид рабочего окна.
Получив метод расчета, я стал анализировать изменение параметров и составляющих процесса в зависимости от разных влияющих факторов.
В результате использования данного метода получено большое количество данных, характеризующих переноса тепла в кожухе и позволяющих его проанализировать. Большинство зависимостей построено для трубы с наружным диаметром 114 мм, обогреваемой спутником с наружным диаметром 32 мм без зазора. Результаты обработки полученных расчетных данных приведены на рисунках 6..13.
Рисунок 6 – Зависимость теплопотоков при обогреве трубопровода с наржуным диаметром 114 мм одним спутником с наружным диаметром 32 мм.
По нижней оси температура наружного воздуха, по верхней – температура теплоносителя, по левой теплопотоки, а по правой доля тепла, воспринимаемого продуктопроводом от отдаваемого спутником (зеленая линия). Температуры наружного воздуха и теплоносителя связаны линейно, т.к. тепловая нагрузка на источнике регулируется качественно в зависимости от температуры наружного воздуха.
Можно сделать вывод, что с понижением температуры наружного воздуха доля полезно используемого тепла уменьшается, хотя по абсолютной величине все составляющие баланса растут.
При этом температура в кожухе, как и температура теплоносителя, увеличивается, и это видно на следующем графике, где вспомогательная ось справа показывает значения температуры в пазухах и под трубопроводом.
Рисунок 7 – Зависимость теплопотоков при обогреве трубопровода с наружным диаметром 114 мм двумя спутниками с наружным диаметром 32 мм.
Изменение доли полезно используемого тепла имеет тот же характер, что и на предыдущем графике (убывающий), поэтому она здесь не показана, хотя по абсолютной величине несколько выше, чем при обогреве трубы одним спутником.
Рисунок 8 – Зависимость величин теплопотоков от диаметра спутника при постоянном диаметре продуктопровода.
Возможна ситуация, когда тепловосприятие продуктопровода может приближаться к теплопотерям и даже быть ниже, чем они. Т.е. оранжевая кривая может и пересекать горизонтальную ось, и баланс тепла в продуктопроводе будет отрицательным, когда спутник не обеспечивает восполнения теплопотерь. Это возможно при высокой температуре продукта или малой толщине изоляции. В целях экономии следует предусматривать работу спутника в условиях чуть выше этой границы. Не следует допускать перерасхода тепла (на картинке тепловосприятие трубы от 40 Вт/пм и выше), надо стараться минимизировать баланс, дабы не греть продукт впустую, когда этого не требуется. Но нельзя сказать до какой степени можно к этой границе приблизиться, т.к. данный метод не позволяет анализировать температурные поля в изоляции или продуктопроводе. Теоретически при большом перепаде (градиенте) температур возможна ситуация, когда обогреваемый трубопровод будет получать больше тепла, чем отдавать, но перемешивание в трубе будет недостаточным и где-то в верхней части сечения образуется лед (в теории). Но отсутствие перемешивания должно, наверное, означать, что поток в трубе ламинарный, чего на практике не должно быть. Однако, я не стану говорить, насколько тепловосприятие должно превышать теплопотери. Тем не менее, границу эту отловить можно.
Рисунок 9 – Зависимость величин теплопотоков от диаметра продуктопровода при постоянном диаметре спутника.
Этот и предыдущий рисунки указывают на то, что следует стремиться к меньшему диаметру спутника.
Рисунок 10 – Зависимость величин теплопотоков от толщины изоляции.
Здесь все предсказуемо, скажу только, что температура в кожухе изменяется также, как эффективность.
Рисунок 11– Зависимость величин теплопотоков от угла между спутниками.
Всегда было любопытно. График построен для случая обогрева трубопровода Ду100 спутниками Ду25. Можно сделать неожиданный вывод, что имеет место некоторый оптимальный угол. Когда расстояние между спутниками мало, вероятно, площадь поверхности продуктопровода, обращенная в этот промежуток очень мала, а с увеличением расстояния эта площадь и, соответственно тепловосприятие, растут, но после некоторого оптимума рост теплопотерь наружу через изоляцию имеет определяющее значение.
Это все касалось метода, основные этапы которого, я повторю:
Спорные моменты
Размер, коэффициент теплопередачи и разность температур одинаково влияют на теплопередачу (входят в уравнение в одинаковой степени). Но размер неизменен, температуры тоже, как правило, заданы или изменяются незначительно.
Коэффициенты теплоотдачи взяты из [1], где приведены без особых комментариев, но влияние этого коэффициента пропорциональности велико, поэтому следует проверить пределы его изменения.
В теории подобия коэффициент теплопередачи определяется из критериальных уравнений, связывающих числа подобия. Это означает, что коэффициент теплопередачи зависит от размеров, скорости, многих теплофизических параметров среды, которые, в свою очередь, зависят от температуры и давления и т.д.
Сразу скажу, что цифры, сходные с рекомендуемыми, мне удалось получить только для теплоотдачи на наружной поверхности. Коэффициенты теплоотдачи внутри получились примерно в три-шесть раз меньше приведенных. Вероятно, автор [1] использовал другие зависимости, описывающие теплообмен в кожухе, а может быть он приводит экспериментальные значения, т.к. аналитически нельзя учесть возможность накопления какой-нибудь пыли, окалины между трубами, которые неизбежно влияют на процесс. По части теплоотдачи внутри доверимся справочнику.
Коэффициент теплоотдачи при вынужденном омывании поверхности воздухом (ветром) вычисляется при величине числа Рейнолдса более 1000 по формуле (9)
На рисунках 14 и 15 приведены графики изменения коэффициентов теплоотдачи, построенные по приведенным зависимостям.
Рисунок 14 – Зависимость коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности от температуры
Рисунок 15 – Зависимость коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности от скорости ветра
В приведенных примерах при изменении температуры поверхности в рабочем диапазоне коэффициент теплоотдачи изменяется на 5%, влиянием температуры можно пренебречь. Под действием ветра коэффициент теплоотдачи меняется почти в 10 раз.
Коэффициент теплопередачи при увеличении скорости от 0 до 15 м/с увеличивается примерно на 20%. Приведенная в [1] величина коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности 35 Вт/м?•°С соответствует скорости ветра около10 м/с (по другим данным 15 м/с). В этой области теплопередача изменяется несущественно. Думаю, следует оставить эту цифру в расчете и не делать соответствующую ячейку доступной для редактирования.
Если пытаться соотнести величину теплопотерь через поверхность кожуха с требованиями [3], то возникает еще одна сложность: не ясно, что принять в качестве характерного размера и характерной температуры? В разных источниках ([3],[5]) предлагаются разные способы вычисления характерного размера поверхности:
Результаты расчетов по первой и последней формулам для трубопровода Ду100 с изоляцией толщиной 60 мм различаются примерно в полтора раза.
Теплопотери в [3] нормируются в зависимости от размера и температуры внутри
Температура, как по сечению, так и на наружной поверхности, очевидно, неодинакова. Не понятно, применимы ли вообще требования нормативного документа [3] к такой конструкции.
Заключение.
Считаю важной особенностью разбиение поверхности теплообмена по геометрическому признаку. Анализ упрощается, но температурные поля тоже разделяются на области, что в реальности невозможно.
1. Реализованный метод расчета позволяет оценить техническую эффективность спутникового обогрева, может быть использован для экономического анализа.
2. Предложенный метод, будучи доработан и усовершенствован, может применяться для анализа теплопотерь при совместной прокладке трубопроводов в общей изоляции, как это представлено на рисунке 16
Рисунок 16 – Совместная прокладка трубопроводов в общей изоляции.
3. Количество и допустимая длина спутников определяются теплоотдачей и гидравлическим сопротивлением. Более полное понимание процесса позволит выбрать наиболее правильные режим и параметры обогрева.