книги из ГПНТБ / Воронков, С. Т. Тепловая изоляция энергетических установок учеб. пособие
.pdf
С. Т. ВОРОНКОВ,
Д. 3. ИСЭРОВ ТЕПЛОВАЯ
изоляция
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК
2-е ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Одобрено Ученым советом Государственного коми тета Совета Министров СССР по профессиональ но-техническому образованию в качестве учебного пособия для профессионально-технических училищ и подготовки рабочих на производстве
МОСКВА ВЫСШАЯ ШКОЛА»
1974
л?
6П2.2 В75
Воронков С. Т., Исэров Д. 3.
В75 Тепловая изоляция энергетических устано вок. Учеб, пособие для проф.-техн. училищ и подгот. рабочих на производстве. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Высш. школа», 1974
272 с. с ил.
В книге изложены основные понятия о тепловой электростанции и тепловой изоляции, описаны теплоизо ляционные материалы, изделия и конструкции. Приведе ны необходимые сведения и приемы по организации и механизации теплоизоляционных работ и технологии их выполнения, правилам контроля качества материалов и готовых теплоизоляционных конструкций.
Второе издание дополнено сведениями о новых мате риалах, применяемых для защитных покрытий тепловой изоляции и изоляции объектов с отрицательными тем пературами. Главы II и III переработаны в соответствии с вновь принятой классификацией теплоизоляционных материалов и конструкций.
В |
30303—613 |
6П2.2 |
|
|
052(01)—74 |
Со всеми замечаниями и предложениями просим об ращаться по адресу: Москва, К-51, Неглинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
© Издательство «Высшая школа», 1974
В В Е Д Е Н И Е
Высокие темпы развития энергетики, предусмотрен ные директивами XXIV съезда КПСС, требуют выполне ния больших объемов работ по тепловой изоляции как на вновь вводимых энергетических объектах, так и при ре монте действующего оборудования электростанций. Теп ловая изоляция является элементом энергетического обо рудования, обеспечивающим надежную и экономичную работу агрегатов электростанций с минимальными удель ными расходами топлива.
В общем объеме работ по монтажу теплоэнергетиче ского оборудования современных тепловых электростан ций изоляция горячих поверхностей оборудования, трубо проводов пара и горячей воды, паровых турбин, пароге нераторов, различных подогревателей является завер шающим этапом производственного процесса сооруже ния тепловой электростанции. Нормальная эксплуата ция энергетического оборудования и трубопроводов теп ловых электростанций в неизолированном виде невоз можна, так как температура рабочей среды достигает 540—570°С. Незащищенные тепловой изоляцией горячие поверхности становятся опасными; резко повышающаяся температура окружающей среды не позволяет обслужи вающему персоналу даже непродолжительное время на ходиться в непосредственной близости от неизолирован ных поверхностей действующего оборудования.
Таким образом, тепловая изоляция является также важным фактором обеспечения нормальных санитарногигиенических условий работы эксплуатационного персо нала и нормальных технических условий эксплуатации энергетического оборудования.
В настоящее время происходят коренные изменения в области производства работ по тепловой изоляции энер гетического оборудования и трубопроводов. Созданы но вые виды сборных теплоизоляционных конструкций, внедряются новые защитные покрытия тепловой изоля ции, освоены новые приспособления и машины, механи зирующие тяжелый ручной труд по нанесению тепловой изоляции на поверхности турбоагрегатов, парогенерато-
з
ров и другого энергетического оборудования. В широких масштабах применяется монтаж тепловой изоляции обо рудования энергетических блоков на укрупнительно-сбо- рочных площадках, установка этих блоков с готовыми изоляционными конструкциями в проектное положение.
При монтаже и ремонте конструкций из различных теплоизоляционных материалов теплоизолировщик дол жен не только обеспечивать высокое качество работ, но и не допускать перерасхода материалов, порчи инстру ментов, приспособлений и оснастки. Для этого изолиров щик должен овладеть необходимыми знаниями и квали фикацией, целеустремленно применять все новое, про грессивное в области тепловой изоляции, так как пра вильное выполнение теплоизоляционных работ на энерге тических установках дает большой экономический эф фект.
Г Л А В А 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ о ТЕПЛОВОЙ э л е к три ч е с к о й СТАНЦИИ, ТЕПЛОВЫХ ПРО ЦЕССАХ И НАЗНАЧЕНИИ ТЕПЛОВОЙ ИЗО ЛЯЦИИ
§ I. Основные сведения о тепловой элек трической станции
Назначение тепловой электрической станции — выра ботка электрической, а -при необходимости, и тепловой энергии. На тепловых электростанциях в качестве топли ва применяют каменный уголь, торф, горючие сланцы, отходы от переработки нефти или -природный газ. Основ ным оборудованием тепловой электростанции являются парогенератор, паровая турбина, электрический генера тор и трансформатор. Общий вид тепловой электростан ции показан на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид тепловой электростанции'.
/ — топливный склад, 2 — наклонная эстакада подачи топлива, 3 —> парогенераторный цех, 4 — турбинный цех, 5 — распределительное
устройство
5
П а р о г е н е р а т о р (паровой котел) —’ устройство, предназначенное для выработки пара из воды путем ис пользования тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива.
П а р о в а я т у р б и н а — агрегат, предназначенный для преобразования тепловой энергии пара в механиче
скую энергию, вращающую роторы |
турбины и генера |
тора. |
машина, в которой |
Г е н е р а т о р — электрическая |
механическая энергия вращения ротора преобразуется в электрическую.
Т р а н с ф о р м а т о р — аппарат для преобразования электрического тока одного напряжения в электрический ток другого напряжения.
Кроме основного оборудования на тепловых электри ческих станциях установлено большое количество вспо могательного оборудования. Основное и вспомогатель ное теплоэнергетическое оборудование связано между со бой системой трубопроводов различного назначения, а электрическое оборудование — системой токопроводов (кабелей, шин и т. д.). Теплоэнергетическое оборудова ние размещается в главном корпусе станции. На тепло вых электростанциях имеются следующие цеха: топлив но-транспортный, парогенераторный, турбинный, элект рический, химический, автоматики и теплового контроля
иремонтно-строительный.
§2. Краткие сведения о процессе тепло передачи и назначении тепловой изоляции
Процесс получения и преобразования тепловой энер гии на тепловых электростанциях сопровождается поте рями тепла, величины которых в значительной мере зави сят от наличия и качества тепловой изоляции нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов, в которых протекает горячий теплоноситель (пар, вода). Для луч шего понимания назначения тепловой изоляции необхо димо ознакомиться с элементами процесса теплопере дачи.
Теплопередача — это процесс распространения тепла от одних тел к другим. Для измерения тепла, .передавае мого при теплопередаче, применяется единица количест ва теплоты — калория (кал). Калория — это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на
б
1°С. В технике обычно употребляют единицу в 1000 раз большую — килокалорию (ккал). В качестве тепловой единицы по Международной системе единиц (СИ), при нятой в 1960 г., служит джоуль (дж) и килоджоуль
(кдж):
1 дж ^0,239 кал; 1 кдж—0,239 ккал; 1 кал = 4,187 дж.
Известно, что если два соприкасающихся или вблизи находящихся тела имеют различные температуры, то теп ловая энергия передается от тела, нагретого до более вы сокой температуры, к телу с более низкой температурой. Причем, чем больше разность температур, тем интенсив нее протекает процесс теплопередачи.
Различают три вида теплопередачи: теплопровод ность, конвекцию и лучеиспускание (радиацию). В боль шинстве случаев в теплоэнергетических установках осу ществляются одновременно все три вида теплообмена.
Теплопроводностью называется передача тепла внут ри самого тела и при соприкосновении твердых тел. Если нагреть один конец железного прута, температура его поднимется и на другом конце из-за передачи тепловой энергии от более нагретой части тела к менее нагретой. В этом случае передача тепла внутри тела происходит от молекул горячей части тела, обладающих большей энер гией, к молекулам холодной части, обладающих мень шей энергией, в результате непосредственного их столк новения. Теплопроводность можно наблюдать также в жидкостях и газах. Если нагревать воду сверху, переда ча тепла от нагретых верхних слоев к холодным ниж ним слоям будет происходить в результате теплопровод ности.
Количество тепла, которое (передается за 1 ч через стенку площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности тем ператур на крайних поверхностях этой стенки в 1°С на зывают коэффициентом теплопроводности, обозначают греческой буквой X (ламда) и измеряют в ккал/м-ч-град. По системе СИ единицей коэффициента теплопроводно сти является ватт/метр-градус (вт/м-град); 1 вт/м-град= = 0,86 ккал/м • ч • град; 1 кал/м • ч • град= 1,163 вт[м • град.
Коэффициент теплопроводности наиболее высок у ме таллов. Так, у меди он равен 300—320 ккал/м-ч-град, у
железа 40—50 ккал/м • ч • град.
Конвекцией называют процесс переноса тепла переме щающейся жидкостью или газом (воздухом). В жидко стях и газах к твердому телу тепло передается, главным
7
образом, в результате конвекции и отчасти теплопровод ности и лучеиспускания. Нагретое тело испускает неви димые тепловые лучи, которые частично отражаются, а частично поглощаются другими, менее нагретыми тела ми. Поглощенные телом тепловые лучи увеличивают его тепловую энергию и повышают температуру.
Лучеиспусканием называется перенос тепла посредст вом тепловых лучей. Тепловые лучи, так же как и -свето вые и электрические, являются электромагнитными коле баниями, только длина волн тепловых лучей -больше, чем световых, и меньше, чем электрических. Воздух -почти полностью пропускает тепловые лучи. 'Мощность луче испускания тела зависит от физической и химической природы тела и свойств его поверхности и повышается пропорционально абсолютной температуре тела.
Теплоотдачей называется передача тепла от жидко сти или газа к соприкасающейся стенке или, наоборот, от стенки к соприкасающимся с ней жидкости или газу. Теплоотдача характеризуется коэффициентом теплоотда чи и обозначается буквой а (альфа). Коэффициентом теплоотдачи называется количество тепла, которое пере
дается от нагретого газа или жидкости к стенке |
(или на |
оборот) за 1 ч через поверхность, равную 1 м2, |
при раз |
ности температур между нагретым телом и |
стенкой |
в 1°С. Его размерность ккал!м2 ■ч • град. По системе СИ размерность коэффициента теплоотдачи выражается
вт/м2• град.
Величина коэффициента теплоотдачи изменяется в зависимости от вида и состояния теплоносителя, его дви жения, -свойств изоляционной конструкции, температуры и других факторов. Значение коэффициента теплоотдачи
колеблется от 4 (для совершенно спокойного -воздуха) |
до |
40 000 ккал/м2-ч-град (для воды и насыщенного пара |
в |
трубах). |
|
Тепловую изоляцию укладывают па нагретые трубо проводы и оборудование, чтобы препятствовать -свобод ной утечке тепла в окружающую среду -и сократить до минимума тепловые потери. Тепловую изоляцию выпол няют из различных теплоизоляционных конструкций, для изготовления которых служат основные и вспомога тельные теплоизоляционные материалы.
Теплопроводы и оборудование -с температурой тепло носителя, более -высокой, чем температура окружающей среды (воздуха, грунта), называют горячими объектами
8
изоляции. Передача тепла (тепловой поток) для изолиро ванного горячего объекта слагается из следующих эле ментов:
теплоотдачи от теплоносителя к внутренней поверхно сти ограждающей стенки объекта (сложный теплообмен одновременно теплопроводностью, конвекцией и излуче нием) ;
передачи тепла теплопроводностью от внутренней по верхности стенки объекта к наружной поверхности через стенку и передачи тепла теплопроводностью через толщу теплоизоляционной конструкции от ее внутренней поверх ности к наружной;
теплоотдачи от наружной поверхности изоляционной конструкции в окружающий воздух (сложный теплооб мен) при расположении объектов на открытом воздухе и в помещениях, а также при прокладке теплопроводов в каналах с воздушной прослойкой;
передачи тепла от воздуха внутри канала (сложный теплообмен) к внутренней поверхности ограждения кана ла при прокладке теплопроводов в каналах с воздушной прослойкой;
передачи тепла теплопроводностью через ограждения строительных конструкций при подземных прокладках теплопроводов;
передачи тепла в грунт от ограждений строительных конструкций и защитных покрытий изоляции при подзем ных прокладках теплопроводов.
Для таких теплоносителей, как нагретая питательная вода, насыш.енный и перегретый пар высокого давления, коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внутренней стенке трубопровода или оборудования имеет большое значение, а именно: для нагретой питательной воды ссв= 2000-н6000 ккал/м2 • ч- град, для насыщенного пара ав=10 000 ккал/м2 -ч- град, для перегретого пара высо кого давления ав= 4000—5500 ккал/м2 • ч • град. Величи на, обратная коэффициенту теплоотдачи (1/ав), называ ется термическим сопротивлением теплоотдаче от тепло носителя к стенке и для указанных теплоносителей будет настолько малой, что ее значением можно пренебречь, т. е. температура внутренней стенки объекта будет равна температуре теплоносителя.
Термическое сопротивление стенки пропорционально ее толщине и обратно 'пропорционально коэффициенту теплопроводности;
9