Добрый день!
у заказчика на объекте есть существующая емкость с внутренним подогревателем не теплоизолированная, он хочет применить ее на проектируемом объекте.
емкость стальная предполагается для хранения в ней подтоварной воды. площадь емкости 107,5 м2, объем емкости 66,4 м3, необходимая температура внутри емкости +5 С, глубина заложения емкости 0,5 м
температура наружного воздуха обеспеченностью 0,92 - минус 25 С (для Москвы), глубина промерзания грунта 1,44 м.
установка емкости предполагается в бетонный саркофаг, толщина бетонной крышки саркофага 250 мм. саркофаг внутри засыпан песком
необходимо определить достаточен ли существующий змеевик с поверхностью теплообмена 8 м2 для поддержания температуры подтоварной воды +5 С.

с нашей стороны предлагалось теплоизолировать емкость, заказчик отказывается. с его стороны появилось предложение теплоизолировать саркофаг тепловой изоляцией пеноплекс 45 (применяемый для дорог) толщиной 50 мм с коэффициентом теплопроводности 0,034 Вт/м*К.

логически понимаю что емкость все равно необходимо теплоизолировать, но как это подтвердить расчетами, подскажите пожалуйста

Вода в емкости заполняет все пространство? Глубина заложения 0,5 метров это горловина по уровню земли? площадь велика, глубина емкости чуть больше 0,5м, т.е. емкость полностью находится в глубине промерзания грунта. Змеевик покрывает всю площадь емкости? Температура подогревающей среды по какому графику? Толщина песка между бетонным саркофагом и емкостью?
Изолировать пеноплексом 45 сверху по грунту или всю емкость сверху и на всю глубину?
Вот первые вопросы. Я просто пока не сталкивался с такой задачей, но интересно поразбираться.

Такие задачи проходят специалисты, изучающие транспорт нефти.

Вопрос еще в размерах саркофага, из них будет понимание площади теплообмена

Такого змеевика вполне достаточно.
Считаем по-простому: коэффициент теплоотдачи змеевика принимаем - 200 Вт/м2*град, разницу температур воды на входе и выходе в змеевик принимаем - 30 градусов.
Q = 200*30*8 = 48 кВт.
Теплопотери всей конструкции не рассчитать (не хватает многих данных) но они будут в разы меньше.

Уточнение: 30 градусов - это средняя разность температур между температурами воды на входе и выходе и температурой воды в емкости.

коэффициент заполнения емкости 0,9, получается объем заполнения 60 м3. глубина заложения 0,5 м - это до верхней образующей емкости, глубина промерзания грунта 1,44 м, диаметр емкости 3 м, получается 0,94 м емкости находятся выше глубины промерзания, и 2,06 м емкости находятся ниже глубины промерзания.
змеевик находится в нижней части емкости, картинка во вложении.
температурный график теплоносителя 105-70С.
толщина песка между бетонным саркофагом и емкостью 200 мм. изолируется не емкость, а сам саркофаг - сверху и по бокам.

габариты саркофага 4,4х3,6(h) м, по внутренним размерам, толщина бетонного саркофага 300 мм


откуда взять коэффициент теплоотдачи 200 Вт/м2*град?

Коэффициенты конвективной теплоотдачи от змеевика к окружающей его воде можно посмотреть, например, здесь: https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/GuidePhy...sientSteamCoil/

Каковы размеры трубы змеевика? Диаметры внутренний и наружный?

Считаем также - по-простому.
Из ТЗ следует, что вся цистерна закопана в грунт.
Таким образом, самый тонкий слой будет сверху, где кроме 0,5 м грунта будет еще 0,2 м песка (засыпка), 0,25 м бетона (крышка) и 0,05 м пеноплекса (теплоизоляция).
Общее термическое сопротивление этого бутерброда будет около 2 м2*К/Вт, что даст теплопотери (с этой глубины) при разности температур между наружным воздухом (-25) и стенкой цистерны (+5) в 30 градусов - 15 Вт/м2., или около 1,5 КВт на всю цистерну.

грунт промерзает на 1,44м и только на 0,9м емкость в мерзлом грунте. Т.е. около 35кв.м находится в зоне отрицательных температур. Остальная часть емкости находится в зоне положительных температур.
Если принять, что земля влажная, песок влажный, бетон на каменном наполнителе, то теплопроводность можно усреднить и взять 1,2 Вт/мС. Отсюда следует, что пирог песок 0,2 м + бетон 0,25 м + 0,5 земли = 0,95 м будет терять тепла 0,95 м / 1,2 Вт/мС + 0,05 м / 0,03 Вт/мС= 2,46 м2С/Вт. Перепад температур 30 градусов. Отсюда по принятой площади и перепаду температур расчет: 1/2,46*30*35=427 Вт.
теплопроводность меди 394 Вт/кв.м, Алюминий 220, Железо 74, Сталь 45. В зависимости от материала змеевика и мощность подогрева.
Согласен с коллегой. Змеевика хватит, даже если не утеплять цистерну. Но затрат на подогрев с утеплением будет гораздо меньше.

Все верно, только нужно еще учесть, что часть площади цистерны, находящейся в грунте с положительной температурой в диапазоне от 0 до +5 градусов тоже будет терять тепло и эти потери тоже нужно компенсировать подогревом.