Коэффициенты местных сопротивлений

С целью упрощения и унификации гидравлического расчёта формулу (8.10) представляют в виде

δр_м = R_л l_э, (8.11)

где l_э = (d/λ) Σξ – эквивалентная длина местных сопротивлений на рассматриваемом участке трубопровода, м (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Эквивалентная длина местных сопротивлений при Σξ = 1

В табл. 8.2 приведены данные по l_э при Σξ =1, которые могут быть использованы для расчёта l_э при любых значениях Σξ рассматриваемых участков паровых, водяных и конденсатных сетей, а в таблице 8.3 представлены примеры их использования при расчёте водяных ТС.

Таблица 8.3

Примеры расчёта эквивалентных длин в водяных тс

Суммарные потери давления на участке

δр = δр_л + δр_м = δр_л (1 + δр_м/ δр_л) = R_л l (1 + α), (8.12)

где α = δр_м/ δр_л = l_э/ l – доля местных потерь на участке, а l + l_э = l_пр – приведённая длина участка. На стадии предварительного расчёта α можно принимать по табл. 8.4 или использовать оценочную формулу Б.Л. Шифринсона

α_ср = z(G) ^0,5, (8.13)

где z – коэффициент (0,01 - для водяных сетей; 0,05-0,1 – для паровых сетей); G – расход теплоносителя на головном участке разветвлённого теплопровода, т/ч.

Таблица 8.4

Коэффициент α

Порядок гидравлического расчёта ТС

Приведённые формулы использованы при составлении таблиц и построении номограмм для гидравлического расчёта тепловых сетей [1,10], которые широко используются при проектировании ТС. Следует иметь в виду, что выбор диаметров и длин участков должен соответствовать оптимальному варианту трассировки на генплане промплощадки предприятия или района застройки, т.е. рассматривается как часть общей задачи оценки эффективности инвестиций в строительство СТ. На стадии выбора альтернативных вариантов СТ допустимо упрощение расчётов за счёт учёта ряда практических рекомендаций:

• В водяных ТС, включая сети ГВС, удельные потери давления R_л в основном (расчётном) теплопроводе от ИТ до наиболее удалённого потребителя не должны превышать 80 Па/м, а в ответвлениях от него – 300 Па/м. При этом скорость воды не должна превышать 3 м/с.

• В паропроводах удельные потери давления R_л должны соответствовать скорости перегретого (насыщенного) пара, которая не должна превышать максимально допустимые значения: 50 (35) м/с при d_у ≤ 200 мм; 80 (60) м/с при d_у > 200 мм.

Начинают гидравлический расчёт с разработки расчётной схемы ТС, выделения расчётных участков и их нумерации с указанием протяжённости, расчётных нагрузок и расходов теплоносителя. Затем следует:

1. Расчёт основного теплопровода. Выбор по таблицам или номограммам [1, рис. 5.7, 5.8] (Приложение П.10.КП) d и R_л каждого участка по известному расходу и соответствующему значению k_э с учётом практических рекомендаций.

2. Определение Σξ по расчётной схеме и табл. 8.1, расчёт l_э = l_э1 Σξ (подобно табл. 8.3) с использованием данных табл. 8.2 и потерь давления (напора) на каждом участке. Выбор располагаемого напора у потребителей и на коллекторах ИТ.

3. При расчёте паропроводов необходимо учитывать изменение средней плотности пара ρ_ср = 0,5(ρ_н + ρ_к) по участкам и вносить поправки в удельные потери давления, пропорциональные отношению ρ_и/ρ_ср = k_ρ (при построении номограммы принято ρ_и = 2,45 кг/м³). При передаче перегретого пара его температура снижается вследствие наружного охлаждения теплопровода. Снижение энтальпии пара на участке можно рассчитать по формуле

Δh = h_н – h_к = q l(1+ μ)∙10^-3/G, (8.14)

где h_н, h_к – энтальпия пара в начале и конце участка, кДж/кг; q – норма плотности теплового потока по СНиП 41-03-2003, Вт/м; μ – коэффициент местных потерь теплоты, ориентировочно равный 0,2-0,3; G – расход пара на участке, кг/с. При передаче насыщенного пара происходит его частичная конденсация

G_к = q l (1+ μ)∙10^-3/r, (8.15)

где r – скрытая теплота парообразования при p_ср на участке, кДж/кг.

4. Расчёт ответвлений. Подобен расчёту основного теплопровода.

Пример гидравлического расчёта водяных ТС приведён на с. 198 в справочнике [10]. Рассмотрим пример гидравлического расчёта паровой сети.

Пример 6.1. Гидравлический расчёт паровой сети по расчётной схеме – рис. 8.2
Рис. 8.2. Расчётная схема паровой сети	Исходные данные: 1. Прокладка паропровода – надземная. 2. Начальные параметры пара у ИТ рн = 1,3 МПа (изб.); tн = 230 °С. Конечное давление у потребителей: I-IV рк = 0,7 МПа (изб.). 3. Расход пара: GI = 25 т/ч = 6,94 кг/с; GII = 10 т/ч = 2,78 кг/с; GIII = 25 т/ч = 6,94 кг/с; GIV = 15 т/ч = 4,17 кг/с. 4. Длина участка, м: l1-2 = 500; l2-3 = 500; l3-4 = 450; l4-IV = 400; l2-I = 100; l3-II = 200; l4-III = 100.
Решение Участок 1-2 1. Ориентировочное значение Rл в основной магистрали по (8.4) при α = 0,35 (предварительно по табл. 8.4) Rл = δр / [l (1 + α)] = (1,3 – 0,7)∙106/(1850∙1,7) = 191 Па/м. 2. Средняя плотность пара на участке 1-2 при абс. давлениях pн/pк = 1,4/1,18 МПа и ρн/ρк = 6,43/5,35 кг/м3 [11] ρср = 0,5(ρн + ρк) = 0,5(6,43 + 5,35) = 5,89 кг/м3. 3. Предварительно примем к использованию на участке трубы с dн 325×8 мм (dвн = 309 мм), которой по номограмме при расходе G1-1 = 25+10+20+15 = 70 т/ч = 19,44 кг/с соответствуют исходные значения wи = 107 м/с, Rли = 790 Па/м, которые при приведении к действительной плотности на участке уменьшаться пропорционально kρ = 2,45/5,89 = 0,416 4. Действительные значения w, Rл на участке: w = wи kρ = 107∙0,416 = 44,5 м/с, Rл = Rли kρ = 790∙0,416 = 329 Па/м. 5. Σξ на участке 1-2 (по табл. 8.1.) – задвижка, три П-образных компенсатора со сварными отводами и тройник (проход) Σξ = 0,5 + 3∙2,8 + 1 = 9,9. 6. Расчёт lэ (табл. 8.2-8.3) и lпр lэ = lэ1 Σξ = 17,6∙9,9 = 174 м, lпр = l + lэ = 500 + 174 = 674 м. 7. Потери давления на участке δр = Rл lпр = 329∙674 = 221,7∙103 Па = 0,222 МПа. 8. Давление пара в конце участка (абс.) рк = рн – δр = 1,4 – 0,221 = 1,178 МПа, т.е. практически равно предварительно принятому значению (п. 2) 9. Плотность пара в конце участка по удельному объёму vк при рк и tк (предварительно принята tк = 225 °С) [11] ρк = 1/vк = 1/0,187 = 5,35 кг/м3. 10. Энтальпия пара в конце участка по формуле (8,14) hк = hн – Δh = hн - q l (1+ μ)∙10-3/G1-2 = 2884 - 138∙500∙(1 + 0,3) ∙10-3/19,44 = 2879 кДж/кг. 11. Температура пара в конце участка по [11] tк = 225 °С (совпадет со значением по п. 9). 12. Уточнение средней плотности пара ρср = 0,5(ρн + ρк) = 0,5(6,43 + 5,35) = 5,89 кг/м3, т.е. совпадает с ранее использованным значением (п. 2). Участок 2-3 и т.д. Расчёт производится по приведённому алгоритму. Результаты расчёта представлены в табл. 8.5.

Особенности гидравлического расчёта конденсатопроводов

В соответствии со СНиП 41-02-2003 (п. 6.39) следует предусматривать закрытые системы сбора и возврата конденсата предприятий с избыточным давлением в сборных баках не менее 0,005 МПа. Открытые системы допустимы при общем расходе конденсата до 10 т/ч с температурой не ниже 95 °С при расстоянии до ИТ менее 0,5 км. Отвод конденсата от теплоиспользующих установок (ТИУ) осуществляется с помощью конденсатоотводчиков (КО) во избежание появления в конденсатопроводе «пролётного» пара, соответствующего снижения его пропускной способности и опасности гидроударов.

Наиболее целесообразен отвод конденсата за счёт избыточного давления после КО. Если он работает на «непереохлаждённом» конденсате (с температурой насыщения при давлении в ТИУ), давление после КО p₂ не может быть ниже критического, равного p₂ = p_кр ≈ 0,5 p₁. При этом образуется пар вторичного вскипания G_п (кг/с), доля которого по отношению к расходу конденсата G_к (кг/с) перед КО пропорциональна уменьшению энтальпии конденсата от h_к1 до h_к2 (кДж/кг) и составляет

G_п /G_к = x = (h_к1 – h_к2)/r₂, (8.16)

где x – степень сухости пара; r₂ – скрытая теплота парообразования при p₂, кДж/кг.

Таблица 8.5