Введение

тепловой электростанция перегретый пар

Снижение уровня промышленного потребления пара является известным фактом и серьезной проблемой тепловых электростанций, поскольку это делает проблематичной полноценную загрузку турбин, спроектированных специально для этих целей (например, турбин типа ПТ-60 и ПТ-80). Столь же серьезно проблема стоит и для владельцев сетевых паропроводов, т.к. транспортировка малых расходов влажного пара через большие проходные сечения существующих паропроводов весьма убыточна, и приводит к значительным потерям пара и конденсата.

В настоящее время в нормативной документации отсутствует сформировавшееся представление об особенностях и критериях безопасности таких режимов эксплуатации. Поэтому владельцы паропроводов, будучи связанными юридическими обязательствами, вынуждены продолжать эксплуатацию существующих паропроводов в малорасходных режимах.

Особенности подхода к проектированию и эксплуатации паропроводов влажного и перегретого пара

Проектирование паропроводов, предназначенных для обеспечения паром в промышленных масштабах, как правило, первоначально проводилось в предположении, что транспортироваться будет именно перегретый пар. Поскольку в нынешних условиях транспортируется влажный пар, целесообразно выяснить, в чем состоят наиболее существенные особенности подхода к проектированию паропроводов влажного и перегретого пара (см. таблицу).

Паропроводы влажного пара	Паропроводы перегретого пара
Имеют, как правило, небольшую протяженность и прокладываются преимущественно в пределах производственных помещений с положительной температурой.	Проходят, в основном, по открытой местности и имеют протяженность до нескольких километров.
Снабжаются системой возврата конденсата, которая функционирует постоянно. Для надежного отвода конденсата применяются уклоны трассы порядка 4 мм/м, а также специальные вертикальные участки для разделения расходов конденсата по зонам дренирования. Расстояние между узлами дренирования составляет 30-50 м.	Конденсат образуется в переходных режимах прогрева и остывания паропроводов. Конденсат сбрасывается в ливневую или промышленную канализацию. При нормальной эксплуатации паропровода система дренирования отключается, поскольку предполагается, что конденсат при рабочих параметрах и расходах пара не образуется. Расстояние между узлами дренирования диктуется особенностями местности и прокладки паропровода и может составлять от нескольких сотен метров до километра. Нормальный уклон трассы считается равным 2 мм/м.
Направление уклонов горизонтальных участков должны в основном совпадать с направлением движения пара.	Направление уклонов по отношению к направлению движения пара не имеет принципиального значения.
На всем протяжении трассы устанавливаются специальные карманы того же диаметра, что и основной трубопровод для накопления конденсата, сепараторы для улавливания влаги из потока, а также конденсатоот- водчики постоянного действия. На контруклонах (если их не удается избежать) конденсатоотводчики устанавливаются с меньшим шагом, чем на участках с уклоном.	Специальные карманы для накопления конденсата, сепараторы и конденсатоотводчики, как правило, не устанавливаются. В случае, если карманы для накопления конденсата все же заложены в конструкцию паропровода, их диаметр принимается меньшим, чем диаметр основного паропровода.
В местах сопряжения труб различного диаметра применяют специальные эксцентрические переходники, позволяющие избегать местного скопления конденсата.	Устанавливаются концентрические переходники.
Для измерения необходимых характеристик потока влажного пара у потребителя применяются специальные приборы.	Расход пара измеряется с помощью расходомерных шайб.

Таким образом, основные различия особенностей проектирования паропроводов влажного и перегретого пара концентрируются вокруг условий отвода конденсата, а также в особенностях сведения теплового баланса.

Для паропроводов влажного пара все вопросы дренирования продумываются заранее, а для паропроводов, спроектированных для транспортировки перегретого пара, но используемых для транспортировки влажного пара, их приходится решать «как получится». В последнем случае удовлетворительное решение является весьма затруднительным и затратным, поскольку существующие паропроводы уже вписаны в техническую инфраструктуру, внесение изменений в которую (например создание условий для возврата конденсата) весьма проблематично. Кроме того, не все потребители готовы оплачивать безвозвратные потери, сопровождающие транспортировку влажного пара, если это не было предусмотрено исходными договорными отношениями.

Использование паропроводов перегретого пара для транспортировки влажного пара на практике выглядит следующим образом: во время эксплуатации все дренажные линии паропровода частично открываются и образующийся конденсат постоянно сливается в ливнестоки или промышленную канализацию. Если паропровод проходит по открытой местности, то надежное использование на нем конденсатоотводчиков (особенно при неравномерном суточном графике потребления пара) становится проблематичным, поскольку зимой они легко обмерзают и выходят из строя, допуская при этом существенный «проскок пара» в атмосферу.

Степень открытия дренажных линий проверяется и корректируется обслуживающим персоналом вручную один раз в полторы-две недели. Процесс корректировки осуществляется изменением положения запорных органов дренажных линий «на слух» - по специфическим шумовым характеристикам истечения. В силу этого процесс регулировки носит субъективный характер и зависит от текущего расхода пара к потребителям и квалификации персонала, проводящего обход. По существу, для обслуживающего персонала регулировка является лишь изменением проходного сечения задвижки: стабильное истечение обеспечивает степень открытия, при которой из дренажа идет пароводяная смесь с расходом, практически не зависящим от положения управляющего органа в достаточно широком диапазоне его перемещений. При дальнейшем увеличении проходного сечения задвижки из дренажа появляется большое количество пара, что считается браком в регулировке.

Распределение удаляемых объемов конденсата через отдельные узлы дренирования по длине паропровода неравномерно и зависит, по существу, от размеров участков, где осуществляется сбор конденсата, а эти размеры, в свою очередь, определяются рельефом местности, по которой проложен паропровод.

Ввиду того что конденсат в паропроводе находится на линии насыщения, его сброс через приоткрытую дренажную линию в окружающую среду приводит к вскипанию и резкому повышению паросодержания. Это, в свою очередь является причиной резкого изменения физических свойств потока дренажа. В частности, существенно изменяется характеристика, которая определяет темп эвакуации конденсата из паропровода, - скорость звука. Величина скорости звука задает величину предельного расхода конденсата через минимальное проходное сечение дренажной линии. На рис. 1 приведены известные экспериментальные данные по зависимости скорости звука а от объемного расходного паросодержания двухфазного потока в. Здесь скорость звука а=1500 м/с соответствует воде на линии насыщения, скорость звука а=330 м/с - насыщенному пару. В промежутке между значениями объемного паросодержания в=0,2-0,8 скорость звука резко снижается - ориентировочно до 20 м/с. Этот показатель не является стабильным и зависит от структуры двухфазного потока. При этом в отдельных случаях скорость звука может снижаться до 5-10 м/с.

Вопрос о том, что дренажные линии, работающие в критическом режиме истечения вскипающего конденсата, могут быть «узким местом» при транспортировке влажного пара в непредназначенных для этого паропроводах, ранее не поднимался, и общепринятых норм для оценки этого фактора не существует. Но, как будет показано ниже, эта особенность дренирования является значимой при рассмотрении эксплуатационной надежности и безопасности паропроводов.

Известно, что паропроводы влажного пара имеют следующие особенности эксплуатации, влияющие на их надежность и безопасность.

• 1. При возникновении дисбаланса между притоком и оттоком конденсата им в первую очередь заполняются участки паропроводов с более низкими геодезическими отметками.
• 2. Возникновение волн на поверхности ручья конденсата (при его достаточно высоком уровне) может привести к полному перекрытию проходного сечения трубопровода и возникновению конденсатной пробки. Такая водяная пробка, двигаясь со скоростью пара, обладает огромной кинетической энергией, которая высвобождается при встрече с препятствием (например гибом или запорным органом); в результате возникает явление гидравлического удара, который может привести к повреждению или разрушению паропровода или его отдельных элементов.
• 3. Явления, близкие к гидравлическим ударам, более вероятны при встречном направлении движения пара и конденсата, когда волны, образующиеся на поверхности потока, захватываются встречным потоком пара.
• 4. Если уровень расходного паросодержания в паропроводе снижается до значения 0,3, возможно возникновение снарядного режима течения конденсата, которое по своему воздействию на паропровод аналогично продолжительной серии гидравлических ударов.
• 5. Возникновение снарядного режима течения возможно также в протяженных дренажных линиях, связывающих узлы отвода конденсата с ливнестоками, что может привести к повреждению штуцеров в зонах присоединения дренажных линий к основному паропроводу.

Если арматура дренажных линий в условиях эксплуатации осуществляет пропуск критических расходов конденсата, то при неравномерном суточном потреблении пара, а также при изменении температуры окружающей среды, возможно возникновение условий, при которых темп притока конденсата и темп его эвакуации будут существенно отличаться.

Дисбаланс между притоком и оттоком конденсата с учетом возможности его накопления может стать причиной полного или частичного заполнения отдельных участков паропровода конденсатом и, как следствие, - возникновения гидравлических ударов.

Под условиями накопления конденсата следует понимать профиль прокладки паропровода, при котором на трассе имеется участок относительно небольшой протяженности, в котором уровень конденсата может полностью или частично перекрыть проходное сечение трубы. Это может быть участок между двумя вертикально расположенными компенсаторами или участок с уклоном и контруклоном, или участок с уклоном, ограниченный вертикальным компенсатором.

Рассмотрим пример конкретного паропровода общей протяженностью около 5 км, на котором длина одного из участков сбора конденсата Ду500 мм, ограниченного уклоном и контруклоном, составляет примерно 1 км.

Пар от ТЭЦ имеет начальное давление 1,37 МПа и температуру 250 ОС. Паропровод первоначально рассчитывался на пропуск примерно 35 кг пара в секунду. Этот расход обеспечивал сохранение перегрева на всей протяженности паропровода от ТЭЦ до потребителей. В настоящее время реальный расход пара составляет 7-10 кг/с, при этом на большей длине паропровода транспортируется влажный пар. Расчетная схема рассматриваемого паропровода приведена на рис. 2.

Конкретная задача для рассматриваемого паропровода сформулирована следующим образом. Предположим, что положение запорных органов дренажной линии при начальных условиях теплообмена с окружающей средой и некотором заданном потреблении пара обеспечивает полную эвакуацию образующегося конденсата (нулевой баланс между его притоком и стоком). Необходимо получить ответ на вопрос: может ли при изменившихся условиях теплообмена с окружающей средой или условиях потребления пара за интервал времени между очередными проверками в паропроводе скопиться достаточное количество конденсата, чтобы полностью или частично (на 50-70%) перекрыть его проходное сечение?

Диаметр паропровода определяется как:

Где: D – максимально потребляемое количество пара участком, кг/ч,

D= 1182,5 кг/ч (по графику работы машин и аппаратов для участка по производству творога) /68/;

- удельный объем насыщенного пара, м 3 /кг,
=0,84м 3 /кг;

- скорость движения пара в трубопроводе м/с, принимается 40м/с;

d =
=0,100 м=100 мм

К цеху подведен паропровод диаметром 100 мм, следовательно, его диаметра достаточно.

Паропроводы стальные, бесшовные, толщина стенки 2,5 мм

4.2.3. Расчет трубопровода для возврата конденсата

Диаметр трубопровода определяется по формуле:

d=
, м,

где Мк – количество конденсата, кг/ч;

Y – удельный объем конденсата, м 3 /кг, Y=0,00106 м 3 /кг;

W – скорость движения конденсата, м/с, W=1м/с.

Мк=0,6* D, кг/ч

Мк=0,6*1182,5=710 кг/ч

d=
=0,017м=17мм

Подбираем стандартный диаметр трубопровода dст=20мм.

4.2.3 Расчет изоляции тепловых сетей

С целью сокращения потерь тепловой энергии трубопроводы изолируют. Поведем расчет изоляции питающего паропровода с диаметром 110 мм.

Толщина изоляции для температуры окружающей среды 20ºС при заданной тепловой потере определяется по формуле:

, мм,

где d - диаметр неизолированного трубопровода, мм, d=100мм;

t - температура неизолированного трубопровода, ºС, t=180ºС;

λиз - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м*К;

q- тепловые потери с одного погонного метра трубопровода, Вт/м.

q=0,151 кВт/м = 151 Вт/м²;

λиз=0,0696 Вт/м²*К.

В качестве изоляционного материала используется шлаковая вата.

=90 мм

Толщина изоляции не должна превышать 258 мм при диаметре труб 100 мм. Полученная δиз<258 мм.

Диаметр изолированного трубопровода составит d=200 мм.

4.2.5 Проверка экономии тепловых ресурсов

Тепловая энергия определяется по формуле:

t=180-20=160ºС

Рисунок 4.1 Схема трубопровода

Площадь трубопровода определяется по формуле:

R= 0,050 м, H= 1 м.

F=2*3,14*0,050*1=0,314м²

Коэффициент теплопередачи неизолированного трубопровода определяется по формуле:

,

где а 1 =1000 Вт/м²К, а 2 =8 Вт/м²К, λ=50 Вт/мК, δст=0,002м.

=7,93.

Q=7,93*0,314*160=398 Вт.

Коэффициент теплопроводности изолированного трубопрвода определяется по формуле:

,

где λиз=0,0696 Вт/мК.

=2,06

Площадь изолированного трубопровода определяется по формуле F=2*3,14*0,1*1=0,628м²

Q=2,06*0,628*160=206Вт.

Выполненные расчеты показали, что при использовании изоляции на паровом трубопроводе толщиной 90 мм экономиться 232 Вт тепловой энергии с 1 м трубопровода, то есть тепловая энергия расходуется рационально.

4.3 Электроснабжение

На заводе основными потребителями электроэнергии являются:

Электролампы (осветительная нагрузка);

Электроснабжение на предприятии от городской сети через трансформаторную подстанцию.

Система электроснабжения – трехфазный ток с промышленной частотой 50 Гц. Напряжение внутренней сети 380/220 В.

Расход энергии:

В час пиковой нагрузки – 750 кВт/ч;

Основные потребители энергии:

Технологическое оборудование;

Силовые установки;

Система освещения предприятия.

Распределительная сеть 380/220В от распределительных шкафов до машинных пускателей выполнена кабелем марки ЛВВР в стальных трубах, к двигательным проводам ЛВП. В качестве заземления используется нулевой провод питающей сети.

Предусматривается общее (рабочее и аварийное) и местное (ремонтное и аварийное) освещение. Местное освещение питается от понижающих трансформаторов малой мощности при напряжении 24В. Нормальное аварийное освещение питается от электрической сети на напряжении 220В. При полном исчезновении напряжении на шинах подстанции аварийное освещение питается от автономных источников («сухих аккумуляторов»), встроенных в светильники или от АГП.

Рабочее (общее) освещение предусматривается на напряжении 220В.

Светильники предусматриваются в исполнении, соответствующим характеру производства и условиям среды помещений, в которых они устанавливаются. В производственных помещениях предусматриваются с люминистцентными лампами, устанавливаемые на комплектных линиях из специальных подвесных коробов, располагаемых на высоте около 0,4м от пола.

Для эвакуационного освещения устанавливаются щитки аварийного освещения, подключаемые к другому (независимому) источнику освещения.

Производственное освещение осуществляется люминесцентными лампами и лампами накаливания.

Характеристики ламп накаливания, используемых для освещения производственных помещений:

1) 235- 240В 100Вт Цоколь Е27

2) 235- 240В 200Вт Цоколь Е27

3) 36В 60Вт Цоколь Е27

4) ЛСП 3902А 2*36 Р65ИЭК

Наименование светильников, используемых для освещения холодильных камер:

Cold Force 2*46WT26HF FO

Для уличного освещения используются:

1) RADBAY 1* 250 WHST E40

2) RADBAY SEALABLE 1* 250WT HIT/ HIE MT/ME E40

Обслуживание электросиловых и осветительных приборов осуществляется специальной службой предприятия.

4.3.1 Расчет нагрузки от технологического оборудования

Тип электродвигателя подбирается из каталога технологического оборудования.

Р ноп, КПД – паспортные данные электродвигателя, выбираются из электротехнических справочников /69/.

Р пр - присоединительная мощность

Р пр =Р ном /

Тип магнитного пускателя выбирается для каждого электродвигателя конкретно. Расчёт нагрузки от оборудования сведён в таблицу 4.4

4.3.2 Расчет осветительной нагрузки /69/

Аппаратный цех

Определим высоту подвеса светильников:

H р =Н 1 -h св -h р

Где: Н 1 - высота помещений, 4,8м;

h св - высота рабочей поверхности над полом, 0,8м;

h р - расчетная высота подвеса светильников, 1,2м.

H р =4,8-0,8-1,2=2,8м

Выбираем равномерную систему распределения светильников по углам прямоугольника.

Расстояние между светильниками:

L= (1,2÷1,4)·H р

L=1,3·2,8=3,64м

N св = S/L 2 (шт)

n св =1008/3,64м 2 =74 шт

Принимаем 74 светильника.

N л =n св ·N св

N л =73·2 = 146 шт

i=А*В/Н*(А+В)

где: А - длина, м;

В – ширина помещения, м.

i=24*40/4,8*(24+40) = 3,125

От потолка-70%;

От стен -50%;

От рабочей поверхности-30%.

Q=E min *S*k*Z/N л *η

к- коэффициент запаса, 1,5;

N л - число ламп, 146 шт.

Q=200*1,5*1008*1,1/146*0,5= 4340 лм

Выбираем лампу типа ЛД-80.

Творожный цех

Ориентировочное число осветительных ламп:

N св =S/L 2 (шт)

где: S- площадь освещенной поверхности, м 2 ;

L - расстояние между светильниками, м.

n св =864/3,64м 2 = 65,2 шт

Принимаем 66 светильников.

Определяем ориентировочное число ламп:

N л =n св ·N св

N св - количество ламп в светильнике

N л =66·2 = 132 шт

Определим коэффициент использования светового потока по таблице коэффициентов:

i=А*В/Н*(А+В)

где: А - длина, м;

В – ширина помещения, м.

i=24*36/4,8*(24+36) = 3

Принимаем коэффициенты отражения света:

От потолка-70%;

От стен -50%;

От рабочей поверхности-30%.

По индексу помещения и коэффициенту отражения выбираем коэффициент использования светового потока η=0,5

Определим световой поток одной лампы:

Q=E min *S*k*Z/N л *η

где: E min - минимальная освещённость, 200лк;

Z –коэффициент линейной освещённости 1,1;

к- коэффициент запаса, 1,5;

η – коэффициент использования светового потока, 0,5;

N л - число ламп, 238 шт.

Q=200*1,5*864*1,1/132*0,5 = 4356 лм

Выбираем лампу типа ЛД-80.

Цех по переработке сыворотки

n св =288/3,64 2 =21,73 шт

Принимаем 22 светильников.

Число ламп:

i=24*12/4,8*(24+12) =1,7

Световой поток одной лампы:

Q=200*1,5*288*1,1/56*0,5=3740 лк

Выбираем лампу типа ЛД-80.

Приемное отделение

Ориентировочное число светильников:

n св =144/3,64м 2 =10,8 шт

Принимаем 12 светильников

Число ламп:

Коэффициент использования светового потока:

i=12*12/4,8*(12+12)=1,3

Световой поток одной лампы:

Q=150*1,5*144*1,1/22*0,5=3740 лк

Выбираем лампу типа ЛД-80.

Установлена мощность одной осветительной нагрузки Р=N 1 *Р л (Вт)

Расчет осветительной нагрузки по методу удельных мощностей.

E min =150 лк W*100=8,2 Вт/м 2

Пересчет на освещенность 150 лк осуществляется по формуле

W= W*100* E min /100, Вт/м 2

W= 8,2*150/100 = 12,2 Вт/м 2

Определение суммарной мощности, необходимой для освещения (Р), Вт.

Аппаратный цех Р= 12,2*1008= 11712 Вт

Творожный цех Р= 12,2*864= 10540 Вт

Приемное отделение Р=12,2*144= 1757 Вт

Цех переработки сыворотки Р= 12,2* 288= 3514 Вт

Определяем число мощностей N л = Р/Р 1

Р 1 – мощность одной лампы

N л (аппаратного цеха) = 11712 / 80= 146

N л (творожного цеха) = 10540 / 80= 132

N л (приемного отделения) = 1756/ 80= 22

N л (цеха переработки сыворотки) = 3514/80 = 44

146+132+22+44= 344; 344*80= 27520 Вт.

Таблица 4.5 – Расчет силовой нагрузки

Наименование оборудования	Тип, марка	Количество	Тип электродвигателя	Мощность		КПД электродвига-	Тип магнит- ного пуска
				Номинальная Р	Электрическая Р
Смесител
Фасовочный автомат	Дозатор Я1-ДТ-1
Фасовочный автомат
Фасовочный автомат
Линия производства твор

Таблица 4.6 – Расчёт осветительной нагрузки

Наименование помещений		Мин. освеще	Тип лампы	Кол-во ламп	Элект-ричес- ность кВт	Удельная мощ-ность, Вт/м 2
Приемное отделение
Творожный цех
Аппаратный цех
Цех по переработке сыворотки

4.3.3 Проверочный расчет силовых трансформаторов

Активная мощность: Р тр =Р мак /η сети

где: Р мак =144,85 кВт (по графику «Расход мощности по часам суток»)

η сети =0,9

Р тр =144,85/0,9=160,94 кВт

Полная мощность, S, кВ·А

S=Р тр /соsθ

S=160,94/0,8=201,18 кВ·А

Для трансформаторной подстанции ТМ-1000/10 полная мощность составляет 1000кВ·А, полная мощность при существующей на предприятии нагрузки составляет 750кВ·А, но с учетом технического переоснащения творожного участка и организации переработки сыворотки необходимая мощность должна составлять: 750+201,18=951,18 кВ·А < 1000кВ·А.

Расход электроэнергии на 1 т вырабатываемой продукции:

Р=

где М- масса всех вырабатываемых продуктов, т;

М=28,675 т

Р=462,46/28,675=16,13 кВт*ч/т

Таким образом, из графика расхода электроэнергии по часам суток видно, что наибольшая мощность требуется в промежутке времени с 8 00 до 11 00 и с 16до 21часов. В этот период времени происходит приемка и обработка поступающего молока-сырья, производство изделий, розлив напитков. Небольшие скачки наблюдаются в период с 8до 11 , когда идет большинство процессов обработки молока для получения продуктов.

4.3.4 Расчет сечений и выбор кабелей.

Сечение кабеля находят по потере напряжения

S=2 PL*100/γ*ζ*U 2 , где:

L – длина кабеля, м.

γ – удельная проводимость меди, ОМ * м.

ζ – допустимые потери напряжения,%

U- напряжение сети, В.

S= 2*107300*100*100 / 57,1*10 3 *5*380 2 =0,52 мм 2 .

Вывод: сечение используемого предприятием кабеля марки ВВР 1,5 мм 2 – следовательно, имеющийся кабель обеспечит участки электроэнергией.

Таблица 4.7 – Почасовой расход электроэнергии на выработку продуктов

Часы суток

Насос 50-1Ц7,1-31

Счетчик Взлет-ЭР

Охладитель

Насос Г2-ОПА

ППОУ ЦКРП-5-МСТ

Сепаратор-нормализатор ОСЦП-5

Счетчик-расходомер

Творогоизготовитель ТИ

Продолжение таблицы 4.7

Часы суток

Мембранный насос

Обезвоживатель

Стабилизатор параметров

Насос П8-ОНБ-1

Автомат фасовочный SAN/T

Измельчитель-смеситель-250

Автомат фасовочный

Фарш мешалка

Продолжение таблицы 4.7

Часы суток

Сепаратор- Осветлитель

Ванна ВДП

Насос-дозатор НРДМ

Установка

Ванна ВДП

Насос погружной Seepex

Трубчатый пастеризатор

Продолжение таблицы 4.7

Часы суток

Автомат фасовочный

Приемное отделение

Аппаратный цех

Творожный цех

Цех переработки сыворотки

Окончание таблицы 4.7

Часы суток

Неучтенные потери 10%

График расхода электроэнергии.

Схема сети показана на рис. 8

Рис. 8. Расчетная схема паропровода: I–IV – абоненты; 1–4 – узловые точки

Формулы, используемые для определения гидравлических потерь, как для жидкости, так и для пара являются одинаковыми.

Отличительная особенность паропровода – учет изменения плотности пара.

1. Определяем ориентировочное значение удельных потерь на трение на участках от источника тепла до наиболее удалённого потребителя IV, Па/м:

.

Здесь – суммарная длина участков 1 – 2 – 3 – IV; α –доля потерь давления в местных сопротивлениях, принимаемая равной 0,7 как для магистрали с П–образными компенсаторами со сварными отводами и предполагаемыми диаметрами (табл. 16).

Таблица 16

Коэффициент α для определения эквивалентных длин для паропроводов

Типы компенсаторов	Условный проход трубы d у ,мм	Значение коэффициента α
Для паропроводов	Для водяных тепловых сетей и конденсатопроводов
Транзитные магистрали
Сальниковые П-	≤1000	0,2	0,2
образные с отводами:
гнутыми	≤300	0,5	0,3
	200–350	0,7	0,5
сварными	400–500 600–1000	0,9 1,2	0,7
Разветвленные тепловые сети

Окончание табл. 16

2. Определяем плотность пара:

3. По номограммам находим диаметр паропровода (прил. 6).

4. Действительные потери давления, Па/м:

(117)

5. Действительная скорость пара:

Сверяем с табл. 17.

Таблица 17

Максимальная скорость движения пара в паропроводах

7. Суммарная эквивалентная длина на участках:

(119)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений (см. табл. 8).

8. Приведенная длина участка:

9. Потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участке:

(121)

10. Давление пара в конце участка:

(122)

Данные расчетов свести в табл. 18 по схеме.

Таблица 18

Гидравлический расчет паровой сети

№ участка

Расход пара D

Размеры труб, мм

Длина участка, м

Скорость пара ωТ, м/с

Удельные потери давления на трение Па/м

Предполагаемая средняя плотность ρ ср, кг/м 3

Скорость движения пара м/с

Потери давления

Конец участка

Средняя плотность пара ρср, кг/м3

Суммарные потери давления от ТЭЦ,МПа

Т/ч

Кг/с

Условный проход d у

Наружный диаметр * толщина стенки; dn* S

по плану l

Эквивалентная местным сопротивлениям l Э

приведенная l пр =l+ l Э

давление р Н, МПа

плотность ρ Н, кг/м 3

удельные Па/м

на участке Па

давление рК, МПа

плотность ρК, кг/м 3

при ρ= 2,45 кг/ м 3

при ρ ср

Расчет паропровода

α – 0,3 ...0,6. (123)

По формуле находим диаметр трубы:

(124)

Задаемся скоростью пара в трубе. Из уравнения для расхода пара – σ=ωrF находим диаметр трубы по ГОСТу подбирается труба с ближайшим внутренним диаметром. Уточняются удельные линейные потери и виды местных сопротивлений, рассчитываются эквивалентные длины. Определяется давление на конце трубопровода. Рассчитываются потери тепла на расчетном участке по нормируемым потерям тепла :

(125)

где – потери тепла на единицу длины при заданной разности температур пара и окружающей среды с учетом потерь тепла на опорах, задвижках и т.п.

Если определено без учета потерь, тепла на опорах, задвижках и т. п., то

где t ср – средняя температура пара на участке, 0 С, t 0 – температура окружающей среды, зависящая от способа прокладки, 0 С. При наземной прокладке t 0 = = t Н0 , при подземной бесканальной прокладке t 0 = t гр (температура грунта на глубине укладки). При прокладке в проходных и полупроходных каналах t 0 = =40–50°С.

При прокладке в переходных каналах t 0 = 5°С. По найденным потерям тепла определяют изменение энтальпии пара на участке и значение энтальпии пара в конце участка:

По найденным значениям давления и энтальпии пара в начале и конце участка определяется новое значение средней плотности пара (форм. 128).

Если новое значение плотности отличается от ранее заданного более чем на 3 %, то проверочный расчет повторяется с уточнением одновременно и R Л :

(128)

Формула расчета выглядит следующим образом:

где:
D - диаметр трубопровода, мм

Q - расход, м3/ч

v - допустимая скорость потока в м/с

Удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар равен 0,194 м3/кг, это означает, что объемный расход 1000 кг/ч насыщенного пара при 10 бар будет составлять 1000х0,194=194 м3/ч. Удельный объем перегретого пара при 10 бар и температуре 300°С равен 0,2579 м3/кг, а объемный расход при том же количестве пара уже будет составлять 258 м3/ч. Таким образом можно утверждать, что один и тот же трубопровод не подойдет для транспортировки и насыщенного, и перегретого пара.

Приведем несколько примеров расчетов трубопроводов для разных сред:

1. Среда - вода. Сделаем расчет при объемном расходе - 120 м3/ч и скорости потока v=2 м/с.
D= =146 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 150.

2. Среда - насыщенный пар. Сделаем расчет для следующих параметров: объемный расход - 2000 кг/ч, давление - 10 бар при скорости потока - 15 м/с. В соответствии с удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар равен 0,194 м3/ч.
D= = 96 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 100.

3. Среда - перегретый пар. Сделаем расчет для следующих параметров: объемный расход - 2000 кг/ч, давление - 10 бар при скорости потока 15 м/с. Удельный объем перегретого пара при заданном давлении и температуре, например, 250°С, равен 0,2326 м3/ч.
D= =105 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 125.

4. Среда - конденсат. В данном случае расчет диаметра трубопровода (конденсатопровода) имеет особенность, которую необходимо учитывать при расчетах, а именно: необходимо принимать во внимание долю пара от разгрузки. Конденсат, проходя через конденсатоотводчик, и попадая в конденсатопровод, разгружается (то есть конденсируется) в нем.
Доля пара от разгрузки определяется по следующей формуле:
Доля пара от разгрузки =, где

h1 - энтальпия конденсата перед конденсатоотводчиком;
h2 - энтальпия конденсата в конденсатной сети при соответствующем давлении;
r - теплота парообразования при соответствующем давлении в конденсатной сети.
По упрощенной формуле доля пара от разгрузки определяется, как разность температур до и после конденсатоотводчика х 0,2.

Формула расчета диаметра коденсатопровода будет выглядеть так:

D= , где
ДР - доля от разгрузки конденсата
Q - количество конденсата, кг/ч
v” - удельный объем, м3/кг
Проведем расчет конденсатопровода для следующих исходных значений: расход пара - 2000 кг/ч с давлением - 12 бар (энтальпия h’=798 кДж/кг), разгруженного до давления 6 бар (энтальпия h’=670 кДж/кг, удельный объем v”=0.316 м3/кг и теплота конденсирования r=2085 кДж/кг), скорость потока 10 м/с.

Доля пара от разгрузки = = 6,14 %
Количество разгруженного пара будет равно: 2000 х 0,0614=123 кг/ч или
123х0,316= 39 м3/ч

D= = 37 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 40.

ДОПУСТИМАЯ СКОРОСТЬ ПОТОКА

Показатель скорости потока - не менее важный показатель при расчете трубопроводов. При определении скорости потока необходимо учитывать следующие факторы:

Потери давления. При высокой скорости потока можно выбрать меньший диаметр трубопроводов, однако при этом происходит значительная потеря давления.

Стоимость трубопроводов. Низкая скорость потока приведет к выбору большего диаметра трубопроводов.

Шум. Высокая скорость потока сопровождается увеличенным шумовым эффектом.

Износ. Высокая скорость потока (особенно в случае конденсата) приводит к эрозии трубопроводов.

Как правило, основной причиной возникновения проблем с отведением конденсата является именно заниженный диаметр трубопроводов и неверный подбор конденсатоотводчиков.

После конденсатоотводчика частички конденсата, двигаясь по трубопроводу со скоростью пара от разгрузки, достигают поворота, ударяются о стенку поворотного отвода, и скапливаются в месте поворота. После этого с высокой скоростью выталкиваются вдоль трубопроводов, приводя к их эрозии. Опыт показывает, что 75% протечек в конденсатопроводах происходит в трубных коленах.

Чтобы снизить вероятное возникновение эрозии и ее негативное воздействие, необходимо для систем с поплавковыми конденсатоотводчиками для расчета принимать скорость потока около 10 м/с, а для систем с другими типами конденсатоотводчиков - 6 -8 м/с. При расчетах конденсатопроводов, в которых отсутствует пар от разгрузки, очень важно делать расчеты, как для водопроводов со скоростью потока 1,5 - 2 м/с, а в остальных учитывать долю пара от разгрузки.

В таблице ниже приведены нормы скорости потока для некоторых сред:

Среда	Параметры	Скорость потока м/с
Пар	до 3 бар	10-15
	3 -10 бар	15-20
	10 - 40 бар	20-40
Конденсат	Трубопровод, заполненный конденсатом
	Конденсато -паровая смесь	6-10
Питательная вода	Линия всасывания	0,5-1
	Трубопровод подачи