蒸汽网路水力计算

1 蒸汽网路系统 一 蒸汽网路水力计算的基本公式一 蒸汽网路水力计算的基本公式 计算蒸汽管道的沿程压力损失时 流量 管径与比摩阻三者的关系式如下 R 6 88 10 3 K0 25 Gt2 d5 25 Pa m 9 1 d 0 387 K0 0476Gt0 381 R 0 19 m 9 2 Gt 12 06 R 0 5 d2 625 K0 125 t h 9 3 式中 R 每米管长的沿程压力损失 比摩阻 Pa m Gt 管段的蒸汽质量流量 t h d 管道的内径 m K 蒸汽管道的当量绝对粗糙度 m 取 K 0 2mm 2 10 4 m 管段中蒸汽的密度 Kg m3 为了简化蒸汽管道水力计算过程 通常也是利用计算图或表格进行计算 附录附录 9 1 给出了蒸汽管 道水力计算表 二 蒸汽网路水力计算特点二 蒸汽网路水力计算特点 1 1 热媒参数沿途变化较大 热媒参数沿途变化较大 蒸汽供热过程中沿途蒸汽压力沿途蒸汽压力 P P 下降 蒸汽温度下降 蒸汽温度 T T 下降 导致蒸汽密度变化较大下降 导致蒸汽密度变化较大 2 2 值改变时 对值改变时 对 V V R R 值进行的修正值进行的修正 在蒸汽网路水力计算中 由于网路长 蒸汽在管道流动过程中的密度变化大 因此必须对密度 的变化予以修正计算 如计算管段的蒸汽密度 sh与计算采用的水力计算表中的密度 bi不相同 则应按下式对附表中 查出的流速和比摩阻进行修正 vsh bi sh vbi m s 9 4 Rsh bi sh Rbi Pa m 9 5 式中符号代表的意义同热水网路的水力计算 3 3 K K 值改变时 对值改变时 对 R R L Ld d 值进行的修正值进行的修正 1 1 对比摩阻的修正 对比摩阻的修正 当蒸汽管道的当量绝对粗糙度 Ksh与计算采用的蒸汽水力计算表中的 Kbi 0 2mm 不符时 同样按下 式进行修正 Rsh Ksh Kbi 0 25 Rbi Pa m 9 6 式中符号代表意义同热水网路的水力计算 2 2 对当量长度的修正 对当量长度的修正 蒸汽管道的局部阻力系数 通常用当量长度表示 同样按下式进行计算 即 Ld d 9 1 d1 25 K0 25 9 7 室外蒸汽管道局部阻力当量长度 Ld值 可按附录附录 5 25 2 热水网路局部阻力当量长度表示 但因 K 值 不同 需按下式进行修正 2 Lsh d Kbi Ksh 0 25 Lbi d 0 5 0 2 0 25 Lbi d 1 26 Lbi d m 式中符号代表意义同热水 网路的水力计算 当采用当量长度法进行水力计算 蒸汽网路中计算管段的总压降为 P R L Ld RLzh Pa 9 9 式中 Lzh 管段的折算长度 m 例题例题 9 19 1 蒸汽网路中某一管段 通过流量 Gt 4 0 t h 蒸汽平均密度 4 0 kg m3 1 如选用 108 4 的管子 试计算其比摩阻 R 值 2 如要求控制比摩阻 R 在 200Pa m 以下 试选用合适的管径 解解 1 根据附录附录 1111 1 1 的蒸汽管道水力计算表 bi 1 0 kg m3 查出当 Gt 4 0t h 公称直 经 DN100 时 Rbi 2342 2 Pa m vbi 142 m s 管段流过蒸汽的实际密度 sh 4 0 kg m3 需要进行修正 得出实际的比摩阻 Rsh和流速 vsh值为 vsh bi sh vbi 1 4 142 35 5 m s Rsh bi sh Rbi 1 4 2342 2 585 6 Pa m 2 根据上述计算可见 在相同的蒸汽质量流量 Gt和同一管径 d 条件下 流过的蒸汽密度越大 其 比摩阻 R 及流速 v 值越小 呈反比关系 因此 在蒸汽密度 4 0kg m3 要求控制的比摩阻为 200Pa m 以下 因表中蒸汽密度为 1 0 kg m3 则表中控制的比摩阻值 相应为 200 4 1 800 Pa m 以下 根据附录附录 9 9 1 1 设 1 0 kg m3 控制比摩阻 R 在 800Pa m 以下 选择合适的管径 得出应选 用的管道的公称直径为 DN125mm 相应的 Rbi值及 vbi值为 Rbi 723 2 Pa m vbi 90 6 m s 最后 确定蒸汽密度 4 0 kg m3时的实际比摩阻及流速值 Rsh bi sh Rbi 1 4 723 2 180 8 Pa m 200mm 时 80m s 公称直径 DN 200mm 时 50m s 4 饱和蒸汽 公称直径 DN 200mm 时 60m s 公称直径 DN 200mm 时 35m s 5 计算管段的局部阻力当量长度及管段压力降计算管段的局部阻力当量长度及管段压力降 a 按所选的管径 计算管段的局部阻力总当量长度 Ld 由局部阻力系数查附录附录 5 2 注意 K 值引起的修正 b 计算管段的实际压力降 Psh Rsh L Ld Pa 6 较核管段的平均密度较核管段的平均密度 a 计算管段末端的压力值 Pm Ps Psh Pa 9 16 查得相应 Pm 条件下的 m 值 b 计算管段的平均密度 pj s m 2 kg m3 9 17 c 与开始假设平均密度 pj进行比较 如两者相等或差别很小 则该管段的水力计算过程结束 进行下 一管段的计算 如两者差别较大 则应重新假设 pj 然后按同一计算步骤和方法进行计算 直到两者 相等或差别很小为止 重新假设的 pj pj 由此蒸汽网路主干线所有管段逐次进行水力计算 7 分支管路的水力计算 计算方法同上 分支管路的水力计算 计算方法同上 由主干线计算结果而确定支线始端压力 由用户用汽压力确定支线末端压力 重复步骤 2 6 五 计算例题五 计算例题 例题例题 9 29 2 某工厂区蒸汽供热管网 其平面布置图见下图 锅炉出口的饱和蒸汽表压力为 10bar 各用户系统所要求的蒸汽表压力及流量列于图 9 1 上 试进行蒸汽网路的水力计算 主干线 不考虑同时使用系数 图图 9 19 1 例题例题 9 19 1 附图附图 解解 从锅炉出口到用户从锅炉出口到用户 3 3 的管线为主干线的管线为主干线 则 Rpj P L 1 j 10 7 105 500 300 100 1 0 8 185 2 Pa m 式中 pj 0 8 采用附录附录 9 39 3 的估算数值 1 1 已知锅炉出口的蒸汽压力 进行管段已知锅炉出口的蒸汽压力 进行管段 1 1 的水力计算的水力计算 首先计算锅炉出口的管段 预先假设管段 1 末端的蒸汽压力 假设时 可按平均比摩阻 按比例 给定末端蒸汽压力 如 P m1 Ps1 P L1 L 10 10 7 500 900 8 33 bar 将此假设的管段末端压力 Pm值 列入表 9 1 第 8 栏中 2 2 根据管段始 末端的蒸汽压力 求出该管段假设的平均密度根据管段始 末端的蒸汽压力 求出该管段假设的平均密度 pj s m 2 11 9 8 33 2 5 64 4 81 2 5 225 kg m3 3 3 将平均比摩阻换算为水力计算表将平均比摩阻换算为水力计算表 bi bi 1kg m 1kg m3 3条件下的等效值 条件下的等效值 即 Rbi pj pj Rpj 5 225 185 2 968 Pa m 将 Rbi pj值列入表内 4 4 根据根据 R Rbi pj bi pj的大致控制值 利用 的大致控制值 利用附录附录 9 19 1 选择合适的管径 选择合适的管径 对管段 1 蒸汽流量 Gt 8 0 t h 选用管子的公称直径 DN150mm 相应的比摩阻及流速值为 Rbi 1107 4 Pa m vbi 126 m s 将此值分别列入表 9 1 中 11 和 12 栏中 5 5 根据上述数据 换算为实际假设条件下的比摩阻及流速值根据上述数据 换算为实际假设条件下的比摩阻及流速值 Rsh 1 pj Rbi 1 5 225 1107 4 211 9 Pa m vsh 1 pj vbi 1 5 225 126 24 1 m s 6 6 根据选用的管径根据选用的管径 DN150mmDN150mm 按 按附录附录 5 25 2 求出管段的当量长度 求出管段的当量长度 L Ld d值及其折算长度值及其折算长度 L Lzh zh值 值 管段 1 的局部阻力组成有 1 个截止阀 7 个方形补偿器 锻压弯头 查附录附录 5 25 2 Ld 24 6 7 15 4 1 26 166 8 m 管段 1 的折算长度 Lzh L Ld 500 166 8 666 8 m 将 Ld及 Lzh值分别列入表 5 和 6 栏中 7 7 求管段求管段 1 1 在假设平均密度在假设平均密度 pj pj条件下的压力损失 条件下的压力损失 列入表第 15 栏中 Psh Rsh Lzh 211 9 666 8 141295 Pa 1 41 bar 5 8 8 求管段求管段 1 1 末端的蒸汽表压力 其值列入表第末端的蒸汽表压力 其值列入表第 1616 栏中栏中 P m Ps Psh 10 1 41 8 59 bar 9 9 验算管段验算管段 1 1 的平均密度的平均密度 pj pj 是否与原先假定的平均蒸汽密度 是否与原先假定的平均蒸汽密度 pj pj相符 相符 pj s m 2 11 9 59 2 5 64 4 93 2 5 285 kg m3 原假定的蒸汽平均密度 pj 5 225 kg m3 两者相差较大 需重新计算 重新计算时 通常都以计算得出的蒸汽平均密度 pj 作为该管段的假设蒸汽平均密度 pj 再重复以上计算方法 一般重复一次或两次 就可满足 pj pj的计算要求 管段 1 得出的计算结果 列在表 9 1 中 假设平均蒸汽密度 pj 5 285 kg m3 计算后的蒸汽 平均密度 pj 5 29 kg m3 两者差别很小 计算即可停止 10 10 计算结果得出计算结果得出管段 1 末端蒸汽表压力为 8 6bar 以此值作为管段 2 的始端蒸汽表压力值 按上述 计算步骤和方法进行其它管段的计算 主干线的水力计算结果见表所列 用户 3 入口处的蒸汽表压力为 7 24bar 稍有富裕 主干线水力计算完成后 即可进行分支线的水力计算 以通向用户 1 的分支线为例 进行水力计算 1111 分支线的水力计算 分支线的水力计算 1 1 根据主干线的水力计算根据主干线的水力计算 主干线与分支线节点的蒸汽表压力为 8 6 bar 则分支线 4 的平均比摩 阻为 Rpj 8 6 7 0 105 120 1 0 8 704 7Pa m 2 2 根据分支管始 末端蒸汽压力 求假设的蒸汽平均密度根据分支管始 末端蒸汽压力 求假设的蒸汽平均密度 pj 9 6 8 0 2 4 94 4 16 2 4 55 kg m3 3 3 将平均比摩阻将平均比摩阻 RpjRpj 值换算为水力计算表值换算为水力计算表 bi bi 1kg m1kg m3 3条件下的等效值条件下的等效值 Rbi pj pj Rpj 4 55 740 7 3370 Pa m 4 4 根据根据 bi bi 1kg m 1kg m3 3的水力计算表 选择合适的管径的水力计算表 选择合适的管径 蒸汽流量 G4 3 0 t h 选用管子 DN80mm 相应的比摩阻及流速为 Rbi 3743 6 Pa m vbi 158 m s 5 5 换算到在实际假设条件换算到在实际假设条件 sh sh下的比摩阻及流速值 下的比摩阻及流速值 Rsh 1 pj Rbi 1 4 55 3743 6 822 8 Pa m vsh 1 pj vbi 1 4 55 158 34 7 m s 6 6 计算管段计算管段 4 4 的当量长度及折算长度的当量长度及折算长度 管段 4 的局部阻力的组成 1 个截止阀 1 个分流三通 2 个方形补偿器 当量长度 Ld 1 26 10 2 3 82 2 7 9 37 6 m 折算长度 Lzh L Ld 120 37 6 157 6 m 7 7 求管段求管段 4 4 的压力损失的压力损失 Psh Rsh Lzh 822 8 157 6 129673 Pa 1 3bar 8 8 求管段求管段 4 4 的末端蒸汽表压力的末端蒸汽表压力 P m Ps Psh 8 6 1 3 7 3 bar 9 9 验算管段验算管段 4 4 的平均密度的平均密度 pj pj 原假定的蒸汽平均密度 pj 4 55kg m3 pj与 pj相差较大 需再次计算 再次计算结果 列入表中 最后求得到达用户 1 的蒸汽表压力为 7 32bar 满足使用要求 1010 通向用户通向用户 2 2 分支管线的管段分支管线的管段 5 5 的水力计算 的水力计算 见水力计算表所示 用户 2 处蒸汽表压力为 7 15bar 满足使用要求 室外高压蒸汽网路水力计算表室外高压蒸汽网路水力计算表 8 58 5 室内低压蒸汽供暖系统路的水利计算方法和例题室内低压蒸汽供暖系统路的水利计算方法和例题 一 室内低压蒸汽共暖系统水力计算原则和方法一 室内低压蒸汽共暖系统水力计算原则和方法 在低压蒸汽供暖系统中 靠锅炉出口处蒸汽本身的压力 使蒸汽沿管道流动 最后进入散热器凝 结放热 6 1 1 水力计算原则水力计算原则 蒸汽在管道流动时 同样有摩擦压力损失 Py和局部阻力损失 Pj 计算蒸汽管道内的单位长度摩擦压力损失 比摩阻 时 同样可利用达西 维斯巴赫公式进行计 算 即 R d v2 2 Pa m 式中符号同前 在利用上式为基础进行水力计算时 虽然蒸汽的流量因沿途凝结而不断减少 蒸汽的密度也因蒸 汽压力沿管路降低而变小 但这变化并不大 在计算低压蒸汽管路时可以忽略 而认为每个管段内的 流量和整个系统的密度 是不变的 在低压蒸汽供暖管路中 蒸汽的流动状态处于紊流过度区 其 摩擦系数 值可按第四章公式进行计算 室内低压蒸汽供暖系统管壁的粗糙度 K 0 2mm 附录附录 8 38 3 给出低压蒸汽管径计算表 制表时蒸汽的密度取值 0 6Kg m3 计算 低压蒸汽供暖管路的局部压力损失的确定方法与热水供暖管路相同 各构件的局部阻力系数 值同样可按附录附录 4 24 2 确定 其动压头值可见附录附录 8 48 4 在散热器入口处 蒸汽应有 1500 2000Pa 的剩余压力 以克服阀门和散热器入口的局部阻力 使蒸汽进入散热器 并将散热器内的空气排出 2 2 水力计算方法水力计算方法 在进行低压蒸汽供暖系统管路的水力计算时 同样先从最不利的管路开始 亦即从锅炉到最远散 热器的管路开始计算 为保证系统均匀可靠地供暖 尽可能使用较低的蒸汽压力供暖 进行最不利的 管路的水利计算时 通常采用控制比压降或按平均比摩阻方法进行计算 按控制比压降法是将最不利管路的每 1m 总压力损失约控制在 100Pa m 来设计 平均比摩阻法是在已知锅炉或室内入口处蒸汽压力条件下进行计算 Rp j Pg 2000 L Pa m 8 7 式中 沿程压力损失占总压力损失的百分数 取 60 见附录附录 4 84 8 Pg 锅炉出口或室内用户入口的蒸汽压力 Pa 2000 散热器入口处的蒸汽剩余压力 Pa L 最不利管路管段的总长度 m 当锅炉出口或室内用户入口处蒸汽压力高时 得出的平均比摩阻 Rp j值会较大 此时控制比压降 值按不超过 100Pa m 设计 最不利管路各管段的水力计算完成后 即可进行其它立管的水力计算 可按平均比摩阻法来选择 其它立管的管径 但管内流速不得超过下列的规定最大允许流速 见 暖通规范 当汽 水同向流动时 30m s 当汽 水逆向流动时 20m s 规定最大允许流速主要是为了避免水击和噪声 便于排除蒸汽管路中的凝水 因此 对汽水逆向 流动时 蒸汽在管道中的流速限制的低一些 在实际工程设计中 常采用更低的流速 使运行更可靠 些 低压蒸汽供暖系统凝水管路 在排气管前的管路为干凝水管路 管路截面的上半部为空气 管路 截面下半部流动凝水 凝水管路必须保证 0 005 以上的向下坡度 属非满管流状态 目前 确定干凝 水管路管径的理论计算方法 是以靠坡度无压流动的水力学计算公式为依据 并根据实践经验总结 制定出不同管径下所能担负的输热能力 排气管后面的凝水管路 可以全部充满凝水 称为湿凝水干管 其流动状态为满管流 在相同热 负荷条件下 湿式凝水管选用的管径比干式的小 低压蒸汽供暖系统干凝水管路和湿凝水管路的管径选择表可见附录附录 8 58 5 二 室内低压蒸汽供暖系统管路水力计算例题二 室内低压蒸汽供暖系统管路水力计算例题 例题例题 8 18 1 图 8 20 为重力回水的低压蒸汽供暖管路系统的一个支路 锅炉房设在车间一侧 每 个散热器的热负荷均为 4000W 每根立管及每个散热器的蒸汽支管上均装有截止阀 每个散热器凝水 支管上装一个恒温式疏水器 总蒸汽立管保温 7 图图 8 20 例题例题 8 1 的管路计算图的管路计算图 图上小圆圈内的数字表示管段号 圆圈旁的数字 上行表示热负荷 W 下行表示管段长度 m 罗马数字表示立管编号 要求确定各管段的管径及锅炉蒸汽压力 解解 1 确定锅炉压力确定锅炉压力 根据已知条件 从锅炉出口到最远散热器的最不利支管的总长度 L 80m 如按控制每米总压力损 失 比压降 为 100Pa m 设计 并考虑散热器前所需的蒸汽剩余压力为 2000Pa 则锅炉的运行表压 力 Pb应为 Pb 80 100 2000 10 KPa 在锅炉正常运行时 凝水总立管在比锅炉蒸发面高出约 1 0m 下面的管段必然全部充满凝水考虑锅 炉工作压力波动因素 增加 200 250mm 的安全高度 因此 重力回水的干凝水干管 图中排汽管 A 点前的凝水管路 的布置位置 至少要比锅炉蒸发面高出 h 1 0 0 25 1 25m 否则 系统中的空气 无法从排汽管排出 2 最不利管路的水力计算 最不利管路的水力计算 采用控制比压降法进行最不利管路的水力计算 低压蒸汽供暖系统摩擦压力损失约占总压力损失的 60 因此 根据预计的平均比摩阻 Rp j 100 0 6 60Pa m 左右和各管段的热负荷 选择各管段的管径及计算其压力损失 计算时利用附录附录 8 3 附录附录 8 4 和附录附录 4 2 附带说明 利用附录 8 3 时 当计算热量在表中两个热量之间 相应的流速值可用线性关系折算 比 摩阻 R 与流速 v 热量 Q 可按平方关系折算得出 如计算管段 1 热负荷 Q1 71000W 按附录附录 8 3 现选用 d 70mm 根据表中数据可知 当 d 70mm Q 61900W 时 相应的流速 v 12 1m s 比摩阻 R 20Pa m 当选用相同的管径 d 70mm 热负荷改变为 Q1 71000W 时 相应的流速 v1和比摩阻 R1的数值 可按下式关系式折算 得出 v1 v Q1 Q 12 1 71000 61900 13 9 m s R1 R Q1 Q 2 20 71000 61900 2 26 3 Pa s 低压蒸汽供暖系统管路计算表 例低压蒸汽供暖系统管路计算表 例 8 18 1 表表 8 18 1 管段 编号 热量 Q W 长度 l m 管径 d mm 比摩阻 R Pa m 流速 v m s 摩擦压力 损失 Py Rl Pa 局部阻 力系数 动压头 Pd Pa 局部压力损失 Pj Pd Pa 总压力损失 P Py Pj Pa 1234567891011 1 2 3 4 5 6 7 71000 40000 32000 24000 16000 8000 4000 12 13 12 12 12 17 2 70 50 40 32 32 25 20 26 3 29 3 70 4 86 0 40 8 47 6 37 1 13 9 13 1 16 9 16 9 11 2 9 8 7 8 315 6 380 9 844 8 1032 489 6 809 2 74 2 10 5 2 0 1 0 1 0 1 0 12 0 4 5 61 2 54 3 90 5 90 5 39 7 30 4 19 3 642 6 108 6 90 5 90 5 39 7 364 8 86 9 958 2 489 5 935 3 1122 5 529 3 1174 0 161 1 l 80m P 5370 Pa 立管 资用压力 P6 7 1335 Pa 立管 支管 8000 4000 4 5 2 25 20 47 6 37 1 9 8 7 8 214 2 74 2 11 5 4 5 30 4 19 3 349 6 86 9 563 8 161 1 P 725 Pa 立管 资用压力 P5 7 1864 Pa 立管 支管 8000 4000 4 5 2 25 15 47 6 194 4 9 8 14 8 214 2 388 8 11 5 4 5 30 4 69 4 349 6 312 3 563 8 701 1 P 1265 Pa 立管 资用压力 P4 7 2987 Pa 立管 资用压力 P3 7 3922 Pa 立管 80004 520137 915 5620 613 076 1989 31609 9 支管 4000215194 414 8388 84 569 4312 3701 1 P 2311 Pa 8 例 例 8 18 1 局部阻力系数汇总表 局部阻力系数汇总表 表表 8 28 2 管 段 号 其它立管其它支管 局部阻力 名称 123 4 567d 25mmd 20mmd 20mmd 15mm 截止阀 7 0 9 0 9 010 0 锅炉出口 2 0 90 煨弯 3 0 5 1 52 0 5 1 0 2 1 0 2 0 1 01 5 乙字弯 1 5 1 51 5 直流三通 1 01 01 0 分流三通 3 0 3 03 0 旁流三通 1 51 5 总局 部阻力系 数 10 52 01 012 04 511 513 04 54 5 3 3 其它立管的水力计算 其它立管的水力计算 通过最不利管路的水力计算后 即可确定其它立管的资用压力 该立管的资用压力应等于从该立 管与供汽干管节点起到最远散热器的管路的总压力损失值 根据该立管的资用压力 可以选择该立管 与支管的管径 其水力计算成果列于表 8 1 8 2 通过水力计算可见 低压蒸汽供暖系统并联环路压力损失的相对差额 即所谓节点压力不平衡率 是较 大的特别是近处的立管 即使选用了较小的管径 蒸汽流速已采用得很高 也不可能达到平衡的要求 只好靠系统投入运行时 调整近处立管或支管的阀门节流解决 蒸汽供暖系统远近立管并联环路节点压力不平衡而产生水平失调的现象与热水供暖系统 有些不 同的地方 在热水供暖系统中 如不进行调节 则通过远近立管的流量比例总不会发生变化的 在蒸 汽供暖系统中 疏水器工作正常情况下 当近处散热器流量增多后 疏水器阻汽工作 使近处散热器 压力升高 进入近处散热器就自动减少 待近处疏水器正常排水后 进入近处散热器的蒸汽量又在增 多 因此 蒸汽供暖系统水平失调具有自调性和周期性的特点 4 4 低压蒸汽供暖系统凝水管路管径选择 低压蒸汽供暖系统凝水管路管径选择 如图所示 排汽管 A 处前的凝水管路为干凝水管路 计算方法简单 根据各管段所负担的热量 按附录附录 8 58 5 选择管径即可 对管段 1 它属于湿凝水管路 因管路不长 仍按干式选择管径 将管径 稍选粗一些 计算结果见下表 br 例例 8 18 1 低压蒸汽供暖系统凝水管径低压蒸汽供暖系统凝水管径 表表 8 38 3 管段编号 7 6 5 4 3 2 1 其它立管的凝水立 管 段 热负荷 W 管径 d mm 4000 15 8000 20 16000 20 24000 25 32000 25 40000 32 71000 32 8000 20 8 68 6 室内高压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题室内高压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题 室内高压蒸汽供暖管路的水力计算原理与低压蒸汽完全相同 在计算管路的摩擦压力损失时 由于室内系统作用半径不大 仍可将整个系统的蒸汽密度作为常 9 数代入达西 维斯巴赫公式进行计算 沿途凝水使蒸汽流量减小的因素也可忽略不计 管内蒸汽流动 状态属于紊流过渡区及阻力平方区 管壁的绝对粗糙度 K 值 在设计中仍采用 0 2mm 在进行室内高 压蒸汽管路的局部压力损失计算时 将局部阻力换算为当量长度进行计算 室内蒸汽供暖管路的水力计算任务是选择管径和计算其压力损失 通常采用比摩阻法或流速法进 行计算 计算从最不利环路开始 1 1 平均比摩阻法 平均比摩阻法 当蒸汽系统的起始压力已知时 最不利管路的压力损失为该管路到最远用热设备处各管段的压力 损失的总和 为使疏水器能正常工作和留有必要的剩余压力使凝水排入凝水管网 最远用热设备处还 应有较高的蒸汽压力 因此在工程设计中 最不利管路的总压力损失不宜超过起始压力的 1 4 平均 比摩阻按下式确定 Rp j 0 25 P l Pa m 8 8 式中 摩擦压力损失占总压力损失的百分数 高压蒸汽系统一般为 0 8 P 蒸汽供暖系统的起始表压力 Pa l 最不利管路的总长度 m 2 2 流速法 流速法 通常 室内高压蒸汽供暖系统的起始压力较高 蒸汽管路可以采用较高的流速 仍能保证在用热 设备处有足够的剩余压力 按 暖通规范 规定 高压蒸汽供暖系统的最大允许流速不应大于下列数 值 汽 水同向流动时 80m s 汽 水逆向流动时 60m s 在工程设计中 常取常用的流速来确定管径并计算其压力损失 为了使系统节点压力不要相差很 大 保证系统正常运行 最不利管路的推荐流速值要比最大允许流速低得多 通常推荐采用 v 15 40m s 小管径取低值 在确定其它支路的立管管径时 可采用较高的流速 但不得超过规定的最大允许流速 3 3 限制平均比摩阻法 限制平均比摩阻法 由于蒸汽干管压降过大 末端散热器有充水不热的可能 因而 高压蒸汽供暖的干管的总压降不 应超过凝水干管总坡降的 1 2 1 5 倍 选用管径较粗 但工作正常可靠 室外高压蒸汽供暖系统的疏水器 大多连接在凝水支干管的末端 从用热设备到疏水器入口的管 段 属于干式凝水管 为非满管流的流动状态 此类凝水管的选择 可按附录 5 5 的数值选用 只要 保证此凝水支干管路的向下坡度 i 0 005 和足够的凝水管管径 即使远近立管散热器的蒸汽压力不 平衡 但由于干凝水管上部截面有空气与蒸汽的联通作用和蒸汽系统本身流量的一定自调节性能 不 会严重影响凝水的重力流动 例题例题 8 28 2 图 8 21 所示为室内高压蒸汽供暖管路系统的一个支路 各散热器的热负荷与例题 5 1 相同 均为 4000W 用户入口处设分汽缸 与室外蒸汽热网相接 在每一个凝水支路上设置疏水 器 散热器的蒸汽工作表压力要求为 200 kPa 试选择高压蒸汽供暖管路的管径和用户入口的供暖蒸 汽管路起始压力 图图 8 218 21 例题例题 8 28 2 的管路计算图的管路计算图 解解 1 1 计算最不利管路 计算最不利管路 按推荐流速法确定最不利管路的各管段的管径 附录附录 8 68 6 为蒸汽表压力 200kPa 时的水力计算表 按此表选择管径 室内高压蒸汽管路局部压力损失 通常按当量长度法计算 局部阻力当量长度值见附录附录 8 78 7 计算 过程和计算结果列于表 8 4 10 室内高压蒸汽供暖系统水力计算表 例室内高压蒸汽供暖系统水力计算表 例 8 28 2 表表 8 48 4 管段编号热负荷 Q W 管长 L m 管径 d mm 比摩阻 R Pa m 流速 v m s 当量长度 Ld m 折算长度 Lzh m 压力损失 P R Lzh Pa 123456789 1 2 3 4 5 6 7 71000 40000 32000 24000 16000 8000 4000 4 0 13 0 12 0 12 0 12 0 17 0 2 0 32 25 25 20 20 20 15 282 390 252 494 223 58 71 19 8 19 6 15 6 18 9 12 6 6 3 5 7 10 5 2 4 0 8 2 1 0 6 8 4 1 7 14 5 15 4 12 8 14 1 12 6 25 4 3 7 4089 6006 3226 6965 2810 1473 263 l 72 0m P 25 kPa 其它立管 其它立管 8000 4000 4 5 2 0 20 15 58 71 6 3 5 7 7 9 1 7 12 4 3 7 719 263 P 982 Pa 最不利管路的总压力损失为 25kPa 考虑 10 的安全裕度 则蒸汽入口处供暖蒸汽管路起始的表 压力不得低于 Pb 200 1 1 25 227 5kPa 例例 8 28 2 局部阻力系数当量长度表局部阻力系数当量长度表 m m 表表 8 58 5 管 段 号 局部阻力名 称 1 DN 32 2 DN 25 3 DN 25 4 DN 20 5 DN 20 6 DN 20 7 DN 15 其它立管 DN 20 其它支管 DN 15 分汽缸出口 截止阀 直流三通 90 煨弯 方形补偿器 分流三通 乙字弯 旁流三通 0 6 9 9 0 8 2 0 8 1 6 0 80 6 1 5 0 66 4 0 6 2 0 7 1 4 1 1 0 6 6 4 0 7 0 8 1 1 0 6 总计 10 52 40 82 10 68 41 77 91 7 2 2 其它立管的水力计算其它立管的水力计算 由于室内高压蒸汽系统供汽干管各管段的压力损失较大 各分支立管的节点压力难以平衡 通常 就按流速法选用立管管径 剩余过高压力 可通过关小散热器前的阀门方法来调节 3 3 凝水管段管径的确定凝水管段管径的确定 按附录附录 8 58 5 根据凝水管段所负担的热负荷 确定各干凝水管段的管径 见表 8 6 凝水管段管径的确定凝水管段管径的确定 表 8 6 11 管段编号 2 3 4 5 6 7 其它立管的凝水 立管段 热负荷 W 管径 DN mm 32000 25 24000 20 16000 20 8000 20 4000 15 8000 20 9 29 2 凝结水回收系统凝结水回收系统 一 概述一 概述 蒸汽在用热设备内放热凝结后 凝结水流出用热设备 经疏水器 凝结水管道返回热源的管路系 统及其设备组成的整个系统 称为凝结水回收系统凝结水回收系统 凝结水水温较高 一般为 80 C 100 C 同时又是良好的锅炉补水 应尽可能回收 凝结水回收 率低 或回收的凝结水水质不符合要求 使锅炉的补给水量增大 增加水处理设备投资和运行费用 增加燃料消耗 因此 正确的设计凝结水回收系统 运行中提高凝结水回收率 保证凝结水的质量 正确的设计凝结水回收系统 运行中提高凝结水回收率 保证凝结水的质量 是蒸汽供热系统设计与运行的关键性技术问题 是蒸汽供热系统设计与运行的关键性技术问题 二 凝结水回收系统分类二 凝结水回收系统分类 1 1 按其是否与大气相通 可分为按其是否与大气相通 可分为 开式凝结水回收系统和闭式凝结水回收系统 2 2 按凝水的流动方式 可分为按凝水的流动方式 可分为 单相流凝结水回收系统和两相流凝结水回收系统 单相流又分为满管流满管流和非满管流非满管流两种流动方式 满管流满管流 指凝水靠水泵动力或位能差 充满整个管道截面呈有压流动的流动形式 非满管流非满管流 指凝水并不充满整个管道断面 靠管路坡度流动的流动方式 3 3 按驱使凝水流动的动力 可分为按驱使凝水流动的动力 可分为 重力回水凝结水回收系统和机械回水凝结水回收系统 重力回水重力回水是利用凝水位能差或管路坡度 驱使凝水满管或非满管流动的方式 机械回水机械回水是利用水泵动力驱使凝水满管有压流动 三 几种凝结水回收系统三 几种凝结水回收系统 1 1 非满管流的凝结水回收系统 低压自流式非满管流的凝结水回收系统 低压自流式凝水凝水系统 系统 1 车间用热设备 2 疏水器 3 室外自流凝结水管 4 凝结水箱 5 排汽管 6 凝结水泵 1 1 工作原理工作原理 低压蒸汽供暖的凝结水经疏水器 2 或不经疏水器 依靠重力 沿着坡向锅炉房凝结水箱 的凝结水管道 3 自流返回凝结水箱 4 2 应用范围应用范围 低压自流式凝结水回收系统只适用于供热面积小 地形坡向凝结水箱的场合 锅炉房应 位于全厂的最低处 应用范围受到很大限制 2 2 两相流的凝结水回收系统 余压回水系统 两相流的凝结水回收系统 余压回水系统 前面介绍过的高压蒸汽室内供暖系统凝结水回收系统属于此种形式 1 用汽设备 2 疏水器 3 两向流凝水管道 4 凝结水箱 5 排汽管 6 凝结水泵 1 1 工作原理工作原理 高压蒸汽供热的凝结水 经疏水器 2 后直接接到室外凝结水管网 3 依靠疏水器后的背 压将凝水送回锅炉房或凝结水分站的凝结水箱 4 2 2 特点特点 由于饱和凝水通过疏水器及其后管道造成压降 产生二次蒸汽 以及不可避免的疏水器漏汽 因而在疏水器后的管道流动属两相流的流动状态 凝结水管的管径较粗 余压回水系统设备简单 根 12 据疏水器的背压大小 系统作用半径可达 500 1000m 并对地势起伏有较好的适应性 3 3 适用范围适用范围 适用于全厂耗汽量少 用汽点分散 用汽参数比较一致的蒸汽供热系统上 3 3 重力式满管流凝结水回收系统重力式满管流凝结水回收系统 1 车间用热设备 2 疏水器 3 余压凝结水管道 4 高位水箱 或二次蒸发箱 5 排汽管 6 室外凝水管道 7 凝结水箱 8 凝结水泵 1 工作原理工作原理 用汽设备排出的凝结水 首先集中到高位水箱 4 在箱中排出二次蒸汽后 纯凝水直接 流入室外凝水管网 6 靠高位水箱与锅炉房或凝结水分站的凝结水箱 7 顶部回形管之间的水位差 凝 水充满整个凝水管道流回凝结水箱 由于室外凝水管网不含二次蒸汽 选择的凝水管径可小些 2 适用范围适用范围 适用于地势较平坦且坡向热源的蒸汽供热系统 上面介绍的均属于开式凝结水回收系统 系统中的凝结水箱或高位水箱与大气相通 在系统运行期间 二次蒸汽通过凝结水箱或高置水箱顶设置的排汽管排出 开式凝结水回收系统 在系统作业运行期间 空气通过空气关进入系统 使凝水管道易腐蚀 4 4 余压凝结水回收系统余压凝结水回收系统 1 车间用热设备 2 疏水器 3 余压凝水管 4 闭式凝结水箱 5 安全水封 6 凝结水泵 7 二次汽管道 8 利用二次汽的换热器 9 压力调节器 系统的凝结水箱必须是承压水箱 4 和需设置一个安全水封 5 安全水封的作用是使凝水系统与大气 隔断 当二次汽压力过高时 二次汽从安全水封排出 在系统停止运行时 安全水封可防止空气进入 室外凝水管道的凝水进入凝结水箱后 大量的二次汽和漏汽分离出来 可通过一个蒸汽 水加热器 8 以利用二次汽和漏汽的热量 为使闭式凝结水箱保持一定压力 通过压力调节器 9 进行补汽 补 气压 5 5 闭式满管流凝结水回收系统闭式满管流凝结水回收系统 1 车间生产工艺用汽设备 2 疏水器 3 二次蒸发箱 4 安全阀 5 补汽的压力调节器 6 散热器 7 多级水封 8 室外凝水管道 9 闭式水箱 10 安全水封 11 凝结水泵 12 压 力调节器 1 工作原理 工作原理 用汽设备的凝结水集中送到二次蒸发箱 3 二次蒸发箱内的凝结水经多级水封 7 引入 室外凝水管网 靠多级水封与凝结水箱顶的回形管的水位差 使凝水返回凝结水箱 9 凝结水箱应设 置安全水封 10 以保证凝水系统不与大气相通 2 适用范围 适用范围 适用于分散利用二次汽 厂区地形起伏不大 地形坡向凝结水箱的场合 3 特点 特点 热能利用好 回收率高 外网管径较小 但各季节的二次汽供求不易平衡 设备增加 6 6 加压回水系统加压回水系统 1 车间用汽设备 2 疏水器 3 车间或凝结水泵分站内的凝结水箱 4 车间或凝结水泵分站内的凝结 水泵 5 室外凝水管道 6 热源总凝结水箱 7 凝结水泵 1 工作原理 在用户处设置凝结水箱 3 收集该用户或邻近几个用户流来的凝结水 然后用水泵 4 将 凝结水输送回热源的总凝结水箱 6 2 特点 这种利用水泵的机械功输送凝结水的系统称为加压回水 这种系统凝水流动工况呈满管流动 可以是开式 也可以是闭式 加压回水系统增加了设备和运行费用 多用于较大的蒸汽供热系统 注意 选择凝结水回收系统时 必须全面考虑热源 外网和室内用户系统的情况 各用户的回水方式应相 互适应 不得各自为政 干扰整个系统的凝水回收 同时 要尽可能地利用凝水热量 四 凝结水箱 凝结水箱有开式 无压 和闭式 有压 两种 通常用 3 10mm 钢板制成 热力站的凝结水箱总 储水量 根据 热网规范热网规范 一般按 10 20min 的最大小时回水量计算 凝结水箱一般应设两个 对 单纯供暖用的凝结水箱 其水量在 10t h 以下时 可只设一个 在热源的总凝结水箱的储水量 根据 工业锅炉房设计规范工业锅炉房设计规范 一般按 20 40min 的最大小时回水量计算 13 1 开式水箱开式水箱 开式水箱附件一般应有人孔盖 水位计 温度计 进回水管 空气管和泄水管等 当水箱高度大于 1 5m 时 应设内 外扶梯 2 闭式水箱闭式水箱 水箱应做成圆筒形 闭式水箱附件一般应有人孔盖 水位计 温度计 进 出水管 泄水管 压力表 取样装置和安全水封等 闭式水箱上应设置安全水封 它的作用有 1 防止水箱压力过高 2 防止空气进入箱内 3 兼作溢流管用 3 安全水封安全水封 构造和工作原理简述如下 安全水封由水室 A B C 及连通管 1 2 4 组成 由管 3 与闭式凝水箱连通 系统运行前 由下 部充水管充水至 I I 水面 在正常箱内压力下 管 2 中水面下降 管 4 及管 1 水面上升 h 高度 当箱 内的压 高于大气压 H1 mh2o 以上时 h 值小 忽略不计 水封被突破 箱内蒸汽及不凝结气体从管 2 通 过 4 经 A 室排往大气 由此可见 利用水封高度 H1 m 可以维持水箱内的蒸汽压力不大于 10H1 Kpa 当 箱压力恢复后 A 室中的水由管 1 自动返回管 2 和 4 恢复原来的水位 当水箱无凝 水进入 箱内呈无压 而凝结水泵启动抽水时 密闭箱体内出现负压 此时 管 1 4 中水面下降 管 2 中水面上升 只要箱内负压与大气压力之差不大于 H2 mH2O 管 1 中水面就不会降到 I I 以下 管 2 中的水封就不会被冲破 空气就不能进入水箱 水柱高度 H2为水箱可能出现的最大真空度 当水箱 内的真空度消失后 B 室中的存水由管 2 端的孔眼重新流回管 2 4 及管 1 中 当水箱内存水过多 水面上升超过 H3高度后 水可经由水封管的通气口排出 与凝水箱连接的管 3 应在水箱的溢流水位高度处 安全水封的连通管 d 应根据排气量来确定 水室 A B 的直径 可参阅有关供热设计手册计算确定 凝水泵应不少于两台 其中一台备用 选择凝水泵流量时 按可能达到的最大小时凝结水量来计算 扬程应按凝结水管网的水压图 见后面章节 来确定 并留有 30 50Pa 的富裕压力 9 39 3 凝结水管网的水力工况和水力计算凝结水管网的水力工况和水力计算 一 两相流的几种形式 1 1 乳状混合物乳状混合物 当流速很高和凝水大量汽化时才会出现这种现象 在这种情况下 蒸汽和细滴状的水 充满管道截面 呈现为白色的乳状物 2 2 水膜状水膜状 在管道截面中部 有蒸汽携带少量水滴快速流动 在管壁表面上形成一层薄的水膜 此水 膜沿管壁作回转前进的流动 3 3 汽水分层汽水分层 当凝水干管的管径大而流速小时会出现这种现象 蒸汽速度较高时 凝水水面起波浪 蒸汽流速较小时 汽水分界面很平静 4 4 汽水充塞汽水充塞 在直径不大的凝水管中 由于积水或者疏水器间歇动作 可引起此种流态 5 5 汽泡状汽泡状 在汽水充塞流动中 如果管道中蒸汽量减少 便出现汽泡状流动 二 凝水管分类及其管径确定的基本方法 1 由凝水充满断面的满管流动凝水管路 可以根据水力计算的结果确定其管径 2 对于由乳状混合物充满断面的满管流动凝水管路 可以根据水力计算的结果确定其管径 认为流体 在管中的流动规律和热水管路相同 不考虑由于蒸汽和凝水间的 滑动 所产生的摩擦及分子间碰撞 的能量损失 在计算流动的摩擦阻力损失和局部阻力损失时 采用和热水相同的公式 只需将乳状混 合物的密度代入计算即可 3 对于非满管流动的管路 使用根据经验和实验结果制成的管道输送能力表 有如低压的干式凝水管 那样 根据管道负荷查表确定管径 不在进行水力计算 14 三 凝水管压力状况的分析及确定管径的具体方法 现以一个包括各种流动状况的凝结水回收系统为例 分析各种凝水管道的水力工况和相应的水 力计算方法 见图 9 9 图图 9 99 9 包括各种流动状况的凝结水回收系统示意图包括各种流动状况的凝结水回收系统示意图 1 用汽设备 2 疏水器 3 二次蒸发箱 4 凝水箱 5 凝水泵 6 总凝水箱 7 压力调节器 1 1 管段管段 ABAB 由用热设备出口至疏水器入口的管段 该管段的凝水流动状态属非满管流 疏水器的布置应低于 用热设备 凝水向下沿不小于 i 0 05 的坡度流向疏水器 管段 AB 的水力计算 如第八章所述 可采用附录 5 5 根据凝水管段所负担的热负荷 确定这种 干凝水管的管径 在一些大型的的换热器上 疏水器并不装在换热器的底部 而装在换热器本体下部 的某一水平面上 其目的是用以维持换热器出口具有一定过冷度 这种疏水器上部连着蒸汽平衡管 利用浮球等附件 起着控制换热器水位的作用 在此情况下 该管段的凝水流态就属于满管流 而不 是非满管流动状态 2 2 管段管段 BCBC 从疏水器出口到二次蒸发箱或凝水箱出口的管段 凝水在该管道流动 由于不可避免的通过疏水 器时形成的二次蒸汽和疏水器漏汽 这种余压回水方式的流态属于乳状混合物的两相流态 在工程设计中 按蒸汽和凝水呈乳状混合 物充满管道截面流动 其乳状混合物的密度可用下式求得 r 1 vr 1 x vq vs vs kg m3 18 式中 r 汽水乳状混合物的密度 kg m3 z 汽水乳状混合物的比容 m3 kg vs 凝水比容 可近似取 vs 0 001 m3 kg vq 在凝水管段未端或凝水箱 或二次蒸发箱 压力下的饱和蒸汽比容 m3 kg x 1kg 汽水混合物中所含蒸汽的质量百分数 x x1 x2 kg kg x1 疏水器的漏汽率 百分数 根据疏水器类型 产品质量 工作条件和管理水平 而异 一般采用 0 01 0 03 x2 凝水通过疏水器阀孔及凝水管道后 由于压力下降而产生的二次蒸汽量 百分数 量 根据热平衡原理 可按下式计算 x2 q1 q2 r3 9 19 q1 疏水器前 P1 压力下饱和凝水的焓 kJ kg q3 在凝水管段末端 或凝水箱 或二次蒸发箱 P3压力下的饱和凝水的焓 kJ kg r3 在凝水管段末端 或凝水箱 或二次蒸发箱 P3压力下蒸汽的汽化潜热 kJ kg 注意注意 a a 以上计算是假定二次汽化集中在管道末端 实际上 二次汽是在疏水器处和沿管道压力不断下降而 逐渐产生的 管壁散热又会减少一些二次汽的生成量 以管道末端汽水混合物密度作为余压凝水系统 计算管道的凝水密度 亦即以最小的密度值作为管段的计算依