Изменение № 1 к СП 61.13330.2012 «СНиП 41-03-2003 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»
(утв. и введено в действие Приказом Минстроя России от 03.12.2016 № 882/пр)
Примечание
Документ введен в действие с 4 июня 2017 года.
Утверждено и введено в действие Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России) от 3 декабря 2016 г. № 882/пр
ИЗМЕНЕНИЕ № 1 К СП 61.13330.2012 «СНиП 41-03-2003 ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ»
Дата введения 4 июня 2017 года
Содержание. Наименование приложения Б изложить в новой редакции: «Технические характеристики теплоизоляционных, покровных и пароизоляционных материалов и изделий».
Раздел 1. Первый абзац после слов «при всех способах прокладки» дополнить словами: «и трубопроводов с обогревающими их паровыми и водяными спутниками».
Раздел 3. Первый абзац изложить в новой редакции:
«В настоящем своде правил применены термины по ГОСТ 31913, а также следующие термины с соответствующими определениями:»;
«3.14 Паровые и водяные спутники: Трубопроводы малого диаметра, предназначенные для обогрева основного трубопровода и расположенные в общей с основным трубопроводом теплоизоляционной конструкции.».
Пункт 4.3 после слов «месторасположение изолируемого объекта» дополнить ссылкой: СП 131.13330.
Пункт 5.15 изложить в новой редакции:
«5.15 Покровный слой допускается не предусматривать в теплоизоляционных конструкциях на основе изделий из волокнистых материалов с покрытием (кэшированных) из алюминиевой фольги или стеклоткани (стеклохолста, стеклорогожи), вспененного синтетического каучука и вспененного полиэтилена для изолируемых объектов, расположенных в помещениях, тоннелях, подвалах и чердаках зданий, и при канальной прокладке трубопроводов».
Пункт 5.16. Заменить слова: «рекомендуется принимать по таблице 1» на «рекомендуется принимать по приложению Б (таблица Б.4)»;
таблицу 1 исключить.
Раздел 5 дополнить пунктом — 5.23:
«5.23 Тепловая изоляция трубопроводов с обогревающими их спутниками предусматривает их совместную прокладку в общей теплоизоляционной конструкции. Конструктивные решения тепловой изоляции определяются числом спутников и их расположением относительно трубопровода в конструкции. Применяются системы обогрева, предусматривающие частичный и полный обогрев трубопровода. Для повышения эффективности теплообмена между спутником и трубопроводом применяются конструктивные решения (распорки, подкладки), обеспечивающие максимальное использование теплоотдающей поверхности спутника и тепловоспринимающей поверхности трубопровода в пространстве, ограниченном теплоизоляционной конструкцией. Для снижения тепловых потерь через участок теплоизоляционной конструкции, контактирующий с воздухом в пространстве, ограниченном теплоизоляционной конструкцией, за счет уменьшения радиационной составляющей теплового потока, могут применяться внутренние обкладки (экраны) из алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм или фольгированных листовых и рулонных материалов, с учетом допустимой температуры их применения».
Пункт 6.1. Наименование изложить в новой редакции: «Расчет толщины теплоизоляционного слоя по нормированной плотности теплового потока».
Пункт 6.3. Наименование изложить в новой редакции: «Определение толщины тепловой изоляции по технологическим требованиям».
Пункты 6.2 - 6.6 изложить в новой редакции:
«6.2 При расчете толщины тепловой изоляции по заданной величине теплового потока расчетные температуры теплоносителя и окружающего воздуха принимают в соответствии с пунктами 6.1.5 и 6.1.6.»
6.3 При расчете толщины тепловой изоляции оборудования и трубопроводов с положительными температурами, расположенных на открытом воздухе, в качестве расчетной температуры окружающего воздуха принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92;
При расчете толщины тепловой изоляции оборудования и трубопроводов с отрицательными температурами, расположенных на открытом воздухе, в качестве расчетной температуры окружающего воздуха принимается средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца.
Для оборудования и трубопроводов, расположенных в помещении, расчетная температура окружающего воздуха принимается в соответствии с заданием на проектирование, а при отсутствии указаний о температуре окружающего воздуха, принимается равной 20 °C.
Расчетная температура теплоносителя принимается в соответствии с заданием на проектирование.
6.4 При расчете толщины тепловой изоляции по заданному снижению (повышению) температуры вещества, транспортируемого трубопроводами, расчетную температуру окружающей среды следует принимать для трубопроводов, расположенных:
на открытом воздухе и в помещении — в соответствии с 6.3;
в каналах или при бесканальной прокладке трубопроводов — минимальную среднемесячную температуру грунта на глубине заложения оси трубопровода.
Расчетную температуру теплоносителя принимают в соответствии с заданием на проектирование.
6.5 При расчете толщины тепловой изоляции паропроводов перегретого и насыщенного пара расчетную температуру окружающего воздуха следует принимать в соответствии с 6.3.
Расчетные параметры пара принимают в соответствии с заданием на проектирование.
6.6 При расчете толщины тепловой изоляции по заданному времени приостановки движения жидкости в трубопроводах в целях предотвращения его замерзания или увеличения вязкости расчетные параметры окружающего воздуха и теплоносителя следует принимать в соответствии с 6.3 и заданием на проектирование.».
Пункт 6.7. Наименование изложить в новой редакции: «Расчет толщины тепловой изоляции по заданной температуре на поверхности изоляции».
Пункты 6.8 - 6.10 изложить в новой редакции:
«6.8 Расчет толщины тепловой изоляции с целью предотвращения конденсации влаги из окружающего воздуха на покровном слое тепловой изоляции оборудования и трубопроводов, содержащих вещества с температурой ниже температуры окружающего воздуха.»
Данный расчет следует выполнять только для изолируемых поверхностей, расположенных в помещении.
Расчетная температура и относительная влажность воздуха принимаются в соответствии с заданием на проектирование.
Для изолируемых поверхностей с отрицательными температурами, расположенных в помещении, толщина теплоизоляционного слоя, определенная по условиям 6.1, 6.2, должна быть проверена по 6.8. В результате сравнения принимается большее значение толщины слоя.
6.9 При расчете толщины тепловой изоляции с целью предотвращения конденсации влаги на внутренних поверхностях газоходов, транспортирующих газы, содержащие водяные пары или водяные пары и газы, которые при растворении в сконденсировавшихся водяных парах могут привести к образованию агрессивных продуктов, расчетную температуру окружающей среды следует принимать в соответствии с 6.3.
Расчетные параметры газов принимают в соответствии с заданием на проектирование.
6.10 При расчете тепловой изоляции трубопроводов с обогревающими их паровыми или водяными спутниками расчетную температуру окружающего воздуха следует принимать:
на открытом воздухе — среднюю наиболее холодной пятидневки или в соответствии с заданием на проектирование;
в помещении — в соответствии с заданием на проектирование, а при отсутствии указаний о температуре окружающего воздуха — 20 °C;
Расчетную температуру теплоносителя в трубопроводе и обогревающем его спутнике принимают в соответствии с заданием на проектирование.».
Пункт 6.18 изложить в новой редакции:
«6.18 Толщину металлических и композиционных материалов, применяемых в качестве покровного слоя, в зависимости от наружного диаметра трубопровода или конфигурации теплоизоляционной конструкции следует принимать по приложению Б (таблицы Б.2 и Б.3).»;
таблицу 16 исключить.
Раздел 6 дополнить пунктом — 6.33:
«6.33 При расчете тепловой изоляции трубопроводов со спутниками расчетную температуру окружающей среды t0 следует принимать:»
на открытом воздухе — среднюю наиболее холодной пятидневки или в соответствии с заданием на проектирование;
в помещении — в соответствии с заданием на проектирование, а при отсутствии данных о температуре окружающего воздуха — 20 °C;
Расчетную температуру теплоносителя в трубопроводе и обогревающем его спутнике принимают в соответствии с заданием на проектирование тепловой изоляции.».
Приложение А (обязательное) Перечень нормативных документов, на которые имеются ссылки в тексте, изложить в новой редакции:
«ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования»
ГОСТ 7076-99 Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме
ГОСТ 17177-94 Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний
ГОСТ 17314-81 Устройства для крепления тепловой изоляции стальных сосудов и аппаратов. Конструкция и размеры. Технические требования
ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
ГОСТ 25898-2012 Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию
ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть
ГОСТ 31913-2011 Материалы и изделия теплоизоляционные. Термины и определения
ГОСТ 32025-2012 (EN ISO 8497:1996) Тепловая изоляция. Метод определения характеристик теплопереноса в цилиндрах заводского изготовления при стационарном тепловом режиме
СП 124.13330.2012 «СНиП 41-02-2003 Тепловые сети»
СП 131.13330.2012 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология» (с изменением № 2)».
Приложение Б (справочное). Наименование изложить в новой редакции: «Технические характеристики теплоизоляционных, защитно-покровных и пароизоляционных материалов и изделий»;
таблицу Б.1 изложить в новой редакции:
| Наименование материала, изделия | Средняя плотность в конструкции, кг/м3 | Теплопроводность материала (изделия) в конструкции \lambda_{\text{из}} , Вт/(м·°C), дм поверхностей с температурой, °C | Температура применения, °C | Группа горючести | |
| 20 и выше | 19 и ниже | ||||
| Маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционные, в том числе в обкладке из металлической сетки, базальтовой и кремнеземной ткани | 100 | 0,038 + 0,00021tm | 0,038 — 0,027 | От минус 180 до 700 | НГ |
| 125 | 0,038 + 0,0002tm | 0,038 — 0,027 | |||
| Маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционные в обкладке из стеклосетки, стеклоткани, стеклохолста | 100 | 0,038 + 0,00021tm | 0,038 — 0,027 | От минус 180 до 450 | НГ |
| 125 | 0,038 + 0,0002tm | 0,038 — 0,027 | |||
| Маты из минеральной ваты прошивные гофрированной структуры | 80 | 0,036 + 0,00022tm | 0,035 — 0,027 | От минус 180 до 700 | НГ |
| 100 | 0,038 + 0,00021tm | 0,038 — 0,027 | |||
| Маты из минеральной ваты рулонированные на синтетическом связующем | 60 — 80 | 0,036 + 0,00022tm | 0,035 — 0,027 | От минус 60 до 400 | НГ |
| Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные мягкие | 60 — 80 | 0,038 + 0,00029tm | 0,038 — 0,029 | От минус 60 до 400 | НГ — Г1 |
| Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные полужесткие | 90 | 0,039 + 0,00022tm | 0,039 — 0,030 | От минус 60 до 400 | НГ — Г1 |
| Плиты из минеральной ваты на синтетическом связующем теплоизоляционные жесткие | 100 — 140 | 0,039 + 0,00021tm | 0,039 — 0,029 | ||
| Полуцилиндры и цилиндры минераловатные | 80 | 0,044 + 0,00022tm | 0,043 — 0,032 | От минус 180 до 400 | НГ |
| 100 | 0,049 + 0,00021tm | 0,048 — 0,036 | |||
| 150 | 0,050 + 0,0002tm | 0,049 — 0,035 | |||
| Маты и вата из супертонкого базальтового волокна без связующего | 40 — 60 | 0,032 + 0,00019tm | 0,031 — 0,024 | От минус 180 до 700 | НГ |
| Шнур теплоизоляционный из минеральной ваты | 200 | 0,056 + 0,00019tm | 0,055 — 0,04 | От минус 180 до 600 | НГ — Г1 |
| Шнур асбестовый | 100 — 160 | 0,093 + 0,00019tm | - | От плюс 20 до 220 | Г1 |
| Маты прошивные гофрированной структуры из стеклянного штапельного волокна, в том числе в обкладке из металлической сетки | 50 | 0,036 + 0,0002tm | 0,037 — 0,03 | От минус 60 до 450 | НГ |
| Маты и вата из супертонкого стеклянного волокна без связующего | 40 — 60 | 0,033 + 0,00014tm | 0,032 — 0,024 | От минус 180 до 400 | НГ |
| Теплоизоляционные изделия из пеностекла | 130 | 0,005 + 0,0002tm | 0,005 — 0,038 | От минус 150 до 350 | НГ |
| Армопенобетон | 200 — 300 | 0,055 + 0,00021tm | 0,055 | От минус 60 до 300 | НГ |
| Песок перлитовый, вспученный, мелкий | 110 | 0,052 + 0,00012tm | 0,051 — 0,038 | От минус 200 до 875 | НГ |
| 150 | 0,055 + 0,00012tm | 0,054 — 0,04 | |||
| 225 | 0,058 + 0,00012tm | 0,057 — 0,042 | |||
| Теплоизоляционные изделия из пенополистирола | 17 | 0,039 + 0,00018tm | 0,038 — 0,025 | От минус 100 до 80 | Г3 — Г4 |
| 25 | 0,036 + 0,00018tm | 0,035 — 0,029 | |||
| Теплоизоляционные изделия из пенополиуретана | 40 | 0,030 + 0,00015tm | 0,029 — 0,024 | От минус 180 до 140 | Г2 — Г4 |
| 50 | 0,032 + 0,00015tm | 0,031 — 0,025 | |||
| 70 | 0,037 + 0,00015tm | 0,036 — 0,027 | |||
| Пенополимерминерал | 270 | 0,036 + 0,0002tm | 0,041 | От минус 60 до 150 | Г2 — Г4 |
| Теплоизоляционные изделия из вспененного каучука | 60 — 80 | 0,034 + 0,0002tm | 0,033 | От минус 60 до 125 | Г1 — Г3 |
| Теплоизоляционные изделия из пенополиэтилена | 20 | 0,039 + 0,0002tm | 0,035 | От минус 70 до 70 | Г1 — Г4 |
| 50 | 0,035 — 10,00018tm | 0,033 | |||
| Маты иглопробивные из базальтовых волокон | 100 — 140 | 0,038 + 0,00013tm | 0,037 | От минус 260 до 800 | НГ |
| Картон из базальтового волокна | 50 — 80 | 0,032 — 0,00012tm | 0,031 | От минус 200 до 800 | НГ |
| Примечания 1 Средняя температура теплоизоляционного слоя, °C: tm = (tв + 40)/2 — на открытом воздухе в летнее время, в помещении, в каналах, тоннелях, технических подпольях, на чердаках и в подвалах зданий; tm = tв/2 — на открытом воздухе, воздухе в зимнее время, где tв — температура среды внутри изолируемого оборудования (трубопровода). 2 Большее значение расчетной теплопроводности теплоизоляционного материала в конструкции для поверхностей с температурой 19 °C и ниже относится к температуре изолируемой поверхности от минус 60 °C до 19 °C, меньшее — к температуре минус 61 °C и ниже. 3 Коэффициент теплопроводности определяется в соответствии с ГОСТ 7076, ГОСТ 32025. 4 Группа горючести определяется по ГОСТ 30244. | |||||
приложение Б дополнить таблицами — Б.2 — Б.4.:
Толщина металлических листов для покровного слоя тепловой изоляции
Композиционные рулонные материалы для покровного слоя тепловой изоляции
Количество слоев пароизоляционного материала в зависимости от температуры изолируемой поверхности и срока эксплуатации
| Наименование пароизоляционного материал | Толщина, мм | Сопротивление паропроницанию, (м2·ч·Па)/мг | Число слоев пароизоляционного материала при температуре | |||||
| от минус 60 до 19 °C | от минус 61 до минус 100 °C | ниже минус 100 °C | ||||||
| при сроке эксплуатации | ||||||||
| 8 лет | 12 лет | 8 лет | 12 лет | 8 лет | 12 лет | |||
| Полиэтиленовая пленка | 0,15 — 0,2 | 7 — 9 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | - |
| Полиэтиленовая пленка термоусадочная | 0,21 — 0,3 | 9 — 13 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 |
| Фольга алюминиевая | 0,06 — 0,1 | 5 — 10 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Рубероид | 1 | 0,5 | 3 | - | - | - | - | - |
| 1,5 | 1,1 | 2 | 3 | 3 | - | - | - | |
| Примечания 1 Допускается применение других материалов, обеспечивающих уровень сопротивления паропроницанию не ниже, чем у приведенных в таблице. 2 Для материалов с закрытой пористостью, имеющих коэффициент паропроницаемости менее 0,01 мг/(м·ч·Па), во всех случаях принимается один пароизоляционный слой. 3 Сопротивление паропроницанию определяется по ГОСТ 25898. | ||||||||
Приложение В. Пункт В.2.1. Заменить слова: «Для плоских и цилиндрических поверхностей с диаметром 2 м и более используется формула» на «Для плоских и цилиндрических поверхностей с диаметром 1,4 м и более используется формула»;
«Для однослойных цилиндрических поверхностей диаметром менее 2 м используется формула» на «Для однослойных цилиндрических поверхностей с диаметром менее 1,4 м используется формула».
Подраздел В.2 дополнить пунктами — В.2.5 — В.2.7:
В.2.5 Расчет тепловой изоляции паропроводов по заданным параметрам пара
Для паропроводов насыщенного пара заданными параметрами являются давление, температура и допустимая доля конденсата в паропроводе. Толщина тепловой изоляции рассчитывается по следующей формуле
lnB = ln \frac{d^{\text{из}}}{d_{\text{н}}^{\text{ст}}} = 2\pi \cdot \lambda_{\text{из}}[\frac{(t_{\text{в}} - t_{\text{н}})L_{\text{расч}}}{\text{К}_{\text{конд}}r_{\text{конд}}} - \frac{1}{\alpha_{\text{н}}\pi d^{\text{из}}}] , (В.34а)
где Кконд — допустимое количество конденсата по длине паропровода, кг/с;
Lрасч — расчетная длина паропровода, принимаемая с учетом тепловых потерь через опоры, арматуру и фланцевые соединения, м;
rконд — скрытая теплота конденсации, кДж/кг.
Для паропроводов перегретого пара заданными параметрами являются начальные и конечные температура и давление пара и допустимое падение температуры по длине паропровода. Требуемая толщина тепловой изоляции определяется по следующей формуле
lnB = ln \frac{d^{\text{из}}}{d_{\text{н}}^{\text{ст}}} = 2\pi \cdot \lambda_{\text{из}}[\frac{(t_{\text{в}}^{\text{ср}} - t_{\text{н}})L_{\text{расч}}}{(i^{\text{нач}} - i^{\text{кон}})G_{\text{пар}}} - (\frac{1}{\alpha_{\text{в}}\pi d_{\text{в}}^{\text{ст}}} + \frac{1}{\alpha_{\text{н}}\pi d^{\text{из}}})] , (В.34б)
где t_{\text{в}}^{\text{ср}} = \frac{t_{\text{в}}^{\text{нач}} - t_{\text{в}}^{\text{кон}}}{2} — средняя температура пара в паропроводе, равная среднеарифметическому значению начальной и конечной температуры пара, °C;
iнач, iкон — удельная энтальпия пара, соответственно, в начале и конце паропровода, определяемая по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара при заданных температуре и давлении перегретого пара в начале и конце паропровода, кДж/кг;
Gпар — массовый расход пара в паропроводе, кг/с;
d_{\text{в}}^{\text{ст}} — внутренний диаметр паропровода, м.
Уравнения (В.34а), (В.34б) решаются методом последовательных приближений. Толщина изоляции \delta_{\text{из}} вычисляется по формуле (В.20).
В.2.6. Расчет тепловой изоляции с целью предотвращения конденсации влаги на внутренних поверхностях газоходов
Для газоходов прямоугольного сечения и цилиндрических, диаметром более 2 м, расчет требуемой толщины изоляции выполняется по формуле
\delta_{\text{из}} = \lambda_{\text{из}}[\frac{(t_{\text{вн}}^{\text{ст}} - t_{\text{н}})}{\alpha_{\text{вн}}(t_{\text{в}} - t_{\text{вн}}^{\text{ст}})} - \frac{1}{\alpha_{\text{н}}}] , (В.34в)
где t_{\text{вн}}^{\text{ст}} — температура внутренней поверхности стенки газохода, °C;
\alpha_{\text{вн}} — коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней поверхности стенки газохода, Вт/(м2·°C);
Для газоходов диаметром менее 2 м, расчет выполняется по формуле
lnB = 2\pi \cdot \lambda_{\text{из}}[\frac{(t_{\text{вн}}^{\text{ст}} - t_{\text{н}})}{\alpha_{\text{вн}}\pi d_{\text{вн}}^{\text{ст}}(t_{\text{в}} - t_{\text{вн}}^{\text{ст}})} - \frac{1}{\alpha_{\text{н}}\pi d^{\text{из}}}] . (В.34г)
где d_{\text{вн}}^{\text{ст}} — внутренний диаметр стенки газохода.
Температура внутренней стенки газохода устанавливается в техническом задании на проектирование тепловой изоляции в зависимости от температуры и влажности транспортируемого газа. Выпадение конденсата из газа, протекающего в газоходе, происходит при условии, что температура внутренней стенки газохода оказывается ниже, чем температура конденсации влаги из газа («точка росы») при заданной его температуре и влажности. Поэтому расчетная температура внутренней стенки газохода t_{\text{вн}}^{\text{ст}} принимается на 2 °C — 3 °C выше температуры конденсации («точки росы») tконд при заданной температуре и влажности транспортируемого газа.
Коэффициент теплоотдачи \alpha_{\text{вн}} рассчитывается по эмпирическим (критериальным) формулам теплообмена при вынужденном движении газа (жидкости) в трубах и каналах прямоугольного сечения в зависимости от температуры и скорости движения газа и режима течения, определяемого отношением длины газохода к его диаметру.
При турбулентном режиме движения газа в газоходе расчет \alpha_{\text{вн}} выполняется по формуле
Nu = 0,021·Re0,8·Pr0,43, (В.34д)
где Nu = \frac{\alpha_{\text{вн}} \cdot d}{\lambda} — критерий Нуссельта;
Re = \frac{w \cdot d}{\nu} — критерий Рейнольдса;
Pr = \frac{\nu}{a} — критерий Прандтля;
w — скорость движения газа в газоходе, м/с;
d — диаметр трубопровода или эквивалентный диаметр канала, м;
\lambda , \nu , \alpha — соответственно, коэффициент теплопроводности [Вт/(м·К)], кинематическая вязкость (м2/с) и коэффициент температуропроводности газа (м2/с), принимаемые по таблицам физических свойств газов.
При ламинарном и переходном режимах течения газа (при отношении длины газохода к его диаметру — l/d менее 50), к коэффициенту теплоотдачи \alpha_{\text{вн}} вводится поправочный множитель \epsilon = 1,3 при значении l/d = 1,0 \div 10 и \epsilon = 1,1 при значении l/d = 10 \div 50 .
Уравнение (В.34г) решается методом последовательных приближений. Толщина изоляции \delta_{\text{из}} вычисляется по формуле (В.20).
В.2.7 Расчет тепловой изоляции трубопроводов с целью предотвращения замерзания содержащейся в них жидкости при остановке ее движения
Расчет толщины изоляции трубопровода по заданному времени отсутствия движения жидкости Z основан на уравнении теплового баланса, в соответствии с которым тепло, аккумулированное в жидкости, и тепло, выделяющееся при замерзании некоторой части жидкости (25% сечения трубопровода), приравнивается количеству тепла, отдаваемого изолированным трубопроводом в окружающую среду за период остановки движения жидкости.
Процесс теплообмена при охлаждении и замерзании жидкости в трубопроводе является нестационарным. Расчет требуемой в этом случае толщины тепловой изоляции с достаточной для инженерной практики степенью точности выполняется по формулам стационарного теплообмена.
Толщина изоляционного слоя определяется по формуле
(В.34е)где tв — температура жидкости до остановки ее движения, °C;
tз — температура замерзания жидкости, °C;
tн — температура окружающего воздуха °C;
Z — заданное время остановки движения жидкости, ч;
\rho_{\text{ж}} — плотность жидкости, кг/м3;
cж — удельная теплоемкость жидкости, кДж/(кг·°C);
Vст — объем материала стенки трубопровода, м3;
\rho_{\text{ст}} — плотность материала стенки, кг/м3;
cст — удельная теплоемкость материала стенки, кДж/(кг·°C);
0,25 — допустимая доля замерзания жидкости (25% от объема);
rж — скрытая теплота замерзания жидкости, кДж/кг;
К — коэффициент, учитывающий потери тепла через опоры.
Уравнение (В.34 е) решается методом последовательных приближений. Толщина изоляции \delta_{\text{из}} вычисляется по формуле (В.20)».
Приложение В дополнить подразделом — В.4:
В.4 Расчет тепловой изоляции трубопроводов, обогреваемых паровыми или водяными спутниками
В.4.1.1 Проектирование системы обогрева трубопроводов с паровыми и водяными спутниками осуществляется на основании технологических требований к конкретному объекту и технико-экономических расчетов.
Выбор числа и диаметров обогревающих спутников, системы их теплоснабжения и схемы подключения осуществляется на основании результатов теплового и гидравлического расчета системы обогрева с учетом вида теплоносителя, протяженности обогреваемого участка, располагаемого давления в системе теплоснабжения и других факторов.
Проектирование тепловой изоляции трубопроводов со спутниками выполняется на основании технологических требований с учетом расположения объекта, конструктивных и технологических параметров обогреваемого трубопровода и обогревающих его спутников, расчетных параметров окружающей среды.
В.4.2 Расчет тепловой изоляции трубопроводов, обогреваемых паровыми или водяными спутниками
В.4.2.1 Тепловая изоляция предназначена для обеспечения заданной температуры теплоносителя в любом сечении по длине трубопровода при условии безостановочного движения теплоносителя.
Методика расчета реализует следующую физическую модель теплообмена спутника с трубопроводом и теплоизоляционной конструкции с окружающей средой:
- тепло от спутника передается воздуху в пространстве, ограниченном теплоизоляционной конструкцией;
- тепло от воздуха в пространстве, ограниченном теплоизоляционной конструкцией, передается теплоносителю через поверхность трубопровода, контактирующую с воздухом в пространстве и наружному воздуху через поверхность теплоизоляционной конструкции, контактирующей с воздухом в пространстве;
- количество тепла, передаваемого через поверхность теплоизоляционной конструкции, контактирующей с трубопроводом, наружному воздуху равно количеству тепла, получаемого трубопроводом от воздуха в конструкции.
Указанная модель описывается двумя уравнениями теплового баланса:
где Q1 — удельный тепловой поток от спутника к воздуху в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией, Вт/м;
Q2 — удельный тепловой поток от воздуха в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией, через теплоизоляционный слой к окружающему воздуху, Вт/м;
Q3 — удельный тепловой поток от обогреваемого трубопровода к окружающему воздуху через теплоизоляционный слой в части, контактирующей с трубопроводом, Вт/м;
Q4 — удельный тепловой поток от воздуха в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией, к трубопроводу, Вт/м.
Уравнения (В.51), (В.52) могут быть представлены в виде:
\frac{t_{\text{сп}} - t_{\text{в}}}{R_{1}} = \frac{t_{\text{в}} - t_{0}}{R_{2}} + \frac{t_{\text{тр}} - t_{0}}{R_{3}} (В.53)
\frac{t_{\text{в}} - t_{\text{тр}}}{R_{4}} = \frac{t_{\text{тр}} - t_{0}}{R_{3}} (В.54)
где tтр — температура трубопровода, °C;
t0 — температура окружающего воздуха, °C;
tв — температура воздуха в пространстве, ограниченном изоляцией, °C;
R1 — удельное термическое сопротивление теплоотдаче от спутника к воздуху в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией, (м·°C)/Вт;
R2 — термическое сопротивление теплоизоляционного слоя, в части, контактирующей с воздухом в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией, (м·°C)/Вт;
R3 — термическое сопротивление теплоизоляционного слоя, в части, контактирующей с трубопроводом, (м·°C)/Вт;
R4 — удельное термическое сопротивление теплоотдаче от воздуха в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией к трубопроводу, (м·°C)/Вт.
В.4.2.2 Требуемая толщина тепловой изоляции рассчитывается путем совместного решения уравнений (В.53), (В.54) методом последовательных приближений. Расчет выполняется в следующей последовательности.
На первом этапе рассчитываются термические сопротивления R1, R2, R3, R4.
Далее, решением уравнения (В.53) определяется температура воздуха в пространстве, ограниченном теплоизоляционной конструкцией — tв.
При найденном значении tв уравнение (В.54) решается методом последовательных приближений относительно ln(dиз/dтр).
В.4.2.3 Температура спутника tсп в расчетах принимается:
- при обогреве паром — равной температуре насыщения при заданном давлении пара в спутнике;
- при обогреве водой — вычисляется по формуле
t_{\text{сп}} = \frac{t_{\text{сп}}^{\text{н}} + t_{\text{сп}}^{\text{к}}}{2} , (В.55)
где t_{\text{сп}}^{\text{н}} — температура воды на входе в спутник, °C;
t_{\text{сп}}^{\text{к}} — температура воды на выходе из спутника, °C.
В.4.2.4 Удельное термическое сопротивление теплоотдаче от спутника к воздуху в пространстве, ограниченном тепловой изоляцией, (м·°C)/Вт, следует вычислять по формуле
R_{1} = \frac{1}{n\alpha_{\text{сп}}\pi d_{\text{сп}}} , (В.56)
\alpha_{\text{сп}} — коэффициент теплоотдачи спутника, Вт/(м2·°C);
dсп — наружный диаметр спутника, м.
Коэффициент теплоотдачи от спутника в пространство, ограниченное изоляцией, определяется по формуле
\alpha_{\text{сп}} = \frac{Nu_{\text{эф}}2t_{\text{сп}}\lambda_{\text{в}}}{(t_{\text{сп}} - t_{\text{тр}})d_{\text{сп}}} , (В.57)
где Nuэф — эффективный критерий Нуссельта;
\lambda_{\text{в}} — коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м·К).
Критерий Nuэф является функцией произведения (Gr·Pr) и рассчитывается по эмпирической формуле
Nuэф = 0,25·10-2·(Gr·Pr)0,78, (В.58)
где Gr = \frac{g\beta d_{\text{сп}}^{3}}{\nu^{2}} (\frac{t_{\text{сп}} - t_{\text{тр}}}{2}) — критерий Грасгофа;
Pr = \frac{\nu}{a} — критерий Прандтля.
Произведение критериев Грасгофа и Прандтля (Gr·Pr) рассчитывается по формуле
Gr \cdot Pr = \frac{g\beta d_{\text{сп}}^{3}}{\nu^{2}} (\frac{t_{\text{сп}} - t_{\text{тр}}}{2}) \cdot \frac{\nu}{a} ; (В.59)
где g — ускорение свободного падения, равное 9,807 м/с2;
\beta — коэффициент объемного расширения воздуха, равный 3,664·10-3 1/К;
a — коэффициент температуропроводности воздуха, м2/с;
\nu — кинематическая вязкость воздуха, м2/с.
Физические параметры сухого воздуха — \lambda , \beta , a, \nu принимаются по таблице В.7 при средней температуре воздуха в конструкции, определяемой по формуле
t_{\text{ср}} = \frac{t_{\text{сп}} + t_{\text{тр}}}{2} . (В.60)
Физические свойства сухого воздуха при давлении 0,1 МПа
В.4.2.5 Термическое сопротивление теплоизоляционного слоя R2, (м2·°C)/Вт, рассчитывается по формуле теплопередачи через плоскую стенку:
R_{2} = \frac{1}{\alpha_{\text{из}}^{\text{вн}}l_{\text{из}}^{\text{вн}}} + \frac{\delta_{\text{из}}}{\lambda_{\text{из}}l_{\text{из}}^{\text{ср}}} + \frac{1}{\alpha_{\text{из}}^{\text{н}}l_{\text{из}}^{\text{н}}} , (В.61)
где \delta_{\text{из}} — толщина изоляции, м;
l_{\text{из}}^{\text{вн}} — длина внутренней образующей изоляции, м;
l_{\text{из}}^{\text{н}} — длина наружной образующей изоляции, м;
l_{\text{из}}^{\text{ср}} = \frac{l_{\text{из}}^{\text{н}} + l_{\text{из}}^{\text{вн}}}{2} . (В.62)
При расчете R2 принимается приближенное значение толщины изоляции \delta_{\text{из}} .
Геометрические характеристики конструкции l_{\text{из}}^{\text{вн}} , l_{\text{из}}^{\text{н}} рассчитываются в зависимости от вида конструкции (рисунок В.1) с использованием соотношений элементарной геометрии и тригонометрических функций.
1 — диаметр обогреваемого трубопровода; 2 — диаметр спутника; 3 — толщина теплоизоляционного слоя; 4 — длина линейного участка образующей в конструкции m1; 5 — длина образующей l_{\text{из}}^{\text{н}} в формуле (В.68) для конструкции с одним и с двумя спутниками; 6 — угол \alpha — в конструкции с одним спутником; угол \phi — в конструкции с двумя спутниками: 7 — угол \beta — в конструкции с одним спутником; угол \tau — в конструкции с двумя спутниками; 8 — длина линейного участка образующей в конструкции с двумя спутниками m2;
Рисунок В.1 — Конструкции тепловой изоляции трубопроводов с обогревающими их паровыми и водяными спутниками:
а) — с одним спутником; б) — с двумя спутниками
Коэффициент теплопроводности изделий в конструкции \lambda_{\text{из}} , Вт/(м·К), принимается по таблице Б.1 приложения Б при средней температуре слоя:
t_{\text{ср}}^{\text{из}} = \frac{t_{\text{в}} + t_{0}}{2} . (В.63)
Коэффициент теплоотдачи от воздуха внутри пространства, ограниченного изоляцией, к внутренней поверхности изоляции \alpha_{\text{из}}^{\text{вн}} следует принимать равным 11,6 Вт/м2·°C.
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в окружающий воздух \alpha_{\text{из}}^{\text{н}} , Вт/(м2·°C), следует принимать по таблице В.2.
В.4.2.6 Термическое сопротивление изоляционного слоя R3, (м2·°C)/Вт, вычисляется по формуле
R_{3} = \frac{2\pi}{\alpha} [\frac{1}{\alpha_{\text{из}}^{\text{н}}\pi(d_{\text{тр}} + 2\delta_{\text{из}})} + \frac{1}{2\pi\lambda_{\text{из}}} ln \frac{d_{\text{тр}} + 2\delta_{\text{из}}}{d_{\text{тр}}}] , (В.64)
где \alpha — угол, характеризующий геометрию теплоизоляционной конструкции (рисунок В.1), радиан.
В.4.2.7 Удельное термическое сопротивление теплоотдаче от воздуха внутри пространства, ограниченного изоляцией, к трубопроводу, (м·°C)/Вт, следует вычислять по формуле
R_{4} = \frac{2\pi}{\beta} \cdot \frac{1}{\alpha_{\text{тр}}\pi d_{\text{тр}}} , (В.65)
где \beta — угол, характеризующий геометрию теплоизоляционной конструкции (рисунок В.1), радиан.
Коэффициент теплоотдачи \alpha_{\text{тр}} от воздуха внутри пространства, ограниченного изоляцией, к трубопроводу следует принимать равным 17,4 т/(м2·°C).
В.4.2.8 Расчет толщины теплоизоляционного слоя выполняется по формуле
ln(\frac{d_{\text{из}}}{d_{\text{тр}}}) = ln(\frac{d_{\text{тр}} + 2\delta_{\text{из}}}{d_{\text{тр}}}) = 2\pi\lambda_{\text{из}}(\frac{R_{3} \cdot \alpha}{2\pi} - \frac{1}{\alpha_{\text{из}}^{\text{н}}\pi(d_{\text{тр}} + 2\delta_{\text{из}})}) , (В.66)
Формула (В.66) решается методом последовательных приближений. Первое приближение толщины изоляции принимается равным принятому при расчете термического сопротивления R2. Толщина изоляции \delta_{\text{из}} вычисляется по формуле (В.20).
В.4.2.9 Расчетную толщину изоляции вычисляют по формуле
\delta_{\text{р}} = \delta_{\text{из}} \cdot \text{К } \cdot \psi , (В.67)
где К — коэффициент, учитывающий дополнительные тепловые потери через опоры и арматуру. Для трубопроводов, расположенных в помещении и тоннелях, К = 1,15 — 1,2; для трубопроводов, расположенных на открытом воздухе, К = 1,25 — 1,3;
\psi — поправочный коэффициент. При расчетах теплоизоляционных конструкций с естественным углом обогрева без подкладки (рисунок В.1) вводится \psi = 1,15 .
В.4.2.10 При использовании экрана из алюминиевой фольги, укладываемой в качестве подстилающего слоя под теплоизоляционный слой, расчетную толщину изоляции следует уменьшать на 20%.
Приложение Д (справочное). Таблицу Д.1 дополнить примечанием: «Примечание — Сжимаемость — относительная деформация материала под нагрузкой 2 кПа, определяется по ГОСТ 17177».