Подбор паропроводов — скорость и перепад давления

Подбор парораспределительных трубопроводов по скорости, перепаду давления и таблицам пропускной способности.

steampipesizingКалькулятор

Обзор

Подбор размеров паропровода представляет собой балансировку доступного давления с потерями на трение и в фитингах для обеспечения достаточного давления пара в точке потребления. Доступное для распределения давление равно разнице между давлением на выходе из котла и минимально необходимым давлением у потребителя. Это доступное давление должно покрывать как основные потери (трение в трубе), так и местные потери (фитинги, клапаны, колена) во всей системе.

Правильный подбор размеров позволяет избежать чрезмерного падения давления, которое лишает конечное оборудование необходимого давления, одновременно удерживая скорости в пределах рекомендуемых значений для предотвращения эрозии и шума.

Ключевые формулы

Доступный перепад давления

$p = p_j - p_k$

Бюджет давления для всей системы распределения — разница между начальным давлением котла и требуемым конечным давлением у потребителя пара.

Общее падение давления в системе

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

Суммарные потери представляют собой сумму потерь на трение в прямолинейных участках трубы и локализованных потерь от фитингов.

Основные потери — Трение на единицу длины

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

Для пара низкого давления эмпирическое падение давления на 100 футов трубы составляет:

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

Местные потери — Фитинги

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

Как вариант, местные потери можно выразить как эквивалентную длину прямой трубы, что упрощает совместные расчеты:

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

где $l$ — фактическая длина трубы, а $l_e$ — суммарная эквивалентная длина всех фитингов.

Переменные

Символ	Описание	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

Типичные скорости пара

3 строк

Рекомендуемые скорости в паропроводах для балансировки перепада давления и риска эрозии.
Тип пара	Скорость (m/s)	Скорость (ft/s)
Exhaust steam	20 – 30	70 – 100
Saturated steam	30 – 40	100 – 130
Superheated steam	40 – 60	130 – 200

Источник: engineeringtoolbox.com

Калькулятор потерь на трение

Падение давления на 100 футов — Пар низкого давления

Расход (q)(lb/h)

Внутренний диаметр (d_i)(in)

Плотность пара (ρ)(lb/ft³)

Конвертер единиц

Конвертер единиц для расчёта паропроводов

Давление(psi)

Длина трубы(ft)

Расход пара(lb/h)

Скорость(ft/s)

Внутренний диаметр трубы(in)

Сигналы исходного калькулятора

Кэшированная исходная страница содержит одну общую форму и 58 входных элементов, включая элементы поиска/макета Engineering ToolBox и управления конвертером единиц. Это не 59 отдельных калькуляторов для расчёта паропроводов. Существенная функциональность исходного ресурса сохранена: калькулятор перепада давления, таблица типичных скоростей пара, формулы эквивалентных длин и конвертер единиц выше.

Примечания по проектированию

Доступное давление равно разности между давлением в котле и минимально необходимым давлением подачи на наиболее удалённом потребителе. Этот запас определяет выбор диаметра трубы.
Распространённое эмпирическое правило — ограничивать общий перепад давления величиной 5–10 % от начального избыточного давления на каждые 100 м эквивалентной длины трубы.
Завышение диаметра труб снижает трение, но увеличивает капитальные затраты и теплопотери из-за большей площади поверхности. Недооценка диаметра приводит к дефициту пара на конечных потребителях.
Эмпирическая формула для $p_{a\text{-}100}$ справедлива для систем низкого давления пара. Для пара высокого давления или перегретого пара используйте уравнение Дарси — Вейсбаха с соответствующими коэффициентами трения и данными о свойствах пара.
На практике широко используются таблицы эквивалентных длин для перевода фитингов (отводов, тройников, клапанов) в эквивалентные прямые участки трубы, что позволяет выполнить единый расчёт трения для всего трубопровода.
Всегда проверяйте, что результирующие скорости остаются в рекомендуемых диапазонах, чтобы избежать эрозии труб и чрезмерного шума.
Учитывайте наличие конденсата в трубопроводе — двухфазный поток увеличивает эффективный перепад давления сверх расчёта для однофазного потока.

Источники

Расчёт размеров паропроводов — Engineering ToolBox

Источник: engineeringtoolbox.com