Гидравлический расчет паропроводов систем парового отопления низкого и высокого давления.

При движении пара по длине участка его количество уменьшается вследствие попутной конденсации, снижается также его плотность из-за потери давления. Снижение плотности сопровождается увеличением, несмотря на частичную конденсацию, объема пара к концу участка, что приводит к возрастанию скорости движения пара.

В системе низкого давления при давлении пара 0,005-0,02 МПа эти сложные процессы вызывают практически незначительные изменения параметров пара. Поэтому принимают расход пара постоянным на каждом участке, а плотность пара постоянной на всех участках системы. При этих двух условиях гидравлический расчет паропроводов проводят по удельной линейной потере давления, исходя из тепловых нагрузок участков.

Расчет начинают с ветви паропровода наиболее неблаго­приятно расположенного отопительного прибора, каковым является прибор, наиболее удаленный от котла.

Для гидравлического расчета паропроводов низкого дав­ления используют табл. 11.4 и 11.5 (см. Справочник проек­тировщика), составленные при плотности 0,634 кг/м 3 , со­ответствующей среднему избыточному давлению пара 0,01 МПа, и эквивалентной шероховатости труб к Э =0,0002 м (0,2 мм). Эти таблицы, по структуре аналогичные табл. 8.1 и 8.2, отличаются величиной удельных потерь на трение, обусловленной иными значениями плотности и кинемати­ческой вязкости пара, а также коэффициента гидравличе­ского трения λ для труб. В таблицы внесены тепловые нагрузки Q, Вт, и скорость движения пара w , м/с.

В системах низкого и повышенного давления во избежа­ние шума установлена предельная скорость пара: 30 м/с при движении пара и попутного конденсата в трубе в одном и том же направлении, 20 м/с при встречном их движении.

Для ориентации при подборе диаметра паропроводов вычисляют, как и при расчете систем водяного отопления, среднее значение возможной удельной линейной потери давления R ср по формуле

где р П - начальное избыточное давление пара, Па; Σl пар - общая длина участков паропровода до наиболее удаленного отопительного прибора, м.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при рас­чете или введенных в систему в процессе ее монтажа, остав­ляют запас давления до 10% расчетной разности давления, т. е. сумма линейных и местных потерь давления по основ­ному расчетному направлению должна составлять около 0,9 (р П - р пр).

После расчета ветви паропровода до наиболее неблаго­приятно расположенного прибора переходят к расчету вет­вей паропровода до других отопительных приборов. Этот расчет сводится к увязке потерь давления на параллельно соединенных участках основной (уже рассчитанной) и второстепенной (подлежащей расчету) ветвях.

При увязке потерь давления на параллельно соединен­ных участках паропроводов допустима невязка до 15%. В случае невозможности увязки потерь давления применя­ют дросселирующую шайбу (§ 9.3). Диаметр отверстия дросселирующей шайбы d ш, мм, определяют по формуле

где Q уч – тепловая нагрузка участка, Вт, ∆р ш – излишек давления, Па, подлежащий дросселированию.

Шайбы целесообразно применять для погашения излишнего давления, превышающего 300 Па.

Расчет паропроводов систем повышенного и высокого давления проводят с учетом изменения объема и плотности пара при изменении его давления и уменьшения расхода пара вследствие попутной конденсации. В случае, когда известно начальное давление пара р П и задано конечное давление перед отопительными приборами р ПР, расчет паропроводов выполняют до расчета конденсатопроводов.

Средний расчетный расход пара на участке определяют по транзитному расходу G кон половины расхода пара, теряемого при попутной конденсации:

Gуч=G кон +0,5 G П.К. ,

Где G П.К – дополнительное количество пара в начале участка, определяемое по формуле

G П.К =Q тр /r;

r - удельная теплота парообразования (конденсации) при давле­нии пара в конце участка; Q тр - теплопередача через стенку трубы на участке; когда уже известен диа­метр труб; ориентировочно принимают по следующим зависимо­стям: при D у =15-20 мм Q тр = 0,116Q кон; при D у =25-50 мм Q тр =0,035Q кон; при D у >50мм О тр =0,023Q кон (Q кон - количество теплоты, которое требуется доставить в прибор или в конец участ­ка паропровода).

Гидравлический расчет выполняют по способу приве­денных длин, который применяется в том случае, когда линейные потери давления являются основными (около 80%), а потери давления в местных сопротивлениях сравни­тельно малы. Исходная формула для определения потерь давления на каждом участке

При расчете линейных потерь давления в паропроводах используют табл. II.6 из Справочника проектировщика составленную для труб с эквивалентной шероховатостью внутренней поверхности k э =0,2 мм, по которым перемеща­ется пар, имеющий условно постоянную плотность 1 кг/м 3 [избыточное давление такого пара 0,076 МПа, температура 116, 2 0 С, кинематическая вязкость 21*10 -6 м 2 /с]. В табли­цу внесены расход G, кг/ч, и скорость движения ω, м/с, пара. Для подбора диаметра труб по таблице вычисляют среднее условное значение удельной линейной потери дав­ления

где ρ ср - средняя плотность пара, кг/м 3 , при среднем его давлении в системе

0.5 (Рп+Р ПР); ∆р пар – потери давления в паропроводе от теплового пункта до наиболее удаленного (концевого) отопительного прибора; р ПР – необходимое давление перед вентилем концевого прибора, принимаемое равным 2000 Па при отсутствии конденсатоотводчика за прибором и 3500 Па при использовании термостатического конденсатоотводчика.

По вспомогательной таблице получают в зависимости от среднего расчетного расхода пара условные значения удельной линейной потери давления R усл и скорости движения пара ω усл. Переход от условных значений к действительным, соответствующим параметрам пара на каждом участке, делают по формулам

где рср.уч - действительное среднее значение плотности пара на участке, кг/м 3 ; определяемое по его среднему давлению на том же участке.

Действительная скорость пара не должна превышать 80 м/с (30 м/с в системе повышенного давления) при движе­нии пара и попутного конденсата в одном и том же направ­лении и 60 м/с (20 м/с в системе повышенного давления) при встречном их движении.

Итак, гидравлический расчет проводится с усреднением значений плотности пара на каждом участке, а не в целом для системы, как это делается при гидравлических расчетах систем водяного отопления и парового отопления низкого давления.

Потери давления в местных сопротивлениях, составляю­щие всего около 20% общих потерь, определяют через эк­вивалентные им потери давления по длине труб. Эквива­лентную местным сопротивлениям, дополнительную длину трубы находят по

Значения d В /λ приведены в табл. 11.7 в Справочнике проектировщика. Видно, что эти значения должны возра­стать с увеличением диаметра труб. Действительно, если для трубы D у 15 d В /λ =0,33 м, то для трубы D у 50 они со­ставляют 1,85 м. Эти цифры показывают длину трубы, при которой потеря давления на трение равна потере в местном сопротивлении с коэффициентом ξ=1,0.

Общие потери давления ∆р уч на каждом участке паро­провода с учетом эквивалентной длины определяют по фор­муле (9.20)

где l прив =l+l экв - расчетная приведенная длина участка, м, включающая фактическую и эквивалентную местным сопротивле­ниям длины участка.

Для преодоления сопротивлений, не учтенных при рас­чете по основным направлениям, принимают запас не менее 10% расчетного перепада давлений. При увязке потерь давления в параллельно соединенных участках допустима, как и при расчете паропроводов низкого давления, невязка до 15%.

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)

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.

В промышленной котельной с паровыми или водогрейными котлами имеется система трубопроводов, которая предназначена для соединения между собой всего действующего оборудования; парогенераторов, насосов, деаэрационных, установок, теплообменных аппаратов и т. д.

Трубопроводы состоят из системы труб и арматуры, предназначенной для отключения отдельных трубопроводов и их участков, для регулирования количества транспортируемого теплоносителя и изменения его направления.

Все трубопроводы в зависимости от назначения разделяются на водопроводы, паропроводы, мазутопроводы и газопроводы. Водопроводы предназначены для подачи и распределения потоков воды: сырой, химически очищенной, конденсата, питательной, охлаждающей отдельные элементы оборудования. Паропроводы, мазутопроводы и газопроводы соответственно предназначены для подачи и распределения пара различных параметров, мазута и газа.

Все трубопроводы принято также разделять на главные и вспомогательные. К главным водопроводам относят питательные линии для подачи воды в котлы. Главными паропроводами являются паропроводы, соединяющие паровые, котлы со сборным коллектором (к которому присоединены паропроводы, снабжающие паром различных потребителей), а также паропроводы к питательным трубонасосам и подогревателям сетевой воды. Вспомогательными трубопроводами являются продувочные, обдувочные, дренажные, выхлопные и другие служебные паро- и водопроводы.

Эксплуатация паропроводов и водопроводов должна производиться в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», а газопроводов в соответствии с «Правилами безопасности в газовом хозяйстве» Госгортехнадзора СССР.

Все трубопроводы пара и горячей воды разделяются на четыре категории в зависимости от теплоносителя, его температуры и давления (табл. 10-3).

Правила распространяются на трубопроводы, транспортирующие пар с избыточным давлением более 68,6 кПа или горячую воду с температурой выше 115°С. Правила не распространяются на трубопроводы, расположенные в пределах котла (до главной отключающей задвижки), на трубопроводы первой категории с наружным диаметром менее 51 мм и трубопроводы остальных категорий с наружным диаметром менее 71 мм, а также на продувочные, сливные и выхлопные трубопроводы.

В настоящее время все элементы трубопроводов выполняются в соответствии с отраслевыми стандартами (ОСТ). Расчет диаметров трубопроводов производится по расходу протекающей среды и рекомендуемым значениям скорости.
Внутренний диаметр трубопровода (м) определяется по формуле

где G -расход среды, протекающей по трубопроводу, т/ч; w -рекомендуемая скорость среды, м/с; р -плотность среды, кг/м3.
При расчете трубопроводов рекомендуются следующие скорости пара и воды (м/с):

После определения диаметра трубопровода по формуле (10-8) подбирают по нормалям трубопроводы, соответствующие протекающей среде, с диаметром, наиболее близким к вычисленному. По окончательно принятому диаметру трубопровода проверяют действительную скорость (м/с) по формуле

Материал и толщина стенок трубопроводов выбираются в зависимости от давления и температуры протекающей среды в соответствии с правилами Госгортехнадзора. Трубопроводы изготовляют из бесшовных электросварных и водогазопроводных труб. Водогазопроводные трубы применяются для среды с давлением менее 1 МПа и температурой ниже 200 °С (трубы обыкновенные) и с давлением менее 1,6 МПа и температурой ниже 200 °С (трубы усиленные). Трубопроводы, работающие при давлении более 1,6 МПа и температуре 300 °С и выше, выполняются из бесшовных труб, изготовленных из углеродистой стали марок 10 и 20 при подаче теплоносителя с температурой до 450 °С и из легированной стали различных марок для подачи теплоносителя с более высокой температурой.

При сооружении трубопроводов трубы между собой и с арматурой соединяют сваркой, посредством фланцев. В настоящее время трубы соединяют между собой, как правило, сваркой, а фланцевые соединения применяют только при установке арматуры, работающей с низким давлением. Для уплотнения фланцевых соединений применяются прокладки. Материал прокладок должен быть эластичным и стойким к воздействию температур и коррозии. Наиболее трудно уплотняемой средой является насыщенный пар, затем вода и перегретый пар.
Прокладки для пара и горячей воды давлением до 4 МПа чаще всего изготовляют из паронита или клингирита. Для крепления трубопроводов и передачи их веса и веса протекающей среды на колонны, стены и перекрытия здания применяются опоры и подвески.

Изменение температуры трубопровода вызывает изменение его длины. Каждый метр стальной трубы при изменении температуры на 100 К меняет свою длину на 1,2 мм. При изменении длины под влиянием температуры в трубопроводе возникают значительные термические напряжения, способные вызвать его разрушение. Во избежание этого необходимо предусматривать возможность свободного перемещения трубопровода в определенных направлениях для компенсации изменения его длины под воздействием температуры.
Компенсация тепловых удлинений трубопроводов осуществляется либо установкой компенсаторов, либо изгибами трубопровода, специально предусматриваемыми при его трассировке. Для правильной работы компенсаторов необходимо ограничить участок, удлинение которого он должен воспринимать, а также обеспечить свободное перемещение трубопровода на этом участке. Для этого опоры трубопровода выполняют неподвижными (мертвые точки) и подвижными. Неподвижные опоры фиксируют трубопровод в определенном положении и воспринимают усилия, появляющиеся в трубе даже при наличии компенсатора.

Компенсатор должен воспринимать удлинение между двумя неподвижными опорами. Подвижные опоры позволяют трубопроводу свободно перемещаться в определенном направлении. Расстояние между опорами выбирается так, чтобы не происходил прогиб трубопровода при его работе. Расстояние между опорами в зависимости от диаметра трубопровода составляет 3-8 м.

В зависимости от конструкции различают компенсаторы линзовые, сальниковые и гнутые из труб (П-образные и лирообразные). Линзовые компенсаторы применяются для давлений до 0,6 МПа в системах газоснабжения, сальниковые - до давлений 1,6 МПа в системах теплоснабжения, а гнутые - для любых давлений и любых трубопроводов.

Гнутые компенсаторы громоздки и малоудобны при компоновке трубопроводов, но наиболее надежны в эксплуатации, поэтому их применяют для компенсации удлинений паропроводов. В настоящее время при трассировке трубопроводов стремятся всемерно сократить число устанавливаемых компенсаторов, используя самокомпенсацию трубопроводов.

Схема трубопроводов промышленной и отопительной котельной должна быть простой и надежной, а устанавливаемая на трубопроводах арматура должна обеспечивать выполнение необходимых в эксплуатации переключений без нарушения технологического процесса работы основного и вспомогательного оборудования. Чаще всего в промышленно-отопительных котельных применяются схемы с поперечными связями между группами технологического оборудования, что обеспечивает достаточную маневренность и надежность оборудования при эксплуатации.

На рис. 10-8 приведена наиболее типичная схема главных трубопроводов промышленно-отопительной котельной первой категории. Главный магистральный паропровод, объединяющий все котлы, выполняется одиночным с секционированной перемычкой или двойным. Располагают арматуру так, чтобы иметь возможность отключать на ремонт любой из котлов без нарушения теплоснабжения потребителей. Паропровод низкого давления после РОУ выполнен двойным, что позволяет производить ремонты арматуры, РОУ, вспомогательного оборудования и обеспечивает надежную подачу пара на собственные нужды цеха. Трубопровод питательной воды от насосов до котлов через подогреватели выполнен одиночным с секционированными перемычками. Кроме того, предусмотрена подача питательной воды в котлы помимо подогревателей на случай ремонта или выхода их из строя.При повышенном давлении рекомендуется применение бесфланцевой арматуры, что повышает надежность соединений трубопроводов и снижает их стоимость. Задвижки диаметром более 500 мм должны иметь электрический привод. Для арматуры, управляемой вручную, устраиваются специальные площадки и лестницы, обеспечивающие удобство ее обслуживания. Все насосы с напорной стороны должны иметь обратные клапаны и отключающие устройства во всасывающем и напорном патрубках.

Во избежание гидравлических ударов в паропроводах предусматривается их дренаж. При этом прокладка трубопроводов производится с уклоном не менее 0,001 по направлению движения пара. Дренаж трубопроводов бывает пусковой и автоматический. Автоматический дренаж осуществляется путем установки конденсатоотводчиков. Паропроводы насыщенного пара и тупиковые паропроводы перегретого пара должны иметь автоматический дренаж. Пусковым дренажем оборудуются участки паропровода, в которых возможно скопление конденсата при их прогреве во время пуска или при отключении паропровода. В верхних точках трубопроводов предусматривается установка воздушников для удаления воздуха.

Для уменьшения тепловых потерь, а также во избежание ожога обслуживающего персонала все трубопроводы покрываются тепловой изоляцией. В соответствии с требованиями правил Госгортехнадзора после покрытия изоляцией трубопроводы окрашиваются. Цвета окраски трубопроводов различного назначения приведены в табл. 10-4.

При выполнении чертежей и схем трубопроводов, а также установленной на них арматуры применяются условные обозначения, приведенные в табл. 10-5.

Если нагревать воду в открытом сосуде при атмосферном давлении, то ее температура будет непрерывно повышаться до тех пор, пока вся масса воды не прогреется и не закипит. В процессе нагревания испарение воды происходит с ее открытой поверхности, при кипении пар из воды образуется на нагреваемой поверхности и частично во всем объеме жидкости. Температура воды остается при этом постоянной (равной в рассматриваемом случае около 100 °С), несмотря на продолжающийся извне подвод теплоты к сосуду. Это явление объясняется тем, что при кипении подводимая теплота расходуется на работу по расщеплению частичек воды и образование из них пара.

При нагревании воды в закрытом сосуде ее температура повышается также лишь до тех пор, пока вода не закипит. Выделяющийся из воды пар скапливается в верхней части сосуда над поверхностью уровня воды; его температура равна температуре кипящей воды. Такой пар называют насыщенным.

Если пар из сосуда не отводится, а подвод теплоты к нему (извне) продолжается, то давление во всем объеме сосуда будет увеличиваться. Вместе с увеличением давления станет увеличиваться и температура кипящей воды и образующегося из нее пара. Опытным путем установлено, что каждому давлению соответствуют своя температура насыщенного пара и равная ей температура кипения воды, а также свой удельный объем пара.

Так, при атмосферном давлении (0,1 МПа) вода начинает кипеть и превращается в пар при температуре около 100 °С (точнее при 99,1 °С); при давлении 0,2 МПа - при 120 °С; при давлении 0,5 МПа - при 151,1 °С; при давлении 10 МПа - при 310 °С. Из приведенных примеров видно, что с ростом давления температура кипения воды и равная ей температура насыщенного пара увеличиваются. Удельный объем пара с ростом давления, наоборот, уменьшается.

При давлении 22,5 МПа нагреваемая вода переходит в насыщенный пар мгновенно, поэтому скрытая теплота парообразования при этом давлении равна нулю. Давление пара 22,5 МПа называют критическим.

Если насыщенный пар охлаждать, то он станет конденсироваться, т.е. превратится в воду; при этом он будет отдавать свою теплоту парообразования охлаждающему телу. Указанное явление имеет место в системах парового отопления, в которые насыщенный пар поступает из котельной или паровой магистрали. Здесь он охлаждается воздухом помещения, отдает воздуху свою теплоту, за счет чего последний нагревается, а пар конденсируется.

Состояние насыщенного пара является весьма неустойчивым: даже небольшие изменения давления и температуры приводят к конденсации части пара или же, наоборот, к испарению капелек воды, имеющихся в насыщенном паре. Насыщенный пар, совершенно не содержащий капелек воды, называют сухим насыщенным; насыщенный пар с капельками воды называют влажным.

В качестве теплоносителя в системах парового отопления применяют насыщенный пар, температура которого соответствует определенному давлению.

Системы парового отопления классифицируют по следующим признакам:

По начальному давлению пара - системы низкого давления (р изб

Способу возврата конденсата - системы с самотечным возвратом (замкнутые) и с возвратом конденсата с помощью питательного насоса (разомкнутые);

Конструктивной схеме прокладки трубопроводов - системы с верхней, нижней и промежуточной прокладкой распределительного паропровода, а также с прокладкой сухого и мокрого конденсатопровода.

Схема системы парового отопления низкого давления с верхней прокладкой паропровода показана на рис. 1, а. Насыщенный пар, образующийся в котле 1, пройдя сухопарник (сепаратор) 12, попадает в паропровод 5 и далее поступает в отопительные приборы 7. Здесь пар отдает свою теплоту через стенки приборов воздуху отапливаемого помещения и превращается в конденсат. Последний стекает по возвратному конденсатопроводу 10 в котел 1, преодолевая при этом давление пара в котле за счет давления столба конденсата, который поддерживается высотой 200 мм по отношению к уровню воды в сухопарнике 12.

Рисунок 1. Система парового отопления низкого давления: а - схема системы с верхней прокладкой паропровода; б - стояк с нижней разводкой пара; 1 - котел; 2 - гидравлический затвор; 3 - водомерное стекло; 4 - воздушная трубка; 5 - подающий паропровод; 6 - паровой вентиль; 7 - отопительный прибор; 8 - тройник с пробкой; 9 - конденсатопровод сухой; 10 - конденсатопровод мокрый; 11 - трубопровод подпитки; 12 - сухопарник; 13 - перепускная петля

В верхнюю часть возвратного конденсатопровода 10 вмонтирована трубка 4, соединяющая его с атмосферой для продувки в момент ввода и вывода системы из эксплуатации.

Уровень воды в сухопарнике контролируют с помощью водомерного стекла 3. Для предупреждения повышения давления пара в системе выше заданного уровня устанавливают гидравлический затвор 2 с рабочей высотой жидкости, равной h.

Регулировку системы парового отопления производят паровыми вентилями 6 и контрольными тройниками 8 с пробками, добиваясь, чтобы при работе парового котла в расчетном режиме в каждый отопительный прибор поступало такое количество пара, которое успевало бы полностью в нем сконденсироваться. В этом случае из предварительно открытого контрольного тройника выделение пара практически не наблюдается и вероятность «проскока» конденсата в воздушную трубку 4 ничтожна мала. Потери конденсата в системе парового отопления компенсируют подпиткой барабана котла специально обработанной водой (освобожденной от солей жесткости), подаваемой по трубопроводу 11.

Системы парового отопления, как уже отмечалось, бывают с верхней и нижней разводками паропровода. Недостатком нижней разводки пара (рис. 1, б) является то, что образующийся конденсат в подъемных и вертикальных стояках стекает навстречу пару и иногда перекрывает паропровод, вызывая гидравлические удары. Более спокойный слив конденсата происходит, если паропровод 5 проложен с уклоном в сторону движения пара, а конденсатопровод 9 - в сторону котла. Для слива попутного конденсата из паропровода в конденсатопровод систему снабжают специальными перепускными петлями 13.

Если сеть парового отопления имеет большое разветвление, то самотечный слив конденсата производят в специальный сборный бак 3 (рис. 2), откуда его перекачивают насосом 8 в котел 1. Насос работает периодически, в зависимости от изменения уровня воды в сухопарнике 2. Такую схему отопления называют разомкнутой; в ней для отделения конденсата от пара, как правило, используют конденсатоотводчики (конденсатные горшки) 7. Последние чаще всего имеют поплавковую или сильфонную конструкцию (рис. 3).

Рисунок 2. Схема принудительного возврата конденсата: 1 - котел; 2 - сухопарник; 3 - конденсатосборный бак; 4 - воздушная трубка; 5 - обводная линия; 6 - паровые вентили; 7 - конденсатоотводчик; 8 - подпиточный насос; 9 - обратный клапан

Поплавковый конденсатоотводчик (см. рис. 3, б) работает так. Пар и конденсат через входное отверстие поступают под поплавок 3, который соединен рычагом с шаровым клапаном 4. Поплавок 3 имеет форму колпака. Под давлением пара он всплывает, закрывая шаровой клапан 4. Конденсат заполняет всю камеру конденсатоотводчика; при этом пар под клапаном конденсируется и поплавок тонет, открывая шаровой клапан. Конденсат отводится в направлении, указанном стрелкой, до тех пор, пока новые порции пара, скопившиеся под колпаком, не заставят колпак всплыть. Затем цикл работы конденсатоотводчика повторяется.

Рисунок 3. Конденсатоотводчики: а – сильфонный; б – поплавковый; 1 – сильфон; 2 – легкокипящая жидкость; 3 – поплавок (опрокинутый колпак); 4 – шаровый клапан

На промышленных предприятиях, имеющих производственные потребители пара повышенного давления, системы парового отопления подключают к теплофикационным магистралям по схемам высокого давления (рис. 4). Пар от собственной или районной котельной поступает в распределительную гребенку 1, где давление его контролируют манометром 3. Затем по отходящим от гребенки 1 паропроводам 2 пар направляют к производственным потребителям, а по паропроводам Т1 - к потребителям системы парового отопления. Паропроводы Т1 подсоединены к гребенке 6 парового отопления, а гребенка 6 - к гребенке 1 через редукционный клапан 4. Редукционный клапан дросселирует пар до давления не более 0,3 МПа. Разводку паропроводов высокого давления систем парового отопления выполняют, как правило, поверху. Диаметры паропроводов и поверхности нагрева отопительных приборов этих систем несколько меньше, чем у систем парового отопления низкого давления.

Рисунок 4. Схема парового отопления высокого давления: 1 - распределительная гребенка; 2 - паропровод; 3 - манометр; 4 - редукционный клапан; 5 - байпас (обводная линия); 6 - гребенка системы отопления; 7 - грузовой предохранительный клапан; 8 - неподвижная опора; 9 - компенсаторы; 10 - паровые вентили; 11 - конденсатопровод; 12 - конденсатоотводчики

Недостатком систем парового отопления является трудность регулирования теплопроизводительности отопительных приборов, что, в конечном счете, приводит к перерасходу топлива в течение отопительного сезона.

Диаметры трубопроводов паровых систем отопления рассчитывают отдельно для паропроводов и конденсатопроводов. Диаметры паропроводов низкого давления определяют так же, как в системах водяного отопления. Потери давления в главном циркуляционном кольце системы?р рк, Па, представляют собой сумму сопротивлений (потерь давления) всех участков, входящих в это кольцо:

где n - доля потери давления на трение от общих потерь в кольце; ?I - суммарная длина участков главного циркуляционного кольца, м.

Затем определяют требуемое давление пара в котле р к, которое должно обеспечивать преодоление потерь давления в главном циркуляционном кольце. В системах парового отопления низкого давления разность давлений пара в котле и перед нагревательными приборами расходуется только на преодоление сопротивлений паровой магистрали, а конденсат возвращается самотеком. Для преодоления сопротивления отопительных приборов предусматривают запас давления р пр = 2000 Па. Удельную потерю давления пара можно определить по формуле

где 0,9 - значение коэффициента, учитывающего запас давления на преодоление неучтенных сопротивлений.

Для систем парового отопления низкого давления долю потерь на трение n принимают 0,65, а для систем высокого давления - 0,8. Вычисленное по формуле (3) значение удельной потери давления должно равняться или быть несколько больше значения, определенного по формуле (2).

Диаметры паропроводов определяют с учетом вычисленных удельных потерь давления и тепловой нагрузки каждого расчетного участка.

Диаметры паропроводов можно также определять, используя специальные таблицы в справочниках или номограмму (рис. 5), составленную для средних значений плотности пара низкого давления. При конструировании систем парового отопления скорость пара в паропроводах следует принимать с учетом рекомендаций, приведенных в табл. 1.

Таблица 1. Скорости пара в паропроводах

В остальном методика гидравлического расчета паропроводов низкого давления и сопротивлений циркуляционных колец полностью аналогична расчету трубопроводов водяных систем отопления.

Конденсатопроводы паровых систем отопления низкого давления удобно рассчитывать, используя верхнюю часть приведенной на рис. 5 номограммы.

Рисунок 5. Номограмма для расчета диаметров паропроводов и самотечных конденсатопроводов

При расчете паропроводов систем отопления высокого давления необходимо учитывать изменения объема пара от давления и уменьшение его объема при транспортировании вследствие попутной конденсации.

Расчет диаметров производят при следующих значениях параметров пара: плотность 1 кг/м 3 ; давление 0,08 МПа; температура 116,3 °С; кинематическая вязкость 21 10 6 м 2 /с. Для указанных параметров пара составлены специальные таблицы и построены номограммы, позволяющие подобрать диаметры паропроводов. После выбора диаметров производят пересчет удельной потери давления на трение с учетом действительных параметров проектируемой системы по формуле

где v - скорость пара, найденная по расчетным таблицам или номограмме.

При определении диаметров коротких паропроводов часто пользуются упрощенным методом, производя расчет по предельно допустимым скоростям движения пара.

К эксплуатационным преимуществам систем парового отопления относятся: простота пуска системы в работу; отсутствие циркуляционных насосов; низкая металлоемкость; возможность использования в ряде случаев отработавшего пара.

Недостатками систем парового отопления являются: низкая долговечность трубопроводов из-за повышенной коррозии внутренних поверхностей, вызываемой влажным воздухом в периоды прекращения подачи пара; шум, обусловленный большой скоростью движения пара по трубам; частые гидравлические удары от встречного движения попутного конденсата в подъемных паропроводах; низкие санитарно-гигиенические качества из-за высокой температуры (более 100 °С) поверхности отопительных приборов и труб, пригорания пыли и возможности ожогов людей.

В производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха, а также в жилых, общественных, административных и административно-бытовых зданиях применять паровое отопление нельзя. Системы парового отопления допускается использовать только в непожаро- и невзрывоопасных производственных помещениях с кратковременным пребыванием людей.