Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Основным теплоизолятором является воздух, находящийся в порах изоляционного покрытия. Коэффициент теплопроводности воздуха при комнатной температуре (Хз) незначителен и равен 0,023 Вт/(м-К).

Если в результате перепадов температур между различными точками стенок пустот в массе воздуха, содержащегося в порах, формируются проводящие потоки, то тепло вследствие свободной конвекции будет теряться не только через проводящий материал стенок пор, но-И через сами поры. Чем меньше средний размер пор, тем менее значителен эффект конвекции.

Суммарная теплопроводность большого числа взаимосвязанных мелких пор и стенок, разделяющих их, будет меньше, чем теплопроводность изоляции с таким же суммарным объемом пор, но с большими размерами пор.

Однако мелкопористое изоляционное покрытие обладает низкой механической прочностью. Следовательно, уменьшение размеров пор лимитируется требованиями минимальной механической прочности покрытия.

Материал может рассматриваться как хороший теплоизолятор в следующих случаях: а) теплопроводность менее 0,08 Вт/(м-К); б) не содержатся компоненты, способствующие коррозии трубы; в) химическая инертность относительно воды и воздуха; г) механическая

прочность превышает минимально допустимую; д) сохраняются свойства в течение длительного времени; е) довольно просто покрываются стенки трубы.

Следует отметить, что инфильтрация воды в поры изоляционного материала существенно ухудшает ее термоизоляционные свойства, так как теплопроводность воды при комнатной температуре равна около 0,58 Вт/м-К, что почти в 25 раз выше, чем для воздуха. Следовательно, попадание воды в поры теплоизолирующего материала должно быть исключено. Это достигается частично за счет подбора изолирующего материала, имеющего изолированные, несообщающиеся поры, а частично за сЧеТ применения водонепроницаемой окраски.

Основные параметры наиболее распространенных изоляционных ма-териаловуказаны в таблице 7.2-1. Материалы, перечисленные в таблице, относятся к типу «открытопористых» и поэтому должны окрашиваться водонепроницаемой краской.

2000-

5000

100 т

Рис. 7.2-8. Диаграмма Вальтера - Аое-лоде

в последние годы расширяется применение пенополиуретана. Компания Шел Австралия Лимитед построила 200-мм трубопровод протяженностью 56 км, который изолирован слоем пенополиуретана толщиной 51 мм, имеющим обмотку из полиэтиленовой ленты (Томас, 1965).

Пенополиуретан отличается крайне высокой степенью пористости (пористость достигает 90%) и небольшой плотностью (около 34 кг/м). Поры не сообщаются между собой и наполнены фреоном. Теплопровод-Таблица 7.2-1

Параметры изоляционных материалов для трубопроводов (Балки, 1949)

• Применяется для изоляции трубопроводов, по которым перекачивается горячая продукция.

НОСТЬ пенополиуретана колеблется от 0,016 до 0,021 Вт/м-К. Он может использоваться при температурах до 107 °С. Наносится пенополиуретан иа трубы на трубопрокатных заводах; при этом для сварки концы их оставляют незаизолированными. На трассе, после того как трубы будут сварены, на стыки наносится пенополиуретан, а затем вся теплоизоляция обматывается слоем подогретой полиэтиленовой пленки. Остывая,, полиэтиленовая пленка сжимается и превращается в плотный водонепроницаемый слой.

В СССР используют установку, которая позволяет в полевых условиях наносить пенополиуретан на плети сваренных труб. Трубы, нагретые до 60 °С, протягиваются через камеру напыления пенополиуретана. Заданная толщина слоя изоляции выдерживается с помощью шаблона, установленного в выходном отверстии камеры напыления (Зейналов, 1968).

Нанесение высококачественной теплоизоляции связано со значительными затратами средств, так как ее стоимость приблизительно равна стоимости самих труб (Гутвер, 1970).

третье слагаемое в знаменателе уравнения (7.2-17) характеризует-свойства грунта, окружающего трубопровод.

Обозначив через Тгр начальную температуру незатронутого грунта на глубине размещения трубопровода и учитывая, что она будет равна температуре грунта у дневной поверхности, можно показать, что

«2 =

ТТТ- (7.2-29>

. и.н )

Здесь й?и. и - внешний диаметр трубопровода вместе с изоляционным покрытием. Если трубопровод не покрыт изоляцией, dii.n = d„ (dn - наружный диаметр труб). Чем выше h/d.i,, тем более приближенное будет значение аг:

а,=-(7.2-30).

и.н In 2-

"и.н

На практике при h/du.h = 2 по этим формулам получают близко сходящиеся результаты.

Методы расчета теплопроводности грунта были рассмотрены в разделе 7.2-1.

При определении коэффициента теплопередачи К для действующего трубопровода следует учитывать, что пористость грунта, которым засыпана траншея, выше пористости незатронутого грунта и, следовательно, его теплопроводность будет ниже. Порядок расчетов для этого случая был разработан Фордом, Эллсом и Расселом (Дейвенпорт и Конти, 1971). Грунт, заполняющий траншею, со временем уплотняется и, следовательно, эффективный коэффициент его теплопроводности незначительно увеличивается. Коэффициент теплопроводности грунта зависит от силы ветра, растительного покрова, снежного покрова, влажности грунта и агрегатного состояния воды. В местностях с умеренным климатом промерзание грунта редко учитывается в расчетах теплопо-терь через грунт. Но в районах вечной мерзлоты это может играть важную роль. Влияние силы ветра, растительного или снежного покрова на значение величины К мало изучено и не может быть определено количественно. Однако степень влияния влажности грунта известна (рассмотрено в разделе 7.2-1). В соответствии с этим следует ожидать, что коэффициент теплопередачи будет изменяться в течение года в зависимости от влажности грунта, которая, в свою очередь, определяется состоянием погоды.

На рис. 7.2-9 представлен график изменения К* по длине трех участков нефтепровода «Дружба», построенный по данным замеров за три года. Согласно этому графику, коэффициент теплопередачи имеет наиболее низкие значения в июне, июле и августе, т. е. в самые теплые и сухие месяцы северного полушария с континентальным климатом.

Если коэффициент теплопередачи К необходимо определить расчетным путем при ламинарном режиме течения, для вычисления ai требуется знать температуру внутренней поверхности стенки трубы

Ттр.В-