9.2.2.Особенности гидравлиЧеского расЧета

паропроводов

При движении пара по трубам его давление и плотность уменьшаются. Это обстоятельство усложняет гидравлический расчет, так как падение давления и средняя плотность пара на участке зависят от искомой величины-диаметра трубопровода. Поэтому гидравлический расчет паропроводов может быть выполнен только методом последовательных приближений.

Для сжимаемых сред зависимость, характеризующая линейные гидравлические сопротивления, представляется в виде R_л=f(d, G, r).

Таблицы или номограммы для расчета паропроводов могут быть составлены только для частного случая при определенной плотности пара, принимаемой нередко равной 1 кг/м³. При использовании таких таблиц неизбежно приходится для каждого участка паропровода уточнять линейные сопротивления и скорости пара по формулам

R_л=R_л.тr_т/r (9.15)

w=w_тr_т/r (9.16)

Здесь величины с индексом "т" характеризуют табличные значения параметров.

Кроме того, для предупреждения конденсации пара в трубопроводах за счет потерь тепла в окружающую среду и для уточнения его плотности нужно также определять температуру пара в узловых точках.

В предварительном расчете паропроводов давления в узловых точках рекомендуется определять их условия равномерного падения давления в направлении расчетной магистрали:

(9.17)

Аналогично находятся примерные температуры пара в узловых точках и средние на участках из расчета, что через каждые 100 м температура перегретого пара уменьшается на 2° С:

Dt_i=t_нi-t_ki=2l_i/100 (9.18)

(9.19)

Здесь P_нi, P_ki - давления пара в начале и в конце участка, МПа; DР_с- перепад давления во всей сети, МПа; l_i- длина участка, м; n- число участков по направлению расчетной магистрали; Dt_i - перепад температуры пара на участке, °С; t_нi, t_ki, t_cpi -начальная, конечная и средняя температуры пара на участке, °С.

Действительное падение температуры перегретого пара на стадии окончательного расчета, когда уже известны диаметры труб, определяется по формуле

(9.20)

где Q_oi-потери тепла в окружающую среду па участке паропровода, кВт; c_р- теплоемкость пара, кДж/кг·°С; G_i- расход пара на участке, т/ч.

Q_oi=q_oi( t_cpi - t_o)l_i·10^-3 (9.21)

где q_oi- потери тепла одним метром паропровода при разности температур в 1 °С, зависящие от способа прокладки и от диаметров труб, Вт/м²·°С (см.табл.9.3); t_o-температура окружающей среды, °С.

Имея в виду приведенные зависимости, можно установить следующий порядок расчета паропроводов.

Таблица 9.3.Удельные потери тепла q изолированными паропроводами, положенными в непроходных местах

Наружный диаметр трубы, мм	Значение q, Вт/м°С, при температуре пара, °С
	200	250-300	350
57	0,58	0,57	0,56
76	0,64	0,64	0,63
89	0,70	0,68	0,67
108	0,76	0,75	0,72
133	0,83	0,80	0,79
159	0,90	0,87	0,86
219	1,05	1,04	1,01
273	1,20	1,17	1,13
325	1,34	1,30	1,27
377	1,49	1,42	1,37
426	1,50	1,42	1,37
478	1,62	1,52	1,45
529	1,69	1,64	1,55
630	1,88	1,80	1,71

Рис.9.4. Номограмма для расчета трубопроводов паровых сетей

Предварительный

расчет:

1. По формуле (9.17) определяют ориентировочные давления в узловых точках.

2.Определяется табличное значение удельной потери давления по длине в направлении главной магистрали: _(9.22)

3.По Re_ср.т. и расходам на участках по таблицам или номограммам (рис. 9.4) определяются диаметры труб и уточняются табличные значения R_т соответствующие стандартным диаметрам, а также находятся скорости пара.

Окончательный расчет.

Окончательный расчет выполняется последовательно по участкам и сводится к более точному определению давлений и температур в узловых точках сети.

1. Определяются фактические значения R_i, w_i соответствующие r_{ср i} [формулы (9. 15), (9. 16)].

2. Находятся эквивалентные длины местных сопротивлении.

3. Определяются потери давления пара и его давление в конце участка.

4. По таблице 9.3 определяется q_оi, и по формуле (9.2l) находится Q_oi.

5. По формуле (9.20) определяется Dt_i и температура пара в конце участка t_ki.

Если температура пара в конце участка не ниже температуры насыщения, соответствующей давлению P_ki, то конденсация пара в данном участке трубопровода исключается.

В такой последовательности рассчитываются все последующие участки. При этом уточненные параметры пара в конце рассчитанного участка принимаются за начальные в последующем участке паропровода.

Расчет паропровода считается законченным, когда давления пара у потребителей близки к заданным, но не менее заданных. При значительных расхождениях следует изменить диаметры труб на отдельных участках с повторной проверкой давлений и температур пара в узловых точках.

Скорости движения пара рекомендуется принимать не более указанных в табл. 9.4.

Таблица 9.4. Допустимые скорости движения пара

Диаметры труб, мм	Максимальные скорости, м/с
	перегретый пар	насыщенный пар
До 200	50	35
Более 200	80	60

Рис.9.5.Расчет­ная схема па­ропровода

Пример2.

Рассчитать паровую сеть, для которой длины участков, расходы пара у потребителей приведены на рис.9.5. Параметры пара в начале сети: Р_н=0,7 МПа, t_н=240°С. Давление пара у всех потребителей тепла одинаково и равно Р_к=0,55 МПа. Паропровод проложен в непроходимом канале, температура воздуха в котором t_o=40°С. На сети установлены сальниковые компенсаторы через 80-100 метров.

Решение. Общая длина расчетной магистрали (участки 1, 2, 3)

ål=500+400+400=1300 м.

Предварительный расчет:

1. Падение давления во всей тепловой сети DР_c=0,7-0,55=0,15 МПа.

2. Ориентировочный перепад температур в сети

°C

3. Температура пара в конце сети t_k=240-26=214°С.

4. По таблицам для водяного пара находим плотности пара r_н=2,98 кг/м³, r_k=2,46 кг/м³,

r_ср=0,5 (2,98+2,46)==2,72 кг/м³.

5. По формуле (9.11) при G₁==24 т/ч находим

6. По формуле (9.22) определяем среднее табличное значение удельною потери давления по длине при r_г=1 кг/м³

7. Участок 1: а) ориентировочное падение давления пара в этом участке

б) давление пара в конце участка P_k1=0,7·0,058=0,642 МПа;

в) температура пара в конце участка

°C

г) плотности пара r_к1=2.83 кг/м³, r_cp1=0,5(2,98+2,83)=2,91 кг/м³

д) средняя температура пара t_cp1=0,5(240+230) =235°С.

8. По R_ср.т=250 Па/м и G₁=24 т/ч, пользуясь номограммой (см. рис.9.4, линия abcd), определяем d₁=325 х 8 мм, для которого R_т1=235 Па/м, w_т1=90 м/с.

Окончательный расчет:

Участок 1.

1. При r_cp1=2,9l кг/м³ находим фактические значения

2. По таблице 9.1.определяем суммарную эквивалентную длину местных сопротивлении при d=325 мм и k_э=0,2 мм:

задвижка 5,2 мм;

5 сальниковых компенсаторов 5 х 5,2=26 м.

Итого l_э1=5,2+26==31,2 м.

3. Потери давления DP₁=81(500+31,2)=43000 Па.

4. Давление пара в конце участка P_к1=0,7-43000·10^-6=0,657 МПа.

5. По таблице 9.3 найдем, что при d=325 мм, t_cр=235° С

q_o1=1,34 Вт/м²·°С.

Потери тепла в окружающую среду на всем участке

Q_o1= 1,34 -500 (235- 40)·10^-3 = 131 кВт.

7. Определяем уточненные значения параметров пара на участке при c_р=2,1 кДж/кг·°С:

а) перепад температур пара

°C

б) температура пара в конце участка

t_k1=240-9,4=230,6°C

Таблица 9.5. Пример гидравлического расчета паровой сети

№	Предварительный расчет
	G, т/ч		l, м	Рн, МПа		tн, °C	rн, кг/м3	Рк, МПа	tk, °C	rk, кг/м3		tcp, °C		rcp, кг/м3		d x s, мм		Rт, Па/м		wт, м/с
1	24		500	0,7		240	2,98	0,642	230	2,83		235		2,91		325 x8		235		90
2	14		400	0,657		230,6	2,83	0,611	222,6	2,66		226,6		2,75		273 x7		195		74
3	8		400	0,626		219,6	2,78	0,55	211,6	2,49		216,6		2,64		194 x5		390		85
		ål=1300

Ответвление 4

4 ï 6 ï 300 ï0,626ï 219,6 ï 2,78 ï 0,55 ï211,6 ï 2,49 ï 216,6 ï 2,64 ï 194х5 ï 225 ï 64

Ответвление 5

5 ï10ï 500 ï0,657ï 230,6 ï 2,83 ï 0,55 ï 220,6 ï2,43 ï 225,6 ï 2,63 ï 219х6 ï 320 ï 83

Продолжение таблицы 9.5

№ участка	Окончательный расчет
	Rл, Па/м	w, м/с	lэ, м	l+lэ, м	DР, 10-3 Па	Рк, МПа	q0, Вт/м2·°С	Q0, кВт	Уточненные параметры
									tk, °С	rk, кг/м3		rср, кг/м3
1	81	31	31,2	531,2	43,0	0,657	1,34	131,0	230,6	2,83	2,91
2	71	27	30,8	430,8	30,6	0,626	1,20	89,5	219,6	2,78	2,81
3	148	32	62,1	462,1	68,4	0,558	1,05	74,0	203,8	2,54	2,66

Ответвление 4

4 ï 85 ï 24 ï 63,9 ï 363,9 ï 31,0 ï 0,595 ï 1,05 ï 55,5 ï 203,7 ï 2,78 ï 2,78

Ответвление 5

5 ï 122 ï 32 ï 80,6 ï 580,6 ï 71,0 ï 0,586 ï 1,05 ï 97,5 ï 213,7 ï 2,64 ï 2,74

в) плотности пара r_к1=2,83 кг/м³, r_cp1=0,5 (2,98+2,83)=2,91 кг/м³.

Как видно, уточненные значения Р_k1 и t_k1 почти полностью совпадают с результатами предварительного расчета, что свидетельствует о- надежности полученных результатов.

Принимая уточненные Р_k1 и t_k1 за начальные параметры для второго участка сети, аналогично рассчитываем второй и последующие участки. Результаты расчета приведены в табл. 9.5.