5.1 Гидравлический расчет существующей системы пароснабжения

Для оценки существующего положения и выявления проблем системы пароснабжения ОАО «НЛМК» от ТЭЦ-2 произведем гидравлический расчет паропровода на известные диаметры.

В связи с тем, что среди потребителей рассчитываемой системы пароснабжения имеются сезонные потребители теплоты необходимо произвести расчет для двух режимов работы сети: зимнего режима и летнего режима пароснабжения.

Гидравлический расчет паропроводов производят с учетом изменения состояния пара за счет падения давления при движении его по трубопроводу и падения температуры за счет потерь тепла в окружающую среду.

Состояние пара принимают для каждого расчетного участка при среднем удельном весе и средней температуре на данном участке.

Перед проведением гидравлического расчета сеть трубопроводов разбивается на расчетные участки. Расчетным участком называют отрезок трубопровода между двумя ответвлениями; на протяжении его не изменяются диаметр трубопровода и расход теплоносителя.

Гидравлический расчет зимнего режима пароснабжения рассмотрим на примере участка №1.

Расчетная схема для зимнего режима пароснабжения приведена на рис. 4.

Участки №1,2,3,4,5,6 – основная расчетная магистраль; участки №7,8 – ответвления.

Исходные данные для расчета участка №1:

Длина участка: 1203,6 м.

Диаметр паропровода: d_вн=700 мм; d_н=720 мм; d_у=700 мм; δ=10 мм.

Расход пара на участке: G=21 т/ч = 5,833 кг/с.

Давление пара: Р=14,5 кгс/см².

Температура пара: t₁=250˚C.

Удельный вес пара: γ_н=6,22 кгс/м³.

Теплоемкость пара: С_р=0,56 ккал/кг·град.

Падение температуры перегретого пара на участке паропровода за счет теплопотерь в окружающую среду определяют по формуле [16]:

(1)

где q_уд - удельная потеря тепла изолированного паропровода с учетом дополнительных потерь тепла арматурой, опорами и компенсаторами в ккал/м·ч·град;

t₁ – температура пара на рассчитываемом участке в ˚C;

t₀ – температура окружающей среды: при надземной прокладке t₀ = t_н.о.˚C;

G – расчетный расход пара на участке в т/ч;

Ср – теплоемкость пара в ккал/кг·град;

l – длина расчетного участка в м.

Удельные потери тепла паропровода d_н=720 мм с учетом дополнительных потерь тепла арматурой, опорами и компенсаторами при начальной температуре t=250˚C составляют: q_уд=1,75 ккал/м·ч·град [16].

Находим температуру в конце участка по формуле:

(2)

Средняя температура пара на участке будет равна:

(3)

Уточняем падение температуры пара за счет теплопотерь пара в окружающую среду при средней температуре пара на участке:

Полученное падение давления примерно совпадает с предварительным.

Удельную потерю давления на трение определяем по формуле [15]:

(4)

где G – расчетный расход пара на участке;

- коэффициент гидравлического трения;

- удельный вес пара на рассчитываемом участке;

d_вн – внутренний диаметр паропровода.

Коэффициент гидравлического трения определяется формулой Прандтля-Никурадзе [15]:

(5)

где К_э – эквивалентная шероховатость трубы в м; К_э=0,0005 м.

Задаемся средним удельным весом пара на участке: =6,65 кгс/м³

Скорость движения пара в паропроводе определим по формуле [16]:

(6)

Суммарные потери давления на трение и местные сопротивления для паропровода определяем по формуле [16]:

(7)

где l_пр – приведенная длина трубопровода в м.

Приведенную длину трубопровода определяют по формуле [16]:

(8)

где l_экв – эквивалентная длина местных сопротивлений;

l – длина рассчитываемого участка паропровода.

Эквивалентную длину местных сопротивлений определим по формуле [16]:

(9)

где - коэффициент, учитывающий долю падения давления в местных сопротивлениях по отношению к падению давления на трение; = 1,2 [16].

Конечное давление на участке: Р₂=14,5-0,011=14,489 кгс/см²;

Температура в конце участка: t₂=250-49,6=200,4˚C.

По полученным значений давления и температуры определим удельный вес пара в конце рассчитываемого участка: γ = 7,099 кгс/м³.

Средний удельный вес пара на участке:

(10)

Средний удельный вес пара на участке совпадает с принятым.

Результаты гидравлического расчета зимнего режима пароснабжения для остальных участков сведем в таблицу 3.

После выполнения гидравлического расчета строим гидравлический режим системы по рассчитанным падениям давления на участках сети [19].

Гидравлический режим для зимнего периода пароснабжения представлен на рис. 5.

Гидравлический расчет летнего режима пароснабжения рассмотрим на примере участка №1.

Расчетная схема для летнего режима пароснабжения приведена на рис. 6.

Участки №1,2,3,4,5,6 – основная расчетная магистраль; участок №7 – ответвление.

Исходные данные для расчета участка №1:

Длина участка: 1203,6 м.

Диаметр паропровода: d_вн=700 мм; d_н=720 мм; d_у=700 мм; δ=10 мм.

Расход пара на участке: G=15,6 т/ч = 4,333 кг/с.

Давление пара: Р=14,5 кгс/см².

Температура пара: t₁=250˚C.

Удельный вес пара: γ_н=6,22 кгс/м³.

Теплоемкость пара: С_р=0,56 ккал/кг·град.

Падение температуры перегретого пара на участке паропровода за счет теплопотерь в окружающую среду определяют по формуле [16]:

(11)

где q_уд - удельная потеря тепла изолированного паропровода с учетом дополнительных потерь тепла арматурой, опорами и компенсаторами в ккал/м·ч·град;

t₁ – температура пара на рассчитываемом участке в ˚C;

t₀ – температура окружающей среды: t₀ = t_{ср.лето}˚C;

G – расчетный расход пара на участке в т/ч;

Ср – теплоемкость пара в ккал/кг·град;

l – длина расчетного участка в м.

Удельные потери тепла паропровода d_н=720 мм с учетом дополнительных потерь тепла арматурой, опорами и компенсаторами при начальной температуре t=250˚C составляют: q_уд=1,75 ккал/м·ч·град [16].

Температуру в конце участка определим по формуле (2):

Средняя температура пара на участке определяется по формуле (3):

Уточняем падение температуры пара за счет теплопотерь пара в окружающую среду при средней температуре пара на участке:

Полученное падение давления примерно совпадает с предварительным.

Коэффициент гидравлического трения определяем по формуле (5):

Задаемся средним удельным весом пара на участке: =6,7 кгс/м³

Удельную потерю давления на трение определяем по формуле (4):

Скорость движения пара в паропроводе определим по формуле (6):

Эквивалентную длину местных сопротивлений определим по формуле (9):

Приведенную длину трубопровода определяют по формуле (8):

Суммарные потери давления на трение и местные сопротивления для паропровода определяем по формуле (7):

Конечное давление на участке: Р₂=14,5-0,007=14,493 кгс/см²;

Температура в конце участка: t₂=250-56,7=193,3˚C.

Полученная температура в конце рассчитываемого участка меньше температуры насыщения при полученном давлении (t_нас=195,75˚C), следовательно, пар частично конденсируется.

Считаем расход конденсата по формуле [15]:

(12)

где - скрытая теплота парообразования в ккал/кг.

Тогда расход пара и конденсата равен: (13)

Фактическая удельная потеря давления на трение определим по формуле (4):

Уточненные суммарные потери давления на трение и местные сопротивления будут равны:

Конечное давление на участке: Р₂=14,5-0,007=14,493 кгс/см²;

Средний удельный вес пара на участке определим по формуле (10):

Средний удельный вес пара на участке примерно совпадает с принятым.

Результаты гидравлического расчета летнего режима пароснабжения для остальных участков сведем в таблицу 4.

Гидравлический режим для летнего периода пароснабжения представлен на рис. 7.

Произведенный гидравлический расчет зимнего и летнего режимов системы пароснабжения ОАО «НЛМК» от ТЭЦ-2 показывает, что потери давления по длине паропровода на трение и местные сопротивления незначительны, тогда как тепловые потери имеют весьма высокое значение. Тепловые потери связаны с низкой скорость теплоносителя по трубопроводу, вследствие больших диаметров трубопроводов, несоответствующих фактическим расходам теплоносителя.

Таким образом, для устранения тепловых потерь целесообразно произвести перекладку трубопровода на меньшие диаметры.

Произведем гидравлический расчет системы пароснабжения ОАО «НЛМК» от ТЭЦ-2 на новые диаметры и проанализируем полученные результаты.