25.02.2019

Raccomandazioni per la progettazione e l'installazione di sistemi vapore-condensato. Caratteristiche dell'approccio alla progettazione e al funzionamento di condotte di vapore umido e surriscaldato


AA Filonenko, direttore di CHTSUP "Sistema a vapore"

La serie di articoli è incentrata su supporto tecnico specialisti associati alla progettazione e al funzionamento di impianti a vapore. Le prime due pubblicazioni sono dedicate ai concetti di base associati al vapore acqueo, ampiamente utilizzato nelle imprese e nel settore energetico, alle sue proprietà e al loro impatto sul funzionamento dei sistemi a vapore (EiM n. 3) e alle problematiche della rimozione della condensa dai satelliti a vapore (EiM n. 4–5).

I sistemi di distribuzione del vapore collegano le caldaie con tutti i tipi di apparecchiature che consumano vapore dell'impresa.

I componenti principali di questi sistemi sono i collettori del vapore della caldaia, le linee principali del vapore, collettori di distribuzione e condotte di distribuzione del vapore. Ognuno di essi svolge determinate funzioni inerenti a questo sistema e insieme a separatori e scaricatori di condensa contribuiscono a uso efficiente coppia.

Ginocchia a coppa

Un requisito comune a tutti i sistemi di distribuzione del vapore è la necessità di installare gomiti chiarificatori a vari intervalli lungo la lunghezza della condotta del vapore (Fig. 1). Sono progettati per:

  1. scarico della condensa per gravità dal vapore in movimento ad alta velocità;
  2. accumulo di condensa fino a quando la pressione differenziale non la spinge attraverso il sifone.

Affinché la condensa venga catturata dalla trappola per le ginocchia, è necessario scegliere la giusta dimensione. Una gamba di sedimentazione troppo piccola può causare un effetto di iniezione in cui la caduta di pressione dovuta all'elevata velocità del vapore attira la condensa dallo scaricatore nella linea del vapore.

Sulla fig. 1 mostra il principio di funzionamento del ginocchio a coppa e il suo schema standard, in tabella. 1 - dimensioni consigliate dei gomiti di assestamento per le tubazioni del vapore.

Riso. uno. Coppa del gomito (a - principio di funzionamento; b - schema per la scelta della dimensione della coppa del gomito secondo la tabella 1)

Diametro
condotta del vapore
D, mm
Diametro
ginocchio a coppa
D1, mm
Lunghezza minima della ginocchiera L, mm
riscaldamento
sotto controllo
Auto
riscaldamento *
15 15 250 710
20 20 250 710
25 25 250 710
50 50 250 710
80 80 250 710
100 100 250 710
150 100 250 710
200 100 300 710
250 150 380 710
300 150 460 710
350 200 535 710
400 200 610 710
450 250 685 710
500 250 760 760
600 300 915 915

* Per riscaldamento automatico si intende il riscaldamento della tubazione del vapore, in cui la condensa viene scaricata attraverso scaricatori di condensa alla linea di ritorno della condensa e non attraverso raccordi di scarico nell'atmosfera. Allo stesso tempo, è anche necessario monitorare il processo di riscaldamento della tubazione del vapore.


Se il vapore viene fornito al punto medio del collettore o il collettore non ha pendenza, si consiglia di disporre i gomiti di assestamento su entrambi i lati del collettore con scaricatori di condensa aventi una capacità totale pari a quella calcolata. Con un diametro del collettore fino a 100 mm, il diametro del gomito del pozzetto D1 deve essere uguale al diametro del collettore. Con un diametro del collettore superiore a 100 mm, il diametro del pozzetto D1 deve essere uguale alla metà del diametro del collettore, ma non inferiore a 100 mm.

L'avvio delle reti vapore consiste nelle seguenti operazioni:

  • riscaldamento e spurgo di condotte di vapore;
  • riempimento e flussaggio delle tubazioni della condensa;
  • connessioni dei consumatori.

Prima dell'inizio del riscaldamento, tutte le valvole sui rami dell'area riscaldata sono ben chiuse. Innanzitutto, la linea principale si riscalda, quindi i rami da essa alternativamente. Piccole condutture del vapore leggermente ramificate possono essere riscaldate contemporaneamente su tutta la rete.

In caso di shock idraulici, l'erogazione del vapore viene immediatamente ridotta e, con urti frequenti e forti, si interrompe completamente fino a quando la condensa accumulata al suo interno non viene completamente rimossa dalla sezione riscaldata della tubazione del vapore.

Collettori di vapore

Il collettore principale del locale caldaia è tipo speciale una linea vapore che può ricevere vapore da una o più caldaie. Molto spesso è un tubo orizzontale grande diametro, che viene riempito di vapore dall'alto e alimenta a sua volta le principali condutture del vapore con vapore. Un accurato drenaggio del collettore è particolarmente importante per garantire che eventuali residui di acqua e solidi della caldaia vengano rimossi prima che il vapore sia distribuito nell'impianto. Gli scaricatori di condensa progettati per la testata devono essere in grado di rimuovere grandi porzioni di accumuli di vapore non appena si formano. Nella scelta degli scaricatori di condensa bisogna tenere conto anche del loro grado di resistenza al colpo d'ariete.

Selezione scaricatore di condensa e fattore di sicurezza per collettori caldaia (solo vapore saturo)

La capacità richiesta degli scaricatori di condensa installati sui collettori della caldaia è quasi sempre determinata moltiplicando il riporto d'acqua previsto della caldaia (10% del carico collegato al collettore) per un fattore di sicurezza pari a 1,5.

Ad esempio, al collettore sono collegate due caldaie con una capacità totale di vapore di 20.000 kg/h. Quindi è necessario installare uno scaricatore di condensa con una capacità di 20.000 sul collettore. dieci % . 1,5 = 3000 kg/ora.

I più adatti a queste condizioni sono gli scaricatori di condensa a secchiello rovesciato, che sono in grado di intervenire immediatamente in caso di raffiche di condensa, sono resistenti ai colpi d'ariete, resistono all'inquinamento e restano economici a carichi molto bassi.

Installazione di scaricatori di condensa

Se il flusso di vapore attraverso il collettore è solo in una direzione, è sufficiente installare uno scaricatore di condensa vicino all'uscita. Laddove il vapore venga alimentato attraverso un punto intermedio (fig. 2) o disposizioni simili per il flusso del vapore a due vie, gli scaricatori di condensa devono essere installati a ciascuna estremità del collettore.

Riso. 2. Collettore caldaia con flussi vapore multidirezionali (per collettore con DN< 100 мм, DN колена-отстойника такой же, как у коллектора; для коллектора с DN >100 mm, il DN della curva di assestamento deve essere uguale a 0,5 DN del collettore, ma non inferiore a 100 mm)

Principali linee di vapore

Fornire lavoro normale le apparecchiature alimentate attraverso queste linee di vapore devono essere prive di aria e condensa. La rimozione incompleta della condensa dalle linee principali del vapore spesso provoca colpi d'ariete e piscine di condensa volanti che possono danneggiare i raccordi dei tubi e altre apparecchiature.

Inoltre, a causa della presenza di condensa nella tubazione del vapore, la secchezza del vapore diminuisce, il che porta al suo superamento.

Durante il processo di raffreddamento, la condensa nella linea del vapore viene assorbita attivamente diossido di carbonio, trasformandosi in acido carbonico, che porta alla corrosione accelerata di tubazioni, raccordi e scambiatori di calore.

Esistono due metodi generalmente accettati per riscaldare le linee principali del vapore: controllato e automatico.

Il riscaldamento controllato è ampiamente utilizzato per il riscaldamento primario di tubazioni del vapore di grande diametro e (o) lunghe. Questo metodo consiste nel fatto che le valvole di sfiato sono completamente aperte per soffiare liberamente nell'atmosfera fino a quando il vapore non inizia a fluire nella tubazione del vapore. Le valvole non vengono chiuse finché tutta o la maggior parte della condensa formata durante il riscaldamento non è stata rimossa. Una volta raggiunta la modalità di funzionamento, la rimozione della condensa viene effettuata da scaricatori di condensa. In modalità automatica, la caldaia viene riscaldata in modo tale che le tubazioni del vapore e tutte le apparecchiature o i suoi singoli tipi acquisiscano gradualmente pressione e temperatura senza l'aiuto del controllo manuale o del controllo in base alla modalità di riscaldamento specificata.

Avvertimento! Indipendentemente dal metodo di riscaldamento, la velocità di aumento della temperatura del metallo deve essere determinata dal programma di avvio al fine di ridurre al minimo le sollecitazioni termiche e prevenire altri danni al sistema.

Selezione scaricatore di condensa e fattore di sicurezza per linee vapore principali (solo vapore saturo)

Flusso di condensa in tubazioni coibentate o non coibentate con o metodi automatici il riscaldamento può essere calcolato con la formula:

dove G K è la quantità di condensa, kg/ora;

W T - peso del tubo, kg/mq(secondo la tabella 2);

L 1 - lunghezza totale della condotta del vapore, m;

Insieme a - calore specifico materiale della tubazione (per acciaio - 0,12 kcal/(kg.°С));

t 1 - temperatura iniziale, °С;

t 2 - temperatura finale, °С;

r è il calore latente di vaporizzazione, kcal/kg(secondo la tabella delle proprietà del vapore);

h è il tempo di riscaldamento, min.

Tavolo 2. Caratteristiche dei tubi per il calcolo delle perdite in ambiente

Diametro
tubatura,
pollice
Diametro
tubatura,
mm
Esterno
diametro,
mm
all'aperto
superficie,
m 2 /m
Peso, kg/mq
1/8 6 10,2 0,03 0,49
1/4 8 13,5 0,04 0,77
3/8 10 17,2 0,05 1,02
1/2 15 21,3 0,07 1,45
3/4 20 26,9 0,09 1,90
1 25 33,7 0,11 2,97
1,25 32 42,4 0,13 3,84
1,5 40 48,3 0,15 4,43
2 50 60,3 0,19 6,17
2,5 65 76,1 0,24 7,90
3 80 88,9 0,28 10,10
4 100 114,3 0,36 14,40
5 125 139,7 0,44 17,80
6 150 165,1 0,52 21,20
8 200 219,0 0,69 31,00
10 250 273,0 0,86 41,60
12 300 324,0 1,02 55,60
14 350 355,0 1,12 68,30
16 400 406,0 1,28 85,90
20 500 508,0 1,60 135,00

Per determinare rapidamente la portata della condensa durante il riscaldamento della linea principale del vapore, è possibile utilizzare lo schema di fig. 3. La portata calcolata va moltiplicata per 2 (fattore di sicurezza consigliato per tutti gli scaricatori di condensa posti tra la caldaia e l'estremità del tubo vapore). Per scaricatori di condensa installati all'estremità della linea vapore oa monte del comando e valvole di intercettazione che fanno parte del tempo in posizione chiusa, è opportuno adottare un fattore di sicurezza pari a 3. Si consiglia uno scaricatore di condensa a secchiello rovesciato, in quanto in grado di rimuovere sporco, scoppi di condensa e resistere agli shock idraulici. Anche se rifiuta, di solito rimane in posizione aperta.

Riso. 3. Diagramma per determinare la quantità di condensa che si forma in un tubo lungo 20 m quando viene riscaldato da 0 ° C alla temperatura di saturazione del vapore

La portata della condensa durante il normale funzionamento della condotta del vapore (dopo il riscaldamento) è determinata dalla tabella. 3.

Tabella 3. La velocità di formazione della condensa nelle tubazioni del vapore durante il normale funzionamento, kg / h / m 2

Installazione

Indipendentemente dal metodo di riscaldamento, i gomiti di assestamento e gli scaricatori di condensa devono essere installati nei punti più bassi e in luoghi di drenaggio naturale, ad esempio:

  • davanti a montanti ascendenti;
  • al termine delle principali linee di vapore;
  • davanti a compensatori e ginocchia;
  • davanti a valvole di controllo e regolatori.

Sulla fig. 4, 5 e 6 mostrano esempi dell'organizzazione del drenaggio delle principali condotte del vapore.

Diramazioni dai principali gasdotti

Le diramazioni delle principali condutture del vapore sono diramazioni della principale conduttura del vapore che forniscono vapore alle apparecchiature che consumano vapore. L'impianto di tali tubazioni deve essere progettato e allacciato in modo tale da impedire l'accumulo di condensa in qualsiasi punto della stessa.

Selezione della trappola e fattore di sicurezza

La portata della condensa è determinata con la stessa formula delle principali condotte vapore. Il fattore di sicurezza consigliato per le uscite della linea vapore principale è 2.

Installazione

Sulla fig. 7, 8 e 9 mostrano, rispettivamente, gli schemi consigliati per legare il ramo dalla condotta principale del vapore alla valvola di controllo con una lunghezza fino a 3 m, superiore a 3 m e nel caso in cui la valvola di controllo si trovi al di sotto del livello della condotta principale del vapore.

Prima di ogni valvola di controllo e prima del regolatore di pressione, se presente, deve essere installato un filtro a passaggio totale. Sul filtro deve essere installata una valvola di spurgo e uno scaricatore di condensa con galleggiante invertito. Alcuni giorni dopo l'avvio del sistema, controllare la rete del filtro per decidere se l'area deve essere pulita dai contaminanti.

Riso. 7. Tubazioni di derivazione con una lunghezza inferiore a 3 m Se è presente una pendenza inversa verso il collettore di potenza di almeno 50 mm per 1 m, non è necessaria l'installazione di uno scaricatore di condensa Riso. otto. Tubazioni di derivazione con una lunghezza superiore a 3 m Prima della valvola di controllo, è necessario installare un gomito di assestamento e uno scaricatore di condensa. Un filtro può fungere da pozzetto se il suo tubo di spurgo è collegato a uno scaricatore di condensa con galleggiante invertito. Lo scaricatore di condensa deve essere dotato di una valvola di non ritorno incorporata Riso. 9. Indipendentemente dalla lunghezza dell'uscita, è necessario installare un gomito di assestamento e uno scaricatore di condensa prima della valvola di controllo situata sotto la linea di alimentazione del vapore. Se la bobina (utenza) si trova sopra la valvola di controllo, lo scaricatore di condensa deve essere installato anche sul lato di uscita della valvola di controllo

Separatori

I separatori di vapore sono progettati per scaricare tutta la condensa che si forma negli impianti di distribuzione. Molto spesso vengono utilizzati davanti all'attrezzatura per la quale maggiore secchezza coppia ha Grande importanza. Si ritiene utile installarli su tubazioni del vapore secondarie.

Riso. dieci. Scarico separatore. Per il completo e rapido deflusso della condensa nello scaricatore di condensa sono necessari un pozzetto e un pozzetto a passaggio pieno.

Rimozione della condensa dalle tubazioni del vapore surriscaldato

Sembrerebbe che se la condensa non si forma nelle tubazioni del vapore del vapore surriscaldato, allora non è lì. Questo è vero, ma solo nel caso in cui la temperatura e la pressione nella condotta del vapore abbiano raggiunto i parametri operativi. Fino a questo punto la condensa deve essere rimossa.

Proprietà e caratteristiche dell'utilizzo del vapore surriscaldato

La capacità termica specifica di una sostanza è la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 kg di 1 °C. La capacità termica specifica dell'acqua è 1 kcal.°C, ma la capacità termica specifica del vapore surriscaldato dipende dalla sua temperatura e pressione. Diminuisce all'aumentare della temperatura e aumenta all'aumentare della pressione.

Solitamente il vapore surriscaldato viene prodotto in sezioni aggiuntive di tubi installati all'interno della caldaia o nella zona di uscita. Gas di scarico per utilizzare il calore "perso" della caldaia, nonché nel surriscaldatore, che è installato dopo la caldaia e collegato alla tubazione del vapore. schema elettrico la caldaia con un surriscaldatore è mostrata in fig. undici.


Riso. undici. Schema di una centrale elettrica con un surriscaldatore


Il vapore surriscaldato ha proprietà che lo rendono un refrigerante scomodo per il processo di scambio termico e allo stesso tempo ideale per lavoro meccanico e trasferimento di massa, cioè per il trasporto. A differenza di vapore saturo pressione e temperatura del vapore surriscaldato non sono correlate. Quando il vapore surriscaldato viene prodotto alla stessa pressione del vapore saturo, la sua temperatura e il suo volume specifico aumentano.

Nelle caldaie ad alta produttività e con tamburi relativamente piccoli, la separazione del vapore dall'acqua è un processo estremamente difficile. La combinazione di una piccola quantità di acqua nei tamburi e di rapide variazioni del flusso di vapore provoca una forte diminuzione del volume e la formazione di bolle di vapore, che porta al trascinamento dell'acqua della caldaia. Può essere rimosso utilizzando separatori con scaricatori di condensa alle uscite del vapore del generatore di vapore, ma ciò non dà un risultato del 100%. Pertanto, dove è necessario vapore secco, nel forno vengono installati fasci di tubi convettivi aggiuntivi. Per far evaporare l'acqua residua, al vapore viene aggiunto del calore, creando un leggero surriscaldamento per garantire che il vapore sia completamente asciutto.

Poiché il vapore surriscaldato, tornando allo stato saturo, emette pochissimo calore, non è un buon vettore di calore per il processo di scambio termico. Tuttavia, per alcuni processi, come le centrali elettriche, è necessario vapore secco per eseguire lavori meccanici. Indipendentemente dal tipo di centrale elettrica, il vapore surriscaldato riduce la quantità di condensa quando viene avviato da uno stato freddo. Il surriscaldamento migliora anche le prestazioni di queste unità evitando la formazione di condensa sugli stadi di espansione. Il vapore secco all'uscita della centrale elettrica aumenta la durata delle pale della turbina.

A differenza del vapore saturo, perdendo calore, il vapore surriscaldato non condensa, quindi può essere trasportato attraverso tubazioni del vapore molto lunghe senza una significativa perdita di contenuto di calore per formare condensa.

Perché gli impianti a vapore surriscaldato vengono scaricati?

Il motivo principale per l'installazione di scaricatori di condensa negli impianti a vapore surriscaldato è la generazione dei costi di avviamento della condensa. Possono essere molto significativi a causa di grandi formati principali linee di vapore. Durante l'avvio, molto probabilmente verranno utilizzate valvole di scarico manuali, poiché c'è tempo sufficiente per aprirle e chiuderle. Questo processo è chiamato riscaldamento controllato. Un altro motivo per installare scaricatori di condensa è per situazioni di emergenza come perdita di surriscaldamento o bypass del vapore quando potrebbe essere necessario funzionare con vapore saturo. In queste situazioni di emergenza, non c'è tempo per aprire manualmente le valvole, quindi sono necessari scaricatori di condensa.

Determinazione delle portate di condensa per scaricatori di condensa di linee di vapore surriscaldate

Il flusso di condensa attraverso lo scaricatore di condensa della linea del vapore surriscaldato varia notevolmente: dal massimo all'avvio al flusso nullo durante il funzionamento. Pertanto, questi sono i requisiti che devono essere imposti agli scaricatori di condensa di qualsiasi tipo.

Durante l'avviamento, linee di vapore molto grandi vengono riempite di vapore freddo. In questa fase, conterranno solo vapore saturo a bassa pressione fino a quando la temperatura della linea del vapore non aumenta. Si alza gradualmente a lungo per non esporre il metallo delle linee del vapore a sollecitazioni improvvise. Grande spesa condensa combinata con bassa pressione sono le condizioni iniziali che richiedono scaricatori di condensa ad alta capacità. Quindi le linee del vapore funzionanti con vapore surriscaldato richiedono che questi scaricatori di condensa sovradimensionati funzionino a pressioni molto elevate e portate molto basse.

I costi tipici di avviamento della condensa possono essere calcolati approssimativamente utilizzando la formula:

dove WT è il peso del tubo, kg/mq(secondo la tabella 2);

r è il calore latente di vaporizzazione, kcal/kg;

i è l'entalpia del vapore surriscaldato a pressione e temperatura media per il periodo di riscaldamento considerato, kcal/kg;

i ” è l'entalpia del vapore saturo a pressione media per il periodo di riscaldamento considerato, kcal/kg;

0,12 - capacità termica specifica tubo d'acciaio, kcal/(kg.°С).

Esempio

Dati iniziali

È necessario riscaldare una tubazione del vapore con un diametro di 200 mm da una temperatura ambiente di 21 ° C a una temperatura di 577 ° C a una pressione media nell'ultimo periodo di 2 ore di 8,3 kg / cm 2 g. per 11 ore. La distanza tra i nodi di drenaggio è di 60 m La massa del tubo secondo la tabella. 2 è 31 kg/m2. Pertanto, la massa di un tubo lungo 60 m sarà di 1860 kg.

Il riscaldamento è avvenuto secondo il programma indicato in tabella. quattro.

Tabella 4. Modalità di riscaldamento delle tubazioni del vapore surriscaldato

Periodo
tempo, h
pressione media,
kg/cm 2 gr.
temperatura alla fine
periodo di tempo, ° C
Entalpia di saturo
coppia I", kcal/kg
Calore latente del vapore
istruzione r, kcal/kg
Entalpia del surriscaldato
coppia i, kcal/kg
Quantità
condensa, kg/h
da 0 a 2 0,46 121 643,1 532,1 652,6 42,7
2 a 4 0,97 221 646,3 526,4 695 46,7
4 a 6 4,9 321 658,3 498,9 741,7 53,7
6 a 8 8,3 421 662,7 484,2 790,5 62,6
dalle 8 alle 11 8,3 577 662,7 484,2 868,1 124,9

Per le prime due ore di riscaldamento:

Per le seconde due ore:

Le portate di vapore per altri periodi di tempo vengono calcolate in modo simile.

Per rimuovere efficacemente la condensa dalle tubazioni del vapore surriscaldate, è necessario scegliere la giusta dimensione dei gomiti di assestamento durante l'installazione degli scaricatori di condensa, nonché tenere conto delle raccomandazioni per le loro tubazioni.

Sorge la domanda, è necessario l'isolamento termico dei gomiti di assestamento, degli ugelli degli scaricatori di condensa e degli scaricatori di condensa stessi? La risposta è no. Se l'isolamento non è requisito obbligatorio sicurezza, questa parte del sistema a vapore non ha bisogno di essere isolata. Quindi della condensa si formerà continuamente davanti al sifone e lo attraverserà, prolungandone la durata.

Tipi di scaricatori di condensa per vapore surriscaldato

bimetallico

Lo scaricatore di condensa bimetallico è configurato per non aprirsi finché la condensa non si è raffreddata al di sotto della temperatura di saturazione. Ad una data pressione, la trappola rimarrà chiusa fintanto che è presente vapore di qualsiasi temperatura nella trappola. All'aumentare della temperatura del vapore, la forza di trazione delle piastre bimetalliche aumenta, aumentando la forza di tenuta della valvola. Il vapore surriscaldato tende ad aumentare ulteriormente questa forza. Lo scaricatore di condensa bimetallico si comporta bene con carichi di avviamento pesanti e per questo motivo lo è bella scelta per vapore surriscaldato.

Durante il funzionamento a vapore surriscaldato, il sifone potrebbe aprirsi se la condensa nel sifone si raffredda al di sotto della temperatura di saturazione. Se il diametro e la lunghezza della gamba di decantazione a monte della trappola non sono corretti, la condensa può rifluire nella linea del vapore, danneggiandola, e raccordi per tubi e altre apparecchiature.


Con galleggiante rovesciato

Una guarnizione d'acqua nella trappola impedisce al vapore di raggiungere la valvola di uscita, impedendo al vapore di fuoriuscire e prolungando la vita della trappola. La valvola di sfiato nella parte superiore lo rende impermeabile alle particelle estranee, ma consente all'aria di fuoriuscire. Gestisce grandi costi di avviamento e può sostenere bassi costi operativi. Le difficoltà esistenti associate al suo utilizzo su vapore surriscaldato riguardano la necessità di mantenere una tenuta stagna o di riempire con acqua. Per fare ciò è necessario utilizzare scaricatori di condensa progettati specificatamente per impianti a vapore surriscaldato e garantirne la corretta tubazione.

In fig. 6. Nel determinare la capacità di uno scaricatore di condensa per vapore surriscaldato, deve essere calcolata sulla portata iniziale senza applicare un fattore di sicurezza. I materiali del corpo devono essere selezionati in base alla pressione e alla temperatura massime, compreso il surriscaldamento.

Letteratura

  1. Vukalovich MP Proprietà termodinamiche dell'acqua e del vapore. - M.: Casa editrice scientifica e tecnica statale di letteratura sulla costruzione di macchine "MASHGIZ", 1955.
  2. Filonenko A. A. Gestione del vapore e del condensato di vapore dell'impresa. Dalla teoria più vicina alla pratica // Energia e Management. - N. 3. - 2013. - S. 22–25.
  3. Filonenko A. A. Gestione del vapore e del condensato di vapore dell'impresa. Dalla teoria più vicino alla pratica (continua) // Energia e Management. — N. 4–5. - 2013. - S. 66–68.

Conduttura del vapore- gasdotto per il trasporto del vapore.

Le tubazioni del vapore sono montate su oggetti:
1. imprese che utilizzano il vapore per la fornitura tecnologica di vapore (sistemi vapore-condensato negli stabilimenti di prodotti in cemento armato, sistemi vapore-condensato negli impianti di lavorazione del pesce, sistemi vapore-condensato negli stabilimenti lattiero-caseari, sistemi vapore-condensato negli impianti di lavorazione della carne, sistemi vapore-condensa negli stabilimenti farmaceutici, sistemi vapore/condensa nelle fabbriche di cosmetici, sistemi vapore/condensa nelle lavanderie)
2. nei sistemi riscaldamento a vapore fabbriche e imprese industriali. È stato utilizzato in passato, ma è ancora utilizzato da molte aziende. Di norma, le caldaie delle fabbriche venivano costruite secondo disegni standard utilizzando caldaie DKVR per la fornitura di vapore tecnologico e il riscaldamento. Allo stato attuale, anche in quelle imprese e fabbriche in cui la necessità del vapore tecnologico è divenuta assente, il riscaldamento è ancora effettuato a vapore. In alcuni casi è inefficiente senza ritorno della condensa.
3. nelle centrali termoelettriche per fornire vapore alle turbine a vapore per la produzione di energia elettrica.

Le condutture del vapore servono a trasferire il vapore dal locale caldaia (caldaie a vapore e generatori di vapore) ai consumatori di vapore.

Gli elementi principali della condotta del vapore sono:
1. tubi in acciaio
2. elementi di collegamento(curve, curve, flange, giunti di dilatazione)
3. valvole di intercettazione e intercettazione e controllo (valvole a saracinesca, saracinesche, valvole)
4. raccordi per la rimozione della condensa dalle tubazioni del vapore - scaricatori di condensa, separatori,
5. Dispositivi per ridurre la pressione del vapore al valore richiesto - regolatori di pressione
6. Filtri antifango meccanici con elementi filtranti sostituibili per la pulizia a vapore davanti ai riduttori di pressione.
7. elementi di fissaggio - supporti scorrevoli e fissi, sospensioni e fissaggi,
8. isolamento termico delle tubazioni del vapore: viene utilizzato basalto resistente alla temperatura lana minerale Viene utilizzato anche Rockwool o Parok, piumino di amianto.
9. dispositivi di controllo e misura (KIP) - manometri e termometri.

I requisiti per la progettazione, la costruzione, i materiali, la produzione, l'installazione, la riparazione e il funzionamento delle condotte del vapore sono regolati da documenti normativi.
- Le tubazioni che trasportano vapore acqueo con una pressione di esercizio superiore a 0,07 MPa (0,7 kgf / cm2) sono soggette alle Regole per la Progettazione e funzionamento sicuro condotte del vapore e acqua calda"(PB 10-573-03).
- Il calcolo della forza di tali condotte del vapore viene effettuato in conformità con gli "Standard per il calcolo della resistenza delle caldaie fisse e delle condutture di vapore e acqua calda" (RD 10-249-98).

Le tubazioni del vapore vengono posate tenendo conto della fattibilità tecnica della posa lungo il percorso di posa più breve per ridurre al minimo le perdite di calore ed energia dovute alla lunghezza della posa e alla resistenza aerodinamica del percorso del vapore.
Viene eseguito il collegamento degli elementi della tubazione del vapore connessioni di saldatura. L'installazione di flange durante l'installazione di tubazioni del vapore è consentita solo per il collegamento di tubazioni del vapore con raccordi.

I supporti e le sospensioni delle tubazioni del vapore possono essere mobili e fissi. Tra supporti fissi adiacenti accesi tratto rettilineo installare a forma di lira o Compensatori a forma di U], che riducono le conseguenze della deformazione del condotto del vapore sotto l'influenza del riscaldamento (1 m del condotto del vapore si allunga in media di 1,2 mm se riscaldato di 100 °).
Le tubazioni del vapore sono montate con una pendenza e nei punti più bassi sono installati scaricatori di condensa per drenare la condensa che si forma nei tubi. Le sezioni orizzontali della conduttura del vapore devono avere una pendenza di almeno 0,004 All'ingresso delle condutture del vapore nelle officine, all'uscita delle condutture del vapore dai locali caldaie, davanti alle apparecchiature che consumano vapore, separatori di vapore sono installati completi di separatori di condensa.
Tutti gli elementi delle tubazioni del vapore devono essere isolati termicamente. Isolamento termico protegge il personale dalle ustioni. L'isolamento termico impedisce l'eccessiva condensazione.
I gasdotti sono un impianto di produzione pericoloso e devono essere registrati presso autorità di registrazione e supervisione specializzate (in Russia - dipartimento territoriale di Rostekhnadzor). Dopo la registrazione e l'esame tecnico viene rilasciata un'autorizzazione per l'esercizio di gasdotti di nuova installazione.

Lo spessore della parete della tubazione del vapore, in base alla condizione di resistenza, deve essere almeno dove
P - pressione del vapore di progetto,
D - diametro esterno della condotta del vapore,
φ - coefficiente di resistenza di progetto, tenendo conto saldature e indebolimento della sezione,
σ - sollecitazione ammissibile nel metallo della condotta del vapore a temperatura di progetto coppia.

Il diametro della tubazione del vapore viene solitamente determinato in base alle portate massime orarie di vapore e alle perdite di pressione e temperatura consentite mediante il metodo della velocità o il metodo della caduta di pressione. Metodo di velocità.
Data la portata del vapore nella tubazione, il suo diametro interno è determinato dall'equazione flusso di massa, ad esempio, secondo l'espressione:
D= 1000 √ , mm
Dove G è la portata massica del vapore, t/h;
W-velocità del vapore, m/s;
ρ- densità di vapore, kg/m3.

La scelta della velocità del vapore nelle linee del vapore è importante.
Secondo SNiP 2-35-76, le velocità del vapore non sono consigliate più di:
- per vapore saturo 30 m/s (con diametro tubo fino a 200 mm) e 60 m/s (con diametro tubo superiore a 200 mm),
- per vapore surriscaldato 40 m/s (con diametro tubo fino a 200 mm) e 70 m/s (con diametro tubo superiore a 200 mm).

Impianti di produzione apparecchiature a vapore quando si sceglie il diametro della tubazione del vapore, si consiglia di prendere la velocità del vapore nell'intervallo 15-40 m/s. I fornitori di scambiatori di calore misti vapore/acqua raccomandano una velocità massima del vapore di 50 m/s.
Esiste anche un metodo di caduta di pressione basato sul calcolo delle perdite di carico causate dalla resistenza idraulica della condotta del vapore. Per ottimizzare la scelta del diametro della tubazione del vapore, si consiglia inoltre di valutare la caduta di temperatura del vapore nella tubazione del vapore, tenendo conto dell'isolamento termico utilizzato. In questo caso, diventa possibile scegliere diametro ottimale in relazione alla caduta della pressione del vapore a una diminuzione della sua temperatura per unità di lunghezza della condotta del vapore (si ritiene che sia ottimale se dP / dT = 0,8 ... 1,2).
Giusta scelta caldaia a vapore e la pressione del vapore che fornisce, la scelta della configurazione e dei diametri delle tubazioni del vapore, le apparecchiature del vapore per classe e per produttore, queste sono le componenti di un buon funzionamento futuro del sistema vapore-condensato.

Lo schema di rete è mostrato in fig. otto

Riso. otto. Schema di progettazione gasdotti: I-IV - abbonati; 1–4 - punti nodali

Le formule utilizzate per determinare le perdite idrauliche sono le stesse sia per il liquido che per il vapore.

Caratteristica distintiva conduttura del vapore - tenendo conto dei cambiamenti nella densità del vapore.

1. Determinare il valore approssimativo delle perdite per attrito specifico nelle aree dalla fonte di calore al consumatore più remoto IV, Pa/m:

.

Ecco la lunghezza totale delle sezioni 1 – 2 – 3 – IV; α - la quota delle perdite di carico nelle resistenze locali, assunta pari a 0,7 come per una linea con giunti di dilatazione ad U con curve saldate e diametri stimati (Tabella 16).

Tabella 16

Coefficiente α per determinare le lunghezze equivalenti per le linee del vapore

Tipi di giunti di dilatazione Diametro nominale del tubo d,mm Valore del coefficiente α
Per linee vapore Per reti di riscaldamento dell'acqua e tubazioni della condensa
autostrade di transito
Premistoppa P- ≤1000 0,2 0,2
figurato con rubinetti:
piegato ≤300 0,5 0,3
200–350 0,7 0,5
saldato 400–500 600–1000 0,9 1,2 0,7
Reti di riscaldamento ramificate

La fine del tavolo. 16



2. Determinare la densità del vapore:

3. In base ai nomogrammi, troviamo il diametro della condotta del vapore (Appendice 6).

4. Perdita di pressione effettiva, Pa/m:

(117)

5. Velocità effettiva del vapore:

Confrontiamo con la tabella. 17.

Tabella 17

Massima velocità del vapore nelle tubazioni del vapore

7. Lunghezza totale equivalente in sezioni:

(119)

dove è la somma dei coefficienti di resistenza locali (vedi tabella 8).

8. Lunghezza della sezione ridotta:

9. Perdite di carico per attrito e nelle resistenze locali nella sezione:

(121)

10. Pressione del vapore alla fine della sezione:

(122)

I dati di calcolo sono riassunti nella tabella. 18 secondo lo schema.


Tabella 18

Calcolo idraulico della rete vapore

numero di trama Consumo di vapore D Dimensioni tubo, mm Lunghezza della sezione, m Velocità del vapore ωТ, m/s Perdita di carico specifica per attrito Pa/m Densità media stimata ρ cf, kg / m 3 Velocità vapore m/s Perdita di pressione Fine della trama Densità media del vapore ρav, kg/m3 Perdita di pressione totale da CHP, MPa
t/ora kg/s Passaggio condizionale d Diametro esterno * spessore della parete; dn*S secondo il piano l Equivalente a resistenze locali l E ridotto l pr \u003d l + l E pressione p N, MPa densità ρ N, kg / m 3 Pa/m specifico nella zona di Pa pressione рК, MPa densità ρK, kg / m 3
a ρ = 2,45 kg / m 3 a ρ cfr

Calcolo della condotta del vapore

α - 0,3 ... 0,6. (123)

Utilizzando la formula, troviamo il diametro del tubo:

(124)

Impostiamo la velocità del vapore nel tubo. Dall'equazione per il flusso di vapore - σ=ωrF troviamo il diametro del tubo secondo GOST, viene selezionato un tubo con il diametro interno più vicino. Vengono specificate le perdite lineari specifiche e i tipi di resistenze locali, vengono calcolate le lunghezze equivalenti. Viene determinata la pressione alla fine della tubazione. Le dispersioni termiche sono calcolate nell'area di progetto secondo le dispersioni termiche normalizzate:

(125)

dove sono le dispersioni di calore per unità di lunghezza per una data differenza di temperatura tra vapore e ambiente, tenendo conto delle dispersioni di calore su supporti, saracinesche, ecc.

Se viene determinato senza tener conto delle perdite, del calore su supporti, valvole, ecc., allora

dove t cfrtemperatura media coppia sul sito, 0 C, t 0 - temperatura ambiente, a seconda del metodo di posa, 0 C. Quando si posa a terra t 0 == t Í0, per posa interrata senza canale t 0 = t gr(temperatura del suolo alla profondità di posa). Quando si posano canali passanti e semipassanti t 0 ==40–50°С.

Quando si posa in canali di transizione t 0 = 5°C. Sulla base delle dispersioni di calore rilevate si determina la variazione dell'entalpia del vapore nella sezione e il valore dell'entalpia del vapore alla fine della sezione:

Sulla base dei valori trovati di pressione ed entalpia del vapore all'inizio e alla fine della sezione, viene determinato un nuovo valore della densità media del vapore (form. 128).

Se il nuovo valore di densità differisce da quello specificato in precedenza di oltre il 3%, il calcolo di verifica viene ripetuto con raffinamento allo stesso tempo e RL:

(128)

L'elevata efficienza dell'utilizzo dell'energia del vapore dipende principalmente da disegno corretto sistemi a vapore e condensa. Per realizzazione massima efficienza sistemi di condensazione a vapore, ci sono una serie di regole che è necessario conoscere e tenere in considerazione durante la progettazione, l'installazione e la messa in servizio:
— Nella produzione di vapore, è necessario tendere alla produzione di vapore alta pressione, perché una caldaia a vapore è più veloce ad alta pressione che a bassa pressione. Ciò è dovuto al fatto che il calore latente di vaporizzazione a bassa pressione è maggiore che ad alta pressione. In altre parole, è necessario spendere più energia per generare vapore a bassa pressione che ad alta pressione, relativamente diversi livelli energia termica nell'acqua.
- Per l'uso in dotazioni tecnologiche Fornire sempre vapore alla pressione più bassa consentita, come il trasferimento di calore a bassa pressione, quando il calore latente di vaporizzazione è maggiore, è più efficiente. Altrimenti energia termica il vapore uscirà con la condensa ad alta pressione. E devi prenderlo a livello di utilizzo del vapore secondario, se sei impegnato nel risparmio energetico. - Allenati sempre importo massimo vapore dal calore secondario rimanente dopo processo tecnologico, cioè. garantire l'operatività della rimozione e dell'utilizzo della condensa. Le apparecchiature installate in modo errato e funzionanti in modo improprio nei sistemi di condensa a vapore sono una fonte di perdite di energia del vapore. Sono anche la causa del funzionamento instabile dell'intero sistema vapore-condensa.

Installazione scaricatore di condensa Gli scaricatori di condensa sono installati sia per il drenaggio delle principali tubazioni del vapore che per la rimozione della condensa dalle apparecchiature di scambio termico. Gli scaricatori di condensa vengono utilizzati per rimuovere la condensa formata nella tubazione del vapore a causa delle dispersioni di calore nell'ambiente. L'isolamento termico riduce il livello delle perdite di calore, ma non le elimina completamente. Pertanto, per tutta la lunghezza della condotta del vapore, è necessario prevedere unità di rimozione della condensa. Il drenaggio della condensa deve essere organizzato almeno 30-50 m in sezioni orizzontali delle tubazioni. Il primo scaricatore di condensa a valle della caldaia deve avere una capacità pari almeno al 20% della capacità della caldaia. Con una lunghezza della tubazione superiore a 1000 m, la capacità del primo scaricatore di condensa deve essere il 100% della capacità della caldaia. Ciò è necessario per eliminare la condensa in caso di trascinamento dell'acqua della caldaia. L'installazione obbligatoria di uno scaricatore di condensa è richiesta prima di tutti gli ascensori, valvole di controllo e sui collettori.

La condensa deve essere scaricata utilizzando tasche di raccolta. Per tubi con un diametro fino a 50 mm, il diametro della vasca può essere uguale al diametro della linea principale del vapore. Per tubi vapore con diametro superiore a 50 mm, si consiglia di utilizzare pozzetti di una/due dimensioni più piccole. Si consiglia di installare nella parte inferiore della coppa rubinetto o flangia cieca per la pulizia (spurgo) del sistema. Per evitare l'intasamento dello scaricatore di condensa, la condensa deve essere scaricata ad una certa distanza dal fondo della vasca.

Unità di scarico condensa Un filtro deve essere installato prima dello scaricatore di condensa e un filtro deve essere installato dopo lo scaricatore di condensa. valvola di ritegno(protezione contro il riempimento con condensa dell'impianto quando il vapore viene interrotto nella tubazione del vapore). Per assicurarsi che lo scaricatore di condensa funzioni correttamente, si consiglia di installare vetri spia (per l'ispezione visiva).

Rimozione dell'aria La presenza di aria nella linea del vapore riduce significativamente il trasferimento di calore nelle apparecchiature di scambio termico. Per rimuovere l'aria dalla tubazione del vapore, gli scaricatori di condensa termostatici vengono utilizzati come prese d'aria automatiche. Gli "sfiati dell'aria" sono installati nei punti più alti dell'impianto, il più vicino possibile all'apparecchiatura di scambio termico. Insieme allo "sfiato dell'aria" è installato un ampolla in vuoto. Quando il sistema viene arrestato, le tubazioni e le apparecchiature vengono raffreddate, a seguito delle quali il vapore si condensa. E poiché il volume della condensa è molto più piccolo del volume del vapore, la pressione nel sistema scende al di sotto della pressione atmosferica, creando il vuoto. A causa del vuoto nel sistema, gli scambiatori di calore e le guarnizioni delle valvole possono essere danneggiati.

Ridurre le stazioni Per ottenere vapore alla pressione richiesta, è necessario utilizzare dei riduttori di pressione. Per evitare il colpo d'ariete, è necessario predisporre uno scarico della condensa prima del riduttore di pressione.

Filtri La velocità del vapore nelle tubazioni nella maggior parte dei casi è di 15-60 m/s. Data l'età e la qualità delle caldaie e delle tubazioni, il vapore fornito al consumatore è generalmente fortemente contaminato. Particelle di incrostazioni e sporco a velocità così elevate riducono notevolmente la durata delle linee del vapore. Le valvole di controllo sono più suscettibili alla distruzione, poiché la velocità del vapore nello spazio tra la sede e la valvola può raggiungere centinaia di metri al secondo. A questo proposito, è obbligatorio installare dei filtri davanti alle valvole di controllo. Si raccomanda che la dimensione delle maglie dei filtri installati sulla tubazione del vapore sia 0,25 mm. A differenza dei sistemi idrici, si consiglia di installare il filtro sulle tubazioni del vapore in modo tale che la griglia sia su un piano orizzontale, poiché quando installato con il coperchio rivolto verso il basso, appare una tasca di condensa aggiuntiva, che aiuta a umidificare il vapore e aumenta la probabilità di un tappo della condensa.

Separatori di vapore Gli scaricatori di condensa installati sulla condotta principale del vapore rimuovono la condensa già formata. Tuttavia, ciò non è sufficiente per ottenere vapore secco di alta qualità, poiché il vapore viene erogato al consumatore umido a causa della sospensione di condensa trascinata dal flusso di vapore. Il vapore umido, come lo sporco, contribuisce all'usura erosiva di tubazioni e raccordi a causa delle alte velocità. Per evitare questi problemi, si consiglia di utilizzare separatori di vapore. La miscela vapore-acqua, entrando nel corpo separatore attraverso il tubo di ingresso, si attorciglia a spirale. Le particelle di umidità sospese dovute alle forze centrifughe vengono deviate verso la parete del separatore, formando un film di condensa. All'uscita dalla spirale, quando si scontra con il paraurti, il film viene strappato. La condensa risultante viene rimossa foro di drenaggio nella parte inferiore del separatore. Il vapore secco entra nella linea del vapore dietro il separatore. Per evitare perdite di vapore è necessario prevedere un gruppo di scarico condensa sul tubo di scarico del separatore. Il raccordo superiore è progettato per installare una presa d'aria automatica. Si consiglia di installare i separatori il più vicino possibile al consumatore, nonché davanti ai flussimetri e alle valvole di controllo. La durata del separatore di solito supera la durata della tubazione.

Valvole di sicurezza Quando si scelgono le valvole di sicurezza, è necessario tenere in considerazione il design e le guarnizioni della valvola. Il requisito principale per le valvole di sicurezza, oltre alla pressione impostata correttamente selezionata, è corretta organizzazione rimozione del mezzo scaricato. Per l'acqua, il tubo di scarico è solitamente diretto verso il basso (scarico in fogna). A sistemi a vapore, di norma, la condotta di drenaggio è diretta verso l'alto, sul tetto dell'edificio o in un altro luogo sicuro per il personale. Per questo motivo, è necessario tenere conto del fatto che dopo il rilascio di vapore in caso di azionamento di una valvola, si forma della condensa che si accumula nel tubo di scarico dietro la valvola. Ciò crea una pressione aggiuntiva che impedisce alla valvola di azionare e scaricare il fluido a una determinata pressione impostata / In altre parole, se la pressione impostata è di 5 bar e la tubazione diretta verso l'alto è riempita con 10 m di acqua, la valvola di sicurezza sarà solo lavorare ad una pressione di 6 bar. Inoltre, sui modelli senza guarnizione dello stelo, l'acqua fuoriesce dal coperchio della valvola. Pertanto, in tutti i casi in cui l'outlet valvola di sicurezza puntando verso l'alto, è necessario organizzare il drenaggio attraverso un apposito foro nel corpo valvola o direttamente attraverso la tubazione di scarico. È vietato installare valvole di intercettazione tra la sorgente di pressione e la valvola di sicurezza, nonché sulla tubazione di uscita. Quando si sceglie una valvola di sicurezza per l'installazione su una linea del vapore, è necessario tenerne conto larghezza di banda sarà sufficiente che sia il 100% della portata totale di vapore possibile più il 20% della riserva. La pressione impostata deve essere almeno 1,1 volte la pressione di esercizio per evitare un'usura prematura dovuta a frequenti azionamenti.

Valvole di intercettazione Quando si sceglie un tipo valvole di arresto Prima di tutto, è necessario tener conto alta velocità coppia. Se una Produttori europei Per le apparecchiature a vapore, si consiglia di scegliere il diametro della tubazione del vapore in modo che la velocità del vapore sia 15-40 m/s, in Russia la velocità del vapore consigliata può spesso raggiungere i 60 m/s. Davanti a un raccordo chiuso si forma sempre un tappo di condensa. Con una forte apertura della valvola, c'è un'alta probabilità di colpo d'ariete. A questo proposito, è altamente indesiderabile da usare Valvole a sfera. Prima di utilizzare sia le valvole di intercettazione che quelle di controllo su una tubazione appena installata, è necessario spurgare la tubazione per evitare danni alla parte a sella della valvola da incrostazioni e scorie.

Si può vedere dalla formula (6.2) che le perdite di carico nelle tubazioni sono direttamente proporzionali alla densità del liquido di raffreddamento. La gamma di fluttuazioni di temperatura nelle reti di riscaldamento dell'acqua. In queste condizioni la densità dell'acqua è .

La densità del vapore saturo a è 2,45 cioè circa 400 volte più piccolo.

Pertanto, si presume che la velocità del vapore consentita nelle tubazioni sia molto più alta rispetto alle reti di riscaldamento dell'acqua (circa 10-20 volte).

Una caratteristica distintiva del calcolo idraulico della condotta del vapore è la necessità di tener conto nel determinare le perdite idrauliche variazione della densità del vapore.

Quando si calcolano le tubazioni del vapore, la densità del vapore viene determinata in base alla pressione secondo le tabelle. Poiché la pressione del vapore, a sua volta, dipende dalle perdite idrauliche, il calcolo delle tubazioni del vapore viene effettuato con il metodo delle approssimazioni successive. Innanzitutto, vengono impostate le perdite di carico nella sezione, la densità del vapore viene determinata dalla pressione media e quindi vengono calcolate le perdite di pressione effettive. Se l'errore è inaccettabile, ricalcolare.

Quando si calcolano le reti di vapore, le portate di vapore, la sua pressione iniziale e pressione richiesta davanti agli impianti che utilizzano vapore.

La perdita di pressione specifica disponibile nella linea e in sezioni separate calcolate, , è determinata dalla caduta di pressione disponibile:

, (6.13)

dov'è la lunghezza della strada principale dell'insediamento, m; il valore per le reti a vapore ramificate è 0,5.

I diametri delle tubazioni del vapore sono selezionati in base al nomogramma (Fig. 6.3) con rugosità equivalente del tubo mm e densità di vapore kg/m3. Valori validi RD e le velocità del vapore sono calcolate dalla densità media effettiva del vapore:

dove e valori R e , trovato dalla Fig. 6.3. Allo stesso tempo si controlla che la velocità effettiva del vapore non superi il massimo valori consentiti: per vapore saturo SM; per surriscaldato SM(i valori nel numeratore sono accettati per le tubazioni del vapore con un diametro fino a 200 mm, al denominatore - più di 200 mm, per i rubinetti questi valori possono essere aumentati del 30%).



Poiché il valore all'inizio del calcolo è sconosciuto, viene fornito con successivo affinamento utilizzando la formula:

, (6.16)

dove , peso specifico coppia all'inizio e alla fine della trama.

domande di prova

1. Quali sono i compiti del calcolo idraulico delle tubazioni della rete di calore?

2. Qual è la rugosità relativa equivalente della parete della tubazione?

3. Fornire le principali dipendenze progettuali per il calcolo idraulico delle tubazioni di una rete di riscaldamento dell'acqua. Qual è la perdita di pressione lineare specifica nella tubazione e qual è la sua dimensione?

4. Fornire i dati iniziali per il calcolo idraulico di un'estesa rete di riscaldamento dell'acqua. Qual è la sequenza delle singole operazioni di regolamento?

5. Come viene eseguito il calcolo idraulico della rete di riscaldamento a vapore?