Рассмотрена методика определения оптимальной толщины тепловой изоляции из условия минимизации приведенных годовых затрат
оптимизация, тепловая изоляция, термическое сопротивление, тепловые потери
Значительным экономическим фактором при проектировании технологического оборудования в химической промышленности является снижение тепловых потерь посредством применения тепловой изоляции. В некоторых случаях использование теплоизоляции также способствует защите оборудования от коррозии (за счет предотвращения образования конденсата) и проведению специфических химико-технологических процессов – адиабатных, изотермических, процессов, сопровождающихся тепловым эффектом и других. Не менее важным предназначением изоляции является обеспечение безопасных условий труда для рабочего персонала. В соответствии с данными [1], температура наружной поверхности тепловой изоляции для аппаратов, расположенных в рабочей или обслуживаемой зонах помещений, не должна превышать 35-55 °С. Температура наружной поверхности тепловой изоляции оборудования, расположенного на открытом воздухе в рабочей или обслуживаемой зоне, должна быть не выше 60 °С. Для трубопроводов, расположенных за пределами рабочей или обслуживаемой зоны, температура наружной поверхности тепловой изоляции не должна превышать температурных пределов применения материалов покровного слоя, и не должна быть выше 75 °С.
Теплоизоляционный материал должен обладать высокой пористостью и, соответственно, плотностью, низкой гигроскопичностью, высокой удельной теплоемкостью, термостойкостью, механической прочностью и долговечностью. Для обоснованного выбора материала можно использовать условие [2]:
|
|
(1) |
где 
– коэффициент теплопроводности материала тепловой изоляции, Вт/(м·К); 
– коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции к окружающей среде, Вт/(м2∙К); 
– наружный диаметр изолируемой поверхности, м.
|
|
(2) |
где 
– капитальные затраты, руб/м2; 
– коэффициент эффективности капиталовложений, год-1; 
– эксплуатационные затраты, руб/(м2∙год).
Капитальные затраты в наибольшей степени определяются стоимостью материала тепловой изоляции, а эксплуатационные затраты зависят от стоимости тепловой энергии.
В результате оптимизации было получено выражение [3] для определения оптимальной толщины слоя тепловой изоляции 
:
|
|
(3) |
где 
и 
– температуры горячей среды и окружающей среды, оC;
– продолжительность работы оборудования за год, ч/год; 
– удельная стоимость тепловой энергии, руб/(Вт∙ч); – коэффициент эффективности капиталовложений, год-1; 
– стоимость материала изоляции, руб/м3; 
– сумма термических сопротивлений теплоотдачи и теплопроводности всех слоев стенки, кроме слоя теплоизоляции, м2К/Вт.
Выражения (1) и (3) позволяют обоснованно выбрать материал и толщину слоя тепловой изоляции.
1. СП 61.13330.2012. Свод правил. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003. М.: Минрегион России, 2012.
2. Щербин С.А., Глотов В.А. Подбор материала для устройства тепловой изоляции // Современные технологии и научно-технический прогресс. 2021. Т. 1. № 8. С. 103-104.
3. Щербин С.А., Глотов В.А., Глотов А.А. Подбор материала и толщины тепловой изоляции // Сборник научных трудов АнГТУ. 2021. С. 95-98.
