Пояснение к коэффициенту теплоизоляции (Ri) по стандарту API 2000.

Изучение процесса теплового дыхания в резервуарах со стационарной крышей

При расчете размеров предохранительных клапанов давления и вакуума в соответствии со стандартом API 2000 инженеры часто сталкиваются со следующими проблемами: Коэффициент снижения теплоизоляции (Ri) в контексте термическое вдыхание.
Этот фактор часто неправильно понимается, что приводит либо к неоправданному завышению размеров, либо к опасному занижению оценки пропускной способности предохранительных клапанов.

Эта статья объясняет что на самом деле представляет собой Рикак это применяется к полностью изолированные и частично изолированные резервуарыи как это влияет Расчет размеров вентиляционных отверстий по стандарту API 2000 в реальной инженерной практике..

Вдыхание происходит за счет теплопередачи, а не воздушного потока.

Вдыхание тепла не происходит, потому что воздух «поступает» в резервуар сам по себе.
Это происходит потому, что Паровое пространство внутри резервуара охлаждается.вызывая сжатие газа и иногда конденсацию.

Из основ термодинамики:$$\frac{\Delta V}{V} \approx \frac{\Delta T}{T}$$

Это означает, что скорость уменьшения объема пара имеет прямое отношение к скорость изменения температуры внутри парового пространства.
Чем быстрее охлаждается паровое пространство, тем выше должна быть мгновенная скорость вдыхаемого потока, чтобы предотвратить коллапс вакуума.

Следовательно, тепловое вдыхание по своей сути является явление, обусловленное теплопередачейЭто не проблема регулирования потока.

Что на самом деле делает теплоизоляция резервуара?

Теплоизоляция резервуара не перекрыть доступ воздуха для дыхания или ограничить путь вентиляции.
Его функция - снизить скорость теплопередачи между стенкой резервуара и окружающей средой.

Благодаря увеличению теплового сопротивления, изоляция:

• Снижает тепловой поток через стенку бака.
• Замедляет изменение температуры в паровом пространстве.
• Уменьшает скорость сжатие пара

Это не устраняет проблему теплового дыхания, но... распространяет тот же тепловой эффект на более длительный период времени., что приводит к снижению пиковой скорости вдоха, выраженной в Нм³/ч.

Физический смысл коэффициента снижения теплоизоляции (Ri)

В API 2000, Ri — коэффициент снижения теплопередачи.Это не связано с клапаном.

Для полностью изолированный резервуарAPI 2000 определяет Ri следующим образом:$$R_{in} = \frac{1}{1 + \dfrac{h \cdot l_{in}}{\lambda_{in}}}$$

Где:

• $h$ — коэффициент внутренней теплопередачи
• $л_{в}$ толщина изоляции
• $\lambda_{in}$ теплопроводность изоляции

В физическом смысле Ри представляет собой:

Соотношение теплопередачи с изоляцией к теплопередаче без изоляции.

В стандарте API 2000 затем делается намеренное инженерное упрощение:

Скорость термического дыхания пропорциональна скорости теплопередачи в паровое пространство или из него.

В результате снижается тепловое вдыхание. пропорционально Автор: Ри.

Для полностью изолированного резервуара теоретический коэффициент теплоизоляции Ri, рассчитанный с использованием уравнения API 2000 (11), обычно составляет около 0.2 для изоляции минеральной ватой толщиной 50 мм.
Однако в инженерной практике часто используется более высокое эффективное значение Ri (часто 0.4–0.5) для учета частичного покрытия теплоизоляцией, тепловых мостов и строительных допусков.

Полностью изолированные и частично изолированные резервуары

Полностью изолированные резервуары

Если все соответствующие поверхности резервуара, участвующие в теплопередаче, изолированы, то коэффициент уменьшения из приведенного выше уравнения можно напрямую применить к тепловому вдыханию.

Это представляет собой максимально достижимое снижение при заданной толщине и материале изоляции.

Частично изолированные резервуары

В реальных условиях резервуары часто представляют собой лишь... частично изолированный, Таких как:

• Утепленный корпус с неутепленной крышей
• Изолированная нижняя оболочка с открытой верхней оболочкой

В таких случаях прямое применение формулы для полностью изолированных конструкций привело бы к переоценке эффекта теплоизоляции.

Таким образом, стандарт API 2000 вводит коррекция с учетом площади:$$R_{inp} = \frac{A_{inp}}{A_{TTS}} \cdot R_{in} + \left(1 – \frac{A_{inp}}{A_{TTS}}\right)$$

Где:

• $A_{inp}$​ — это площадь изолированной поверхности.
• $A_{TTS}$​ — это общая площадь поверхности, участвующая в теплопередаче.

Это уравнение отражает тот факт, что Неизолированные поверхности по-прежнему обеспечивают полную передачу тепла.и паровое пространство реагирует на чистый подвод теплаЭто не самый хорошо утепленный участок.

Инженерные аспекты расчета размеров вентиляционных отверстий

Из стандарта API 2000 непосредственно следует ряд практических выводов:

1. Всегда необходимо оценивать тепловое вдыхание.даже при наличии теплоизоляции
2. Изоляция обеспечивает количественно измеримое, законное сокращениене произвольная скидка
3. При достаточной теплоизоляции, Опорожнение резервуара с жидкостью часто становится определяющим фактором при вдохе.
4. Частичная теплоизоляция обеспечивает меньшее снижение теплоизоляции, чем полная теплоизоляция той же толщины.
5. Изоляция влияет только термическое дыханиене движение жидкости или аварийная вентиляция при пожаре

Это объясняет, почему пропускная способность вакуумных предохранительных клапанов часто значительно превышает пропускную способность предохранительных клапанов под давлением в резервуарах со стационарной крышей, особенно в жарком климате.

Распространенные заблуждения, которых следует избегать

• Ри — не коэффициент эффективности клапана
• Ри делает не блокировка воздушного потока
• Ри делает не уменьшить общее изменение объема, только скорость
• Изоляция делает не устранить необходимость в устройствах сброса вакуума

Понимание этих моментов имеет важное значение для правильного и обоснованного расчета размеров вентиляционных отверстий по стандарту API 2000.

Резюме

В стандарте API 2000 коэффициент снижения теплоизоляции Ri представляет собой снижение теплопередачине уменьшение потока воздуха.

Замедляя изменение температуры в паропространстве, теплоизоляция снижает мгновенная скорость теплового вдохаЭто позволяет инженерам реалистично рассчитывать размеры вакуумных предохранительных устройств, сохраняя при этом конструктивную безопасность.

Правильное применение показателя Ri, особенно для частично изолированных резервуаров, обеспечивает соответствие стандарту API 2000 и позволяет избежать как ненужного завышения размеров, так и опасного недопроектирования.