Dimensionierung von Dampfleitungen — Geschwindigkeit und Druckverlust

Dimensionierung von Dampfverteilungsleitungen anhand von Geschwindigkeit, Druckverlust und Kapazitätstabellen.

steampipesizingRechner

Übersicht

Die Dampfrohrauslegung balanciert den verfügbaren Druck gegen Reibungs- und Armaturenverluste, um am Verbrauchspunkt einen ausreichenden Dampfdruck bereitzustellen. Der für die Verteilung verfügbare Druck entspricht der Differenz zwischen dem Kesselausgangsdruck und dem am Verbraucher erforderlichen Mindestdruck. Dieser verfügbare Druck muss sowohl die Hauptverluste (Rohrreibung) als auch die Nebenverluste (Armaturen, Ventile, Bögen) im gesamten System überwinden.

Eine korrekte Auslegung vermeidet übermäßige Druckverluste, die die Endverbrauchergeräte unterversorgen, und hält gleichzeitig die Geschwindigkeiten innerhalb der empfohlenen Grenzen, um Erosion und Geräusche zu verhindern.

Wichtige Formeln

Verfügbarer Druckverlust

$p = p_j - p_k$

Das Druckbudget für das gesamte Verteilsystem — die Differenz zwischen dem anfänglichen Kesseldruck und dem erforderlichen Enddruck am Dampfverbraucher.

Gesamter Systemdruckverlust

$p_t = p_{major} + p_{minor}$

Der Gesamtverlust ist die Summe aus Reibungsverlusten in geraden Rohrleitungen und lokalen Verlusten durch Armaturen.

Hauptverlust — Reibung pro Längeneinheit

$p_a = \text{friction resistance per unit length of pipe}$

Für Niederdruckdampf beträgt der empirische Druckverlust pro 100 ft Rohr:

$p_{a\text{-}100} = \frac{0.01306 \; q^2 \left(1 + \dfrac{3.6}{d_i}\right)}{3600 \; \rho \; d_i^{\,5}}$

Nebenverlust — Armaturen

$p_{minor} = \zeta \cdot \frac{\rho \, v^2}{2}$

Alternativ können Nebenverluste als äquivalente Länge eines geraden Rohrs ausgedrückt werden, was kombinierte Berechnungen vereinfacht:

$p_t = p_a \left( l + l_e \right)$

wobei $l$ die tatsächliche Rohrlänge und $l_e$ die gesamte äquivalente Länge aller Armaturen ist.

Variablen

Symbol	Beschreibung	Typical Unit
$p$	Available pressure drop	Pa, psi
$p_j$	Initial (boiler) pressure	Pa, psi
$p_k$	Final (consumer) pressure	Pa, psi
$p_t$	Total system pressure drop	Pa, psi
$p_{major}$	Friction pressure loss in pipes	Pa, psi
$p_{minor}$	Pressure loss in fittings	Pa, psi
$p_a$	Friction resistance per unit length	Pa/m, psi/ft
$p_{a\text{-}100}$	Pressure drop per 100 ft pipe	psig / 100 ft
$q$	Steam mass flow rate	lb/h
$d_i$	Pipe inside diameter	in
$\rho$	Steam density	lb/ft³
$\zeta$	Loss coefficient for fitting	—
$l_e$	Equivalent length of fittings	m, ft

Typische Dampfgeschwindigkeiten

3 Zeilen

Empfohlene Dampfrohrgeschwindigkeiten zur Balance zwischen Druckverlust und Erosionsrisiko.
Dampfart	Geschwindigkeit (m/s)	Geschwindigkeit (ft/s)
Exhaust steam	20 – 30	70 – 100
Saturated steam	30 – 40	100 – 130
Superheated steam	40 – 60	130 – 200

Quelle: engineeringtoolbox.com

Reibungsverlust-Rechner

Druckverlust pro 100 ft — Niederdruckdampf

Volumenstrom (q)(lb/h)

Innendurchmesser (d_i)(in)

Dampfdichte (ρ)(lb/ft³)

Einheitenrechner

Dampfrohr-Dimensionierung Einheitenrechner

Druck(psi)

Rohrlänge(ft)

Dampfdurchfluss(lb/h)

Geschwindigkeit(ft/s)

Innendurchmesser des Rohrs(in)

Quell-Rechnersignale

Die zwischengespeicherte Quellseite enthält ein gemeinsames Formular und 58 Eingabeelemente, darunter die Engineering ToolBox-Suche/-Anordnung und die Steuerelemente des Einheitenrechners. Dies sind keine 59 separaten Dampfrohr-Dimensionierungsrechner. Die wesentliche Quellfunktionalität wird mit dem Druckverlustrechner, der typischen Dampfgeschwindigkeitstabelle, den Ersatzlängenformeln und dem obigen Einheitenrechner beibehalten.

Konstruktionshinweise

Verfügbarer Druck entspricht der Differenz zwischen dem Kesseldruck und dem mindestens erforderlichen Lieferdruck am entferntesten Verbraucher. Dieses Budget bestimmt die Rohrdurchmesserwahl.
Eine gängige Faustregel ist, den Gesamtdruckverlust auf 5–10 % des Anfangs-Überdrucks pro 100 m äquivalenter Rohrlänge zu begrenzen.
Überdimensionierte Rohre reduzieren die Reibung, erhöhen aber die Investitionskosten und den Wärmeverlust durch die größere Oberfläche. Unterdimensionierung führt zu Engpässen an den Entnahmestellen.
Die empirische Formel für $p_{a\text{-}100}$ gilt für Niederdruckdampf-Systeme. Für Hochdruck- oder Überhitzungsdampf verwenden Sie die Darcy-Weisbach-Gleichung mit geeigneten Reibungszahlen und Dampfeigenschaftsdaten.
Ersatzlängentabellen werden in der Praxis häufig verwendet, um Armaturen (Bögen, T-Stücke, Ventile) in geraden Rohrstücken umzurechnen, sodass eine einzige Reibungsberechnung für die gesamte Leitung ausreicht.
Prüfen Sie immer, dass die resultierenden Geschwindigkeiten innerhalb der empfohlenen Bereiche liegen, um Rohrerosion und übermäßigen Lärm zu vermeiden.
Berücksichtigen Sie Kondensat in der Leitung — Zweiphasenstrom erhöht den effektiven Druckverlust über die Einphasenberechnungen hinaus.

Referenzen

Dampfrohr-Dimensionierung — Engineering ToolBox

Quelle: engineeringtoolbox.com