книги / Отопление и вентиляция. Отопление

Г л а в а IV

ПАРОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ

§ 23. СПЕЦИФИКА ПАРА КАК ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ. ПАРОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Явления, происходящие в нагревательных приборах, питае­ мых паром, значительно сложнее, чем в приборах, питаемых водой. Охлаждаясь при соприкосновении со стенками нагре­ вательного прибора, пар конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования стенкам нагревательного прибора.

Рассмотрим наиболее общий случай, когда в прибор поступает перегретый пар. Тогда процесс охлаждения пара можно выразить следующим уравнением:

—температура пара в состоянии насыщения, завися­ щая от давления в нагревательном приборе;

tK— конечная температура конденсата (воды), выте­ кающего из нагревательного прибора;

G — количество подаваемого пара, кг/яас.

Первый член уравнения (99) в квадратных скобках пред­ ставляет собой тепло, выделившееся при охлаждении пере­ гретого пара до состояния насыщения. Второй член выражает тепловыделение в период конденсации и третий — тепло­ выделение при охлаждении конденсата. Так как первый член численно мал по отношению ко второму, перегрев пара увеличивает теплоотдачу прибора лишь в незначительной степени и потому мало целесообразен.

Следует иметь в виду также, что при конденсации пара происходит резкое изменение его объема и объем конден­ сата получается примерно в 700 раз меньше объема коли­

191

чества пара, равновеликого ему по весу. Если количество пара, поступающего в нагревательный прибор, будет в точ­ ности соответствовать тому количеству, которое может сконденсироваться при соприкосновении со стенками нагре­ вательного прибора, а также будет обеспечен свободный

шшенном количестве подаваемого пара затруднится сток конденсата, уровень стояния последнего в при­

то следует иметь в виду, что при понижении давления конденсат будет вскипать, образуя так называемый пар вторичного вскипания. Подобный процесс характерен тем, что происходит он в толще конденсата, причем образуется пароводяная эмульсия.

Давление в нагревательном приборе в обычных системах парового отопления либо выше атмосферного, либо равно ему. В последнем случае, для того чтобы обеспечить сток конденсата, трубы для конденсата прокладывают так, чтобы конденсат перемещался в них самотеком и часть сечения трубы была бы заполнена атмосферным воздухом.

Нагревательные приборы в системах парового отопления, как уже указывалось, применяют те же, что и в системах

192

водяного отопления. При неизменных температурах пара теплоотдачу нагревательных приборов при паровом отоплении можно изменить только путем количественной регулировки теплоносителя. Следует, однако, отметить, что регулировка вручную весьма неточна.

Для предотвращения неравномерного нагревания всех секций радиаторов при большом числе их рекомендуется

Запорно-регулировочный вентиль следует всегда ставить на пароподводящей трубе перед прибором, так как в случае установки его после прибора последний при закрывании крана будет продолжать отдавать тепло то тех пор, пока заполнится конденсатом и последний не остынет.

Более совершенными являются краны двойной регули­ ровки вентильного типа, к сожалению, еще мало применяе­ мые в монтажной практике.

В тех случаях, когда требуется вести контроль за поступ­ лением в нагревательный прибор пара, на конденсационном трубопроводе прибора устанавливают тройник с пробкой. Открывая последнюю, можно установить путем регулировки вентиля на пароподводящей трубе такой режим, при котором пар перестанет выходить через открытое отверстие тройника,

п е р а т у р ы т е п л о н о ­ с и т е л я п р и н и м а ю т

ощутительной высоты зоны, заполненной воздухом, или зоны стояния конденсата, теплоотдача прибора снижается. При этом следует иметь в виду, что конденсат ■довольно интенсивно отдает тепло по всей высоте своего стояния через стенки нагревательного прибора, а получает тепло только через поверхность, обращенную к паровой зоне. Это ведет к быстрому понижению температуры по высоте слоя конденсата, как это видно на диаграмме рис. 74, в.

Известно, что теплоемкость пара весьма мала по отно­ шению к скрытой теплоте парообразования. Поэтому повы­ шение температуры впускаемого в нагревательные. приборы

ния предпочитают обычно подавать насыщенный пар. Вследствие более высокой температуры теплоносителя и

более высокого коэффициента теплопередачи поверхность нагрева приборов при паровом отоплении примерно на 30—40% меньше, чем при водяном.

Малый объемный вес пара, большое теплосодержание и повышенный коэффициент теплопередачи приборов отопления уменьшают тепловую инерцию систем парового отопления, вследствие чего система быстро остывает и быстро нагре­ вается, в отличие от систем водяного отопления, обладаю­ щих большей тепловой инерцией. Это свойство особенно ценно использовать при оборудовании паровым отоплением помещений, в которых требуется поддерживать нормальную температуру только в течение определенного периода (кино, спортивные залы, производственные предприятия, работаю­ щие в одну или в две смены).

Хотя в системах парового отопления давление в нагрева­ тельных приборах обычно меньше максимального давления, на которое рассчитываются системы водяного отопления, но при случайном недосмотре давление в котле и системе мо­ жет повыситься настолько, что произойдет взрыв котла или разрушение какого-либо элемента системы.. Для того чтобы устранить эту опасность, паровые котлы снабжают специаль­ ными предохранителями, грузовыми и гидравлическими, описание которых будет дано ниже. Грузовые предохрани­ тели применяют обычно при давлениях в котлах больше 0,7 бар (ати). При меньших давлениях устанавливают гидрав­

возможность повышения давления в котлах выше расчетного. Поэтому котлы, оборудованные гидравлическими предохрани­ телями, ведению Котлонадзора не подлежат.

1 9 4

особенностей, присущих каждой системе, их приходится рассматривать отдельно друг от друга.

Нагревание воды в паровом котле К приводит к образова­ нию пара, имеющему определенную температуру и опреде­ ленное давление. Под действием этого давления пар пере­ мещается по паропроводам от котла к нагревательным приборам П. Образовавшийся в приборе конденсат стекает по трубам (конденсатопроводам) обратно в котел для повтор­ ного прерращения в пар.

Поскольку до пуска системы нагревательные приборы и трубы заполнены воздухом, пар может заполнить нагрева­ тельный прибор, только вытеснив предварительно воздух из трубопроводов, по которым он перемещается от котла к нагревательному прибору, и из самого нагревательного

сматривают соединение конденсатопроводов с атмосферой

Конденсатопроводы, работающие неполным сечением, условно называют с у х им и . Однако вне зависимости от ве­ личины поперечного сечения даже при отсутствии парообра­ зования в котле некоторая часть конденсатопроводов, согласно, закону сообщающихся сосудов, будет всегда запол­ нена конденсатом до отметки z v

Так как при работе котла давление пара будет действо­ вать и на поверхность воды, находящейся в котле, то уровень стояния конденсата повысится до отметки zv

Конденсатопровод, все поперечное сечение которого заполнено конденсатом, носит условное название мокрый .

Трассировка сети в паровых системах низкого давления может, так же как и в водяных системах, быть самой раз­ личной.

Рассмотрим замкнутую столбовую паровую систему отопления низкого давления с верхней разводкой (рис. 76, а). Пар, образующийся в котле 1, попадает в сухопарник 2, в котором от него отделяются капельки воды. Пройдя таким образом в сухопарнике предварительную осушку, пар под-

а/

11 11

Канализация— т IТ—ВодопроВад

Вкдцализацию

Рис. 76

нимается по главному стояку 2, снабженному парозапорным вентилем 3, и попадает по разводящей магистрали 5 в паро­ вые стояки 6, а оттуда —в нагревательные приборы 7. Обра­ зующийся в приборах конденсат возвращается через кон­ денсационные стояки 10 и сборную конденсационную ма­ гистраль 11 обратно в котел.

Между парозапорным вентилем 3 и котлом на стояке 2 имеется ответвление 4, идущее к гидравлическому предохра­ нителю. Присоединять трубу 4 после вентиля 3 запрещается, так как котел ни при каких обстоятельствах не должен быть отключен от предохранителя.

Как уже упоминалось, при отсутствии давления в котле отметка стояния конденсата в конденсатопроводе соответ­ ствует отметке стояния воды в котле. При наличии в котле

196

пара давление последнего поднимает уровень стояния кон­ денсата в конденсатопроводе до отметки z2.

Точка присоединения конденсатопровода к трубе 14, пред­ назначенной для вытеснения воздуха из системы при включе­ нии ее в работу и для заполнения системы воздухом при выключении ее из работы, должна находиться на отметке г3, превышающей на 200—250 мм отметку z2во избежание затоп­

по холодным трубам, попутного конденсата выделяться будет очень много. Он часто заполняет все поперечное сечение трубы, образуя так называемые пробки, которые пар своим давлением гонит по трубам со скоростью, близкой к ско­ рости пара. Когда пробка натыкается на препятствие (напри­ мер, на изгибы трубы), происходит г и д р а в л и ч е с к и й уда р, сопровождающийся характерным сильным щелкающим звуком.

Сильные удары могут легко нарушить плотность соедине­ ния труб. Поэтому попутный конденсат следует признать явлением нежелательным. При обычном присоединении стоя­ ков (стояки /, IV и V, рис. 76, а) бблыпая часть попутного конденсата стекает в паровой стояк, дренируя тем самым паровую разводящую магистраль (лежак).

Однако освобождая магистраль от попутного конденсата, такой способ присоединения стояков обусловливает питание приборов смесью пара и конденсата (влажный пар), что несколько уменьшает теплоотдачу приборов. Поэтому иногда стояки присоединяют через калач трубы, обращенной кверху (стояки II и III, рис. 76, а). При таком присоединении кон­ денсат в стояк не попадает и остается целиком в разводя­ щей магистрали. Для удаления его приходится предусматри­ вать в самой низкой точке стояка (стояк III, рис. 76, а) спе­ циальную дренажную трубу 12, присоединенную к магистра­ ли через гидравлический затвор (петлю) 13, который не поз­ воляет пару проникнуть через дренажную трубу 12 в конденсатопровод 11. Высота петли должна превышать высоту h0, соответствующую давлению пара (1 н/м2 эквивалентен при­ близительно 0,1 лш высоты водяного столба), на 100—150 мм. В нижней части петли должен быть предусмотрен кран для опорожнения ее от конденсата. Петля является простейшим водоотводчиком или конденсатоотводчиком, т. е. прибором, отводящим воду (конденсат) и запирающим проход пара.

197

нализационную линии. В случае, если отметка канализацион­ ных выпусков в здании находится выше самой низкой точки системы, применяют более сложную схему опорожнения че­ рез раковину. Как видно из нижней правой части рис. 76, к системе присоединен ручной насос, имеющий обходную вет­ ку. Сначала открывают кран на обходной ветке и закрывают оба крана на линии насоса, после чего система опорожняется самотеком через раковину. Затем закрывают кран на обход­ ной линии, открывают краны у насоса и вручную выкачивают в раковину воду, оставшуюся в нижней части системы.

Для обеспечения удовлетворительного стока попутного конденсата паропроводы желательно прокладывать с уклоном не менее 0,002 в сторону движения пара (чтобы направление движения пара и конденсата совпадало), в противном слу­ чае—с уклоном не менее 0,005. Для конденсатопроводов принимается уклон не менее 0,002.

При недостаточно хорошей регулировке и повышении количества подаваемого в приборы пара более необходимого последний может попадать в конденсатопроводы и уходить через воздушную трубку (трубка 14, рис. 76, а) в атмосферу. Для предотвращения подобной утечки можно эту трубку снабдить специальным прибором парозапирателем, который пропускает воздух, но препятствует выходу пара (рис. 76,6).

Основным рабочим элементом прибора является гермети­ чески запаянная коробка с волнистыми стенками, заполненная спиртом (так называемый сильфон). Коробка при омывании ее выходящим паром быстро нагревается. Давление паров спирта растягивает коробку, а прикрепленный к ней конусный золот­ ник закрывает отверстие для прохода пара. При омывании воздухом коробка не нагревается, не растягивается и отвер­ стие остается открытым.

В замкнутых системах парового отопления с нижней раз­ водкой (рис. 77) отвод конденсата из разводящей паровой магистрали является обязательным, так как стекания конден­ сата в стояки в таких системах происходить не может.

При схеме с нижней разводкой общая длина трубопрово­ да несколько сокращается вследствие меньшей высоты стоя­ ков. Кроме того, теплоотдача магистральных паропроводов при этой схеме может быть использована лучше, чем при

193

верхней разводке. Паровое отопление с нижней разводкой, так же как и водяное, целесообразнее применять в том слу* чае, когда имеется подвал и здание предполагают впослед­ ствии надстраивать; в остальном применение той или иной

Рис. 77

схемы определяется главным образом степенью удобств про­ кладки труб.

Существенным недостатком систем парового отопления с нижней разводкой, ограничивающим область их применения, является трудность удаления попутного конденсата из паро­ вых стояков в направлении, обратном движению пара.

Кроме верхней н нижней разводки, применяется и так называемая средняя разводка (рис. 78). Обычно прокладывают магистраль под потолком первого ]этажа, что облегчает мон­ таж и содействует лучшему отоплению первого этажа. В этот этаж поступает обычно наибольшее количество холодного воздуха с улицы и потому до­ полнительный нагрев помеще­ ний за счет теплоотдачи ма­ гистрали повышает эффект отопления в этом этаже.

Для дренажа паровой ма­ гистрали при нижней разводке можно применять не только гидравлический затвор (пет­ лю), но и другие водоотводчнки, в особенности если высота петли получается боль­ шой и для установки ее не хватает места.

. В системах низкого давле­ ния наиболее удобны водоотводчики термического дей­

199

ствия. Один из типов таких водоотводчиков изображен

на рис. 79, а.

Изогнутая трубка, находящаяся внутри кожуха водоотводчика, наполнена спиртом. При входе пара спирт, находящийся в трубке, вскипает, и давление его паров начинает выпрям­ лять трубку. При этом конический золотник закрывает отвер­ стие для входа пара. После конденсации пара и, следователь­ но, охлаждения дугообразной трубки, пружина обеспечивает обратный отход золотника от отверстия. Степень натяжения пружины регулируется специальным винтом, который виден с правой стороны прибора.

Для того чтобы в момент пуска системы при образовании очень большого количества конденсата водоотводчик не тормозил выхода конденсата из системы, при нем устраивают специальную обводную линию (рис. 79, б). В момент пуска системы вентиль 1 оставляют открытым. Когда за водоотводчи-

ком покажется пар, что можно легко обнаружить, открывают кран 4 на контрольной трубе 5, вентиль 1 закрывают, после чего открывают вентили 2 и 3. Обводная линия нужна также в случае снятия водоотводчика для ремонта.

200