Подбор трубопроводов парового конденсата

Подбор диаметра конденсатопроводов по расходу конденсата и рабочим условиям.

steamcondensatepipesizingКалькулятор

Обзор

Инженерный ToolBox - Ресурсы, инструменты и основная информация для инженерных разработок и проектирования технических приложений!

Подбор размеров трубопровода для конденсата пара обеспечивает безопасный возврат жидкого конденсата от технологического оборудования к котельной или ресиверу. Недостаточные размеры линий вызывают противодавление, гидроудар и затопление оборудования; избыточные размеры добавляют ненужные затраты. При проектировании необходимо учитывать расход конденсата, образование мгновенного пара, трение в трубе, тепловое расширение и вертикальный подъем.

Ключевые формулы

Массовый расход конденсата

$\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{h_{fg}}$

Тепловая нагрузка, деленная на скрытую теплоту парообразования, дает массу производимого конденсата.

Потеря давления по Дарси–Вейсбаху

$\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$

Потеря давления на трение вдоль прямого участка трубы.

Площадь поперечного сечения

$A = \frac{\pi D^2}{4}$

Непрерывность

$\dot{m} = \rho \, A \, v$

Доля мгновенного пара

$x_{flash} = \frac{h_{f,1} - h_{f,2}}{h_{fg,2}}$

Где $h_{f,1}$ — энтальпия жидкости при вышестоящем (высоком) давлении, а $h_{f,2}$ , $h_{fg,2}$ определяются при нижестоящем (низком) давлении.

Переменные

Символ	Описание	Единица
$\dot{m}$	Mass flow rate	kg/s
$\dot{Q}$	Heat transfer rate (duty)	kW
$h_{fg}$	Latent heat of vaporization	kJ/kg
$D$	Internal pipe diameter	m
$v$	Скорость потока	m/s
$\Delta P$	Pressure drop	Pa
$f$	Darcy friction factor	—
$L$	Pipe length	m
$\rho$	Fluid density	kg/m³
$x_{flash}$	Flash steam mass fraction	—
$h_f$	Specific liquid enthalpy	kJ/kg

Типичные рекомендуемые скорости для систем пара и конденсата
Service	Рекомендуемая скорость (m/s)
Насыщенный пар (низкое давление, < 1 бар изб.)	15
Насыщенный пар (среднее давление, 1–5 бар изб.)	25
Насыщенный пар (высокое давление, > 5 бар изб.)	40
Конденсат — гравитационный возврат	0.5
Конденсат — насосный возврат	1
Мгновенный пар в линии конденсата	15

Расчет размеров конденсатопровода — Пропускная способность

10 строк

Приблизительная пропускная способность конденсатопроводов при гравитационной скорости 0,5 м/с и скорости с насосом 1,0 м/с при условиях насыщения ~1 бар изб.
Диаметр трубы (DN) (mm)	Schedule	Внутренний диаметр (mm)	Пропускная способность (гравитационная) (kW)	Пропускная способность (с насосом) (kW)
15	40	15.8	14	38
20	40	20.9	28	75
25	40	26.6	52	140
32	40	35.1	105	280
40	40	40.9	155	410
50	40	52.5	290	770
65	40	62.7	440	1170
80	40	77.9	760	2020
100	40	102.3	1480	3900
150	40	154.1	3800	9900

Источник: engineeringtoolbox.com

Образование вспененного пара

Когда конденсат под высоким давлением сбрасывается в ресивер с более низким давлением, часть его мгновенно испаряется. Объем вспененного пара должен быть учтен в возвратной конденсатной линии.

9 строк

Процент содержания вспененного пара при сбросе конденсата в атмосферное или более низкое давление
Входное давление (bar g)	Выходное давление (bar g)	Вспененный пар (%)
2	0	4.5
4	0	7.4
6	0	9.5
8	0	11.1
10	0	12.4
12	0	13.6
6	2	5.2
10	2	8.4
10	4	5.5

Источник: engineeringtoolbox.com

Калькулятор — Расход конденсата от тепловой нагрузки

Расход конденсата

Тепловая нагрузка(kW)

Скрытая теплота(kJ/kg)

Скорость потока в конденсатопроводе

Расход конденсата(kg/h)

Плотность конденсата(kg/m3)

Внутренний диаметр трубы(mm)

Вспененный пар и двухфазный поток

Расход конденсата(kg/h)

Вторичный пар(%)

Удельный объем вторичного пара(m3/kg)

Конвертер единиц

Конвертер единиц для расчета размеров трубопроводов пара и конденсата

Давление(bar)

Массовый расход(kg/h)

Диаметр трубы(mm)

Скорость(m/s)

Тепловая нагрузка(kW)

Инженерные заметки

Гравитационный vs. напорный возврат. Гравитационные конденсатопроводы увеличиваются по сравнению с напорными линиями, поскольку доступный напор невелик — часто он равен только статической высоте столба конденсата за вычетом потерь на трение. Скорость должна быть ниже 0,5 м/с.
Объём флеш-пара. Трубопровод конденсата, несущий флеш-пар, должен быть рассчитан на совместный двухфазный объём. Удельный объём пара на порядки больше удельного объёма жидкости, поэтому даже несколько процентов flash-образования по массе могут определять требуемое сечение трубы.
Гидроудар. Трубопроводы конденсата подвержены гидроударам, когда паровые карманы схлопываются или когда конденсат ускоряется из-за резких перепадов давления. Все горизонтальные линии должны иметь уклон в направлении потока (минимум 1:100), а в нижних точках должны быть установлены капельные отводы.
Термическое расширение. Углеродистая сталь расширяется примерно на 12 мм на каждые 100 м трубы на каждые 100 °C повышения температуры. Трубопроводы конденсата пара работают при высоких температурах — необходимо предусматривать компенсаторы (петли, изгибы или сильфоны) через соответствующие интервалы.
Материал трубы. Углеродистая сталь (график 40) является стандартным материалом для конденсатных линий. Для меньших диаметров или там, где качество воды имеет решающее значение, может использоваться медь или нержавеющая сталь. Избегайте соединений разнородных металлов без изолирующих фитингов для предотвращения гальванической коррозии.
Запас по пропускной способности конденсатоотводчика. Выбирайте конденсатоотводчики с пропускной способностью в 2–3 раза больше рассчитанной конденсатной нагрузки для компенсации пусковых нагрузок и колебаний давления.
Изоляция. Изолируйте все конденсатные линии для уменьшения потерь тепла и защиты персонала от ожогов. Неизолированные конденсатные линии также охлаждают конденсат, уменьшая количество рекуперированного флеш-пара и потенциально вызывая разрушение из-за вакуума в возвратных линиях.

Ссылки

Оригинальный источник — Engineering ToolBox

Источник: engineeringtoolbox.com