Книги / Махов Л.М. Отопление учеб. для вузов

Если необходимо провести детальный гидравлический расчет сухого самотечного конден-

сатопровода в системе с давлением пара до 0,07 МПа, располагаемый перепад давления

Дрр, Па, вычисляют по формуле

где 0,5 - поправочный коэффициент, учитывающий наличие двухфазной среды (кроме конденсата в трубах имеется воздух или пароводяная эмульсия); при давлении пара в сис- теме более 0,07 МПа поправочный коэффициент увеличивают до 0,65; у - удельный вес конденсата, Н/м , Ь - вертикальное расстояние между начальной и конечной точками кон-

денсатопровода, м.

Детальный расчет проводят аналогично расчету теплопроводов систем водяного отопле-

ния.

Пример 9.9. Найдем диаметр конденсатопроводов ветви замкнутой системы парового

отопления низкого давления (см. рис. 9.2) по условиям примера 9.8. По табл. 11.4 Спра-

вочника проектировщика [10] выбираем диаметр труб:

•конденсатные подводки ко всем приборам (горизонтальные сухие) при тепловой нагрузке 4000 Вт - Оу1 5;

•конденсатные стояки (вертикальные сухие) при тепловых нагрузках 8000 и 16000

Вт-Пу20;

•сборный конденсатопровод горизонтальный сухой при тепловых нагрузках 16000

Вт - Бу20, при 32000 Вт- Бу25;

•то же, мокрый при тепловой нагрузке 64000 Вт - Оу20 (для сравнения отметим, что паропровод при аналогичной нагрузке имеет Пу50 - см. пример 9.8).

Конденсатопроводы в системе парового отопления с закрытым конденсатным баком мо-

гут быть напорными и двухфазными.

Напорными называют конденсатопроводы, целиком заполненные конденсатом, движу-

щимся под давлением пара за отопительным прибором, в баке или создаваемым насосом,

двухфазными или эмульсионными - конденсатопроводы, по которым движутся одновре-

менно и конденсат, и пар вторичного вскипания.

На рис. 9.11 показана схема прокладки конденсатопроводов. После конденсатоотводчика

вследствие снижения давления при протекании конденсата через суженное отверстие про-

исходит вторичное его вскипание с образованием пара вторичного вскипания. Труба б яв-

ляется двухфазным конденсатопроводом. Вторичное вскипание приводит к тому, что по

конденсатопроводу движется пароводяная смесь, плотность которой меньше плотности

воды. Пар вторичного вскипания отделяется от конденсата в баке-сепараторе и направля-

ется в систему теплоиспользования. Конденсат по напорному конденсатопроводу а на-

правляется в конденсатный бак и далее к конденсатному насосу для перекачки на тепло- вую станцию.

Расчетный расход конденсата Ок, кг/ч, определяют по формуле

281

где 1,25 - повышающий коэффициент для учета увеличения расхода конденсата в период прогревания системы при пуске; в скобках - максимальное количество пара в начале па-

ропровода (см. формулы (9.15) и (9.16)).

Рис. 9.11. Схема конденсатопроводов: а - напорный; б - двухфазный; 1 - конденсатный

бак; 2 - бак-сепаратор; 3 - конденсатоотводчик; 4 - отопительные приборы системы паро-

вого отопления высокого давления; 5 - паропровод

Для конденсатопроводов характерно значительное увеличение шероховатости их внут-

ренней поверхности. Потери давления на трение по меньшей мере в 1,3-1,4 раза больше

потерь в трубах систем водяного отопления. Поэтому для гидравлического расчета на- порных конденсатопроводов используют вспомогательную таблицу, составленную при

эквивалентной шероховатости кз=0,0005 м (0,5 мм). В таблицу внесены расход О, кг/ч, и

скорость движения \у, м/с, конденсата. При выборе диаметра труб ориентируются на мак-

симально возможную скорость движения конденсата (до 1... 1,5 м/с).

Потери давления Друч на каждом участке напорного конденсатопровода определяют по

формуле (9.20), прибавляя к действительной длине участка дополнительную, эквивалент-

ную местным сопротивлениям длину по формуле (9.19).

Если потери давления на участках известны, то давление в начале конденсатопровода

рнач находят с учетом разности геодезических отметок его конца и начала:

где РКОН - давление, необходимое в конце конденсатопровода; у - удельный вес, Н/м3, при плотности пароконденсатной смеси, перемещаемой по конденсатопроводу; при определе- нии диаметра труб удельный вес принимают равным 9,81 кН/м3 с учетом периода пуска

системы, когда плотность конденсата р=1000 кг/м3; Ь - разность отметок конца и начала

конденсатопровода, м (принимается со знаком плюс при движении конденсата вверх, со

знаком минус - при движении по трубе вниз).

Например, давление в баке-сепараторе по схеме на рис. 9.11 составит Р4 Ркон Дручл уЬа, а давление за конденсатоотводчиком Рз = Р4 + Аруч б + уЬ1. где Друч а и Друч.б - соответ- ственно потери давления в напорных конденсатопроводах соответственно от бака- сепаратора до конденсатного бака (участок А-Б) и от конденсатоотводчика до бака-

282

сепаратора (участок В-Г). Высоту подъема конденсата Ъ\ ограничивают 5 м. Можно также исходить из необходимого давления в баке-сепараторе.

При гидравлическом расчете разветвленных напорных конденсатопроводов следует обес- печивать одинаковое давление в каждом ответвлении перед слиянием конденсата в общий

конденсатопровод (невязка потерь давления на параллельных участках не должна превы-

шать 10 %), применяя в случаях необходимости дросселирующие диафрагмы.

По конденсатопроводам может двигаться пароконденсатная смесь вследствие образования

пара вторичного вскипания или попадания "пролетного" пара. Тогда объем перемещаемой

смеси будет больше, а плотность меньше, чем при движении только расчетного количест-

ва конденсата.

При гидравлическом расчете двухфазных конденсатопроводов диаметр труб определя- ют дважды. Сначала диаметр труб и потери давления находят как для напорных чисто во- дяных конденсатопроводов. Затем пересчитывают диаметр труб на каждом участке для того, чтобы оставить потери давления без изменения при пропуске действительного объе-

где с1см - диаметр двухфазного конденсатопровода; с1к - расчетный диаметр напорного кон-

денсатопровода, полученный при расходе конденсата Ок (по формуле (9.22)); ц - попра-

вочный коэффициент, учитывающий увеличение объема и уменьшение плотности паро-

конденсатной смеси по сравнению с объемом и плотностью конденсата:

где рсм - плотность пароконденсатной смеси, кг/м3, по таблице в справочной литературе.

§ 9.9. Последовательность расчета системы парового отопления

Последовательность гидравлического расчета системы парового отопления высокого дав-

ления разберем на примере.

Пример 9.10. Выполним гидравлический расчет одной из двух симметричных ветвей ра-

зомкнутой системы парового отопления высокого давления (рис. 9.12) с закрытым кон-

денсатным баком, находящимся под избыточным давлением 0,04 МПа. Паро- и конденса- топроводы проложены по колоннам цеха на высоте 6 м. Отопительными приборами явля-

ются калориферы воздушно-отопительных агрегатов тепловой мощностью по 116 кВт ка-

ждый.

283

I 2

конденсат

Рис. 9.12. Расчетная схема разомкнутой системы парового отопления высокого давления с

закрытым конденсатным баком: 1 - калорифер воздушно-отопительного агрегата; 2 - кон-

денсатный бак

Начальное давление пара не задано. Примем, что пар подходит к калориферам с давлени-

ем 0,17 МПа, при котором температура пара (130 °С) допустима для цеха, где горючая и

взрывоопасная пыль не выделяется.

Расчет начинаем с конденсатопровода, который является двухфазным. Для определения общего расхода конденсата (с учетом попутного) зададимся диаметром участков паропро-

вода: 1 - Оу50, 2 и 3 - Т)УЪ2, 4 - Бу25 (см. рис. 9.12). Тогда, например, для участка 3 попут-

ные теплопотери по формуле (8.49) составят (с использованием таблицы 11.23 Справоч-

ника проектировщика [10]):

0^ = 242-54-10-3 = 13,06 кВт

Попутные теплопотери проставлены на рис. 9.12 у номера каждого участка паропровода в знаменателе, а в числителе приведено количество теплоты, которое потребуется доставить

в конец каждого участка.

Расчетный расход конденсата на участках З1 и 4’ вычисляем по формуле (9.22):

-1,25 3600(116 + 13,06) / 2175 = 267; СкА* = 1,25-3600((116 + 0,83) / 2 1 7 5 + 13,78 У 2163) = 270 кг/ч,

причем на участке 4' добавляем попутный конденсат из участка 2.

Результаты расчета участков конденсатопровода (по таблице II.8 в Справочнике проекти- ровщика [10]) вносим в табл. 9.2.

284

Таблица 9.2. Гидравлический расчет конденсатопровода системы парового отопле-

ния высокого давления

Общая приведенная длина участков 1прив в табл. 9.2 найдена путем добавления к действительной длине эквивалентной длины по формуле (9.19):

1прив. 1 = 15,2 + 0,56-5 = 18,0 м

(учтены местные сопротивления: два отвода, тройник на проходе, внезапное расширение

потока);

1лрнв,2 = 50,6 + 0,33-9 -53,6 м

(четыре отвода, тройник на противотоке);

1гтрие.З = 55,6 + 0,33-23 — 63,2 м

(вентиль, тройник на ответвлении, обратный клапан, отвод, тройник на проходе);

IПрнв.4 — 5,5 + 0,33*22 ~ 12,8 м

(вентиль, два тройника на ответвлении, обратный клапан).

Потери давления на участках конденсатопровода получены по формуле (9.20). Гидроста-

тическое давление составляет: при движении конденсата вниз уЬ = 9,81(1 - 6) = - 49 кПа, при подъеме конденсата - 9,81(6 - 3) = 29,43 кПа. Давление в начале каждого участка най-

дено по формуле (9.23). Например, для участка 1: Рнач 40 + 16,36 - 49 = 7,36 кПа. Полу-

ченное давление в начале участка Г является конечным для участка 21.

В результате расчета оказалось, что давление за конденсатоотводчиком после калорифера дальнего агрегата составляет 116,72 кПа или 116,72 /170 = 0,69 принятого давления перед

калорифером (т.е. меньше рекомендуемого предела 0,7).

Значения поправочного коэффициента р для диаметра участков двухфазного конденсато-

провода найдены по таблице 11.7 в Справочнике проектировщика [10]. Они зависят от

разности давления перед калориферами и в конце рассчитываемого участка конденсато-

285

провода (чем больше эта разность, тем больше значение коэффициента ц вследствие уменьшения плотности пароконденсатной смеси - см. формулу (9.25)). Окончательный диаметр участков двухфазного конденсатопровода определен на формуле (9.24). Как вид-

но, диаметр участков пришлось увеличить на 3-4 типоразмера (например, на участке 1 - с

Оу20 до Оу50).

Перейдем к расчету паропровода, имея в виду, что на участке 1 допустима предельная

скорость движения пара 60 м/с, на остальных участках 80 м/с.

Расчетный расход пара на участках паропровода вычисляем по формуле (9-15):

3600(116 + 0,5* 0,83) / 2175 =-193; 3600(116 -*- 0,5-13,06) / 2175 203;

,С2 = 3600((232 + 0,83 + 13,06) / 2175 + 0,5-13,78 / 2163) = 418;

О3600((464 ч- 2 0,83 -г 2- 13,06)22175+2-13,78 / 2163 + 0,5-5,95 / 2120) = 865 кг/ч.

Результаты расчета участков паропровода (с использованием таблицы П.6 в Справочнике проектировщика [10]) вносим в табл. 9.3.

Таблица 9.3. Гидравлический расчет паропровода системы парового отопления вы- сокого давления

В табл. 9.3 действительные значения скорости движения пара ;C и удельной линейной по-

тери давления К. найдены по формуле (9.18) при плотности пара рср.уч, вычисленной при

среднем давлении на участках.

Общая приведенная длина участков 1прив получена с применением формулы (9.19):

1прив.4 = 4 4- 0,83-1,5 = 5,2 м

(учтено местное сопротивление - тройник на ответвлении);

Iпрнв.З = 54 + 1 ,07-2,0 = 56,1 м

(тройник на проходе, отвод);

286

1прив, 2 = 50 -1 ,07-7 = 57,5 м

(тройник на растекании, четыре отвода);

Iпрн&- = 15 + 1,851,0 = 16,8 м

(задвижка, отвод).

Потери давления на участках найдены по формуле (9.20). Полученное давление в начале

участка 3 принято не только за конечное для участка 2, но и за начальное давление для участка 4, параллельно соединенного с участком 3. При гидравлическом расчете участка 4

получена невязка:

100(46,73 - 16,65) / 46,73 = 64 % {> 15 %).

Для устранения излишка давления (30,1 кПа) предусматриваем установку на участке 4

дросселирующей диафрагмы. Диаметр диафрагмы по формуле (9.14)

Дд = 0,92(1160002 / 30100)0,25 -23,8 мм.

Полученные потери давления в паропроводе и конденсатопроводе системы отопления (с учетом потерь давления в калорифере и конденсатоотводчике) позволяют установить не- обходимое начальное давление. Начальное давление пара в системе с запасом 10 % соста-

вит по формуле (9.12)

Рп = 1Д 391,17-10-+ 0,04 = 0,47 МПа.

Пар при давлении 0,47 МПа имеет температуру около 157 °С и плотность 3 кг/мо.

§ 9.10. Использование пара вторичного вскипания

Пар вторичного вскипания, как известно, появляется в напорных конденсатопроводах

систем высокого давления. Условием вскипания конденсата является значительное пони-

жение давления (например, в конденсатоотводчике или при подъеме конденсата), когда фактическая температура конденсата становится выше температуры насыщенного пара

при пониженном давлении. Появившийся излишек теплосодержания конденсата вызывает

частичное превращение его в пар. Чем значительнее понижение давления, тем больше до-

ля повторно испарившегося конденсата.

Удельное количество пара вторичного вскипания, получившегося из 1 кг конденсата (до-

лю пара), определяют по формуле

где 1нач и 1кон - удельная энтальпия конденсата, кДж/кг, при давлении соответственно пе-

ред конденсатоотводчиком и в конце конденсатопровода ( за конденсатоотводчиком, в ба-

ке-сепараторе или закрытом конденсатном баке); гкон - удельная теплота парообразования,

кДж/кг, при давлении в конце конденсатопровода.

287

Полное количество пара вторичного вскипания Ов гъ кг/ч, в конденсатопроводах системы высокого давления

где Ок - расход конденсата в системе, кг/ч, определяемый по формуле (9.22) без учета ко- эффициента 1,25.

Пример 9.11. Найдем количество пара вторичного вскипания, получающегося в двухфаз-

ном конденсатопроводе системы парового отопления высокого давления по условиям

примера 9.10.

Принимаем давление перед конденсатоотводчиком (с учетом пояснений к формуле (9.6))

Рнач ~ 0.95рпр " 0,95- 170 - 161,5 кПа.

Удельная энтальпия конденсата при этом давлении 1нач=541,7 кДж/кг. При давлении в конденсатном баке (40 кПа) 1КОн=458,4 кДж/кг (удельная теплота парообразования

г=2232,4 кДж/кг).

Удельное количество пара вторичного вскипания по формуле (9.26)

ёа. п ” (541 ,7 - 458,4) / 2232,4 - 0,0373 кг/кг конденсата.

Расчетное количество конденсата в системе Ок 1074 / 1,25 = 859 кг/ч (см. табл. 9.2).

Полное количество пара вторичного вскипания по формуле (9.27)

Св-П = 0,0373-859 = 32,0 кг/ч.

Этот пар может быть использован во вспомогательной системе отопления, имеющей теп-

ловую мощность

дс = 0,9-32,0-2232,4 / 3600 -17,86 кВт.

Расчеты по примеру 9.11 справедливы для коротких конденсатопроводов, когда можно пренебречь теплопотерями через стенки труб. При значительном расстоянии между мес-

тами вскипания конденсата и отбора пара попутные теплопотери заметно сокращают ко-

личество теплоты, которое идет на образование вторичного пара.

Пар вторичного вскипания целесообразно также использовать для нагревания воды, при-

меняемой в технологическом процессе, или в системе горячего водоснабжения, особенно

при круглосуточной работе предприятия.

При желании избежать вторичного вскипания применяют "переохлаждение" конденсата до 90... 100 °С. Для этого напорный конденсатопровод прокладывают через второстепен-

ные помещения, где устанавливают местные отопительные приборы (рис. 9.13). Переох-

лаждения конденсата можно достигнуть также непосредственно в местных отопительных

приборах и калориферах воздушно-отопительных агрегатов, развивая площадь их нагре-

вательной поверхности. Возможна подача пароконденсатной смеси в калориферы систем

288

приточной вентиляции, где будет происходить конденсация вторичного пара с последую- щим охлаждением конденсата.

Применяя переохлаждение конденсата в системах отопления высокого давления, можно

сократить расход пара и обеспечить нормальную работу конденсатных насосов.

Т7

X 2 X

1

Т&

С3~т8ч[3|—11 |1—ГЗ

пар 11

|конденсат

Рис. 9.13. Схема системы парового отопления высокого давления с использованием паро-

конденсатной смеси в местных отопительных приборах: 1 - калорифер воздушно-

отопительного агрегата; 2 - конденсатоотводчик; 3 - местный отопительный прибор

§ 9.11. Система пароводяного отопления

Пароводяную систему отопления применяют при централизованном теплоснабжении промышленного предприятия паром и необходимости устройства в одном из зданий водя-

ного отопления, отличающегося пониженной (и переменной в течение отопительного се-

зона) температурой теплоносителя.

Систему пароводяного отопления применяют также в верхней части высотных зданий,

куда без больших затруднений может быть подан первичный теплоноситель - пар. При вертикальном подъеме пара - теплоносителя с малой плотностью - обеспечивают лишь от-

ведение попутно образующегося конденсата. Конденсат удаляется через конденсатоот-

водчики в конденсатопровод, по которому стекает конденсат из вышерасположенного те-

плообменника. Так устроено, в частности, отопление верхней (четвертой) зоны централь-

ной части главного корпуса Московского государственного университета.

Подобная система пароводяного отопления называется централизованной. В централизо-

ванной системе вода может нагреваться в емкостном или скоростном теплообменнике.

В емкостном теплообменнике вода заполняет цилиндрический корпус, а пар поступает в двухходовой змеевик, находящийся в нижней части корпуса. Пар подается в верхний пат- рубок змеевика, в змеевике превращается в конденсат, который удаляется через нижний патрубок змеевика, не смешиваясь с водой, циркулирующей в системе отопления. Нагре-

ваемая вода попадает в теплообменник снизу, нагретая более легкая вода через верхний патрубок попадает в систему отопления.

289

Емкостные теплообменники отличаются незначительным сопротивлением (0=2,0) движе-

нию через них воды, поэтому могут применяться в системе отопления с естественной циркуляцией воды. Система может быть выполнена по любой известной схеме с верхней разводкой подающей магистрали.

Существенным недостатком емкостных теплообменников является их громоздкость, свя-

занная с тем, что коэффициент теплопередачи змеевиков не превышает при стальных тру- бах 700 Вт/(м2 К), при латунных или медных трубах - 840 Вт/(м2 К). Благодаря большому объему находящейся в теплообменниках воды пар в них может подаваться с большими

или меньшими перерывами в зависимости от температуры наружного воздуха.

Существенно меньшие размеры имеют скоростные теплообменники, в которых нагревае- мая вода движется последовательно через два пучка стальных или латунных трубок с большой скоростью (от 0,5 до 2,5 м/с). Теплоноситель пар подается сверху в межтрубное пространство цилиндрического корпуса, конденсат отводится снизу. Площадь нагрева-

тельной поверхности трубок скоростных теплообменников значительно меньше площади

змеевика емкостных теплообменников в связи с повышением (примерно в три раза) коэф-

фициента теплопередачи. Вместе с тем вследствие большого гидравлического сопротив-

ления скоростные теплообменники могут применяться только в системе отопления с на-

сосной циркуляцией воды. Для регулирования температуры воды, поступающей в систему

отопления, вокруг теплообменников устраивают обводную линию с регулирующим кла-

паном.

Всистеме пароводяного отопления для обеспечения бесперебойной работы устанавлива-

ют два теплообменника, каждый из которых рассчитывается на половину тепловой мощ-

ности системы.

Вдецентрализованной системе пароводяного отопления вода нагревается паром непо-

средственно в отопительных приборах.

Водной из конструкций децентрализованной системы применяются стандартные чугун-

ные радиаторы, в нижнюю часть которых закладываются перфорированные трубы (рис. 9.14, а) с заглушенным концом. С одной стороны в эти трубы подается пар, который через ряд мелких отверстий выходит в радиатор (см. § 9.4). Образующийся конденсат заполняет

радиаторы, и во время работы системы отопления радиаторы всегда залиты конденсатом

до уровня верхней сливной подводки.

Необходимая температура воды в радиаторах поддерживается путем впуска в них боль-

шего или меньшего количества пара через подводку, начинающуюся от парового стояка

несколько выше верха приборов. Излишек конденсата сливается в конденсатный бак.

Выпуск воды из радиаторов в случае необходимости осуществляется через нормально за-

крытый вентиль на нижней конденсатной подводке в конденсатный стояк.

В другой конструкции децентрализованной системы (рис. 9.14, б) пар из парового стояка

подается в водонагревательную трубу (без отверстий), помещенную также в нижней части приборов (см. § 18.4). Стальные безнапорные приборы - радиаторы дополняются водой

через специальный патрубок в их верхней части.

Вода в радиаторах нагревается при теплопередаче через стенки трубы в процессе конден-

сации пара. Конденсат удаляется через конденсатную подводку в стояк.

290