Расчет диаметра трубопровода пара

Предупредить большинство возможных неприятностей можно, если правильно рассчитать диаметр паропровода. Как это сделать, расскажет Андрей Шахтарин, руководитель компании «КВиП».

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.

Метод скоростей

Этот способ подходит, если известен объемный (м³/ч) или массовый расход пара (кг/ч). Основная формула для расчета любых трубопроводов:

где:
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:

где: 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.

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:

где:
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:

• 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 компании «КВиП» — мы не только определим параметры паропровода, но и подберем его компоненты. Связаться с нами можно любым удобным для вас способом.

Подбор оборудования для инженерных узлов
Узел отвода конденсата
Редукционный узел в сборе