W34. Критическая толщина теплоизоляции трубопроводов

Автор – В. В. Савенко.  Дата публикации – 11.08.2020.

Для рационального выбора материала теплоизоляции трубопроводов в литературе рекомендуют применять критический диаметр (радиус), определяемый по простой зависимости. Приводятся выводы этой зависимости и условия выбора. Анализ этих выводов показывает следующее.

Предлагаемое условие выбора является необоснованно упрощенным. Из тех же используемых формул условие выбора получается более сложного вида. При выводе условия диаметр трубопровода неправомерно исключили из рассмотрения, в результате оказалось, что диаметр теплоизоляции не зависит от размеров трубопровода. Из-за этого по предлагаемому условию можно получать абсурдные результаты, когда диаметр теплоизоляции может быть меньше диаметра трубопровода.

Для исключения этого в качестве независимой переменной нужно принять толщину теплоизоляции. Тогда, применяя известные уравнения теплопередачи, получаем формулу для критической толщины, которая не имеет указанных недостатков. Однако для предлагаемой оценки достаточно использовать полученные условия, определять критические величины нет надобности. Эти величины практического применения не имеют.

Более того, в системах теплоснабжения показатели теплоизоляции не могут принимать критических значений. Это можно показать из анализа возможных пределов изменения влияющих факторов. Из такого анализа получим, например, что для достижений критических значений коэффициент теплопроводности изоляции должен быть в несколько раз больше реальных значений, а диаметры трубопроводов должны быть меньше 15 мм, какие в системах теплоснабжение не применяются.

Кроме того, при выводе формул для критических параметров учитывались не все влияющие факторы. Так, теплоотдача излучением не учитывалась совсем, а коэффициент теплоотдачи конвекцией считался независимым от толщины теплоизоляции. Если учесть эти факторы, то при определении экстремума функции получим уравнение, не имеющее аналитического решения, из которого можно было бы получить величину критического параметра и условие его появления. Выходом в таких случаях является получение и анализ зависимостей нужного параметра от влияющих факторов.

Расчеты по установлению таких зависимостей проведены для одиночного надземного теплопровода, их результаты представлены на рисунках 1-3 в виде зависимостей линейного сопротивления теплопередаче теплопровода от толщины теплоизоляции при разных значениях влияющих факторов.

Как видно из приведенных графиков, зависимости названного сопротивления не имеют экстремумов в широком диапазоне диаметров трубопроводов. При малых диаметрах трубопроводов минимум на графике появляется при значениях коэффициента теплопроводности изоляции в 17 раз больше, чем у применяемых материалов.

С использованием приведенных графиков на конкретных примерах показано, что предлагаемые в литературе простые формулы для критического диаметра не только дают значения, далекие от действительных, но и не позволяют правильно установить наличие или отсутствие экстремального значения сопротивления теплопередаче. Кроме того показано, что информация о наличии или отсутствии названного сопротивления не может использоваться для выбора или оценки тепловой изоляции.

Таким образом, используемый в литературе критический диаметр теплоизоляции получен на основе упрощенных представлений о реальных процессах, рекомендации по его использованию для выбора тепловой изоляции не обоснованы. Параметры в виде критического диаметра (радиуса), критической толщины и им подобные теоретически существуют, но в системах теплоснабжения они не могут использоваться с предлагаемой целью или найти какое-то другое практическое применение.

………………………………..Полный текст