Как рассчитать расход пара по диаметру трубы и давлению таблица
Обновлено: 07.07.2024
Как определить расход пара по трубопроводу ,известно давление и диаметр
Никак, кроме давления нужно еще и сопротивление трубопровода, которое кроме диаметра зависит еще и от длины и местных сопротивлений (повороты, дифузоры, конфузоры, задвижки, дросели, конденсатоотводчики и т.п.)
Иван, прошу прощения, но скорость пара как раз и требуется определить (расход равен скорость пара умноженная на площадь сечения, ведь диаметр известен).
Остальные ответы не хватает еще скорости движения пара и его температуры. А если пар влажный, то еще, хотябы, степень влажности.Если речь одет о том, чтобы посчитать пропускную способность трубы, то:
Расход (кг/ч) = Плотность пара (кг/м3) * Площадь сечения трубы (м2) * Скорость пара (м/с) * 3600.
Плотность - из таблицы свойств насыщенного пара (для перегретого также есть данные).
Максимальная скорость пара принимается, исходя из следующих норм:
для перегретого пара при диаметре труб, мм:
до 200—40 м/с;
свыше 200—70 м/с;
для насыщенного пара при диаметре труб, мм:
до 200—30 м/с;
свыше 200—60 м/с.
Как рассчитать расход пара по диаметру трубы и давлению таблица
Определение расхода пара расчетным путем, Методика, расчет, формулы
Заранее спасибо
Ну вобще тепловой поток выражение несколько странное в данном случае. Как правило тепловой поток идет с чего-то. Тепловая нагрузка потребителя не важно чего определяется разностью энтальпий среды на входе и выходе в ТЭУ. А вообще параметры сильно похожи на расчет котла или турбины в курсовом по специальностям типа ПТЭ
Q=D(iпе-i")
D - расход пара
iпе - энтальпия пара при заданных параметрах
i" - энтальпия пара (или конденсата) на выходе из рассматриваемого участка (на выходе из поверхности котла, где нибудь за турбиной или теплообменником (что невероятно учитывая параметры).
Если речь одет о том, чтобы посчитать пропускную способность трубы, то:
Расход (кг/ч) = Плотность пара (кг/м3) * Площадь сечения трубы (м2) * Скорость пара (м/с) * 3600.
Плотность - из таблицы свойств насыщенного пара (для перегретого также есть данные).
Максимальная скорость пара принимается, исходя из следующих норм:
для перегретого пара при диаметре труб, мм:
до 200—40 м/с;
свыше 200—70 м/с;
для насыщенного пара при диаметре труб, мм:
до 200—30 м/с;
свыше 200—60 м/с.
Измерение расхода методом перепада давления
Устройства преобразования дельта «Р» в сигнал расхода
Тремя самыми распространенными устройствами являются манометры, мембраны и сильфоны. При помощи манометра можно снимать показание перепада давления непосредственно с прибора. Мембраны же и сильфоны можно подсоединять к контрольно-измерительным приборам.
Схема с манометром
Манометр является одним из самых распространенных приборов, применяемых для контроля и измерения перепада давления. На изображенной схеме манометром измеряют перепад давления, созданный при помощи диафрагмы. Один конец манометра подсоединен к отбору высокой стороны, расположенному вверх по потоку относительно диафрагмы. Другой конец манометра подсоединен к отбору низкой стороны, расположенному вниз по потоку относительно диафрагмы. Во время того, как поток жидкости, газа или пара проходит через диафрагму, манометр воспринимает разницу в давлении, созданную диафрагмой, и показывает эту разницу посредством высоты жидкости в трубке. Шкала манометра позволяет снимать показание этой измеренной дельты «Р» фактически непосредственно с прибора.
Защита манометра от попадания жидкости, газа или пара из трубопровода обычно осуществляется в измерительных системах с помощью изолирующих мембран или с помощью каких-либо других способов.
Схема с мембраной
На рисунке выше изображена схема, на которой мембрана выступает в роли устройства определения дельта «Р». На этой схеме мембрана помещена в камеру, в которую имеются входы с двух сторон. Один вход подсоединен к отбору высокой стороны, а другой вход подсоединен к отбору низкой стороны. Индикаторный рычаг закреплен в верхней части камеры, а его нижний конец крепится к мембране. Разница давлений внутри камеры приводит в движение мембрану, которая, в свою очередь, приводит в движение стрелку, заставляя ее отклоняться то в одну, то в другую сторону. По мере увеличения или уменьшения величины перепада давления механическое движение мембраны передается на индикаторный рычаг.
Схема с двумя сильфонами
Это схема, в которой для преобразования величины дельты «Р» в механическое движение использованы два гофрированных сильфона. Детали изображенной схемы включают в себя: два соединенных вместе сильфона с перегородкой между ними, рычаг, индикаторную стрелку и шкалу.
Сильфон, обозначенный буквой «А», подсоединяется к отбору высокой стороны, а сильфон под буквой «В» подсоединяется к отбору низкой стороны. Сильфоны помещены в камеру. Перегородка же между сильфонами может свободно перемещаться. С помощью рычага, закрепленного на перегородке, механическое движение сильфонов передается на индикаторную стрелку, которая может перемещаться вдоль шкалы.
Пример расчета пропускной способности трубопровода.
Длина трубопровода — важный показатель при расчете пропускной способности Протяженность магистрали оказывает существенное влияние на показатели пропускной способности. Чем большее расстояние проходит вода, тем меньшее давление она создает в трубах, а значит, скорость потока уменьшается.
Приводим несколько примеров. Опираясь на таблицы, разработанные инженерами для этих целей.
Пропускная способность труб:
- 0,182 т/ч при диаметре 15 мм
- 0,65 т/ч с диаметром трубы 25 мм
- 4 т/ч при диаметре 50 мм
Как можно увидеть из приведенных примеров, больший диаметр увеличивает скорость потока. Если диаметр увеличить в 2 раза, то пропускная способность тоже возрастет. Эту зависимость обязательно учитывают при монтаже любой жидкостной системы, будь то водопровод, водоотведение или теплоснабжение. Особенно это касается отопительных систем, так как в большинстве случаев они являются замкнутыми, и от равномерной циркуляции жидкости зависит теплоснабжение в здании.
В каждом современном доме одним из главных условий комфорта является водопровод. А с появлением новой техники, требующей подключения к водопроводу, его роль в доме стала очень важной. Многие люди уже не представляют, как можно обойтись без стиральной машины, бойлера, посудомоечной машины и т.д. Но каждый из этих аппаратов для правильной работы требует определенного давления воды, поступающей из водопровода. И вот человек, решивший установить новый водопровод в своем доме, задумывается о том, как рассчитать давление в трубе, чтобы все сантехнические приборы хорошо работали.
Взаимосвязь расхода жидкости с перепадом давления .
Расход вещества, протекающего по трубопроводу, определяется как произведение площади отверстия истечения (F) на среднюю скорость потока (Vc), то есть
Q = F ×Vc
(2)
Пользуясь уравнением Бернулли и условием неразрывности струи, можно установить зависимость между расходом жидкости и перепадом давления на сужающем устройстве:
Расчет расход пара по сечению трубы и давлению
Хотите, чтобы пароконденсатная система работала максимально эффективно, а при ее эксплуатации не было непредвиденных ситуаций? Правильно спроектируйте паропровод. Не зря промышленники уделяют столько внимания этой части системы — именно здесь часто возникают основные проблемы, приводящие к нарушению производственных процессов. Это могут быть гидроудары, образование излишков конденсата, значительные теплопотери и т.д. Важно! Чтобы минимизировать потери тепла и снизить гидравлическое сопротивление паровой магистрали, паропроводы прокладывают по наиболее короткому пути от котельной или парогенератора к потребителю.
Предупредить большинство возможных неприятностей можно, если правильно рассчитать диаметр паропровода. Как это сделать, расскажет Андрей Шахтарин, руководитель .
Зачем нужен расчет паропровода
Правильный выбор диаметра трубопровода пара обеспечивает корректную и эффективную работу пароконденсатной системы в целом. Если подбирать его размеры «на глазок», можно столкнуться со следующими проблемами:
- Трубопровод пара с малым диаметром спровоцирует значительные потери давления, гораздо ниже расчетных. Повысится скорость пара, что может привести к шумам в паропроводе. Возможно увеличение количества гидроударов, которые также надо компенсировать, а значит придется дополнительно устанавливать предохранительные клапаны.
- Если сделать паропровод слишком большого диаметра, в первую очередь это приведет к повышению общей стоимости трубопровода. Кроме того, это чревато увеличенными потерями тепла в окружающую среду и образованием значительного количества конденсата, а значит потребуется больше конденсатоотводчиков, вентилей, паровых сепараторов и т.д.
Есть два способа расчета диаметра паропровода — метод падения давления и более простой метод скоростей.
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ МЕТОДИКИ И НОРМАТИВЫ
При всем разнообразии существующих методов измерения, выбор расходомеров для учета пара ограничен. В данной статье предлагаем рассмотреть два основных способа – с помощью сужающих устройств и вихревых расходомеров.
Первый метод предусматривает установку в трубопроводе сужающего устройства (СУ). Преимущественно в качестве СУ используются диафрагмы, но также возможно применение сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений.
При прохождении потока через диафрагму характер его течения меняется. Непосредственно перед сужающим устройством давление среды возрастает, а после него – снижается. Чем больше разница давления до диафрагмы и после неё, тем выше расход.
Давление среды, а также его перепад на сужающем устройстве измеряют методами и СИ, соответствующими требованиям ГОСТ 8.586.5. Учет пара данным методом также регламентируется ГОСТ Р 8.586.1 – 2005, в котором, в частности, прописано, что по условиям применения стандартных сужающих устройств, контролируемая среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам (п. 6.2.2), а её расход должен быть постоянным или медленно изменяющимся во времени. (п. 6.3.1)
Второй метод с помощью вихревых расходомеров основан на эффекте фон Кармана. За телом обтекания по обеим его сторонам в потоке происходит поочередное образование вихрей. Частота вихреобразования пропорциональна скорости потока. Измерив пульсацию давления, возникающего в потоке вихрей за телом обтекания, возможно узнать расход.
При учете пара вихревыми расходомерами, помимо расхода в рабочих условиях, также необходимо дополнительно измерять давление и температуру среды. Измеренные параметры поступают в тепловычислитель, который рассчитывает значение массы пара либо тепловой энергии.
Отметим, что для измерения массы насыщенного пара достаточно только одного внешнего датчика на выбор, поскольку определенное значение давления соответствует значению температуры.
Таблица температуры и давления насыщенных паров здесь
Алгоритмы расчета теплофизических свойств пара прописаны в методике Государственной службы стандартных справочных данных ГСССД МР 147-2008.
Как правило, в составе средств измерения указанные выше алгоритмы являются принадлежностью вычислителя или контроллера. Однако, применительно к вихревым расходомерам торговой марки «ЭМИС», такие алгоритмы являются составной частью программного обеспечения электронного блока вторичного преобразователя самого счетчика – расходомера.
В соответствии с данными алгори-ВИХРЬ 200» самостоятельно осуществляет коррекцию и вычисления, благодаря возможностям электронного блока с функцией вычислителя («ВВ»), предусматривающего подключение внешних датчиков давления и температуры.
Прибор рассчитывает следующие параметры: мгновенный и массовый расход пара, его плотность, энтальпию и накопленную энергию.
Таблица: Параметры алгоритмов расчета
При этом важно отметить, что при поверке функции «ВВ» расходомера в момент его выпуска из производства данная процедура должна осуществляться с применением датчика давления и температуры.
Помимо встроенных аттестованных алгоритмов, в соответствие с ГСССД, в числе преимуществ вихревых расходомеров также следующие возможности:
-удаленная передача данных, в том числе беспроводная; -цифровая фильтрация сигнала; -имитационная поверка без снятия с трубопровода; -бесплатное фирменное сервисное и диагностическое ПО «ЭМИС»-Интегратор».
Вместе с тем необходимо заметить, что при требовании или желании заказчика может поставляться узел учета тепловой энергии «ЭМИС-Эско 2210», в состав которого также будет входить вычислитель, как отдельное средство СИ.
Метод скоростей
Этот способ подходит, если известен объемный (м³/ч) или массовый расход пара (кг/ч). Основная формула для расчета любых трубопроводов:
Q — объемный расход пара, воздуха или воды, м³/ч;
D — диаметр трубопровода, м;
v — допустимая скорость потока, м/с.
На практике расчет всегда ведется по расходу в м³/ч и по диаметру трубопровода в мм. Если известен только массовый расход, то для пересчета кг/ч в м³/ч необходимо учитывать удельный объем по таблице пара.
При этом уделяйте особое внимание подставляемым значениям — объемный расход насыщенного и перегретого пара при пересчете будет разным (при его одинаковом количестве и давлении). Соответственно, и диаметры трубопроводов будут различаться.
После всех преобразований для расчета диаметра трубопровода пара будет справедлива следующая формула:
Q – объемный расход пара, м³/ч;
D – искомый диаметр паропровода, мм;
v — рекомендуемая скорость потока, м/с.
В пароконденсатных системах производители парового оборудования рекомендуют поддерживать скорость потока в пределах 25-40 м/с — при ней достигается наибольший эффект сепарирования (осушения) пара. О том же говорит и СНиП II-35-76*, регламентирующий скорость:
- для насыщенного пара — 30 м/с при диаметре трубопровода до 200 мм и 60 м/с при диаметре свыше 200 мм;
- для перегретого — 40 м/с и 70 м/с соответственно.
Поэтому при расчете паропровода берем рекомендуемые значения 30 или 40 м/с.
Пример расчета
Предположим, что нужно рассчитать диаметр паропровода для насыщенного пара при 2000 кг/ч, давлении 10 бар и скорости потока 40 м/с.
По таблице удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар составляет v = 0,194 м³/кг. В этом случае Q будет равен 2000х0,194= 388 м³/ч. Подставляем в формулу
Получилось нестандартное значение. При определении диаметра всегда выбирают больший размер, в нашем случае DN 65, чтобы учесть риск возникновения пиковой нагрузки. Также стоит подумать о возможном расширении установки в будущем.
Определение диаметров трубопроводов и конденсатопроводов
24.11.2017 00:00 тема Теплотехнические процессы — теоретические материалы min 1 plus
Диаметр трубопровода рекомендуется вести по объемному расходу в м3/ч. Если известен только массовый расход, то для пересчета в объемный расход необходимо учитывать удельный объем среды.
Формула расчета выглядит следующим образом:
где: D – диаметр трубопровода, мм
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 Таблицей насыщенного пара 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 | 2 |
| Конденсато-паровая смесь | 6-10 | |
| Питательная вода | Линия всасывания | 0,5-1 |
| Трубопровод подачи | 2 | |
| Вода | Питьевая | 0,6 |
| Охлаждение | 2 | |
| Воздух | Воздуховод | 6-10 |
Медные изделия
Более дорогой, но и более долговечной и безопасной будет система парового отопления при использовании труб из меди. Изделия имеют ярко-рыжий оттенок. Что может выгодно дополнить интерьер. Со временем цвет меняется, поверхность покрывается патиной.
Если магистраль будет искажать общее оформление комнаты, то трубы можно скрыть под полом. Материал надёжный. При правильном осуществлении монтажных работ аварийные ситуации случаются крайне редко. Какими свойствами обладает медь?
- Прослужит трубопровод более 100 лет. Медь устойчива к воздействию влаги, не подвергается коррозии. На стенках не остаётся соляного налёта, накипи.
- Материал выдерживает высокие и низкие температуры: диапазон от -200 0С, до +500 0С.
- Трубопровод не деформируется при повышенных нагрузках: давление пара более 170 кг/м2, резкие скачки давления, при котором может произойти гидроудар. Особенно это важно при однотрубной системе отопления. Необходимо выбрать правильный диаметр изделия.
- Гладкие стенки способствуют беспрепятственному прохождению пара: сила трения минимальна, скорость теплоносителя высокая, обогрев эффективный.
Рекомендуем: Особенности устройства парового отопления в частном доме
Трубы соединяют с помощью пайки или посредством фитингов. При пайке используют твёрдый припой. Для проведения работ необходим определённый навык. При монтаже рекомендуют обратиться к специалистам. Неправильно сформированный шов может привести к аварии в трубопроводе.
Фитинги и переходники выбираю из такого же материала. Стальные или алюминиевые изделия не используют. Вместо медных соединительных элементов можно применять латунные.
Рекомендуют провести пробную пайку металлических изделий, чтобы правильно подобрать припой. Пайку осуществляют с помощью газовой горелки, которая способна разогреть материал до 400 0С. Обязательно проводят опрессовку швов, чтобы выявить недостатки в швах, места выхода воздуха.
Вместо пайки можно использовать цанговое соединение: выбирают переходники компрессионного типа. Они имеют внутреннюю втулку, которая предотвращает деформацию материала в месте соединения. При монтаже на трубу надевается накидная гайка и разрезное кольцо. Трубу насаживают на втулку. Гайка закручивается до упора: используют разводной ключ. Пайки не требуется.
Кроме пайки и цангового соединения труб используют прессовой монтаж. Для этого приобретают специальные пресс-фитинги, изготовленные из меди. Процесс соединения происходит с использованием пресс-клещей. Преимущество данной методики состоит в надёжности шва, но данное соединение невозможно отремонтировать. При поломке придётся вырезать участок трубы вместе с фитингом.
Метод падения давления
Этот метод основан на расчете потерь давления, вызванный гидравлическими сопротивлениями паропровода. Чтобы перепроверить правильность выбора диаметра трубопровода целесообразно также провести и этот расчет. Основная формула:
P— перепад давления на участке трубопровода;
λ — коэффициент трения (для стальных труб он составляет от 0,02 мм для новых до 0,20 мм для старых изделий);
l — длина участка трубы;
d — диаметр трубы;
p — плотность перекачиваемой среды;
W — скорость потока.
Формула справедлива и в обратном порядке — если известно начальное и задано конечное давление перед потребителем, можно вычислить необходимый диаметр паропровода:
Также при расчете диаметра трубопровода пара необходимо принимать во внимание такие факторы, как:
стоимость монтажа и материалов изготовления, включая теплоизоляцию паропровода;
риск возникновения гидроударов;
уровень вероятной эрозии и и износа труб.
Как правило, основной причиной возникновения многих проблем в работе пароконденсатной системы является неправильно выбранный диаметр трубопровода. Поэтому доверить расчет лучше специалистам. Обращайтесь к инженерам — мы не только определим параметры паропровода, но и подберем его компоненты. Связаться с нами можно любым удобным для вас способом.
Расчёт диаметра трубы
Для магистрали требуется выбрать трубы с определённым диаметром. Показатель зависит от множества параметров: теплоотдача материала, скорость прохождения теплоносителя, мощность отопительного оборудования. Высчитать самостоятельно диаметр трубы сложно. Обращаются к специалистам. Для расчета используют определённые таблицы.
Согласно таблицам, для обогрева 10 м2 необходим 1 кВт мощности котла. При мощности оборудования в 10 кВт, выбирают металлические трубы диаметром стенки 40 мм. При мощности котла в 35 кВт, диаметр труб 76-80 мм. Для конденсата используют провод меньшего диаметра. Пластику при паровом отоплении не рассматривают.
Если выбрать изделие меньшего диаметра, то под давлением пара материал может деформироваться, швы не выдержат сильной нагрузки и разорвутся. При выборе слишком большого диаметра, при малой мощности котла, может происходить неполная конденсация пара. Теплоноситель будет использоваться неэффективно.
Рекомендуем: Как устроена печь с паровым отоплением?
YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your quota.
Определение диаметра трубопровода
Потеря давления в трубопроводе, кроме прочего, зависит от расхода скорости потока и вязкости среды протекания. Чем больше количество пара, проходящего через трубопровод определённого номинального диаметра, тем выше трение о стенки трубопровода. Иными словами, чем выше скорость пара, тем выше сопротивление или потери давления в трубопроводе.
На сколько высоки могут быть потери давления определяется назначением пара. Если перегретый пар подается через трубопровод к паровой турбине, то потери давления должны быть по возможности минимальными. Такие трубопроводы значительно дороже обычных, причём больший диаметр, в свою очередь, приводит к значительно большим затратам. Инвестиционный расчёт основывается на времени возврата (срок окупаемости) инвестиционного капитала в сравнении с прибылью от работы турбины.
Этот расчёт должен основываться не на средней нагрузке турбины, а исключительно на ее пиковой нагрузке. Если, например, в течении 15 минут набрасывается пиковая нагрузка в 1000 кг пара, то трубопровод должен иметь пропускную способность 60/15x 1000 = 4000 кг/ч.
Расчёт
В главе далее - Работа с конденсатом, поясняется методика расчёт диаметра конденсатопроводов. В расчётах паро- воздухо- и водопроводов действуют примерно те же исходные принципы. В завершении этой темы в этом разделе будут приведены расчеты для определения диаметра паро- воздухо- и водопроводов.
В расчётах диаметров в качестве основной применяется формула:
Q = расход пара, воздуха и воды в м 3 /с.
D = диаметр трубопровода в м.
v = допустимая скорость потока в м/с.
В практике рекомендуется вести расчет по расходу в м 3 /ч и по диаметру трубопровода в мм. в этом случае выше приведённая формула расчёта диаметра трубопровода изменяется следующим образом:
D = диаметр конденсатопровода в мм.
Q = расход в м 3 /ч.
V = допустимая скорость потока в м/с.
Расчет трубопроводов всегда ведется по объёмному расходу (м 3 /ч), а не по массовому (кг/ч). Если известен только массовый расход, то для пересчёта кг/ч в м 3 /ч необходимо учитывать удельный объём по таблице пара.
Удельный объем насыщенного пара при давлении 11 бар составляет 0,1747 м 3 /кг. Таким образом, объемный расход от 1000 кг/ч насыщенного пара при 11 бар будет составлять 1000 * 0,1747 = 174,7 м 3 /ч. Если речь будет идти о таком же количестве перегретого пара при давлении 11 бар и 300 °С, то удельный объём составит 0,2337 м 3 /кг, а объемный расход 233,7 м 3 /ч. Таким образом это означает, что один и тот же паропровод не может одинаково подходить для транспорта одного количества насыщенного и перегретого пара.
Также для случая воздуха и других газов расчет необходимо повторить с учетом давления. Производители компрессорного оборудования указывают производительность компрессоров в м 3 /ч, под которым понимается объем в м 3 при температуре 0 °С.
Если производительность компрессора 600 мп 3 /ч и давление воздуха 6 бар, то объемный расход составляет 600/6 = 100 м 3 /ч. в этом также заключается основа расчета трубопроводов.
Допустимая скорость потока
Допустимая скорость потока в системе трубопроводов зависит от многих факторов.
- стоимость установки: низкая скорость потока приводит к выбору большего диаметра.
- потеря давления: высокая скорость потока позволяет выбрать меньший диаметр, однако вызывает большую потерю давления.
- износ: особенно в случае конденсата высокая скорость потока приводит к повышенной эрозии.
- шум: высокая скорость потока увеличивает шумовую нагрузку, напр. Паровой редукционный клапан.
В ниже приведенной таблице представлены данные норм относительно скорости потока для некоторых сред протекания.
Как рассчитать расход пара по диаметру трубы и давлению таблица
Выбрать калькуляторы Расчет расхода сжатого воздуха, формула №1 Расчет расхода сжатого воздуха, формула №2 Расчет диаметра трубопровода для сжатого воздуха формула №1 Расчет диаметра трубы для сжатого воздуха формула №2 Расчет диаметра трубы для сжатого воздуха формула №3 Скорость сжатого воздуха в трубе Объем сжатого воздуха в зависимости от температуры Вес трубы с продуктом, один метр Площадь трубы под покраску в один слой
Вас приветствует программа для расчета инженерных коммуникаций. Программа поможет рассчитать различные задачи, поставленные при проектировании. Перечень возможностей программы представлены
в форме табличек. Выберите один из пунктов.
Например:
1. Расчет расхода сжатого воздуха по диаметру трубы. Формула №1
2. Расчет расхода сжатого воздуха по диаметру трубы. Формула №2
3. Расчет диаметра трубопровода для сжатого воздуха. Формула №1
4. Расчет диаметра трубопровода для сжатого воздуха. Формула №2
5. Расчет диаметра трубопровода для сжатого воздуха. Формула №3
6. Объем сжатого воздуха в зависимости от температуры
7. Вес трубы с продуктом, один метр
8. Расчет площади трубы под покраску в один слой
СЛЕВА ТАБЛИЧКИ ДЛЯ ВЫБОРА
Как рассчитать расход пара по диаметру трубы и давлению таблица
Выбрать калькуляторы Расчет расхода жидкости в трубопроводе, м 3 /ч Расчет диаметра трубопровода для жидкостей, мм Расчет потери напора по длине горизонтального трубопровода для жидкостей, м Расчет скорости жидкости в трубопроводе, м/с Рассчитать расход м 3 /ч и скорость м/с жидкости Режим течения жидкости
Турбулентный/Ламинарный Объем воды в трубе, л Перевод воды из кг в м 3 Расчет теплоспутника Вес трубы с продуктом, один метр, кг Площадь трубы под покраску в один слой, м 2 Площадь сечения трубы, м 2 Заказать проект Переход на страницу для расчета газопровода
Вас приветствует программа для расчета инженерных коммуникаций. Программа поможет рассчитать различные задачи, поставленные при проектировании. Перечень возможностей программы представлены
в форме табличек. Выберите один из пунктов.
Например:
1. Расчет расхода жидкости в трубопроводе
2. Расчет диаметра трубопровода для жидкостей
3. Расчет потери напора по длине горизонтального трубопровода для жидкостей.
4. Расчет скорости жидкости в трубопроводе
5. Объем воды по диаметру водопровода
6. Перевод воды из кг в м 3
7. Расчет тепловой изоляции трубопроводов, обогреваемых паровыми или водяными спутниками.
8. Вес трубы с продуктом, один метр
9. Расчет площади трубы под покраску в один слой
10. Площадь сечения трубы, м 2
СЛЕВА ТАБЛИЧКИ ДЛЯ ВЫБОРА
spirax_sarco
Точность измерения расхода пара зависит от целого ряда факторов. Один из них – степень его сухости. Часто этим показателем пренебрегают при подборе приборов учета и измерения, и совершенно напрасно. Дело в том, что насыщенный влажный пар по сути является средой двухфазной, и это вызывает ряд проблем в измерении его массового расхода и тепловой энергии. Как решить эти проблемы, мы сегодня разберемся.
Свойства водяного пара
Для начала, определимся с терминологией и выясним, каковы особенности влажного пара.
Насыщенный пар – водяной пар, находящийся в термодинамическом равновесии с водой, давление и температура которого связаны между собой и располагаются на кривой насыщения (рис.1), определяющей температуру кипения воды при данном давлении.
Перегретый пар – водяной пар, нагретый до температуры выше температуры кипения воды при данном давлении, получаемый, например, из насыщенного пара путем дополнительного нагрева.
Сухой насыщенный пар (рис.1) – бесцветный прозрачный газ, является гомогенной, т.е. однородной средой. В некоторой степени это абстракция, так как получение его затруднительно: в природе он встречается только в геотермальных источниках, а производимый паровыми котлами насыщенный пар не является сухим – типичные значения степени сухости для современных котлов 0,95-0,97. Чаще всего степень сухости еще ниже. Кроме того, сухой насыщенный пар метастабилен: при поступлении тепла извне он легко становится перегретым, а при отдаче тепла - влажным насыщенным:
Рисунок 1. Линия насыщения водяного пара
Влажный насыщенный пар (рис.2) представляет собой механическую смесь сухого насыщенного пара с взвешенной мелкодисперсной жидкостью находящейся с паром в термодинамическом и кинетическом равновесии. Флуктуация плотности газовой фазы, наличие посторонних частиц, в том числе несущих электрические заряды – ионы, приводит к возникновению центров конденсации, носящей гомогенный характер. По мере роста влажности насыщенного пара, например, из-за тепловых потерь или повышения давления, мельчайшие капельки воды становятся центрами конденсации и постепенно растут в размерах, а насыщенный пар становится гетерогенным, т.е. двухфазной средой (пароконденсатной смесью) в виде тумана. Насыщенный пар, представляющий газовую фазу пароконденсатной смеси, при движении передает часть своей кинетической и тепловой энергии жидкой фазе. Газовая фаза потока несет в своем объеме капельки жидкой фазы, но скорость жидкой фазы потока существенно ниже скорости его паровой фазы. Влажный насыщенный пар может формировать границу раздела, например, под воздействием гравитации. Структура двухфазного потока при конденсации пара в горизонтальных и вертикальных трубопроводах меняется в зависимости от соотношения долей газовой и жидкой фаз (рис.3):
Рисунок 2. PV-диаграмма водяного пара
Рисунок 3. Структура двухфазного потока в горизонтальном трубопроводе
Характер течения жидкой фазы зависит от соотношения сил трения и сил тяжести, и в горизонтально расположенном трубопроводе (рис.4) при высокой скорости пара течение конденсата может оставаться пленочным, как и в вертикальной трубе, при средней может приобретать спиралевидную форму (рис.5), а при низкой пленочное течение наблюдается только на верхней внутренней поверхности трубопровода, а в нижней формируется непрерывный поток, «ручей».
Таким образом, в общем случае поток пароконденсатной смеси при движении представляет собой три составляющих: сухой насыщенный пар, жидкость в виде капель в ядре потока и жидкость в виде пленки или струи на стенках трубопровода. Каждая из этих фаз имеет свою скорость и температуру, при этом при движении пароконденсатной смеси возникает относительное скольжение фаз. Математические модели двухфазного течения в паропроводе влажного насыщенного пара представлена в работах.
Рисунок 4. Структура двухфазного потока в вертикальном трубопроводе
Рисунок 5. Спиралевидное движение конденсата.
Проблемы измерения расхода
Измерение массового расхода и тепловой энергии влажного насыщенного пара связано со следующими проблемами:
1. Газовая и жидкая фазы влажного насыщенного пара движутся с различной скоростью и занимают переменную эквивалентную площадь поперечного сечения трубопровода;
2. Плотность насыщенного пара возрастает по мере роста его влажности, причем зависимость плотности влажного пара от давления при различной степени сухости неоднозначна;
3. Удельная энтальпия насыщенного пара снижается по мере роста его влажности.
4. Определение степени сухости влажного насыщенного пара в потоке затруднительно.
Вместе с тем, повышение степени сухости влажного насыщенного пара возможно двумя известными способами: «мятием» пара (снижением давления и, соответственно, температуры влажного пара) с помощью редукционного клапана и отделением жидкой фазы с помощью сепаратора пара и конденсатоотводчика. Современные сепараторы пара обеспечивают почти 100% осушение влажного пара.
Измерение расхода двухфазных сред – крайне сложная задача, до сих пор не вышедшая за пределы исследовательских лабораторий. Это в особой степени касается пароводяной смеси.
Большинство расходомеров пара являются скоростными, т.е. измеряют скорость потока пара. К ним относятся расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств, вихревые, ультразвуковые, тахометрические, корреляционные, струйные расходомеры. Особняком стоят кориолисовые и тепловые расходомеры, непосредственно измеряющие массу протекающей среды.
Рассмотрим, как различные виды расходомеров справляются со своей задачей, если имеют дело с влажным паром.
Расходомеры переменного перепада давления
Расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств (диафрагм, сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений) до сих пор являются основным средством измерения расхода пара. Однако, в соответствии с подразделом 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления»: По условиям применения стандартных сужающих устройств, контролируемая «среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам":
При наличии в трубопроводе двухфазной среды пара и воды измерение расхода теплоносителя приборами переменного перепада давления с нормированной точностью не обеспечивается. В этом случае «можно было бы говорить об измеренном расходе паровой фазы (насыщенного пара) потока влажного пара при неизвестном значении степени сухости».
Таким образом, применение таких расходомеров для измерения расхода влажного пара приведет к недостоверным показаниям.
Оценка возникающей методической погрешности (до 12% при давлении до 1 МПа и степени сухости 0,8) при измерении влажного пара расходомерами переменного перепада давления на базе сужающих устройств проведена в работе.
Ультразвуковые расходомеры
Ультразвуковые расходомеры, успешно применяемые при измерении расхода жидкостей и газов, ещё не нашли широкого применения при измерении расхода пара, несмотря на то, что отдельные их типы выпускаются серийно или были анонсированы производителем. Проблема заключается в том, что ультразвуковые расходомеры, реализующие доплеровский принцип измерений, основанный на сдвиге частоты ультразвукового луча, не пригодны для измерения перегретого и сухого насыщенного пара из-за отсутствия неоднородностей в потоке, необходимых для отражения луча, а при измерении расхода влажного пара сильно занижают показания из-за отличия скоростей газовой и жидкой фазы. Ультразвуковые расходомеры времяимпульсного типа наоборот неприменимы для влажного пара из-за отражения, рассеивания и преломления ультразвукового луча на каплях воды.
Вихревые расходомеры
Вихревые расходомеры разных производителей при измерении влажного пара ведут себя неодинаково. Это определяется как конструкцией первичного преобразователя расхода, принципа детектирования вихрей, электронной схемы, так и особенностями программного обеспечения. Принципиальным является влияние конденсата на работу чувствительного элемента. В некоторых конструкциях «серьезные проблемы возникают при измерении расхода насыщенного пара, когда одновременно в трубопроводе существует газовая и жидкая фаза. Вода концентрируется вдоль стенок трубы и препятствует нормальному функционированию датчиков давления, установленных заподлицо со стенкой трубы". В других конструкциях конденсат может затапливать сенсор и блокировать измерение расхода вовсе. Зато у некоторых расходомеров это практически не влияет на показания.
Кроме этого, двухфазный поток, набегая на тело обтекания, формирует целый спектр вихревых частот, связанных как со скоростью газовой фазы, так и со скоростями жидкой фазой (капель ной формы ядра потока и пленочной или струйной пристеночной области) влажного насыщенного пара. При этом амплитуда вихревого сигнала жидкой фазы может быть весьма значительной и, если электронная схема не предполагает цифровой фильтрации сигнала с помощью спектрального анализа и специального алгоритма выделения «истинного» сигнала, связанного с газовой фазой потока, что характерно для упрощенных моделей расходомеров, то будет происходить сильное занижение показаний расхода. Лучшие модели вихревых расходомеров обладают системами DSP (цифровой обработки сигнала) и SSP (спектральной обработки сигнала на основе быстрого преобразования Фурье), которые позволяют не только повысить отношение сигнал/шум, выделить «истинный» вихревой сигнал, но и устранить влияние вибраций трубопровода и электрических помех.
Несмотря на то, что вихревые расходомеры предназначены для измерения расхода однофазной среды, в работе показано, что они могут быть использованы для измерения расхода двухфазных сред, в том числе, пара с каплями воды при некоторой деградации метрологических характеристик.
При степени же сухости 0,7-0,9 относительная погрешность измерений массового расхода этих расходомеров может достигать десяти и более процентов.
Другие исследования, например, дают более оптимистический результат – погрешность измерения массового расхода влажного пара соплами Вентури на специальной установке для калибровки расходомеров пара находится в пределах ±3,0% для насыщенного пара со степенью сухости свыше 0,84.
Чтобы избежать блокирования чувствительного элемента вихревого расходомера, например, чувствительного крыла конденсатом, некоторые производители рекомендуют ориентировать первичный преобразователь таким образом, чтобы ось чувствительного элемента была параллельна поверхности раздела пар/конденсат.
Другие типы расходомеров
Расходомеры переменного перепада/переменной площади, обтекания с подпружиненной заслонкой и мишенные переменной площади не допускают измерение двухфазной среды из-за возможного эрозионного износа проточной части при движении конденсата.
Принципиально только массовые расходомеры кориолисового типа могли бы измерять двухфазную среду, однако исследования показывают, что погрешности измерений кориолисовых расходомеров в значительной степени зависят от соотношения долей фаз, а «попытки разработать универсальный расходомер для многофазных сред скорее ведут в тупик». В тоже время кориолисовые расходомеры интенсивно развиваются, и, возможно, успех будет достигнут уже скоро, но пока таких промышленных средств измерений на рынке нет.
Читайте также: