Расчет мощности систем обогрева трубопроводов

М.Л. Струпинский, Н.Н.Хренков

Выдержки из статьи:

Системы обогрева технологических трубопроводов широко используются в промышленности и строительстве, причем все большее распространение получает обогрев на основе кабельных нагревательных систем.

Кабельный обогрев имеет следующие достоинства:

• Относительно низкую материалоемкость и, как следствие, меньшие по сравнению с паровым обогревом капитальные затраты
• Большое разнообразие конструкций  и методов кабельного обогрева позволяют создавать системы обогрева как сложных объектов с распределенной сетью трубопроводов, так и системы обогрева магистральных трубопроводов.
• Следствием небольших размеров и гибкости  кабелей являются относительно небольшие затраты при монтаже кабельных систем обогрева.
• Возможность  управления от автоматизированной системы позволяет с высокой точностью поддерживать заданный технологический процесс и оптимизировать эксплуатационные расходы.

Системы обогрева трубопроводов могут быть разделены на два основных класса: системы компенсации тепловых потерь и системы разогрева движущейся жидкости.

Принцип систем обогрева, предназначенных для компенсации тепловых потерь, состоит в том, что система обогрева должна компенсировать потери тепла данным трубопроводом, при условии поддержания требуемой температуры на всей длине трубопровода.

Системы разогрева предназначены для подъема температуры  жидкости  в процессе ее движения по трубе и для компенсации тепловых потерь, имеющих место при этом процессе.

Расчет тепловых потерь

Начальный этап проектирования любой системы обогрева связан с определением мощностных характеристик системы, т.е. с определением величины ожидаемых тепловых потерь. В  то же время, в действующих строительных нормах и правилах нет прямых  указаний на порядок определения и нормирования величины тепловых потерь для обогреваемых трубопроводов. Наиболее близко к данной теме подходят СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» [1] и СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов» [2].

В СНиП отсутствуют какие-либо расчетные формулы и приводятся только таблицы рекомендуемых величин тепловых потоков для теплоизолированных трубопроводов без обогрева.

Формулы, приводимые в общей части свода правил [2], позволяют рассчитывать величину тепловых потерь, но в дальнейших разделах данного документа также нет конкретных указаний по методам расчета для обогреваемых трубопроводов.

Климатические параметры

Согласно СНиП 41-03-2003 (п.п. 6.2 и 6.3), в качестве расчетной температуры окружающего воздуха следует принимать для оборудования и трубопроводов, расположенных на открытом воздухе и имеющих поверхности с положительными температурами, среднюю температуру наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92. В то же время ряд проектировщиков за температуру окружающего воздуха принимают самую минимальную температуру для данного региона.

Рассмотрим, какой из подходов больше соответствует реальным процессам нагрева и охлаждения.

Анализ данных СНиП «Строительная климатология» показал, что по разнице значений «температура самой холодной пятидневки»  и «температура самых холодных суток» регионы различаются достаточно сильно. Общая тенденция такова: чем ниже средняя температура холодного периода, тем эта разница меньше и наоборот. Так для населенных пунктов Чукотки, Якутии, Красноярского и Хабаровского краев эта разница составляет 2ч 3 градуса. В Мурманской, Вологодской, Владимирской и Новгородской областях эта разница достигает 10ч11 градусов. Та же тенденция прослеживается и при сравнении разницы между абсолютной минимальной температурой и температурой самой холодной пятидневки. В Якутии и на Чукотке разница составляет 4ч5 градусов, в то же время в центральной части России (Псковская, Владимирская, Калужская, Тверская и Ленинградская области) разница достигает 19ч22 градусов.

Сопоставление методик расчета тепловых потерь

Температура, которую необходимо поддерживать на трубе, определяется свойствами жидкости или требованиями технологического процесса. При перекачке воды обычно поддерживается температура от +5 до +10°С, а при перекачке нефти и подобных продуктов + 40 ч 60°С. Системы обогрева устанавливаются на трубопроводах самых разных диаметров и, резонно предположить, что чем больше диаметр трубы, тем большей тепловой инерцией обладает система  и тем меньше на нее будет влиять кратковременное изменение температуры воздуха.

Приведенные выше расчетные данные и рассуждения позволяют сформулировать следующие рекомендации:

1. Расчет номинальной мощности систем обогрева по температуре самой холодной пятидневки рекомендуется выполнять:

• для трубопроводов диаметром 120 - 150 мм и более;
• для трубопроводов любых размеров, в случае протекания жидкостей, для которых допустимая степень охлаждения равна или превосходит разность между абсолютной минимальной температурой и температурой самой холодной пятидневки;
• при условии задания такой величины поддерживаемой температуры, чтобы разность между поддерживаемой и минимально допустимой для данной жидкости температурой была бы равна или превосходила разность между абсолютной минимальной и температурой самой холодной пятидневки;

1. Если ни одно из условий пункта 1 не выполняется, систему обогрева следует рассчитывать по абсолютной минимальной температуре.

Литература:

1. СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»

2. СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»

3. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»

4. ГОСТ Р МЭК 62086-1-2005 «Нагреватели сетевые электрические резистивные. Требования по проектированию, установке и обслуживанию»

Вся статья (в формате Word)