5. Расчет трубопроводов

Все элементы трубопроводов изготавливаются в соответствии с отраслевыми стандартами. Расчет диаметров трубопроводов производится по максимальному расходу теплоносителя и рекомендуемой скорости.

Теплоноситель, отпускаемый теплоисточником (ТЭЦ или котельной), должен иметь на выходе параметры (давление и температуру), учитывающие сопротивление трубопроводов и теплопотери в окружающую среду.

Сопротивление трубопровода зависит от скорости теплоносителя, протяженности трубопровода, местных сопротивлений и коэффициента гидравлического трения для труб, из которых выполнен трубопровод.

При заданном часовом расходе пара с определенными параметрами его скорость в паропроводе подсчитывается по формуле

. (8.48)

Здесь w - скорость пара, м/с;

V_c – cекундный объем пара, протекающий по паропроводу, м³/с ,

, (8.49)

где D_ч – часовой расход пара по паропроводу, кг/ч;

n – удельный объем пара при средних параметрах пара в паропроводе, м³/кг (табл.П12);

d_вн – внутренний диаметр паропровода, м.

Диаметр паропровода при заданной расчетной скорости определяется по формуле

. (8.50)

При транспорте насыщенного пара следует учитывать дополнительный расход пара, конденсирующегося в паропроводе вследствие потерь тепла в окружающую среду. Максимальная скорость пара в паропроводах не должна превышать следующих значений:

- перегретый пар:

50 м/с при D_у £ 200 мм;

70 м/с при D_у > 200 мм;

- насыщенный пар:

40 м/с при D_у £ 200 мм;

60 м/с при D_у > 200 мм.

Скорость воды, м/ч, подсчитывается по формуле

,

где V- расход воды, протекающей по трубопроводу, м³/ч;

w - рекомендуемая скорость воды;

r - плотность воды, кг/м³.

При расчете трубопроводов рекомендуются следующие скорости воды, м/с:

- питательная вода в напорном трубопроводе

- 2,5…3,0;

- питательная вода во всасывающем трубопроводе насоса - 0,6…1,0;

- вода во всех остальных трубопроводах - 2,0…2,5.

Внутренний диаметр трубопровода, м, определяется по формуле

.

После определения диаметра трубопровода подбирают по нормалям трубопроводы, соответствующие протекающей среде, с диаметром, наиболее близким к вычисленному. По окончательно принятому диаметру трубопровода проверяют действительную скорость.

Материал и толщина стенок трубопроводов выбираются в зависимости от давления и температуры протекающей среды в соответствии с нормативными документами.

Потеря давления в паропроводе на трение в местных сопротивлениях подсчитывается по формуле

Dp =R× l_пр , (8.51)

где R – удельная потеря давления на трение, Па/м;

l_пр – приведенная длина трубопровода, м.

Величины R и l_пр , которые входят в формулу, в свою очередь, определяются из формул

l_пр = l + l_э , (8.52)

. (8.53)

В этих формулах l – длина паропровода, м; l_э – эквивалентная длина местных сопротивлений, м; l - коэффициент трения (безразмерная величина); w - cкорость теплоносителя, м/с; r - плотность теплоносителя при средних параметрах в трубопроводе, кг/м³ (табл.П10)

Значение коэффициента гидравлического трения для паропроводов определяется по формуле Б.Л. Шифринсона:

, (8.54)

где k_э – эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы, м, величину которой следует принимать равной 0,0002 м.

Эквивалентные длины местных сопротивлений определяются по формуле

, (8.55)

где åx - сумма коэффициентов местных сопротивлений в трубопроводе.

Значения эквивалентных длин наиболее часто встречающихся элементов паропроводов, создающих местные сопротивления, приведены в справочниках. При отсутствии данных о местных сопротивлениях на рассчитываемом участке паропровода эквивалентная длина их может быть определена по формуле

l_{э »} a l , (8.56)

где l - общая длина рассчитываемого участка паропровода, м.

По данным Теплоэлектропроекта для паропроводов промышленных предприятий с П- образными компенсаторами коэффициент a можно принимать в соответствии с табл. 8.11.

Таблица 8.11. Коэффициент a

		Величина a
Конструкция компенсатора	Диаметр паропровода, м	Транзитные паропроводы	Разветвленные паропроводы
Гнутый	до 150 175-200 250-300	0,5 0,5 0,5	0,5 0,6 0,8
Сварной	175-250 300-350 400-500 600-1000	0,7 0,7 0,9 1,2	0,8 1,0 1,0 1,2

Гидравлический расчет упрощается при использовании номограммы (рис. П1 – П4).

Потеря тепла паропроводами через изоляцию в окружающую среду при транспорте перегретого пара приводит к снижению его температуры, а при транспорте насыщенного пара – к его увлажнению, что равнозначно уменьшению количества подаваемого пара. Начальные параметры отпускаемого пара должны быть выбраны с учетом и этой потери.

Падение температуры Dt в паропроводе при транспорте перегретого пара подсчитывается по формуле

, (8.59)

где Q – потеря тепла в окружающую среду паропроводом, кВт;

D_ч – расчетный расход пара, т/ч;

c_p – истинная теплоемкость перегретого пара (давление постоянное) при средних параметрах пара в паропроводе, кДж/(кг×К).

С достаточной степенью точности величину Q можно подсчитать по формуле

Q = 10^-3× q_уд (t_cр - t_ок) , (8.60)

где q_уд – полная удельная потеря тепла изолированным паропроводом, Вт/(м× К) (табл. 8.12);

t_cp – средняя температура пара в паропроводе, ^оС;

t_ок – температура окружающего воздуха, ^оС; принимается равной в непроходных каналах (грунт) t_ок = 0^оС,

в проходных каналах t_ок = 40 ⁰С; при надземной прокладке принимается равной расчетной температуре для отопления t_н.о ;

l – длина паропровода, м.

Количество образующегося конденсата G_кон , т/ч, в паропроводах насыщенного пара подсчитывается по формуле

, (8.61)

где Q – потеря тепла в окружающую среду, кВт, подсчитываемая по формуле (8.21);

r – cкрытая теплота парообразования, кДж/кг, соответствующая среднему давлению пара в паропроводе.

Полный расход насыщенного пара по паропроводу,т/ч,

D_пол = D_пот + G_кон , (8.62)

где D_пот - количество насыщенного пара, требуемого потребителю, т/ч.

Таблица 8.12. Удельная потеря тепла с 1 м изолированного паро-

провода с учетом дополнительных потерь арматурой

и опорами, Вт/ (м × К)

Наружный диаметр, мм	Надземная прокладка		Прокладка в непроходных каналах		Прокладка в проходных каналах
	Температура пара, оС
	200	250-300	200	250-300	200	250-300
32	0,48	0,48	0,46	0,45	0,52	0,51
45	0,55	0,53	0,53	0,53	0,59	0,58
57	0,60	0,59	0,58	0,57	0,64	0,63
76	0,66	0,66	0,64	0,64	0,71	0,69
89	0,72	0,71	0,70	0,67	0,77	0,72
108	0,79	0,77	0,75	0,74	0,71	0,78
133	0,86	0,84	0,82	0,80	0,92	0,87
159	0,74	0,91	0,89	0,87	1,02	0,96
219	1,09	1,08	1,04	1,03	1,20	1,14
273	1,24	1,22	1,20	1,17	1,32	1,27
325	1,40	1,36	1,33	1,30	1,45	1,38
377	1,54	1,48	1,49	1,42	1,59	1,51
426	1,56	1,51	1,50	1,42	1,59	1,55
478	1,67	1,59	1,56	1,52	1,71	1,62
529	1,76	1,70	1,69	1,64	1,84	1,72
650	1,96	1,87	1,88	1,80	2,12	1,98
720	2,13	2,03	2,03	1,95	2,35	2,16
820	2,36	2,26	2,27	2,17	2,63	2,42
920	2,65	2,49	2,53	2,39	2,88	2,64
1020	2,99	2,76	2,79	2,65	3,09	2,86