CC BY
15УДК 620.9
Н.Я. Агаев, А.В. Антипова, В.М. Мельников
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ
ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
В статье рассматриваются выбор толщины теплоизоляции. Рассматривается вопрос оптимизации. Приводятся рекомендации, рассчитываются основные показатели.
Ключевые слова: толщина теплоизоляции, минимальные затраты, максимальная теплозащита, энергетическая эффективность.
На основании технических требований нормативных документов [1] определяется предельная минимальная толщина тепловой изоляции. Вопрос о целесообразности увеличения толщины и повышения эффективности тепловой изоляции решается технико-экономическим расчетом, [2, с. 351].
Для изоляционного покрытия выбирается покрытие K-Flex Energo Standard и трубопровод тепловой сети промышленного предприятия с следующими техническими характеристиками: Потери тепла Q=329,49 Вт/м=283,365 ккал/м Принимается длина трубопровода 1 км, диаметр 273 мм Тогда потери по длине трубопровода Ql = 283364,718ккал = 0,283364718 Гкал
Продолжительность отопительного периода в г. Владимир - 213 суток Потери тепла в год Qi-од = 1448,560438 Гкал в год Затраты на изоляцию трубопровода:
Общая площадь изоляции 1375,32 м2, стоимость изоляции 1 м2 - 1111,38 руб., затраты 1 528 503,1
руб.
При средней стоимости Гкал в г. Владимир 1,5 тыс. руб., Потери тепла в год составят 2 172,8 тыс. руб.
Рассчитываются зависимости теплопотерь от увеличения толщины изоляции и увеличения затрат на изоляцию трубопроводов тепловой сети, табл. 1.
Таблица 1
Теплопотери как функция толщины и затрат на изоляцию__
№ Толщина слоя, м Затраты на изоляцию, тыс. руб. Потери тепла, Гкал Потери тепла, тыс. руб. Эффект, тыс. руб Срок окупаемости, год
0 0,000 4620,879 6931,319
1 0,019 1528,503 1448,560 2172,841 4758,478 0,321
2 0,038 1793,723 885,487 1328,230 5603,088 0,320
3 0,057 1926,333 650,214 975,321 5955,997 0,323
4 0,076 2058,943 520,790 781,185 6150,134 0,335
5 0,095 2191,552 438,760 658,140 6273,178 0,349
6 0,114 2324,162 382,033 573,049 6358,270 0,366
7 0,133 2456,772 340,405 510,608 6420,710 0,383
8 0,152 2589,382 308,516 462,774 6468,544 0,400
9 0,171 2721,992 283,276 424,914 6506,404 0,418
10 0,19 2854,602 262,780 394,169 6537,149 0,437
Строится графики зависимость теплопотерь от толщины изоляции, рис. 1, и зависимости срока окупаемости от затрат на изоляцию трубопроводов, рис. 2.
В соответствии с графиками на рисунках 1 и 2 можно сделать вывод, что для данного трубопровода наиболее оптимальной будет толщина изоляции - 38 мм.
Проверяем, попадает ли выбранное решение (изоляция 38 мм) в область допустимых значений, т.е. производится расчет нормативных потерь тепла для заданного трубопровода, табл. 2.
© Агаев Н.Я., Антипова А.В., Мельников В.М., 2017.
Рис. 1. Зависимость теплопотерь от толщины изоляции
Рис. 2. График зависимости срока окупаемости от затрат на изоляцию трубопроводов
Таблица 2
Сравнение результатов потерь тепла
Нормативные потери тепла 682,23 ккал
Потери тепла через изоляцию толщиной 38 мм 885,49 ккал
Потери тепла через изоляцию толщиной 57 мм 650,21 ккал
При толщине изоляции 38 мм потери тепла больше нормативного значения, следовательно, следует выбрать тепловую изоляцию толщиной 57 мм, при которой потери тепла не превышают нормативного значения. Наиболее оптимальным решением, попадающим в область допустимых значений, будет толщина изоляции - 57 мм при заданных начальных условиях.
Для снижения потерь тепловой энергии при ее передаче в тепловых распределительных сетях рекомендуется замена теплоизоляции на современную K-FLEX, дающую 10% экономии от существующих тепловых потерь.
Теплоизоляционные материалы из вспененного каучука K-FLEX, изготавливаемые предприятием ООО «К-ФЛЕКС» по ТУ 2535-001-75218577-05, являются современными эффективными материалами с высокими теплофизическими и эксплуатационными характеристиками [3].
Теплоизоляционные материалы K-FLEX изготавливаются из синтетического каучука с последующим его вспениванием. Материалы K-FLEX имеют высокую пористость в сочетании с небольшим размером ячеек и оптимальным объемным весом, что позволяет сократить кондуктивную, радиационную и конвективную составляющие эффективной теплопроводности материала. Поэтому изделия характеризуются низким значением коэффициента теплопроводности. Материалы K-FLEX имеют структуру с закрытыми ячейками и поэтому обладают высоким сопротивлением диффузии парообразной и капельной влаги. Увлажнение теплоизоляционных материалов приводит к увеличению их теплопроводности и возможному разрушению при циклическом воздействии знакопеременных температур. Материалы K-FLEX, характеризующиеся высоким диффузионным сопротивлением, в процессе эксплуатации в пределах срока службы конструкции не увлажняются и не накапливают влагу, поэтому их теплозащитные свойства практически не изменяются. Обычно теплоизоляционная система должна состоять из теплоизоляционного и покровного слоев и элементов крепления. В случае низкотемпературного применения необходимо также использовать пароизоляционный и защитный слои. Так как изделия K-FLEX имеют чрезвычайно низкую паро-проницаемость, то в конструкциях тепловой изоляции на их основе не требуется устройства пароизоляци-онного слоя. А при внутреннем применении изделий K-FLEX покровный слой не устанавливается. Такое упрощение теплоизоляционных конструкций приводит к сокращению количества монтажных операций и, как следствие, сокращению времени и стоимости монтажа. Обладая высокой гибкостью и имея широкий ассортимент готовых форм в виде трубок, углов, тройников, материалы K-FLEX имеют неоспоримые преимущества в части технологичности монтажа.
Материалы K-FLEX в зависимости от марки могут использоваться для тепловой изоляции поверхностей с температурами от -200 до +150 °С. Минимальная рабочая температура подтверждена конструкционными испытаниями в LNE (Франция) и ОАО «КРИОГЕНМАШ» (Россия). Максимальная рабочая температура подтверждена сертификационными испытаниями по методике ТУ 2535-001-75218577-05. Критерием долговечности служит продолжительность эксплуатационного периода, в течение которого
тепловой поток не превышает нормативного значения. Научные исследования, проведенные в НИИМос-строй по методике ВНИИСтройполимер, подтвердили, что срок службы изделий из вспененного каучука (эластомера) при тепловом старении составляет 20 лет.
При изготовлении материалов K-FLEX применяется целый комплекс огнегасящих добавок. Поэтому готовые изделия не поддерживают самостоятельного горения и не распространяют пламени по поверхности, а также характеризуются низкой токсичностью продуктов горения и низким дымообразова-нием, что позволяет использовать их на объектах с повышенными требованиями к пожарной безопасности.
При эксплуатации материалы K-FLEX не выделяют в окружающую среду пыль и волокна, а также вредные и неприятнопахнущие вещества, что позволяет применять их на объектах с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями: пищевое производство, медицинские центры. Теплоизоляционные материалы K-FLEX изготавливаются из композиции на основе бутадиен-нитрилакрилового каучука с различными добавками путем экструзии с последующей вулканизацией и вспениванием.
Как известно, коррозия оборудования связана с абсорбирующими свойствами изоляции в диапазоне температур, создающим условия для проникновения в изоляцию влаги и паров, а также с агрессивными веществами, входящими в состав изоляционного материала. В результате соли, различные химические вещества и водяной пар не впитываются изоляцией и не попадают на металлическую поверхность. Материалы K-FLEX имеют высокое диффузионное сопротивление и нейтральный показатель кислотности, не подвергаются увлажнению в процессе эксплуатации, тем самым, исключая процесс коррозии, рис. 3. Участки, подлежащие замене с изменением диаметра трубопроводов, указаны в таблице. Данное мероприятие позволит не только снизить технологические потери тепловой энергии при ее передаче, но и позволит повысить качество теплоснабжения, обеспечив каждого потребителя требуемым количеством теплоносителя.
Тепловые потери в водяных тепловых сетях в течение года в соответствии с результатами расчета составляют 1425,2 Гкал в год, что соответствует 400,4 т мазута в год. Годовая экономия котельно-печного топлива при замене тепловой изоляции трубопроводов системы теплоснабжения составит 0,1- 400,4 = 40,04 т в год. С учетом средней стоимости мазута 8938,87 руб./т., экономия денежных средств от реализации данного мероприятия составит 361130,35 руб. ежегодно.
Стоимость реконструкции одного погонного метра тепловой изоляции тепловой сети составляет 101,78 руб. Общая стоимость реконструкции - 684429,79 руб. без учета НДС. Простой срок окупаемости - 2,2 года при среднем сроке службы трубопроводов не менее 30-ти лет.
Библиографический список
1. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. М.: Стройиздат, 2012.
2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2011. 472 с.
3. K-FLEX ENERGO PLUS. Сайт предприятия. 2017. URL http://energo.k-flex.ru/produkty-i-reshemya/teploizoly-aciya/k-flex-energo-plus (дата обращения: 22.01.2017)
АГАЕВ НАБИ ЯРМАГОМЕДОВИЧ - магистрант института архитектуры, строительства и энергетики, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
АНТИПОВА АЛЕКСАНДРА ВЛАДИМИРОВНА - заведующая группой по энергоаудиту ЗАО НПО «Техкранэнерго», Россия.
МЕЛЬНИКОВ ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры «Тепло-газоснабжение, вентиляция и гидравлика», Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
