2.2. Гідравлічний розрахунок трубопроводів парових теплових мереж

Особливість гідравлічного розрахунку паропроводів полягає в необхідності врахування зміни стану пари при зміні (падінні) тиску при русі її трубопроводом та зміні температури через втрати тепла в оточуюче середовище. Втрати тепла враховуються для трубопроводів з перегрітою парою. Стан пари визначається його густиною, яка приймається середньою для розрахункової ділянки:

γ_mid =(γ_поч+γ_кін)/2; (2.5)

Густина пари в кінці ділянки залежить від перепаду тиску на ділянці, який в свою чергу визначається з врахуванням густини пари, тому розрахунок проводиться методом послідовних наближень.

Розрахунковий перепад тиску на основній магістралі визначається початковим тиском пари на виході з котельні Р_поч та потрібним тиском у кінцевого споживача Р_кін: ΔР_р= Р_поч - Р_кін; (2.6)

При відомому розрахунковому перепаді тиску для головної магістралі та відгалужень ΔР_р, попередньо визначають орієнтовні середні питомі втрати тиску (див. п.2.1 МВ).

Місцеві опори враховуються через еквівалентну довжину при k_е = 0,2 мм (див. табл. 2.2, 2.3 МВ).

Таблиця 2.6

Рекомендована максимальна швидкість пари в паропроводі

Діаметр труб, dy, мм	vmax, м/с
	Перегріта пара	Насичена пара
< 200	50	35
> 200	80	60

Примітка: для ділянок відгалужень допускається збільшення швидкості в 1,3 рази

Діаметр трубопроводу розрахункової ділянки підбирається за номограмами, рис 9.10, 9.11 [1], таблицями для гідравлічного розрахунку паропроводів (табл. 9.19 [1]) за умовою, щоб при пропусканні розрахункової витрати пари питома втрата тиску була близька до , швидкість пари v не перевищувала рекомендованої максимальної величини (див табл. 2.6). При складанні таблиць та номограм прийнято: температура пари 300 ^оС, тиск пари 130 МПа, еквівалентна шорсткість k_е=0,2 мм, динамічна в’язкість 2,05х10^-6 кг.с/м². При цьому слід враховувати, що табличні значення та v^н наведені для питомої ваги пари γ =1 кг/м³, і для їх приведення до розрахункової питомої ваги пари на ділянці потрібно виконати перерахунок:

= / γ^о_mid; v = v^н/ γ^о_mid; (2.7)

Якщо в таблицях питомі втрати тиску наведені в кг/м².м, для їх переведення в Па/м потрібно пам’ятати, що 1 Па = 0,102 кг/м² (див. додаток 28 МВ 056-181).

За таблицями 1.6 [1], 2.7 цих МВ визначають питому вагу пари γ_поч в початковій точці ділянки, яка відповідає температурі і тискові в цій точці. Середню питому вагу пари на ділянці γ^о_mid приймають орієнтовно, передбачаючи зменшення її завдяки зміні тиску і температури пари.

За отриманими значеннями та l_р визначають фактичні втрати тиску на ділянці ΔР (див. п.2.1 МВ).

Для перегрітої пари потрібно врахувати зменшення температури пари за рахунок втрата тепла в навколишнє середовище: (2.8)

Таблиця 2.7

Питома вага перегрітої пари, γ, кг/м³, при різному тиску і температурі

Тиск Мпа	Температура, оС
	120	160	200	220	240	260	280	300	400
0,10	0,546	0,494	0,452	0,433	0,415	0,400	0,386	0,372	0,316
0,20	1,108	0,999	0,908	0,870	0,836	0,804	0,773	0,745	0,634
0,30	-	1,510	1,370	1,310	1,260	1,210	1,160	1,120	0,950
0,40	-	2,020	1,840	1,760	1,680	1,620	1,560	1,500	1,270
0,50	-	2,560	2,310	2,210	2,110	2,030	1,950	1,880	1,590
0,60	-	3,100	2,790	2,660	2,540	2,440	2,350	2,260	1,910
0,70	-	-	3.270	3,120	2,980	2,860	2,740	2,640	2,230
0,80	-	-	3,760	3,580	3,420	3,280	3,150	3,030	2,560
0,90	-	-	4,250	4,050	3,860	3,700	3,560	3,420	2,880
1,00	-	-	4,750	4,510	4,300	4,120	3,960	3,800	3,200
1,10	-	-	5,260	5,000	4,760	4,550	4,360	4,190	3,530
1,20	-	-	5,800	5,480	5,220	4,980	4,78	4,580	3,860
1,30	-	-	6,310	5,970	5,680	5,420	5,200	4,980	4,180
1,40	-	-	6,850	6,480	6,150	5,850	5,600	5,390	4,500
1,50	-	-	7,400	6,970	6,610	6,310	6,030	5780	4,830
2,00	-	-	-	9,580	9,040	8,560	8,160	7,800	6,490
2,50	-	-	-	-	11,60	10,90	10,39	9,910	8,190
3,00	-	-	-	-	14,30	13,40	12,70	12,10	9,860
3,60	-	-	-	-	-	16,60	15,60	14.76	11,95

де с_р – дійсна теплоємність пари при середньому значенні тиску на ділянці та середній температурі, визначається за табл. 4.8; при розрахунках можна приймати параметри пари для початку ділянки;

Таблиця 2.8

Теплоємність перегрітої водяної пари, с_р, Кдж/кг^оС

Тиск, МПа	Температура, оС
	200	220	240	260	280	300	400
0,50	2,123	2,077	2,056	2,052	2,052	2,056	2,094
1,00	2,395	2,261	2,190	2,148	2,135	2,127	2,123
2,00	-	2,935	2,634	2,470	2,382	2,311	2,123
3,00	-	-	3,358	2,927	2,671	2,521	2,278
4,00	-	-	-	3,525	3,057	2,788	2,366

ΔQ – втрати тепла ділянкою трубопроводу, Вт, для визначення яких потрібно знати питому втрату тепла Δq Вт/м^оС (див. табл.2.9) та розрахункову різницю температур пари t_п та оточуючого середовища t_о : (2.9)

Температура оточуючого середовища приймається: при надземному прокладанні – середньорічна температура зовнішнього повітря, в непрохідних каналах - +5^оС, в прохідних каналах і тунелях – +40^оС.

Визначивши тиск та температуру пари в кінцевій точці ділянки, за табл. 2.7 визначають питому вагу пари для цієї точки, γ_кін, перевіряють фактичне середнє значення питомої ваги пари γ_mid та порівнюють його з прийнятим апріорно. Розрахунок ділянки вважається закінченим, якщо нев’язка не перевищує 5...10%.

Сумарні втрати тиску по основній магістралі повинні становити 90-100% від розрахункового перепаду тиску.

При розрахунку відгалужень нев’язка між сумарними втратами тиску по трубопроводу від котельні до кожного з кінцевих споживачів та втратами тиску

Таблиця 2.9

Питомі втрати тепла трубопроводами, Δq, Вт/м ^оС

Діаметр труби, Dзовн Мм	Надземне прокладання			В непрохідних каналах			В прохідни каналах
	Температура пари, оС
	до 200	200-300	350-450	до 200	200-300	350-450	до 200	200-300	350-450
32	0,48	0.48	0.48	0,47	0,45	0,45	0,52	0,51	0,49
45	0,55	0,53	0,53	0,53	0,53	0,52	0,59	0,58	0,56
57	0,60	0,59	0,59	0,58	0,57	0,56	0,64	0,63	0,59
76	0,66	0,66	0,65	0,64	0,64	0,63	0,71	0,69	0,66
89	0,72	0,71	0,63	0,70	0,67	0,66	0,74	0,72	0,70
108	0,79	0,77	0,76	0,76	0,74	0,72	0,81	0,78	0,76
133	0,86	0,84	0,83	0,83	0,80	0,79	0,92	0,87	0,83
159	0,93	0,91	0,89	0,89	0,87	0,86	1,02	0,96	0,89
219	1,09	1,08	1,06	1,05	1,04	1,01	1,20	1,14	1,07
273	1,24	1,22	1,17	1,20	1,17	1,09	1,32	1,27	1,19
325	1,39	1,36	1,31	1,34	1,30	1,27	1,45	1,38	1,30
377	1,54	1,48	1,42	1,49	1,42	1,37	1,59	1,51	1,41
426	1,56	1,51	1,42	1,50	1,42	1,36	1,59	1,55	1,39
478	1,67	1,59	-	1,62	1,52	1,45	1,71	1,62	-
529	1,76	1,70	-	1,68	1,64	1,55	1,84	1,72	-
630	1,96	1,87	-	1,88	1,80	1,71	2,12	1,98	-
720	2,13	2,04	-	2,04	1,95	1,86	2,35	2,16	-
820	2,36	2,26	-	2,27	2,17	2,07	2,63	2,42	-
920	2,65	2,49	-	2,54	2,39	2,27	2,88	2,64	-
1020	2,92	2,76	-	2,79	2,65	2,49	3,09	2,86	-

Примітка: додаткові втрати тепла арматурою, опорами, компенсаторами враховані коефіцієнтами: для магістральних трубопроводів 1,2 при надземному та 1,15 при підземному прокладанні; для розподільних трубопроводів: 1,3 при надземному та 1,25 при підземному прокладанні.

по магістралі не повинна перевищувати 10%. Якщо ув’язати мережу не вдалося шляхом підбору діаметрів труб, надлишковий тиск на відгалуженнях гаситься на вводах споживачів.

Приклад 2.1. Виконати гідравлічний розрахунок паропроводу, розрахункова схема якого наведена на рис. 2.1.

Розрахунковий перепад тиску по магістралі : ΔР_р= 1,30-1,10 = 0,20 МПа;

Сумарна довжина магістралі 1-3 l_Σ = 500+600 = 1100 м.

Середня орієнтовна питома втрата тиску на магістралі з сальниковими компенсаторами (α = 0,4): 0,2х10⁶/(1100(1+0,4))=130 Па/м.

Розрахункова сума коефіцієнтів місцевих опорів на ділянках:

G = 45

G = 25

l = 500

l = 600

dy = 300

dy = 250

котельня

1

2

3

Pпоч=1,3МПа

Pкін=1,1 Мпа

G = 20

l = 600

Pкін=1,1МПа

4

dy = 250

Рис. 2.1. Розрахункова схема паропроводу.

- ділянка 1-2: засувка ζ=0,5, трійник при розділенні потоків прохідний ζ =1,0, сальникові компенсатори з кроком при діаметрі 325 мм -100м, тобто 5 шт, ζ = 0,3х5=1,5, всього ζ = 3,0. l_пит = 17,6 м; с_р = 2,18 кДж/кг ^оС.

- ділянка 2-3: раптове звуження, ζ =0,5, сальникові компенсатори з кроком при діаметрі 273 мм -100м, тобто 6 шт, ζ = 0,3х6=1,8, засувка ζ =0,5, всього ζ = 2,8. l_пит = 14,1 м; с_р = 2,16 дж/кг ^оС.

- ділянка 2-4: трійник при розділенні потоків на відгалуження ζ =1,5, сальникові компенсатори з кроком при діаметрі 273 мм -100м, тобто 6 шт, ζ = 0,3х6=1,8, засувка ζ=0,5, всього ζ = 3,8. l_пит = 14,1 м; с_р = 2,16 дж/кг ^оС.

Результати розрахунку мережі наведені в табл. 2.10. Величина нев’язки між відгалуженням та магістраллю становить : Δ = ( 1,147 – 1,112 ) / 1,147 = 3,1 %, що не перевищує нормативного значення.

Таблиця 2.10

Гідравлічний розрахунок паропроводу

№№ ді-лян ки	Вит-рата пари G, т/год	Діа-метр труб d, мм	Довжина, м			Початок ділянки			При γ=1		Орі єнт. пит. вага γоmid кг/м3
			по плану l, м	екві-вале-нтна lекв м	розра хун- кова lр, м	тиск Рпоч, МПа	тем-пера тура tпоч оС	пито-ма вага пари γпоч, кг/м3	швид кість vo, м/с	пит втра та ти ску Δhоm Па/м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Магістраль
1-2	45	325х8	500	53	553	1,3	300	4,98	167	811	4,80
2-3	25	273х7	600	40	640	1,206	292,3	4,68	132	631	4,45
Відгалуження
2-4	20	273х7	600	54	654	1,206	292,3	4,68	106	404	4,50

Продовження табл. 2.10

№№ ді-лян ки	При γоmid				Втрата тепла		Пере пад тем пера тури Δt, оС	Кінець ділянки						Середня пито ма вага, γmid, кг/м3		Сумарні втра ти тис-ку, ΔРΣ, МПа
	швид кість v, м/с	Втрати тиску			пи- то- ма, Δqпит Вт/мо	на діля-нці Q МВт		тиск Ркін, МПа		тем-пера тура tкін оС		Пито ма вага пари γкін, кг/м3
		пито мі, Δhm Па/м		на діля нці ΔР, МПа
1	2	3		4	5	6	7	8		9		10		11		12
Магістраль
1-2	34,4	170	0,094		1,36	0,21	7,7		1,206		292,3		4,68	4,83	0,094
2-3	37,0	142	0,091		1,22	0,21	14,0		1,112		278,3		4,36	4,52	0,185
Відгалуження
2-4	23,6	90	0,059		1,22	0,21	17,5	1,147			274,8		4,62	4,65	0,153