16.3 Оборудование системы парового отопления

Р ис 16.6 Схема редукционного клапана

1 — золотник, 2 — шток, 3 — пружина, 4 — поршень, 5 — трубка, 6 — седло

В системе парового отопления применяют, кроме обычного для системы центрального отопления, специальное оборудование: водоотделитель, редукционный клапан, конденсатоотводчики, конденсатные бак и насос, бак-сепаратор, предохранительный клапан

Водоотделитель предназначен для осушки пара — отделения попутного конденсата, накопившегося в наружном паропроводе, от пара, поступающего в систему отопления.

Водоотделитель — сосуд круглой формы — подбирают в зависимости от диаметра присоединяемого паропровода, принимая его диаметр в 3—4 раза, а высоту — в 4—8 раз больше диаметра паропровода. Конденсат, настилаясь на стенку водоотделителя и встречая на своем пути препятствия — «шоры», стекает вниз к отверстию в дне. Диаметр конденсатного отверстия (и патрубка) делают в 4—5 раз меньше диаметра паропровода (но не менее 20мм).

Осушенный пар поступает в редукционный клапан. Редукционный клапан выполняют пружинным или грузовым. Его устанавливают на горизонтальном участке паропровода. Схема основной части более сложного пружинного редукционного клапана изображена на рис. 16.6. Золотник, расположенный на пути движения пара, жестко связан штоком с поршнем. Давление napa р1 передается по трубке вокруг штока в пространство над поршнем. Первоначальное регулирование положения поршня и золотника, а также сжатия пружины, расположенной вокруг трубки, проводится вращением маховика под поршнем. При этом приближают золотник к седлу, устанавливая степень открытия золотникового отверстия, необходимую для понижения давления протекающего пара от р1 до р2.

Площади золотника и поршня одинаковы, и изменение давления пара p1 (перед клапаном) не влияет на степень открытия золотникового отверстия. Увеличение давления после клапана (сверх заданного р2) вызывает опускание золотника с поршнем и дополнительное сжатие пружины 3, вследствие чего восстанавливается необходимое давление р2. При понижении давления после клапана пружина разжимается, поршень с золотником поднимаются, что вновь приводит к восстановлению давления р2.

Редукционный клапан может выполнять функции запорной арматуры. В верхней части клапана имеется второй маховик, с помощью которого можно, сжимая пружину, опустить золотник до седла, прекратив протекание пара.

Редукционные клапаны различают по условному про­ходу присоединительных патрубков (Dy=25—150 мм) и площади внутреннего отверстия (изменяется от 2 до 52,2 см²).

Выбор редукционного клапана делают по необходимой площади внутреннего отверстия а, см², определяя ее по формуле

a=Gп/0,6gi (16,4)

где Сп — расход пара через клапан, кг/ч; gi — расход пара через 1 см³ отверстия клапана, кг/ (ч •см²); определяется в зависимости от разности давления пара перед (p1) и после (р2) клапана.

При значительной разности давления пара pi и /?у, когда давление должно быть снижено более чем в 5 раз, подбирают два клапана, устанавливая их последовательно.

Пример 16.3. Выберем редукционный клапан для снижения избыточного давления насыщенного пара от 0,35 до 0,17 МПа при расходе 280 кг/ч.

По номограмме (см. рис. 11.16 в Справочнике проектировщика) находим gi=137 кг/(ч •см²). Тогда площадь отверстия клапана по формуле (16.4)

а=280:(0,6.137)=3,4 см²,

По заводским данным выбираем редукционный клапан Dy40, имеющий площадь внутреннего отверстия 3,48 см².

Конденсатоотводчики. Простейшими устройствами для отведения конденсата и задержания пара являются гидравлические затворы — U-образные петли из труб (см. рис./6.3). В таких затворах гидростатическое давление столба конденсата предотвращает прорыв пара в конденсатопроводы. Высота гидравлического затвора h3, м:

h3=100∆P+0,2 (16.5)

где ∆P — разность давления до и после затвора, МПа.

Диаметр труб гидравлического затвора принимают достаточным для протекания максимального количества конденсата со скоростью 0,2—0,3 м/с.

В системах повышенного и высокого давления вместо затворов, высота которых была бы слишком большой, применяют специальные приборы — конденсатоотводчики. Конденсатоотводчики бывают поплавковые и термические. Приборы термического действия легче и надежнее поплавковых.

Конденсатоотводчики с опрокинутым (открытым снизу) поплавком (так их называют в отличие от ранее применявшихся приборов с поплавком, открытым сверху) Dy от 15 до 50мм устанавливают на магистралях при давлении менее 0,1 МПа. Действует конденсатоотводчик следующим образом: поплавок всплывает, если снизу в него поступает не только конденсат, но и пар. При этом шаровой клапан, соединенный с поплавком рычагом, закрывает выходное отверстие. Во время накопления конденсата пар частично конденсируется, частично выходит через небольшое отверстие (диаметром 2мм) в крышке поплавка. Поплавок, заполненный конденсатом, опускается, и выходное отверстие открывается. После выпуска порции конденсата весь цикл повторяется сначала. В крышке конденсатоотводчика имеется пробка для его заливки при первоначальном пуске системы.

П осле отопительных приборов (и других потребителей пара, например, калориферов) для задержания несконденсировавшегося пара (так называемого пролетного пара) применяют конденсатоотводчики термостатического типа (их также называют сильфонными). Термостатический конденсатоотводчик (рис. 16.7, а) состоит из корпуса, крышки, припаянного к ней гофрированного сильфона (термостата) с золотником на конце. Сильфон частично заполнен жидкостью, кипящей при 90—95 °С.

Рис. 16.7. Схемы термостатического (а) и термодинамического (б) конденсатоотводчиков

1 — корпус; 2 — сильфон, 3 — крышка, 4 — седло, 5 — золотник, 6 — ду

Р ис. 16.8. Схема установки поплавкового конденсатоотводчика на магистрали

1 — конденсатоотводчик; 2 — воздушный кран, 3 — обратный клапан, 4— обводная линия

Pиc. 16.9. Конденсатный бак

1 — воздушная труба, 2 — поплавковые реле, 3 — водомерное стекло с краном, 4 и 5 — переливная спускная трубы

При поступлении вместе с конденсатом пара жидкость в сильфоне вскипает. Сильфон в результате повышения внутреннего давления удлиняется, и золотник закрывает выходное отверстие в седле. После заполнения корпуса конденсатом и понижения его температуры на 8—20 °С пары жидкости в сильфоне конденсируются, сильфон укорачивается, и выходное отверстие открывается.

Термостатические конденсатоотводчики имеют присоединительный диаметр условного прохода 15 и 20мм; могут работать при начальном давлении до 0,6 МПа и противодавлении до 50%.

Термодинамические (их еще называют лабиринтовыми) конденсатоотводчики устанавливают, как и поплавковые, на магистралях при давлении выше 0,1 МПа. Термодинамический конденсатоотводчик (рис. 16.7, б) проще других по конструкции: в корпус помещено седло с входным (по вертикальной оси прибора) и выходным (сбоку) отверстиями, под крышкой на поверхности седла свободно лежит диск.

При поступлении конденсата снизу диск приподнимается над седлом, и конденсат протекает по кольцевому пазу в седле к выходному отверстию. Если вместе с конденсатом проходит пар, то он заполняет камеру между крышкой и диском. Так как площадь диска значительно больше пло­щади входного отверстия, то возникающая сила, действую­щая на диск сверху, преодолевая силу, действующую снизу, прижимает диск к седлу, закрывая проход пара. При снижении давления над диском вследствие конденсации пара диск вновь получает возможность приподняться.

Термодинамические конденсатоотводчики имеют присоединительный диаметр условного прохода от 15 до 50мм. Представление о размерах прибора дают длина 200мм и высота 103мм (от оси отверстий) самого крупного конденсатоотводчика Dy 50. Приборы устанавливают крышкой вверх.

При установке конденсатоотводчика на магистрали предусматривают обводную линию для использования при пуске системы, когда образуется максимальное количество конденсата, или при ремонте конденсатоотводчика. На рис. 16.8 показана схема установки поппавкового конденсатоотводчика. Конденсатоотводчик должен быть установлен строго вертикально. Обратный клапан применяют в том случае, если предусматривают подачу конденсата после конденсатоотводчика наверх — с противодавлением (см. рис. 16.12).

Для выбора конденсатоотводчика по заводским показателям определяют коэффициент пропускной способности Kv, т/ч, по формуле

(16.6)

где Gп — максимальный расход конденсата, т/ч; Рк — плотность, кг/м³, конденсата при температуре перед конденсатоотводчиком; p=р1—р2 — разность давления до и после конденсатоотводчика, МПа; давление р1=0,95Рпр при установке его непосредственно за отопительным прибором, давление p2<0,7p1 (при свободном сливе конденсата p2=0).

Коэффициент пропускной способности выражает максимальный расход холодной воды (р=1000 кг/м³) при потере давления в конденсатоотводчике 0,1 МПа.

Пример 16.4. Подберем конденсатоотводчик для конденсатепровода с максимальным расходом 650 кг/ч, если давление перед ближайшим отопительным прибором 0,05 МПа, после конденсатоотводчика 0,02 МПа, плотность конденсата 950 кг/м³.

При p1=0,95·0,05=0,0475 МПа по формуле (16.6)

Принимаем к установке конденсатоотводчик с опрокинутым поплавком типа 2М Dy 40, имеющий по паспорту Kv=2,95 т/ч.

Конденсатный бак для сбора конденсата из системы делают прямоугольным, из листовой стали, с люком сверху (рис. 16.9). Бак снабжают водомерным стеклом, переливной и спускной трубами. При периодической перекачке конденсата из бака управление насосом автоматизируется: включение и выключение насоса происходит с помощью поплавковых реле соответственно верхнего и нижнего уровня, установленных на баке.

Полезный объем конденсатного бака Vк.б, м³ определяют по формуле

(16.7)

где z — продолжительность накопления конденсата, ч; Qc — тепловая мощность системы отопления, кДж/ч; r — удельная теплота парообразования (конденсации), кДж/кг.

Конденсатом должно заполняться не более 80% объема бака.

Прнмер 16.5. Определим полезный объем конденсатного бака для одночасового накопления конденсата из системы парового отопления тепловой мощностью 300 кВт при давлении 0,02 МПа.

По формуле (16.7) при z = 1 ч

Дросселирующие шайбы применяют для погашения излишнего давления в параллельных частях системы. Шайба представляет собой металлический диск толщиной 2— 5мм с отверстием в центре. Диаметр отверстия определяют по расчету в зависимости от количества теплоносителя и величины погашаемого давления (но не менее 4мм во избе­жание засорения). Шайбы устанавливают в муфте корпуса парового вентиля перед прибором или во фланцевом соединении труб.

Предохранительный клапан, как и предохранительное устройство в системе низкого давления, предотвращает повышение давления в системе сверх расчетного. Предохранительные клапаны бывают пружинными и рычажными (с одним или двумя рычагами). У распространенных рычажных клапанов тарелка прижимается к седлу под действием силы, передаваемой через рычаг от груза. Чем больше длина рычага и масса груза, тем больше давление пара, при котором клапан остается закрытым. При увеличении давления избыток пара через приоткрывающийся клапан удаляется в атмосферу, и заданное давление пара восстанавливается.

Конденсатный насос для перекачки конденсата из бака на тепловую станцию выбирают для подачи в 1 ч не менее, чем удвоенное количество накапливающегося конденсата [см. формулу (16.7)]. Развиваемого насосом давления должно быть достаточно для подъема конденсата и преодоления конечного давления в точке, куда подается конденсат, с учетом потерь давления в трубах ∆Рпот по пути от конден­сатного бака.

Если конденсат подается из бака в котел, то давление насоса ∆Рн, Па, определяют по формуле

∆Рн=10⁶Рп+γк(h+1)+∆Рпот (16.9)

где γк — удельный вес, Н/м³, конденсата; Рп — давление пара в котле, МПа; h — вертикальное расстояние между уровнями кон­денсата — верхним в котле и нижним в баке, м (с запасом 1м).

Мощность электродвигателя к насосу вычисляют по формуле

Пример 16.6. Найдем подачу, давление и мощность насоса для перекачки конденсата из бака в котел по условиям примера 16.5, если Рп=0>1 МПа, h=5 м, ∆Рпот=5000 Па.

Примем подачу насоса Lн=2·0,5= 1,0 м/ч.

Давление, развиваемое насосом, по формуле (16.9) ∆Р=106·0,1+955·9,81 (5+1)+5000= 161210 Па.

Мощность насоса (без запаса)