Теплоснабжение и тепловые сети

С позиций гидравлического расчёта паровые сети бывают низкого давления (до

0,02 МПа включительно) и высокого давления (свыше 0,02 МПа).

9.4.1. Паровые сети низкого давления

Такие сети имеют относительно небольшой радиус действия (до 200 м), кото-

рый зависит от давления пара в котле потребителя. Конденсат в паровых сетях низ-

кого давления возвращается с помощью конденсатных насосов. Возврат самотёком не применяется, так как это связано с заглублением источника теплоты. Если кон-

денсат используют для технологических нужд (например, при пропарке в пропароч-

ных камерах железобетонных изделий), паровую сеть предусматривают без конден-

сатопровода.

Гидравлический расчёт паровых сетей низкого давления выполняют методом удельных потерь. Порядок расчёта следующий:

1)на схеме паровой сети выбирают главную расчётную магистраль (к са-

мому удалённому потребителю) и определяют её длину (сумма длин всех участков);

2) вычисляют ориентировочную удельную потерю давления на 1 м длины трубопровода по формуле

где рк – давление пара на выходе из котла, Па;

рп – необходимое давление пара у потребителя, Па;

- коэффициент, учитывающий долю потерь на местных сопротивлениях

(для паровых сетей низкого давления принимают = 0,5÷0,6);

∑l – суммарная длина участков главной расчётной магистрали.

3) на основании тепловой нагрузки и ориентируясь на удельную потерю давле-

ния, для каждого участка выбирают диаметр. При этом пользуются справочной ли-

тературой. Необходимо следить, чтобы скорость пара не выходила за пределы до-

пустимой: при попутном движении пара и конденсата – 30 м/с, при встречном – 20

м/с ;

82

4) расставляют неподвижные опоры, компенсаторы, отключающую арматуру.

Рекомендуемые расстояния между неподвижными опорами при давлении пара до

0,8 МПа приведены в табл. 9.3;

Таблица 9.3 – Расстояния между неподвижными опорами (теплоноситель – пар)

Примечание. На участках самокомпенсации расстояния между неподвижными опорами рекомендуется принимать не более 60 % от указанных в настоящей таблице для П-образных компенсаторов.

5)определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений для отдельных участков и потери давления на местных сопротивлениях;

6)вычисляют суммарные потери давления на участках из выражения

иобщую потерю давления по главной магистрали;

7)рассчитывают ответвления из условия равенства потерь давления на парал-

лельных участках. Форма таблицы для выполнения расчёта паровых сетей низкого

давления приведена ниже.

Таблица 9.4 Гидравлический расчёт паровых сетей низкого давления

83

При назначении диаметров следят за тем, чтобы скорость не выходила за пре-

делы допускаемой. Рекомендуемые максимальные скорости в паропроводах высоко-

го давления приведены в таблице 9.5.

После этого расставляют неподвижные опоры, компенсаторы, арматуру и вы-

числяют эквивалентную, приведенную длину и потери давления на участке:

Таблица 9.5 Рекомендуемые максимальные скорости движения пара в паропро-

водах ]

Давление в конце участка

где рнач – давление в начале участка.

Если вычисленное давление в конце участка не совпадает с ранее принятым, то расчёт повторяют. При совпадении давлений переходят к расчёту следующего уча-

стка. Последовательно выполняют гидравлический расчёт всех участков главной магистрали, затем ответвлений. При качественной теплоизоляции паропровода из-

менением количества пара за счёт попутной конденсации можно пренебречь. При отсутствии теплоизоляции расчётный расход пара определяют с учётом попутной конденсации.

Потери теплоты отдельными участками неизолированного трубопровода, Вт, с

достаточной точностью можно вычислить по формуле

85

где k – коэффициент теплопередачи, k = 12 Вт/(м2 ºС);

Dн – наружный диаметр трубопровода, м; l – длина участка, м;

τ – температура насыщенного пара при среднем давлении на участке, ºС; tокр - температура окружающей среды, ºС.

Количество пара, сконденсировавшегося на участке, кг/с,

где rср – скрытая теплота парообразования при среднем давлении пара на участке,

кДж/кг.

При определении количества пара за счёт попутной конденсации скрытую теп-

лоту парообразования для всех участков магистрали можно принимать одну и ту же при среднем давлении магистрали.

Расчётный расход пара на участке

где G – транзитный расход пара, который необходимо доставить потребителю,

кг/с;

Gк – расход пара за счёт попутной конденсации на расчётном участке, кг/с; ∑Gк – суммарный расход пара за счёт попутной конденсации на всех после-

дующих за расчётным участком.

Дренаж паропроводов предусматривают как при отсутствии теплоизоляции, так и при её наличии.

При расчёте паропровода перегретого пара плотность его определяют в зависи-

мости от среднего давления на участке и средней температуры, используя справоч-

ную литературу. Падение температуры на участке, ºС,

86

где Q – потери теплоты участком паропровода, определяемые на основании урав-

нения (5.7), Вт;

ср – теплоёмкость пара при постоянном давлении и средних параметрах его на участке, Дж/(кг·ºС);

Gр – Расчётный расход пара на участке, кг/с.

ПРИМЕР. Выполнить гидравлический расчёт паропроводов высокого давле-

ния для транспортировки насыщенного пара. Схема трассы приведена на рисунке

8.1. Абсолютное давление на парораспределительной гребёнке котельной рk = 1,3

МПа. Необходимое давление пара у потребителя А рА = 1 МПа, у потребителя В

рВ = 1,2 МПа. Тепловая нагрузка потребителя А QА = 3,36 МВт, потребителя В

QВ = 2,21 МВт.

Рис. 9.1 – Схема паропровода

где r ср = 2025 кДж/кг – скрытая теплота парообразования при давлении пара 1

МПа.

Расход пара для потребителя В

Располагаемое давление от котельной до потребителя А

рр рК рА 1,3 1 0,3 МПа,

а от котельной до потребителя В

87

рр рk рВ 1,3 1,2 0,1 МПа.

На участках магистрали от котельной к потребителю В располагаемое давление меньше. Эту магистраль принимаем в качестве расчётной. Длина расчётной магист-

рали К – 1 – В

l lK 1 l1 B 200 85 285 м.

Ориентировочная удельная потеря давления для расчётной магистрали

Ориентировочно определяем давление в точке 1:

Среднее давление на участке К – 1

Плотность пара при среднем давлении 2,265 МПа ρср = 6,326 кг/м3.

Определяем условную ориентировочную удельную потерю давления на расчёт-

ной магистрали и условную максимальную скорость при плотности ρ = 1 кг/м3 и

диаметре трубопровода 200 мм:

Róñë R ñð 234 6,326 1480 МПа;

óñëmax max ñð 35 6,326 221 м/с.

На основании расхода пара на участке К – 1 Gр 1,66 1,11 2,77 кг/с и ориен-

тируясь на условную потерю давления Rусл 1480 Па/м, назначаем диаметр

88

Выполняем расстановку неподвижных опор, компенсаторов, задвижек (рис.

9.2).

Рис. 9.2 – Схема расстановки компенсаторов и арматуры

Определяем эквивалентную и приведенную длину

lэкв 52,06 м. lпр l lэкв 200 52,06 252,06 м.

Вычисляем потерю давления на участке К — 1 и давление в точке 1:

р Rдlпр 274,0 252,06 69064Па;

р1 рК р 1,3 69064 10 6 1,231 МПа.

Вычисленное давление в конце участка К — 1 достаточно хорошо совпадает с ранее принятым р1 = 1,23 МПа. Пересчитывать участок не требуется.

Переходим к расчёту участка 1 — В . Давление в начале этого участка р1 =

=1,231 МПа, в конце — 1,2 МПа.

Результаты расчёта приведены в таблице 9.6.

Кроме расчётной магистрали, гидравлический расчёт выполнен и для ответвле-

ния.

89