Галкин С.В.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет

имени Д. Серикбаева, Казахстан

ОБЗОР ФАКТОРОВ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ

На сегодняшний день отсутствуют экологически чистые источники энергии, которые в достаточной мере могли бы удовлетворить постоянно растущие потребности человечества. Освоение природных ископаемых сопровождается не только загрязнением окружающей среды, разрушением среды обитания флоры и фауны, но и истощением их ограниченного запаса. Поэтому необходимо рационально использовать имеющиеся ресурсы, сводя к минимуму неизбежные материальные и энергетические потери в технологических процессах промышленных производств.

В настоящее время, на предприятиях теплоэнергетики за счет средств автоматизации удается добиться достаточно высокого КПД теплогенерирующих установок (90-95 %). Однако при транспортировке теплоэнергии к потребителю в виде горячей воды или пара происходят значительные потери тепла, так как в трубопроводах теплоноситель частично остывает, отдавая тепло окружающей среде. Анализ, проведённый ВНИПИ Теплопроект, показывает, что ежегодные потери тепла на 400 тысяч км тепловых сетей составляют 224,5 млн. Гкал, или 32,1 млн. т условного топлива.

Для снижения теплопотерь оборудования и трубопроводов применяется теплоизоляция. Эффективность теплоизоляции зависит от её физических свойств и толщины. Чем толще слой теплоизоляции и больше её термическое сопротивление, тем меньше тепла теряет теплоноситель. Но устройство теплоизоляционных конструкций требует экономических затрат, поэтому необходимо рационально подходить к решению данного вопроса. В современной технике применяются теплоносители высоких температур и глубокого холода, что обусловливает большие потери энергии. В связи с этим теплоизоляция технологического оборудования и трубопроводов приобрела первостепенную и самостоятельную роль.

В настоящее время в Казахстане расчёты тепловой изоляции проводятся по СНиП 2.04.14-88* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» [1]. В нём изложен ряд методик, которые преследуют различные цели: экономия энергоресурсов, заданное снижение температуры теплоносителя, обеспечение нормируемой температуры на поверхности изоляции.

Рациональное использование энергоресурсов способствует снижению себестоимости конечной продукции и уменьшению отрицательного влияния человека на природу, в чём современное общество особенно заинтересовано. Следовательно, при расчёте тепловой изоляции необходимо исходить, прежде всего, из этих соображений, и только затем проверять полученный результат на соответствие с другими требованиями. Расчёт по СНиП 2.04.14-88*, преследующий данную цель, основан на нормировании теплопотерь. В таблицах СНиП указаны нормированные плотности теплового потока через изолированную поверхность в зависимости от геометрических и эксплуатационных условий. Исходя из этих норм, рассчитывается необходимая толщина теплоизоляционного слоя для данного материала. При выполнении расчётов для теплотрасс, проложенных в непроходных каналах, в соответствии со СНиП 2.04.14-88* получается, что толщина тепловой изоляции на обратном трубопроводе должна быть больше, чем на подающем (превышение может достигать 18 %). И это при том, что температура теплоносителя в подающем трубопроводе выше, чем в обратном. Указанное является логическим противоречием и позволяет усомниться в объективности данного метода расчёта. Таким образом, возникает необходимость в разработке новой методики проектирования тепловой изоляции, обеспечивающего сведение теплопотерь к рациональному минимуму.

За последние годы были достигнуты значительные успехи в области производства теплоизоляционных материалов, а также по индустриализации теплоизоляционных работ. Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов постоянно улучшаются, а стоимость капитальных затрат на обустройство теплоизоляции снижается относительно стоимости тепловой энергии. Однако проектно-нормативная документация по проектированию тепловой изоляции и оценки её эффективность значительно устарела, так как основа на базе данных, разработанных в 50-х и 80-х годах пошлого века [2], [3].

В настоящее время промышленностью выпускается достаточно широкая номенклатура теплоизоляционных материалов, обладающих различными характеристиками (срок службы, теплоизоляционные свойства, стоимость, область применения). При проектировании тепловой изоляции оборудования и трубопроводов необходимо решить два основных вопроса:

1) Какой теплоизоляционный материал необходимо применить?

2) Какай должна быть толщина теплоизоляционного слоя из выбранного материала?

Рациональность выбора теплоизоляционного материала и толщины его слоя определяются собственными характеристиками этого материала и условиями эксплуатации.

К условиям эксплуатации, влияющим на рациональность выбора теплоизоляционного материала, относятся:

- разность температур рабочей и окружающей среды;

- коэффициент теплоотдачи с поверхности;

- геометрические характеристики изолируемой поверхности;

- себестоимость единицы тепла;

- срок функционирования изолируемого объекта.

К характеристикам теплоизоляционного материала, влияющим на рациональность его выбора, относятся:

- предельно-допустимые условия эксплуатации;

- коэффициент теплопроводности;

- срок службы;

- капительные затраты на устройство тепловой изоляции.

Наличие такого количества факторов обуславливает необходимость индивидуального подхода при расчётах тепловой изоляции технологического оборудования и трубопроводов.

Новая методика проектирования тепловой изоляции оборудования и трубопроводов должна быть обеспечена:

1) алгоритмом расчёта оптимальной толщины слоя для каждого из рассматриваемых видов теплоизоляционных материалов;

2) алгоритмом выявления наилучшего вида теплоизоляционного материалов из рассматриваемого ассортимента.

Анализ методики расчёта тепловой изоляции по СНиП 2.04.14-88* показал, что она объективно не учитывает такие важнейшие факторы как: стоимость выработки единицы тепла, капительные затраты на устройство тепловой изоляции, срок функционирования тепловой изоляции. Тем самым, игнорируется специфика проектируемого объекта, что обусловлено влиянием плановой экономики советских времён. Современные рыночные отношения требуют индивидуального подхода к технологическим задачам, что позволяет выявить наиболее рациональный путь их решения.

Литература:

1. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. СНиП 2.04.14-88* -М.: Государственный строительный комитет СССР, 1989

2. Методические указания по составлению энергетических характеристик для систем транспорта тепловой энергии: РД 153-34 РК.0-20.523-02 - Астана: Казэнергоналадка, 2002

3. Нормы проектирования тепловой изоляции для трубопроводов и оборудования электростанций и тепловых сетей. - М.: Госстройиздат, 1959