Гидравлический расчет

2.4 Гидравлический расчет

Задачами гидравлических расчётов трубопроводов могут являться:

1) расчёт перепадов давления при обычных режимах, т.е. расходах меньших критических;

2) определение максимально возможного (критического) расхода пара в паропроводе;

3) определение перепадов давления (и соответственно параметров потока) в паропроводе при продувках в атмосферу.

Для выполнения гидравлических расчётов трубопроводов необходимо располагать параметрами пара на выходе, компоновочными и конструктивными данными по всем элементам трассы трубопроводов.

Компоновочные и конструктивные данные трассы трубопроводов должны содержать: схему трубопроводов, включающую в себя все элементы в последовательности, соответствующей движению потока, геометрические размеры каждого элемента, характеристики всех местных сопротивлений, в том числе арматуры.

В данном дипломном проекте проводится расчёт перепадов давления при обычном режиме.

Ниже приводится принципиальная схема проектируемого паропровода.

На схеме обозначены:

1)  КУ№1-котел-утилизатор КСТ-80 №1

2)  КУ№2-котел-утилизатор КСТ-80 №2

3)  КУ№3-котел-утилизатор КСТ-80 №3

4)  КУ№4-котел-утилизатор КСТ-80 №4

5)  ТГ №1-турбогенератор ТГ-3/6,3-С-1

6) ТГ №2-турбогенератор ТГ-3/6,3-С-1

2.4.1 Гидравлический расчет паропровода

Паропроводы на температуру перегретого пара до 450 ºС и давление не более 4 МПа конструируются из труб, стали 20.

Рекомендуемое значение скорости свежего пара докритических параметров 50-70 м/сек.

Потеря давления в трубопроводе  , Па, определяется по формуле:

, (7)

где - линейная потеря давления, Па;

- потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Линейная потеря давления , Па равна:

,  (8)

где - удельная линейная потеря давления, Па/м;

- длина трубопровода, м.

Подавляющее большинство трубопроводов работает в области квадратичного закона сопротивлений, для них (для определения удельной линейной потери давления , Па/м) справедлива следующая формула:

, (9)

где - коэффициент, определяется по литературе /9, 98/ с учетом абсолютной эквивалентной шероховатости внутренней стенки труб трубопровода, м^0,25;

- расход теплоносителя, кг/сек;

 - средняя плотность пара, кг/м³;

- внутренний диаметр участка трубопровода, м.

Внутренний диаметр участка трубопровода , м, определяют по рекомендуемой скорости движения среды, исходя из максимально-возможного в эксплуатации ее расхода:

, (10)

где - скорость движения среды, м/с.

Потеря давления в местных сопротивлениях, Па равна:

, (11)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений. Значения этих коэффициентов выбираются по таблицам, приведенным в /9, 99/

Позиции 1, 2, 3, 4 - места врезки паропроводов от соответствующих котлов-утилизаторов КСТ-80.

В связи с тем, что постоянно в работе находится 3 котла из 4-х, для достижения наиболее точного результата гидравлического расчета принимаем, что не работает котел №1 (позиция 1 на рисунке 9).

G - расход пара на участке, кг/сек;

L - длина участка, м;

 - скорость движения пара, м/сек;

P₁ - давление пара в начале участка, МПа;

d_вн - внутренний диаметр участка трубопровода, мм;

R_л - удельная линейная потеря давления, Па/м;

 - потеря давления на участке, Па;

P₂ – давление пара в конце участка, МПа.

Ниже приводится сводная таблица результатов гидравлического расчета выполненного согласно формул (7)-(11)

Таблица 22 - Сводная таблица расчета участка А-В

Участок 4-3.

Принимаем скорость движения пара - 50 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода будет равен:

м

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 351 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления на участке составит:

Па/м.

Линейная потеря давления на участке:

Па.

Местных сопротивлений на участке нет, следовательно, потеря давления на участке будет равна:

Па.

Давление пара P₂, Па, в конце участка 4-3 будет равно:

, (12)

 Па.

Участок 3-2.

Принимаем скорость движения пара - 70 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода будет равен:

м.

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 351 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления на участке составит:

Па/м.

Линейная потеря давления на участке:

Па.

Из местных сопротивлений на участке есть сальниковый компенсатор (), следовательно, потеря давления в местном сопротивлении согласно формулы (11) составит:

 Па.

Полное падение давления на участке по формуле (7) составит:

Па.

Давление пара в конце участка 3-2, согласно формуле (12) будет равно:

 Па.

Участки 2-1 и 1-5.

Принимаем скорость движения пара - 70 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода будет равен:

м

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 351 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления на участке составит:

Па/м.

Линейная потеря давления на участке:

 Па.

Местных сопротивлений на участке нет, следовательно, потеря давления на участке будет равна:

 Па.

Давление пара в конце участка 5-1 согласно формуле (10) будет равно:

 Па.

Расчет падения давления при переходе с участка A-B на B-C, с B-C на C-D, c C-D на D-E (см. рисунок 8).

При переходе используется колено под углом 90º, гладкое R=2d, коэффициент местного сопротивления , количество колен 3.

Тогда падение давления пара при переходе через местное сопротивление согласно формуле (9) будет равно:

Па.

Расчет падения давления на участке B-C-D-D^I (см. рисунок 7).

Согласно формуле (9) удельная линейная потеря давления будет равна:

 Па/м.

Линейное падение давления:

, Па.

Расчет падения давления на участке D^I-E. Расход пара на турбогенераторы составляет: 13,9 кг/сек. Принимаем скорость движения пара - 70 м/сек. Тогда согласно формуле (10) внутренний диаметр трубопровода определится:

 м.

Согласно сортаменту труб для паропроводов принимаем к прокладке трубу с внутренним диаметром 299 мм. Тогда скорость движения пара из выражения (10) определится:

 м/сек.

Удельная линейная потеря давления:

Па/м.

Линейное падение давления:

Па.

Расчет падения давления при переходе с участка D-E на E-F, с E-F на F-G, c F-G на G-H (см. рисунок 7).

При переходе используется колено под углом 90º, гладкое R=2d, коэффициент местного сопротивления , количество колен 3.

Тогда падение давления пара при переходе через местное сопротивление согласно формуле (11) будет равно:

 Па.

Расчет падения давления на участке E-F (см. рисунок 7).

Согласно формуле (9) удельная линейная потеря давления будет равна:

 Па/м.

Линейное падение давления:

Па.

На данном участке расположены: измерительная диафрагма и нормальная задвижка. Коэффициент местного сопротивления измерительной диафрагмы , задвижки нормальной .

Па.

Полное падение давления на участке:

Па.

Расчет линейного падения давления на участке F-G-H.

Согласно формуле (9) удельная линейная потеря давления будет равна:

Па/м.

Линейное падение давления:

 Па.

Суммируя линейные и местные потери давления по всем участкам и вычитая их из давления в начальной точке получаем давление в точке H:

 Па.  (13)

Таким образом, у потребителей - паровых турбин гарантируется давление свежего пара не ниже 1,034 МПа.