ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТЕПЛОВЫХ  ПОТЕРЬ  ТЕПЛОВЫХ  СЕТЕЙ  В  УСЛОВИЯХ  УВЛАЖНЕНИЯ  ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Николаенко  Руслан  Абдулмеджидович

магистрант  2  курса,  кафедра  технической  физики  и  теплоэнергетики  ГУ  имени  Шакарима  города  Семей,  Республика  Казахстан,  г.  Семей

E-mail :  nik_ruslan@bk.ru

Ермоленко  Михаил  Вячеславович

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  и.  о.  доцента  ГУ  имени  Шакарима  города  Семей,  Республика  Казахстан,  г.  Семей

Анализ  мирового  опыта  в  решении  проблемы  энергосбережения  показывает,  что  экономия  топливно-энергетических  ресурсов  (ТЭР)  является  стратегической  задачей  государства.  Одним  из  наиболее  эффективных  путей  ее  решения  является  сокращение  потерь  тепловой  энергии  через  ограждающие  конструкции  зданий,  сооружений,  промышленного  оборудования  и  тепловых  сетей,  что  и  является  актуальностью  данной  работы.

Эксплуатация  трубопроводов  тепловых  сетей  в  условиях  не  только  увлажнения  изоляции,  но  и  в  условиях  полного  затопления  является  достаточно  распространенным  явлением  и  встречается  практически  во  всех  крупных  городах  и  промышленных  центрах  [2].

В  настоящее  время  разработана  методика  оценки  тепловых  потерь  трубопроводов  тепловых  сетей  в  условиях  затопления  каналов  тепловых  сетей,  которая  базируется  на  математическом  моделировании  процессов  тепловлагообмена  в  пористой  структуре  теплоизоляционного  слоя  [4].

Затопление  канальной  прокладки  трубопроводов  может  быть  вызвано  хорошей  водопроницаемостью  железобетонных  конструкций  ввиду  некачественной  заделки  стыков  стенок  и  швов  конструкции  при  монтаже  (в  этом  случае  трубопровод  затапливается  грунтовыми  и  поверхностными  водами)  [5].

Теоретическому  анализу  работы  трубопроводов  тепловых  сетей  во  внештатных  условиях  и  в  частности  в  условиях  увлажнения  изоляции  посвящено  много  публикаций,  в  которых  рассматриваются  основные  факторы,  влияющие  на  интенсификацию  процесса  потерь  тепловой  энергии.  В  частности  главным  фактором  роста  тепловых  потерь  при  эксплуатации  трубопровода  называется  рост  эффективного  коэффициента  теплопроводности  тепловой  изоляции  при  насыщении  ее  влагой  [3,  1].

Однако  экспериментальных  работ  по  определению  потерь  тепловой энергии  трубопроводов  тепловых  сетей  в  условиях  увлажнения  изоляции  или  затопления  каналов  трубопроводов  в  доступной  научно-технической  литературе  нет.

Целью  данной  работы  является  разработка  лабораторного  стенда  по  исследованию  тепловых  режимов  трубопроводов  тепловых  сетей  и  экспериментальное  определение  тепловых  потерь  теплопровода  в  условиях  увлажнения  тепловой  изоляции.

При  проведении  эксперимента  воссоздавались  реальные  условия работы  трубопроводов  тепловых  сетей  в  условиях  увлажнения  тепловой  изоляции,  в  масштабе,  позволяющем  без  серьёзных  капиталовложений,  измерить  все  необходимые  величины.

Для  проведения  эксперимента  по  определению  тепловых  потерь  в  условиях  увлажнения  тепловой  изоляции  использовалась  лабораторная  установка  (рисунок  1),  представляющая  собой  цилиндрический  металлический  кожух  с  внутренним  диаметром  100  мм,  длиной  0,5  м  и  электрический  нагреватель,  помещенный  внутрь  трубы  внутренним  диаметром  32  мм,  длиной  0,6  м.

Внутри  металлической  трубы  внутренним  диаметром  32  мм,  имитирующей  трубопровод  тепловой  сети  и  покрытой  слоем  изоляции  в  виде  минеральной  ваты  с  толщиной  65  мм,  располагается  трубчатый  электронагреватель  (ТЭН),  с  диаметром  13  мм  и  длиной  0,62  м.

В  качестве  первичных  преобразователей  температуры  термопары  и  Pt100  зонды.

Термопара  под  номером  1  находятся  на  1/2  толщины  изоляции,  2  на  внешней  поверхности  изоляции,  3  на  поверхности  металлического  кожуха.

Температура  внутри  трубы  имитирующей  трубопровод  тепловой  сети  измерялась  при  помощи  Pt100  зонда.

Рисунок  1.  Внешний  вид  лабораторной  установки:  1  —  металлический  кожух;  2  —  скрепляющие  хомуты;  3  —  электрический  нагреватель;  4  —  терморегулятор;  5  —  труба  имитирующая  трубопровод  тепловой  сети

Электрический  сигнал  от  термопар  регистрировался  при  помощи  прибора  KIMO  ТМ  200  позволяющего  присоединять  до  шести  вводов  и  контролировать  значения  в  диапазоне  изменения  температур  (-200÷1300)˚С. 

Эксперименты  проводились  при  фиксированных  значениях  температуры  на  поверхности  ТЭНа.  Эксперименты  проводились  для  периода  времени,  который  соответствовал  выходу  процесса  на  стационарный  режим  теплопроводности.  Время  выхода  процессов  на  стационарный  режим  составляло,  при  различных  опытах,  от  4  до  6  часов,  в  зависимости  от  температуры  наружной  поверхности  ТЭНа.

При  этом  считалось,  что  стационарный  режим  наступает  тогда,  когда  в  течение  2  часов,  значения  температуры,  в  контролируемых  точках  не  изменяется.  В  качестве  изоляционного  материала  использовалась  минеральная  вата,  так  как  это  самый  распространенный  изоляционный  материал,  который  применяется  при  канальной  прокладке  тепловых  сетей.

Опыт  проводился  в  следующем  порядке:  сначала  теплоизоляционный  материал  смачивался  водой  до  полного  увлажнения  изоляции,  далее  включался  электронагреватель.

Эксперименты  проводились  для  температур  поверхности  трубчатого  электронагревателя  от  70  ˚С  до  90  ˚С,  с  шагом  в  5  ˚С. 

В  таблицах  1,  2  приведены  типичные  результаты  экспериментальных  значений  температур,  при  температуре  поверхности  ТЭНа  90  ˚С.  В  таблице  1  в  условиях  увлажнения  тепловой  изоляции,  а  в  таблице  2  в  условиях  сухой  изоляции.

Таблица  1. 

Сводная  таблица  экспериментальных  данных  в  условиях  увлажнения  тепловой  изоляции,  при  температуре  90  ˚С

Таблица  2. 

Сводная  таблица  экспериментальных  данных  в  условиях  сухой  изоляции  при  температуре  90  ˚С

Из  данных  приведенных  в  этих  таблицах  видно,  что  стационарный режим  теплопроводности  наступает  через  6  часов  при  работе  экспериментальной  установки  в  условиях  затопления  и  1,5  часа  при  работе  экспериментальной  установки  без  затопления.

В  таблице  3  сгруппированы  результаты  исследований  величины  тепловых  потерь  полученных  экспериментальным  путем  в  условиях  увлаажнения  изоляции  ,  в  условиях  сухой  изоляции  .

Таблица  3. 

Сравнение  тепловых  потерь

Результаты,  приведенные  в  таблице  3,  свидетельствуют  о  том,  что  тепловые  потери  теплопровода  в  условиях  увлажнения  возрастают  на  величину  около  70  %.

Список  литературы:

1.Иванов  В.В.,  Букаров  Н.В.,  Василенко  В.В.  Влияние  увлажнения  изоляции  и  грунта  на  тепловые  потери  подземных  теплотрасс  //  Новости  теплоснабжения.  —  2002.  —  №  7.  —  С.  32—33.

2.Кузнецов  Г.В.,  Половников  В.Ю.  Затопление  каналов  тепловых сетей:  причины  и  последствия  //  Новости  теплоснабжения.  2006.  №  8.

3.Кузнецов  Г.В.,  Половников  В.Ю.  Численный  анализ  потерь  тепла  в  магистральных  теплотрубопроводах,  в  условиях  полного  или  частичного  затопления  //  ИФЖ.  Том  81.  №  2.

4.Петров-Денисов  В.Г.,  Масленников  Л.A.  Процессы  тепло-  и  влагообмена  в  промышленной  изоляции.  М.:  Энергоатомиздат.  1983.  —  156  с.

5.Шишкин  А.В.  Определение  потерь  тепла  в  сетях  централизованного  теплоснабжения  //  Теплоэнергетика.  —  2003.  —  №  9.  —  72—77  с.