О теплоизоляции воздухопровода компрессорных установок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

1966

Том 146

О ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ВОЗДУХОПРОВОДА КОМПРЕССОРНЫХ

УСТАНОВОК

Б. М. ТИТОВ, А. Н. КАБАКОВ

Для предупреждения нагарообразования и взрыва компрессорной установки температуру сжатого воздуха рекомендуется ограничивать МОХ [1]. По мере движения воздуха по трубопроводу происходит его охлаждение с изменением температуры по логарифмическому закону [2]

1пГ|~~Г° (1)

т 2 — у; с,у о

где — температура в начале трубопровода, К; — температура в конце трубопровода, °К; Т0— температура окружающей среды, °К; ^шр—коэффициент теплопередачи от сжатого воздуха в окружающую среду, ккал/'час м °К; / — длина трубопровода, м; ср — теплоемкость сжатого воздуха, ккал/кгсК; и — расход воздуха, кг/час.

Воздухопроводную сеть по температурному режиму можно разделить на два участка. На первом участке сжатый воздух охлаждается до температуры окружающей среды, на втором — происходит изотермическое течение воздуха.

Интерес представляет первый участок трубопровода. Для конкретных условий его длину можно определить по формуле (1).

1= 1. (2)

и т__т

ятр 1 1 1 о

Работоспособность и весовой расход сжатого воздуха потребителем изменяется пропорционально температуре [3]

чз)

а и Тх

где Ои Оч — расход сжатого воздуха при Г, и Г2, кг/час;

Ь2 — работоспособность воздуха соответственно при Тх и Т2, кгм1кг.

Таким образом, для совершения одной и той же работы горячего воздуха требуется меньше на величину

Для сохранения температуры сжатого воздуха может применяться теплоизоляция воздухопровода. Потери тепла в трубопроводе, выраженные через параметры воздуха,

^ = ТУ). (5)

Те же потери тепла, выраженные через параметры трубопровода,

л<2 = *шр-/'Д7;р, (6)

где /стр —■ коэффициент теплопередачи от компрессорного воздуха в окружающую среду через трубопровод с изоляционным покрытием;

Г —длина изолированного трубопровода, м\ — средняя логарифмическая разность температур между компрессорным воздухом и окружающей средой.

т,-т2

2 ' О

Из уравнений (5), (6), (7), имеем

= -^ . (7)

т, - т,

1п

Отсюда

с/} (Г, - Т.,! = ктр1' . (8)

Т2-Т0

т _т

с 01п —-

т т

V =--- ~ " . (9)

Л-тр

Из формул (2) и (9) видно, что при прочих равных величинах длина первого участка трубопровода зависит от коэффициентов теплопередачи

= (10) ^-гпр

Коэффициенты теплопередачи лгтр и лгтр определяются по известным формулам |Ч, стр. 106].

Затраты на изоляцию воздухопровода

с 100 + ф + <Р / 1 , > \ Л „ . ,, , V „

=-юо--" ^ °из)*°из1 т Л~ * 2 + п =

= \clJAз (атс12 2ап) + ааа2], (11)

где ф — стоимость наложения изоляции, %; (11)

о — стоимость ремонта изоляции за срок службы, %; толщина изоляции, ж; ат — стоимость изоляционного материала, руб/м^; ап — стоимость покровного слоя, руб/лг; Годовое снижение эксплуатационных расходов при использовании горячего воздуха

Л Э — Упгодав/ где V — производительность компрессора мь/шс;

(12)

пг0д —число часов компрессорной установки в год; ав —стоимость 1 м? сжатого воздуха, руб/лг1; Я0) — газовые постоянные при температуре Т0 и Т2\

/— коэффициент, учитывающий утечки в воздухопроводной сети.

Срок окупаемости изоляции трубопровода

с

Г* _ ° из

д э

100 + Ф + ? ъсрч V \ать Аз + Къ^пАг + 2а„) ап-с1»]

100

к

1п

X

Т — т

_1 о

Г, - т,

тр

I/.//год-а

X

/!

Т,

[ V Т2

-1

т'п,

(13)

А = получим

Обозначив через

100 + Ф + ?

*сРч \а

т° из

8ИЯ 4- 2а„) апй{

100

^тр ' ^год *

Л • 1п

Сиз--

Т, - Гг

/

7}

1)4

/

Г Гп'/?п

(14)

(15)

В формуле П4) наивыгоднейшая толщина оиз определяется по методу окупаемости последних слоев изоляции [5, стр. 123].

Пример. Рассчитать целесообразность изоляции шахтной воздухопроводной сети (рис. 1). При расчете принять следующие данные:

число часов работы компрессорной установки в год пгол = — 71Ю0 час;

температура на 'выходе из компрессора Т\ = 413°К;

температура шахтной среды То = 298°К;

стоимость 1 м3 изоляционного слоя из оштукатуренных минераловатных скорлуп — 53,34 руб;

коэффициент теплопроводности изоляционного слоя,

Х = 0,052+0,00016*ср, —

м-г- град стоимость окраски изоляции — 0,28 руб/м2\

утечки сжатого воздуха из пневматической сети — 20%; нормативный срок службы изоляции — 8 лет.

Стоимость наложения и ремонта теплоизоляции принимаем соответственно 15 и 10% от затрат на изоляцию воздухопровода.

Расчеты показывают (табл. 1), что для шахтных условий при большой протяженности и разветвленности пневматической сети, наличии

Рте. 1. Расчетная схема воздухопроводной сети

Таблица 1

Расчет эффективности тепловой изоляции воздухопровода (к примеру 1)

Расход сжатого воздуха, мъ\мин Длина воздухопровода, ж Диаметр трубопровода, м Толщина изоляции, ж Экономически выгодная Заключение

Участок сети действительная расчетная расчетный принятый расчетная принятая Коэффициент А температура воздуха не ниже °К длина воздухопровода, не свыше, м о целесообразности наложения изоляции

1-2 2-3 2-4 51,4 46,2 5,2 50 Э 1000 500 575 1150 575 0,160 0,151 0,07 0,194 0,194 0.089 0,0697 0,0697 0,049 0,07 0,07 0,05 0,395 0,395 0.542 394 325 325 2020 246 целесообразно нецелесообразно

3-5 16,2 100 115 0,125 0.159 — — — • 325 25 —" —

3-6 30 0 0 — 0,194 0,0697 0,07 0,395 325 —- целесообразно

м со

большого количества передвижных пневмомеханизмов небольшой мощности (перфораторы, отбойные молотки и др.)» изоляция воздухопроводов сжатого воздуха оказывается в большинстве случаев нецелесообразной. Теплоизоляция шахтных воздухопроводов может быть целесообразной при питании сжатым воздухом пневмомеханизмов большой мощности, подсоединенных к пневматической сети вблизи от компрессорной установки.

В заводских условиях при сравнительно небольшой длине пневматической сети и стационарном оборудовании, изоляция воздухопроводов является экономически выгодной. Целесообразность изоляции воздухопроводов сжатого воздуха для конкретных условий предлагается определять по методике, изложенной в данной статье.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. Е. Гордеев, В. Ф. Котов, А. И. С е р б и к о в, Я. К. Прошин. О взрывах в воздушных поршневых компрессорах и магистралях, Промышленная энергетика, № 12, 1964.

2. М. А. Матвеев. Падение температуры сжатого воздуха в рудничных воздухопроводах. Горный журнал, № 4, 1951.

3. В. И. Шишки н. Снижение расхода сжатого воздуха потребителями, Промышленная энергетика, № 4, 1964.

4. А. С. Ильичев. Рудничные пневматические установки, т. 1, Углетехиздат, 1953.

5. С. В. X и ж н я к о в. Практические расчеты тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов. Изд-во Энергия, М.-Л., 1964.