Приложение 13 (рекомендуемое). Методика расчета теплотехнических параметров испытания теплоизолированных трубопроводов подогретой водой

Приложение 13
Рекомендуемое

Методика
расчета теплотехнических параметров испытания теплоизолированных трубопроводов подогретой водой

Настоящая методика предназначена для выполнения теплотехнических расчетов параметров испытания стальных надземных теплоизолированных трубопроводов.

Методика позволяет определять требуемую температуру воды в трубопроводе для начала испытания, параметры наполнения трубопровода водой, количество воды для его отогрева, а также оценивать интенсивность льдообразования в трубопроводе после испытания.

Методика может быть также использована для оценки теплотехнических параметров испытания надземных нетеплоизолированных участков трубопроводов.

Основные требования:

- удельная теплоемкость воды, ;

- удельная теплоемкость материала стенки трубы, ;

D - наружный диаметр трубы, м;

L - длина трубопровода, км;

Q - количество воды, необходимое для отогрева трубопровода, ;

q - расход воды при заполнении трубопровода, ;

R - термическое сопротивление, ;

- температура воздуха, °С;

- температура воды в трубопроводе в начале испытания (минимальная), °С;

- температура воды на входе в трубопровод, °С;

W - скорость ветра, м/с;

- толщина стенки трубы, м;

- толщина теплоизоляционного покрытия, м;

- скорость роста наледи, мм/ч;

- коэффициент теплопроводности материала теплоизоляции, ;

- плотность воды, ;

- плотность материала стенки трубы, .

1. Определение начальной температуры воды в трубопроводе.

Температуру воды в трубопроводе выбирают таким образом, чтобы исключить образование наледи в нем в течение всего времени испытания. Искомую температуру рассчитывают по формуле

,

где ;

.

В таблице приведены значения коэффициента А для трубопроводов из труб диаметром 530-1420 мм.

D, м	, м	A	В	С
0,53	0,008	0,00652	1,39	11,4
	0,009	0,00652	1,38	12,9
0,53	0,013	0,0065	1,36	18,4
	0,0084	0,00479	1,90	16,4
0,72	0,009	0,00479	1,89	17,5
0,82	0,009	0,00420	2,16	20,0
	0,012	0,00338	2,68	33,2
1,02	0,017	0,00339	2,65	46,7
	0,0152	0,00283	3,21	50,2
1,22	0,016	0,00283	3,20	52,8
	0,0168	0,00283	3,19	55,1
1,42	0,0157	0,00273	3,74	60,4
	0,0175	0,00243	3,73	67,3

Для графического определения начальной температуры воды в трубопроводе можно использовать номограмму, приведенную на рис. 1.

2. Определение параметров наполнения трубопровода.

Параметры наполнения трубопровода назначаются таким образом, чтобы при заданной суммарной производительности наполнительных агрегатов температура воды, подаваемой в трубопровод, обеспечивала требуемое значение температуры в конце участка.

Для принятой суммарной производительности наполнительных агрегатов температуру воды, подаваемую в трубопровод, рассчитывают по формуле

,

где .

В таблице приведены значения коэффициента В для трубопроводов из труб диаметром 530-1420 мм. Для графического определения температуры воды, подаваемой в трубопровод, может быть использована номограмма, приведенная на рис. 1.

3. Оценка количества воды, необходимого для отогрева трубопровода.

Если трубопровод, подлежащий испытанию, имеет температуру стенки ниже 0°С, для удаления образующейся в процессе его заполнения наледи необходима прокачка воды через испытываемый участок.

Количество воды, которое должно быть слито из трубопровода, в процессе прокачки может быть оценено по формуле

,

где .

В таблице приведены значения коэффициента С для трубопроводов из труб диаметром 530-1420 мм.

4. Оценка интенсивности льдообразования в трубопроводе.

При возникновении задержек в проведении работ по испытанию, приводящих к увеличению продолжительности пребывания воды в трубопроводе по сравнению с принятой в расчете, на внутренней поверхности трубы образуется наледь. Скорость роста толщины наледи рассчитывают по формуле

,

где .

Величину можно определить по номограмме, приведенной на рис. 2.

5. Надземные нетеплоизолированные трубопроводы.

Приведенная в разд. 1-4 методика может быть использована для оценочных теплотехнических расчетов надземных нетеплоизолированных трубопроводов. В этом случае величину R в разд. 1-4 следует определять по формуле

.

Величину R можно найти по номограмме, приведенной на рис. 3.

6. Примеры теплотехнических расчетов гидроиспытания.

Пример 1. Определить теплотехнические параметры гидроиспытания участка надземного теплоизолированного трубопровода при следующих исходных данных: ч; L = 8 км; D = 0,53 м; м; м; ; °C; q = 100 .

Для заданного размера трубы по таблице определяем значение коэффициентов А, В, С: А = 0,00652; B = 1,38; С = 12,9.

Рассчитываем значение термического сопротивления теплоизоляции:

.

Определяем значение комплекса:

.

Из точки 0,652 оси абсцисс номограммы, приведенной на рис. 1, проводим линию, параллельную оси ординат, до пересечения с прямой °C. Опустив из точки пересечения перпендикуляр на оси ординат, определяем величину превышения начальной температуры воды над температурой воздуха:

°C.

Находим начальную температуру воды в трубопроводе:

°C.

Рассчитываем значение комплекса:

.

Из точки оси ординат проводим прямую, параллельную прямым и определяем точку ее пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс в точке 0,276. Из найденной таким образом точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось ординат и определяем величину превышения температуры воды на входе в трубопровод над температурой воздуха:

°C.

Определяем температуру воды на входе в трубопровод:

°C.

Порядок пользования номограммой решения данного примера отображен на рис. 1 штриховой линией.

Рассчитываем количество воды, необходимое для отогрева трубопровода:

.

Определяем скорость роста наледи в трубопроводе по номограмме рис. 2. Из точки абсцисс °C проводим линию, параллельную оси ординат до пересечения с прямой R = 0,4. Опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось ординат, определяем значение мм/ч.

Таким образом, для проведения гидравлического испытания заданного участка трубопровода необходимо:

иметь температуру воды в конце трубопровода на начало испытания не ниже 24°С, что обеспечивает проведение испытания за 40 ч без замерзания воды. Для этого температура воды, подаваемой в трубопровод, должна быть не ниже 40°С (при подаче 100 );

прокачать через трубопровод около 210 воды путем слива ее с противоположного конца испытываемого участка. Прокачку необходимо контролировать измерением температуры сливаемой воды. При достижении расчетного значения °C прокачку прекращают.

В случае превышения заданного времени пребывания воды в трубопроводе на его внутренней поверхности образуется наледь. Скорость роста наледи составит 0,72 мм/ч.

Пример 2. Определить теплотехнические параметры гидроиспытания надземного нетеплоизолированного трубопровода при следующих исходных данных: ч; L = 8 км; D = 1,42 м; м; °С; W = 5 м/с; q = 1000 .

Для заданного размера трубы по таблице определяем значение коэффициентов А, В, С: A = 0,00243; B = 3,73; С = 67,3. По номограмме, приведенной на рис. 3, определяем величину термического сопротивления. Для этого из точки W = 5 м/с оси абсцисс проводим линию, параллельную оси ординат, до пересечения с прямой D = 1,4 м, опуская перпендикуляр из точки пересечения на ось ординат, определяем значение R = 0,058 .

Рассчитываем значение комплекса:

.

Из точки 1,05 оси абсцисс номограммы, приведенной на рис. 1, проводим линию, параллельную оси ординат, до пересечения с прямой °C. Опустив из точки пересечения перпендикуляр на ось ординат, определяем величину превышения начальной температуры воды над температурой воздуха:

°С.

Определяем начальную температуру воды в трубопроводе:

°С.

Рассчитываем значение комплекса:

.

Из точки °C оси ординат проводим прямую, параллельную прямым и определяем точку ее пересечения с перпендикуляром к оси абсцисс в точке 0,52.

Из найденной таким образом точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось ординат и определяем величину превышения температуры воды на входе в трубопровод над температурой воздуха:

°C.

Определяем температуру воды на входе в трубопровод:

°C.

Порядок пользования номограммой при решении данного примера показан на рис. 1 штриховой линией.

Рассчитываем количество воды, которое необходимо для отогрева трубопровода:

.

Определяем возможную скорость роста наледи в трубопроводе по номограмме (см. рис. 2). Из точки абсцисс °C проводим прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с прямой R = 0,058. Опустив из точки пересечения перпендикуляр на оси ординат, определяем значение мм/ч.