Результати розрахунків зводимо в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1

Наз-ва цеху	Qomax, кBm	Qvmax, кBm	Qhmax, кBm	Qmmax кBm	кBm	QoP, ГДж	Qpv, ГДж	QPhmax, ГДж	QPm ГДж	ГДж
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Визначаємо витрати теплоти залежно від температури зовнішнього повітря та заносимо їх у таблицю 2, користуючись для перерахунку навантаження системи опалення та вентиляції значенням відносного теплового потоку , яке дорівнює

, (3.13)

де – температура внутрішнього повітря, ^оС; – температура зовнішнього повітря в діапазоні від розрахункової температури зовнішнього повітря на опалення до +8 ^оС ; - розрахункова температура зовнішнього повітря на опалення, ^оС. Результати розрахунку заносимо в таблицю 3.2 та будуємо графік теплових потоків за тривалістю опалювального періоду.

Таблиця 3.2

Розрахунок теплових потоків

Температура	, oC	; oC	;oC	+8oC	Літо
__ Відносний тепловий потік , Q
Витрата теплоти на опалення, Qo
Витрата теплоти на вентиляцію, Qv
Витрата теплоти на гаряче водопостачання, Qhmax
Витрати теплоти на технологію, Qт
Сумарна витрата теплоти ,

4. Вибір системи теплопостачання

Вибір системи теплопостачання, теплоносія, його параметрів та засобу прокладання теплової мережи здійснюється відповідно вимогам [1,2,4,8,11,12].

5. Гідравлічний розрахунок

Гідравлічний розрахунок парових теплових мереж високого тиску здійснюють в такій послідовності:

Визначають розрахункові теплові навантаження споживачів пари Q_max та її параметри в двох точках (тиск, температуру та густину пари на джерелі теплоти Р_п, t_п та біля споживача Р_к, t_к ) (дод.14, 15);

Визначають розрахункові витрати пари окремими агрегатами за даними проектів Д_р в кг/с або за формулою:

або (5.1)

де – максимальне розрахункове теплове навантаження споживачів пари, Вт; r – питома теплота пароутворення при середньому тиску пари в агрегаті, Дж/кг; – різниця ентальпій на вході та на виході споживача, Дж/кг.

На генплан об’єкта теплопостачання наносять трасу парових мереж від джерела теплоти до споживачів. Головні принципи, якими потрібно керуватись при виборі траси – найменша довжина та вартість будівництва і експлуатації, надійність роботи, ув’язка з існуючими інженерними комунікаціями та існуючою і перспективною забудовою.

Попередній розрахунок

Метою попереднього розрахунку є попереднє визначення діаметрів трубопроводів.

Схему теплових мереж розбивають на розрахункові ділянки (рис. 5.1). За розрахункову ділянку приймають трубопровід, діаметр та витрата теплоносія в якому не змінюються.

Для кожної розрахункової ділянки визначають довжину та розрахункову витрату пари . Розрахункову витрату теплоносія на ділянках визначають простим додаванням розрахункових витрат споживачів, рухаючись від кінцевих споживачів проти руху теплоносія до джерела теплоти. Сумарну розрахункову витрату пари в парових мережах, які забезпечують підприємства з різними добовими режимами роботи, визначають із врахуванням розбіжності максимальних витрат пари окремими підприємствами. При відсутності проектних добових графіків витрати пари доп ускається до сумарної витрати пари вводити коефіцієнт 0,9.

Визначають середній коефіцієнт втрат тиску в місцевих опорах за формулою:

(5.2)

де z_p – коефіцієнт, який приймають для пари z_p = 0,2-0,4; Д_d – витрата теплоносія на початковій ділянці розгалуженого трубопроводу, кг/с.

Вибирають головну розрахункову магістраль. Для цього визначають орієнтовне значення питомих втрат тиску від джерела теплоти до кожного споживача за формулою:

(5.3)

де – довжина головної розрахункової магістралі, м; а_ср – середній коефіцієнт втрат тиску в місцевих опорах; Р_п, Р_к – тиск пари на початку та в кінці головної розрахункової магістралі, Па.

За головну розрахункову магістраль приймають відгалуження теплової мережі, для якого величина питомої втрати тиску на тертя найменша. В першу чергу виконують розрахунок головної розрахункової магістралі, а потім розраховують відгалуження.

Визначають орієнтовні значення зменшення тиску, починаючи з першої ділянки головної розрахункової магістралі від джерела теплоти за формулою:

(5.4)

де – довжина і-тої ділянки, м.

Визначають орієнтовні значення тиску в вузлових точках за умови рівномірного зменшення тиску в напрямку головної розрахункової магістралі за формулами:

(5.4)

де – тиск пари на початку та в кінці ділянки, Па; – довжина ділянки.

Визначають орієнтовні значення температури пари на кінці ділянки для попередження конденсації пари в трубопроводах за рахунок втрат теплоти в навколишнє середовище, зменшення температури пари по довжині паропроводу приймають приблизно рівним 2^оС на 100 м. Звідки:

(5.5)

де температура пари на початку та на кінці ділянки, ^оС; – довжина і-тої ділянки, м.

Визначають за значенням та густину на кінці ділянки за додатками 14 або 15.

Визначають орієнтовне значення середньої густини пари на ділянці в кг/м³ за формулою:

(5.6)

де _пі; _кі – густина пари на початку та на кінці ділянки відповідно, кг/м³; – орієнтовне значення середньої густини пари на ділянці, кг/м³.

Визначають табличне значення питомих втрат тиску по довжині в головній магістралі за формулою:

(5.7)

де – табличне значення густини пари, = 1 кг/м³.

За значенням табличних питомих втрат тиску в головній розрахунковій магістралі та розрахунковою витратою пари Д_d на ділянці визначають діаметри паропроводів D_з*s за таблицями (додаток 16) або номограмами, які складені при еквівалентній шорсткості труб 0,2 мм та густині пари _т = 1 кг/м³, а також визначають табличні питомі втрати тиску та табличну швидкість руху пари на ділянці w_т, які відповідають стандартним діаметрам.

Кінцевий розрахунок

Кінцевий розрахунок виконують послідовно по ділянках з метою більш точного визначення діаметрів трубопроводів, а також тисків та температур у вузлових точках теплової мережі.

Визначають фактичні значення питомих втрат тиску R та швидкості пари w на ділянці , які відповідають за формулами:

(5.8)

де R_т , w_т – табличні значення питомих втрат тиску та швидкості, – середня густина пари на ділянці, яку визначають за (5.6).

При розрахунку паропроводів потрібно враховувати, що дійсна швидкість пари не повинна перевищувати максимальних значень: для насиченої пари w_max = 35/60 м/с, для перегрітої – 50/80 м/с (значення в чисельнику приймаються для паропроводів з D_у <200 мм, а в знаменнику з D_у >200 мм).

Розміщують на схемі теплових мереж всі місцеві опори: засувки, компенсатори, відводи, трійники та інше.

Визначають еквівалентні довжини місцевих опорів за додатком 17 та приведені довжини ділянок головної розрахункової магістралі за формулою , м.

Визначають фактичні втрати тиску на ділянці та тиск пари на кінці ділянки за формулами:

(5.9)

(5.10)

Визначають втрати теплоти ділянкою паропроводу в навколишнє середовище за формулою:

(5.11)

де q_п – питомі втрати теплоти паропроводом (додаток 7), Вт/(м^.оС); t_о – середньорічна температура навколишнього середовища, приймається залежно від способу прокладання теплової мережі, С; t_ср – середня температура пари на ділянці, С, дорівнює ; – довжина ділянки, м.

Уточнюють зменшення температури пари на ділянці t, температуру пари на кінці ділянки t_к, які потрібні для визначення густини пари на кінці ділянки _к та середньої густини пари на ділянці _ср за формулами:

(5.12)

де теплові втрати ділянки паропроводу Q_п визначають за формулою (5.11), а теплоємність перегрітої пари приймають с_р = 2,1 кДж/(кг^.оС).

За значенням тиску та температури на кінці ділянки за таблицями властивостей водяної пари (додатки 14, 15) визначають густину пари на кінці ділянки та уточнюють значення середньої густини пари на ділянці за формулою . Якщо орієнтовне значення середньої густини пари на ділянці не збігається з розрахованим значенням середньої густини на ділянці , то розрахунок ділянки паропроводу повторюють.

Результати розрахунків заносять до таблиці 5.1.

Таблиця 5.1

Гідравлічний розрахунок паропроводів

№ ділянки

Попередній розрахунок

Розрахункова витрата пари, Дd, кг/с

Геометрична довжина ділянки, ℓ,м

Початок ділянки

Кінець ділянки

Середня густина пари на ділянці, /ср, кг/м3

Середня температура пари на ділянці, tср, C

Діаметр паропроводу на ділянці, D х s, мм

Табличні питомі втрати тиску на ділянці, Rт, Па/м

Таблична швидкість пари на ділянці, wт, м/с

Тиск пари, Pn, МПа

Температура пари, tn, C

Густина пари, n кг/м3

Тиск пари, Pк, МПа

Температура пари, tк, C

Густина пари, к кг/м3

№ ділянки	Кінцевий розрахунок
	Питомі втрати тиску на ділянці, R, Па/м	Швидкість пари на ділянці, w, м/с	Довжина ділянки		Втрати тиску на ділянці, Р=R ℓ np, Па	Тиск на кінці ділянки, Pк, МПа	Питомі втрати теплоти паропроводом qп, Вт/(м.оС)	Втрати теплоти на ділянці, Qn, Вт	Уточнені параметри пари на ділянці
			еквівалентна, ℓe, м	приведена, ℓпр, м					Температура пари на кінці ділянки, tк, C	Густина пари на кінці ділянки, к кг/м3	Середня густина пари, ср кг/м3

Якщо температура пари на кінці ділянки t_к не нижча від температури насичення, яка відповідає тиску на кінці ділянки Р_к , то конденсація пари на ділянці виключається. Якщо температура пари на ділянці менша від температури насичення, потрібно враховувати додаткову витрату пари на конденсацію, яка виникає через втрати теплоти в трубопроводі. Витрату пари на конденсацію в кг/с визначають за формулою:

(5.12)

де r – питома теплота пароутворення при середньому тиску на ділянці, Дж/кг; Q_п – тепловтрати розрахункової ділянки ізольованого паропроводу, Вт, визначені за формулою (5.11).

Таким чином, розрахункову витрату насиченої пари на ділянці визначають за формулою:

(5.13)

де Д_р – розрахункова витрата пари на ділянці без врахування витрати на конденсацію, кг/с; 0,5 Д_к – половина витрати пари на конденсацію на розрахунковій ділянці, кг/с; – витрата пари на конденсацію на всіх ділянках після розрахункової за рухом пари, кг/с.

Розрахунок починають від джерела теплоти по ділянках, кінцевий тиск на першій ділянці дорівнює тиску на початку наступної ділянки. Після розрахунку головної магістралі виконують розрахунок відгалужень, починаючи з визначення орієнтовних питомих втрат тиску на відгалуженні від точки підключення відгалуження до головної магістралі до точки підключення споживача та далі - аналогічно розрахункам ділянок головної магістралі.

Розрахунок паропроводу вважають закінченим, якщо тиск пари біля споживачів близький до заданого тиску Р_к, але не менший від заданого.

Приклад гідравлічного розрахунку паропроводу.

Розрахувати парову мережу, для якої довжини ділянок та витрати пари у споживачів наведені на рис. 5.1. Параметри пари на початку паропроводу Р_п=0,7 МПа; t_n=240С. Тиск пари у всіх споживачів однаковий та дорівнює Р_к=0,55 МПа. Паропровід прокладено в непрохідному каналі. На мережі встановлені сальникові компенсатори через 80-100 м.

Вибираємо головну магістраль 1-2-3, довжина якої дорівнює Sℓ=500+400+400=1300м.

Попередній розрахунок

1. Зменшення тиску починаючи з першої ділянки від джерела теплоти до кінцевого споживача

2. Орієнтовний перепад температур на головної магістралі

3. Температура пари на кінці головної магістралі

4. По таблицям для водяної пари густина пари r_п =2,98 кг/м³ , r_к =2,46 кг/м³, r_ср =0,5(2,98+2,46) = 2,72 кг/м³.

5. За формулою при Д₁=6,7 кг/с а_ср =

6. За формулою

7. Табличне значення наявних питомих втрат тиску по довжині при r= 1 кг/м³

8. Ділянка 1: а) орієнтовне значення кінцевого тиску на ділянці 1 ,

б) температура пари на кінці ділянки

в) густина пари (додаток 15) r_к =2,83 кг/м³, r_ср =0,5(2,98+2,83) = 2,91 кг/м³,

г) середня температура пари

9. За значенням та Д₁ = 6,7 кг/с (24 т/год) за додатком 16 діаметр D*s = 325*8 мм, для якого

Кінцевий розрахунок

Ділянка 1.

1. При r_ср = 2,91 кг/м³ фактичні значення

2. Сумарна еквівалентна довжина місцевих опорів при D₁*s = 325*8 мм та к_е=0,2 мм:

засувка - 5,2 м;

5 сальникових компенсаторів - 5*5,2=26 м.

Разом ℓ_е = 5,2+26=31,2 м.

3. Втрати тиску

4. Тиск на кінці ділянки

5. За додатком 13 при D*s = 325*8 мм та q_п = 1,34 Вт/(м^.оС).

Втрати теплоти в навколишнє середовище .

6. Уточнені значення параметрів пари на ділянці при с_р = 2,1 кДж/(кг^.оС):

а) перепад температур та температура пари на кінці ділянки

б) густина пари (додаток 15) r_к =2,83 кг/м³, r_ср =0,5(2,98+2,83) = 2,91 кг/м³.

Уточнені значення та практично повністю співпадають з результатами попереднього розрахунку, що свідчить при надійність результатів. Приймаємо уточнені та за початкові параметри пари для другої ділянки парової мережі та аналогічно розраховуємо другу та інші ділянки. Результати зводимо в таблицю 5.2

Таблиц5.2

Гідравлічний розрахунок паропроводів

№ ділянки

Попередній розрахунок

Розрахункова витрата пари, Дd, кг/с

Геометрична довжина ділянки, l,м

Початок ділянки

Кінець ділянки

Середня густина пари на ділянці, /ср, кг/м3

Середня температура пари на ділянці, tср, C

Діаметр паропроводу на ділянці, D х s, мм

Табличні питомі втрати тиску на ділянці, Rт, Па/м

Таблична швидкість пари на ділянці, wт, м/с

Тиск пари, Pn, МПа

Температура пари, tn, C

Густина пари, n кг/м3

Тиск пари, Pк, МПа

Температура пари, tк, C

Густина пари, к кг/м3

1	6,7	500	0,7	240	2,98	0,642	230	2,83	2,91	235	325*8	235	90
2	3,9	400	0,657	229,1	2,83	0,611	221,1	2,67	2,75	225,1	273*7	195	74
3	2,2	400	0,626	216,3	2,73	0,55	208,3	2,51	2,62	212,3	194*5	390	85
Відгалуження 4
4	1,7	300	0,626	216,3	2,73	0,55	210,3	2,50	2,62	213,3	194*5	225	64
Відгалуження 5
5	2,8	500	0,657	229,1	2,83	0,55	219,1	2,45	2,64	224,1	219*6	320	83

№ ділянки	Кінцевий розрахунок
	Питомі втрати тиску на ділянці, R, Па/м	Швидкість пари на ділянці, w, м/с	Довжина ділянки		Втрати тиску на ділянці, Р=R lnp, Па	Тиск на кінці ділянки, Pк, МПа	Питомі втрати тепло-ти паропроводом qп, Вт/(м.оС)	Втрати теплоти на ділянці, Qn, Вт	Уточнені параметри пари на ділянці
			еквівалентна, ℓe, м	приведена, ℓпр, м					Температура пари на кінці ділянки, tк, C	Густина пари на кінці ділян-ки, к кг/м3	Середня густина пари, к кг/м3

1	81	31	31,2	531,2	43,0	0,657	1,34	154	229,1		2,83	2,91
2	71	27	30,8	430,8	30,6	0,626	1,20	105	216,3		2,73	2,78
3	148	32	62,1	462,1	68,4	0,558	1,05	87	197,5		2,56	2,64
Відгалуження 4
4	85	24	63,1	363,9	31,0	0,595	1,05	65		198,1	2,78	2,75
Відгалуження 5
5	122	32	80,6	580,6	71,0	0,586	1,05	115		209,6	2,65	2,74

6. Розрахунок конденсатопроводів

Конденсатопроводи залежно від стану конденсату поділяють на однофазні, в яких рухається рідина, та двофазні або емульсійні, в яких рухається двофазна суміш пари та рідини. Методика розрахунку конденсатопроводів залежить від стану конденсату, який в ньому рухається. Якщо температура конденсату в конденсатопроводі t_кон менший від температури насичення t_s при тиску в конденсатопроводі, то в ньому рухається однофазна рідина без домішок пари. Якщо t_кон  t_s, то виникає скипання частини конденсату, а його стан стає емульсійним. Стан конденсату та тип конденсатопроводу залежить від технологічних пристроїв, які споживають пару, та пристроїв для відведення конденсату. Після технологічних пристроїв пара, яка сконденсувалась, проходить через конденсатовідвідник та подається в конденсатопровід, по якому рухається до баку збору конденсату, а з нього насосом перекачується до джерела теплоти.

Конденсатопроводи після споживачів пари, в яких конденсат охолоджується до температури, що забезпечує відсутність перетворення конденсату в пару по всієї довжині конденсатопроводу до бака збору конденсату, розраховують як однофазні напірні. Рух конденсату відбувається за рахунок тиску після споживача пари та різниці рівня конденсату у споживачі пари і в баці збору конденсату.

Конденсатопроводи після споживачів пари без охолодження конденсату (температура конденсату t_кон приблизно дорівнює температурі насичення t_s) до конденсатовідводників розраховують як двофазні самотічні, де емульсія рухається за рахунок різниці рівня конденсату у споживачі пари та в конденсатовідвіднику.

Конденсатопроводи за конденсатовідвідниками при відсутності охолодження конденсату у споживачах пари також є двофазними напірними з рухом емульсії за рахунок тиску після конденсатовідвідника та різниці геодезичних відміток. Конденсатопроводи, які розташовані після конденсатних насосів, завжди однофазні напірні, бо насоси вибирають із врахуванням тиску, який забезпечує нескипання конденсату. Конденсатопроводи між баком збору конденсату та насосом повинні забезпечувати роботу насосів під заливом з підпором, якого достатньо для запобігання кавітації (при температурі конденсату приблизно 100С потрібен підпір води приблизно 5м).

Розрахункові витрати конденсату G_кон визначають за витратою пари споживачами з врахуванням втрат пари у них (приблизно 10-30%) з врахуванням неодночасності роботи споживачів пари. Однофазні напірні конденсатопроводи рекомендується розраховувати на максимальні годинні витрати конденсату при роботі з повним перерізом. При цьому потрібно перевіряти, щоб тиск в конденсатопроводах в усіх режимах був вищий від тиску скипання при температурі конденсату та був вищий від атмосферного тиску, щоб в конденсатопроводі не було вакууму і щоб в ньому не виникало підсмоктування повітря крізь нещільності.

Гідравлічний розрахунок однофазних напірних конденсатопроводів здійснюють аналогічно гідравлічному розрахунку водяних теплових мереж, але при еквівалентній шорсткості трубопроводів к_е = 1 мм та за умови, що питомі втрати тиску рекомендується приймати R^/  100 Па/м за таблицями або номограмами для розрахунку конденсатопроводів. Гідравлічний розрахунок двофазних емульсійних конденсатопроводів виконують за методикою, яку наведено в [1].

Повернення конденсату від споживачів до джерела теплоти є технічно достатньо складним. Але якщо його очищення є ефективним, то повернення конденсату забезпечує економію теплоти та зменшує об’єм хімводоочищення.

Розрахунок емульсійного конденсатопроводу [1].

Тиск перед конденсатовідвідником, що установлено поза технологічним обладнанням, яке споживає пару, розраховують з рівняння

(6.1)

де Р_пр- тиск пари в технологічному пристрої, МПа.

При дренажі паропроводу тиск пари перед конденсатовідвідником приймається рівним тиску пари в паропроводі, де приєднано конденсатовідвідник.

Тиск пари після конденсатовідвідника приймають рівним

(6.2)

де А – коефіцієнт, який залежить від тиску в паропроводі, якщо  0,17 Мпа А = 0,4 –0,5 , якщо  0,17 МПа А = 0,5 –0,7 .

Наявний тиск для розрахунку конденсатопроводів за конденсатовідвідником визначають за різницею тиску за конденсатовідвідниками ^ та в конденсатному баці із врахуванням різниці геодезичних відміток їх розміщення

, МПа , (6.3)

де h_к , h_б – відповідно відмітки конденсатовідвідника та конденсатного баку, м.

Однофазні конденсатопроводи розраховують аналогічно водяним трубопроводам, але при еквівалентній шорсткості К_е =1 мм та R_L100 Па/м за номограмами або таблицями [1, 2].

Емульсійні конденсатопроводи розраховують із врахуванням виникнення пари вторинного скипання в кількості X кг на 1 кг конденсату за рівнянням

(6.4)

де – ентальпія конденсату на початку та на кінці ділянки конденсатопроводу, кДж/кг; r_к – прихована теплота пароутворення при тиску на кінці розрахункової ділянки, кДж/кг.

Це рівняння не враховує пролітну пару, яка при вірному підбиранні конденсатовідвідників відсутня. Повна кількість вторинної пари D_вск, яка виникає на ділянці, визначається з рівняння

(6.5)

де G_к – витрата конденсату, кг/с.

Емульсійні конденсатопроводи розраховують за тими ж номограмами та таблицями, що і напірні, а наявність пари враховується за допомогою коєфіцієнту , який дорівнює

(6.6)

де – густина суміші, яка залежить від початкового та кінцевого тиску на ділянці конденсатопроводу і визначається з таблиці [1] або розраховується за методикою [1, 2].

Так швидкість конденсату w та питомі втрати R_L тиску на ділянці дорівнюють

(6.7)

(6.8)

де w_т і R_LТ – табличні значення швидкості та питомих втрат тиску відповідно.

При цьому швидкість емульсії не повинна бути більш за 35 м/с для конденсатопроводів з D_у  200 мм та 60 м/с для D_у  200 мм.

Тиск наприкінці ділянки конденсатопроводу визначається з рівняння:

(6.9)

Результати розрахунку зводимо в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1