10343

120

возможность отопления зданий любой этажности, так как столб пара не создает повышенного гидростатического давления в нижней части системы.

Видно, что системы парового отопления более пригодны, чем системы водяного отопления, для периодического обогревания помещений (например,

для дежурного отопления).

Однако эксплуатационные недостатки систем парового отопления настолько существенны, что значительно ограничивают область их применения. К недостаткам систем парового отопления можно отнести:

невозможность регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры теплоносителя, т.е. невозможность качественного регулирования;

постоянно высокая температура (100 °С и выше) поверхности теплопроводов и отопительных приборов, что вызывает разложение оседающей органической пыли, а также вынуждает устраивать перерывы в подаче пара, что приводит к колебанию температуры воздуха в помещениях, т.е. к понижению уровня теплового комфорта;

увеличение бесполезных теплопотерь паропроводами, когда они проложены в необогреваемых помещениях;

шум при работе систем, особенно при возобновлении работы;

сокращение срока службы теплопроводов (при перерывах в подаче пара теплопроводы заполняются воздухом, что усиливает коррозию их внутренней поверхности).

Вследствие этих недостатков системы парового отопления не допускаются к применению в жилых, общественных и административно-

бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха.

Во всех случаях паровое отопление допускается применять при обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства). Отметим, что при реконструкции старых предприятий имеющиеся системы парового отопления, как правило, заменяются водяными.

121

9.2. Схемы и устройство систем парового отопления

Паровое отопление основано на передаче в помещения скрытой теплоты парообразования, выделяющейся при конденсации насыщенного пара. Для отопления может быть использован перегретый пар, но специальное перегревание пара экономически не оправдано, т.к. дополнительно получаемое количество теплоты невелико сравнительно с тепловым эффектом фазового превращения пара в воду.

Расчеты в системах парового отопления проводят, как уже сказано, по показателям сухого насыщенного пара, давлению которого всегда соответствует определенная температура.

Удельная энтальпия сухого насыщенного пара iп, кДж/кг, зависящая от давления, пара, определяется по формуле:

iп = iж + r, (9.1)

где iж – удельная энтальпия кипящей воды, полученная при нагревании

1 кг воды от 0 оС до температуры кипения, кДж/кг;

r - удельная теплота парообразования, полученная в результате превращения 1 кг воды в пар при температуре кипения, кДж/кг.

В системах парового отопления применяются те же отопительные приборы, что и в системах водяного отопления. Вода, охлаждаясь в приборе,

передает в расчетных условиях в отапливаемое помещение от 84 до 335 кДж/кг.

Пар, конденсируясь в приборе, выделяет в расчете на 1 кг значительно большее количество теплоты (удельная теплота парообразования r = 2245кДж/кг). При превращении пара в воду температура его, как известно, не изменяется, т.е.

температура конденсата должна быть равна температуре насыщенного пара

(tк = tнас). Объем пара уменьшается в среднем в 1000 раз: 1 кг пара до превращения в 1 кг воды занимает объем около 1 м3.

Отнесем к системам низкого давления системы при избыточном давлении пара 0,005…0,02 МПа, а системы при давлении пара 0,02…0,07 МПа назовем системами повышенного давления. Системы низкого давления, как правило,

123

баки-сепараторы, предохранительные клапаны.

Водоотделитель предназначен для осушки пара – отделения попутного конденсата, накопившегося в наружном паропроводе, от пара, поступающего в систему отопления. Водоотделитель – сосуд круглой формы – подбирают в зависимости от диаметра присоединяемого паропровода, принимая его диаметр в 3…4 раза, а высоту – в 4…8 раз больше диаметра паропровода. Конденсат,

настилаясь на стенку водоотделителя и встречая на своем пути препятствия –

«шоры», стекает вниз к отверстию в дне. Диаметр конденсатного отверстия и патрубка делают в 4…5 раз меньше диаметра паропровода (но не менее 20 мм).

Осушенный пар поступает в редукционный клапан. Редукционные клапана, которые выполняются пружинными или грузовыми. Их устанавливают на горизонтальном участке паропровода. Схема основной части более сложного пружинного редукционного клапана изображена на рис. 9.1.

Золотник 1, расположенный на пути движения пара, жестко связан штоком 2 с поршнем 4. Давление пара р1 передается по трубке 5 в пространство над поршнем. Первоначальное регулирование положения поршня и золотника,

а также сжатия пружины 3, расположенной вокруг трубки 5, производится вращением маховика под поршнем. При этом приближают золотник к седлу 6,

устанавливая степень открытия золотникового отверстия, необходимую для понижения давления протекающего пара от р1 до р2.

Редукционный клапан может выполнять функции запорной арматуры. В

верхней части клапана имеется второй маховик, с помощью которого можно,

сжимая пружину, опустить золотник до седла, прекратив протекание пара.

Редукционные клапаны различают по условному проходу присоединительных патрубков (Dу = 25…150 мм) и площади внутреннего отверстия (изменяется от 2 до 52,2 см2).

124

Рис. 9.1. Схема редукционного клапана: 1 – золотник; 2 – шток; 3 – пружина; 4 – поршень; 5 – трубка; 6 – седло

Выбор редукционного клапана делают по необходимой площади

определяется в зависимости от разности давления пара перед (р1) и после (р2)

клапана.

Конденсатоотводчики. Простейшими устройствами для отведения конденсата и задержания пара являются гидравлические затворы – U-образные петли из труб. В таких затворах гидростатическое давление столба конденсата предотвращает прорыв пара в конденсатопроводы. Высота гидравлического

где р – разность давления до и после затвора, МПа.

Диаметр труб гидравлического затвора принимают достаточным для протекания максимального количества конденсата со скоростью 0,2…0,3 м/с.

125

В системах повышенного и высокого давления вместо затворов, высота которых была бы слишком большой, применяют специальные приборы – конденсатоотводчики. Конденсатоотводчики бывают поплавковые и термические. Приборы термического действия легче и надежнее поплавковых.

Термодинамические конденсатоотводчики устанавливают, как и поплавковые, на магистралях при давлении выше 0,1 МПа. Термодинамический конденсатоотводчик проще других по конструкции: в корпус помещено седло с входным (по вертикальной оси прибора) и выходным (сбоку) отверстиями, под крышкой на поверхности седла свободно лежит диск.

При установке конденсатоотводчика на магистрали предусматривают обводную линию, которую используют при пуске системы, когда образуется максимальное количество конденсата, или при ремонте конденсатоотводчика.

На рисунке 9.2 показана схема установки поплавкового конденсатоотводчика.

Конденсатоотводчик должен быть установлен строго вертикально.

Рис. 9.2. Схема установки поплавкового конденсатоотводчика на магистрали: 1 – конденсатоотводчик; 2 – воздушный кран; 3 – обратный клапан; 4 – обводная линия

Конденсатный бак для сбора конденсата из системы делают прямоугольным, из листовой стали, с люком сверху (рис. 9.3). Бак снабжают водомерным стеклом, переливной и спускной трубами. При периодической перекачке конденсата из бака управление насосом автоматизируется:

включение и выключение насоса происходит с помощью поплавковых реле соответственно верхнего и нижнего уровня, установленных на баке.

126

Рис. 9.3. Конденсатный бак: 1 – воздушная труба; 2 – поплавковые реле; 3 – водомерное стекло с краном; 4 и 5 – переливная и спускная трубы

Полезный объем конденсатного бака Vк.б, м3, определяют по формуле:

где z – продолжительность накопления конденсата, ч;

Qс – тепловая мощность системы отопления, кДж/ч;

r – удельная теплота парообразования (конденсации), кДж/кг.

Конденсатом должно заполняться не более 80% объема бака.

Дросселирующие диафрагмы (шайбы) применяют для погашения излишнего давления в параллельных частях системы. Диафрагма представляет собой металлический диск толщиной 2…5 мм с отверстием в центре. Диаметр отверстия определяют по расчету в зависимости от количества теплоносителя и величины погашаемого давления (но не менее 4 мм во избежание засорения).

Диафрагмы устанавливают в муфте корпуса парового вентиля перед прибором или во фланцевом соединении труб.

Предохранительный клапан, как и предохранительное устройство в системе низкого давления, предотвращает повышение давления в системе сверх расчетного. Предохранительные клапаны бывают пружинными и рычажными

(с одним или двумя рычагами). У распространенных рычажных клапанов тарелка прижимается к седлу под действием силы, передаваемой через рычаг от груза. Чем больше длина рычага и масса груза, тем больше давление пара, при котором клапан остается закрытым. При увеличении давления избыток пара

127

через приоткрывающийся клапан удаляется в атмосферу и заданное давление пара восстанавливается.

Конденсатный насос для перекачки конденсата из бака на тепловую станцию выбирают для подачи в 1 ч. не менее, чем удвоенного количества накапливающегося конденсата. Развиваемого насосом давления должно быть достаточно для подъема конденсата и преодоления конечного давления в точке,

куда подается конденсат, с учетом потерь давления в трубах рпот по пути от конденсатного бака.

Если конденсат подается из бака в котел, то давление насоса рн, Па,

определяют по формуле:

где к – удельный вес конденсата, Н/м3;

рп – давление пара в котле, МПа;

h – вертикальное расстояние между уровнями конденсата – верхним в котле и нижним в баке, м (с запасом 1 м).

9.4. Гидравлический расчет паропроводов низкого давления

При движении пара по участку паропровода 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 его движения.

В системе низкого давления при давлении пара от 0,005 до 0,02 МПа эти сложные процессы вызывают практически незначительные изменения параметров пара. Поэтому принимают, что расход пара постоянен на каждом участке, а плотность пара постоянна на всех участках системы. При этих двух условиях гидравлический расчет паропроводов проводят по уже известному способу расчета по удельной линейной потере давления, исходя из тепловых нагрузок участков. Расчет начинают с ветви паропровода, ведущего к наиболее

128

неблагоприятно расположенному отопительному прибору, каковым является

прибор, наиболее удаленный от котла.

Для гидравлического расчета паропроводов низкого давления используют таблицы (табл. II.4 и II.5 Справочника проектировщика [6]), составленные при удельном весе 0,634 кг/м3, соответствующей среднему избыточному давлению

пара 0,01 МПа, и эквивалентной шероховатости труб kэ = 0,0002 м (0,2 мм).

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

как и при расчете систем водяного отопления, среднее значение возможной

где рп – начальное избыточное давление пара, Па;

lпар – общая длина участков паропровода до наиболее удаленного отопительного прибора, м;

рпр – необходимое давление перед вентилем концевого прибора, Па.

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(рп – рпр).

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 диафрагму.

Диаметр отверстия дросселирующей диафрагмы dд, мм, равен:

где Qуч – тепловая нагрузка участка, Вт;

рд – излишек давления, подлежащий дросселированию, Па.

9.5. Гидравлический расчет паропроводов высокого давления

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

Гидравлический расчет выполняют по способу приведенных длин,

который применяется, когда линейные потери давления являются основными

(80% и более), а потери давления в местных сопротивлениях сравнительно малы.

При расчете линейных потерь давления в паропроводах используют вспомогательную таблицу, составленную для труб с эквивалентной шероховатостью внутренней поверхности kэ = 0,2 мм, по которым перемещается пар, имеющий условно постоянную плотность 1 кг/м3

(избыточное давление такого пара 0,076 МПа, температура 116,2оС,

кинематическая вязкость 21 10-6 м2/с). В таблицу внесены расход G, кг/ч, и

скорость движения w, м/с, пара. Для подбора диаметра труб по таблице вычисляют среднее условное значение удельной линейной потери давления по формуле:

где ρср – средняя плотность пара, кг/м3, при среднем его давлении в системе 0,5(рп + рпр).

По вспомогательной таблице получают в зависимости от среднего расчетного расхода пара условные значения удельной линейной потери давления Rусл и скорости движения пара wусл. Переход от условных значений к