蒸汽网路水力计算.docx

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蒸汽网路水力计算

蒸汽网路系统

一、蒸汽网路水力计算的基本公式

计算蒸汽管道的沿程压力损失时，流量、管径与比摩阻三者的关系式如下

R=6.88×10-3×K0.25×（Gt2/ρd5.25），     Pa/m（9-1）

d=0.387×[K0.0476Gt0.381/（ρR）0.19]，  m（9-2）

Gt=12.06×[（ρR）0.5×d2.625/K0.125]，   t/h（9-3）

式中  R——每米管长的沿程压力损失（比摩阻），Pa/m；

Gt——管段的蒸汽质量流量，t/h；

d——管道的内径，m；

K——蒸汽管道的当量绝对粗糙度，m，取K=0.2mm=2×10-4m；

ρ——管段中蒸汽的密度，Kg/m3。

为了简化蒸汽管道水力计算过程，通常也是利用计算图或表格进行计算。

附录9-1给出了蒸汽管道水力计算表。

二、蒸汽网路水力计算特点

1、热媒参数沿途变化较大

蒸汽供热过程中沿途蒸汽压力P下降，蒸汽温度T下降，导致蒸汽密度变化较大。

2、ρ值改变时，对V、R值进行的修正

在蒸汽网路水力计算中，由于网路长，蒸汽在管道流动过程中的密度变化大，因此必须对密度ρ的变化予以修正计算。

如计算管段的蒸汽密度ρsh与计算采用的水力计算表中的密度ρbi不相同，则应按下式对附表中查出的流速和比摩阻进行修正。

vsh=（ρbi /ρsh）·vbi     m/s（9-4）

Rsh=（ρbi /ρsh）·Rbi   Pa/m（9-5）

式中符号代表的意义同热水网路的水力计算。

3、K值改变时，对R、Ld值进行的修正

（1）对比摩阻的修正、

当蒸汽管道的当量绝对粗糙度Ksh与计算采用的蒸汽水力计算表中的Kbi=0.2mm不符时，同样按下式进行修正：

Rsh=（Ksh/Kbi）0.25·Rbi   Pa/m（9-6）

式中符号代表意义同热水网路的水力计算。

（2）对当量长度的修正

蒸汽管道的局部阻力系数，通常用当量长度表示，同样按下式进行计算。

即

Ld=Σξ·d/λ=9.1·（d1.25/K0.25）·Σξ（9-7）  

室外蒸汽管道局部阻力当量长度Ld值，可按附录5-2热水网路局部阻力当量长度表示。

但因K值不同，需按下式进行修正。

Lsh.d=（Kbi/Ksh）0.25·Lbi.d =（0.5/0.2）0.25·Lbi.d 

=1.26·Lbi.d   m                                                                 式中符号代表意义同热水网路的水力计算。

当采用当量长度法进行水力计算，蒸汽网路中计算管段的总压降为     

ΔP=R（L+Ld）=RLzh    Pa（9-9）

式中  Lzh——管段的折算长度，m。

【例题9-1】蒸汽网路中某一管段，通过流量Gt=4.0t/h，蒸汽平均密度ρ=4.0kg/m3。

（1）如选用φ108×4的管子，试计算其比摩阻R值。

（2）如要求控制比摩阻R在200Pa/m以下，试选用合适的管径。

【解】

（1）根据附录11—1的蒸汽管道水力计算表（ρbi=1.0kg/m3），查出当Gt=4.0t/h，公称直经DN100时，

Rbi=2342.2Pa/m；vbi=142m/s

管段流过蒸汽的实际密度ρsh=4.0kg/m3。

需要进行修正，得出实际的比摩阻Rsh和流速vsh值为

vsh=（ρbi /ρsh）·vbi=（1/4）×142=35.5  m/s

Rsh=（ρbi /ρsh）·Rbi=（1/4）×2342.2=585.6 Pa/m

（2）根据上述计算可见，在相同的蒸汽质量流量Gt和同一管径d条件下，流过的蒸汽密度越大，其比摩阻R及流速v值越小，呈反比关系。

因此，在蒸汽密度ρ=4.0kg/m3，要求控制的比摩阻为200Pa/m以下，因表中蒸汽密度为ρ=1.0kg/m3，则表中控制的比摩阻值，相应为200×（4/1）=800Pa/m以下。

根据附录9—1，设ρ=1.0kg/m3，控制比摩阻R在800Pa/m以下，选择合适的管径，得出应选用的管道的公称直径为DN125mm，相应的Rbi值及vbi值为

Rbi=723.2Pa/m；vbi=90.6m/s

最后，确定蒸汽密度ρ=4.0kg/m3时的实际比摩阻及流速值。

Rsh=（ρbi /ρsh）·Rbi =（1/4）×723.2=180.8Pa/m<200Pa/m

vsh=（ρbi /ρsh）·vbi=（1/4）×90.6=22.65m/s

三、蒸汽网路水力计算方法

1、准确的计算方法——按管段取蒸汽的平均密度

ρpj=（ρs+ρm）/2，   kg/m3（9-10）

式中     ρs、ρm——分别为计算管段始端和末端的蒸汽密度，kg/m3。

逐段进行计算

特点：

该方法较准确的计算管段节点蒸汽参数（Ps、Ts）,计算较准确。

2、简略计算方法——对整个系统取蒸汽平均密度   

ρpj=（ρs+ρm）/2，   kg/m3（9-11）

式中  ρs、ρm——分别为系统始端和末端的蒸汽密度，kg/m3。

特点：

该方法计算误差比较大，但计算工作量小。

3、按一定管长取管段始端的密度

具体取法：

每隔50米管长取始端蒸汽的密度，逐段进行计算。

特点：

该方法计算的准确性介于上述两者之间。

4、蒸汽网路水力计算的任务

要求选择蒸汽网路各管段的管径，以保证各热用户蒸汽流量的使用参数的要求

四、计算步骤（准确的计算方法）

1.根据各热用户的计算流量，确定蒸汽网路各管段的计算流量：

a.各热用户的计算流量，应根据各热用户的蒸汽参数及其计算热负荷，按下式确定

Gˊ=AQˊ/r，  t/h（9-12）

式中  Gˊ——热用户的计算流量，t/h；

Qˊ——热用户的计算热负荷，通常用GJ/h，MW或Mkcal/h表示；

r——用汽压力下的汽化潜热，kJ/kg或kcal/kg；

A——采用不同计算单位的系数，见下表

采用的计算单位

Qˊ－GJ/h=109J/hr－kJ/kg

Qˊ－MW=106Wr－kJ/kg

Qˊ－Mkcal/h=106kcal/hr－kcal/kg

A

1000

3600

1000

b．蒸汽网路中各管段的计算流量是由该管段所负担的各热用户的计算流量之和来确定。

但对蒸汽管网的主干线管段，应根据具体情况，乘以各热用户的同时使用系数。

2.确定蒸汽网路主干线和平均比摩阻

主干线应是从热源到某一热用户的平均比摩阻最小的一条管线。

主干线的平均比摩阻，按下式求得    

Rpj=ΔP/∑L（1+αj），  Pa/m（9-13）

式中  ΔP—热网主干线始端与末端的蒸汽压力差，Pa；

∑L—主干线长度，m；

αj—局部阻力所占比例系数，可选用附录9-3的数值。

3.进行主干线管段的水力计算

a、假定管段末端的压力：

计算每米管长的压力降ΔP/∑L；Pa/m

其中ΔP：

主干线始、末端的压力差,Pa。

计算管段末端的压力Pm=Ps-（ΔP/∑L）L1，Pa（9-14）

通常从热源出口的总管段开始进行水力计算。

热源出口蒸汽的参数为已知，现需先假设该管段末端蒸汽压力，ρm=（ΔP/∑L）L由此得出该管段蒸汽的平均密度ρpj

ρpj=（ρs+ρm）/2，   kg/m3（9-15）

式中  ρs、ρm——计算管段始端和末端的蒸汽密度，kg/m3。

4.确定管径（通过水力计算表由G、Rpj查出d、R值）

a.根据该管段假设的蒸汽平均密度ρpj和按式9-13确定的平均比摩阻Rpj值，将此R值换算为蒸汽管路水力计算表ρbi条件下的平均比摩阻Rbi·pj值。

通常水力计算表采用ρbi=1kg/m3，得

Rbi·pj/Rpj=ρpj/ρbi

Rbi·pj=（ρpj/ρbi）·Rpj

b.根据计算管段的计算流量和水力计算表ρbi条件下得出的Rbi·pj值，按水力计算表，选择蒸汽管道直径d、比摩阻Rbi和蒸汽在管道内的流速vbi。

c.根据该管段假设的平均密度ρpj，将从水力计算表中得出的比摩阻Rbi和vbi值，换算为在ρpj条件下的实际比摩阻Rsh和流速vsh。

Rsh=Rbi（ρbi\ρpj），Pa/m；vsh=vbi（ρbi\ρpj），m/s。

蒸汽在管道内的最大允许流速，按《热网规范》，不得大于下列规定

过热蒸汽：

公称直径DN>200mm时，80m/s

公称直径DN≤200mm时，50m/s

饱和蒸汽：

公称直径DN>200mm时，60m/s

公称直径DN≤200mm时，35m/s

5.计算管段的局部阻力当量长度及管段压力降

a.按所选的管径，计算管段的局部阻力总当量长度Ld.

由局部阻力系数查附录5-2，注意K值引起的修正。

b.计算管段的实际压力降，ΔPsh=Rsh·（L+Ld）   Pa。

6.较核管段的平均密度

a.计算管段末端的压力值Pmˊ=Ps-ΔPsh，Pa（9-16）

查得相应Pmˊ条件下的ρˊm值。

b.计算管段的平均密度ρˊpj=（ρs+ρˊm）/2    ，kg/m3（9-17）

c.与开始假设平均密度ρpj进行比较,如两者相等或差别很小，则该管段的水力计算过程结束，进行下一管段的计算，如两者差别较大，则应重新假设ρpj，然后按同一计算步骤和方法进行计算，直到两者相等或差别很小为止，重新假设的ρpj=ρˊpj。

由此蒸汽网路主干线所有管段逐次进行水力计算。

7.分支管路的水力计算（计算方法同上）

由主干线计算结果而确定支线始端压力；由用户用汽压力确定支线末端压力，重复步骤

（2）-（6）。

五、计算例题

【例题9-2】  某工厂区蒸汽供热管网，其平面布置图见下图。

锅炉出口的饱和蒸汽表压力为10bar。

各用户系统所要求的蒸汽表压力及流量列于图9-1上。

试进行蒸汽网路的水力计算。

主干线不考虑同时使用系数。

图 9-1   例题9-1附图

【解】从锅炉出口到用户3的管线为主干线

则 Rpj=ΔP/∑L（1+αj）=[（10-7）×105]/[（500+300+100）（1+0.8）]=185.2Pa/m

式中  αpj=0.8，采用附录9-3的估算数值。

1.已知锅炉出口的蒸汽压力，进行管段1的水力计算

首先计算锅炉出口的管段。

预先假设管段1末端的蒸汽压力。

假设时，可按平均比摩阻，按比例给定末端蒸汽压力。

如  Pm1=Ps1–ΔP·L1/∑L=10–（10-7）×500/900=8.33 bar

将此假设的管段末端压力Pm值，列入表9-1，第8栏中。

2.根据管段始、末端的蒸汽压力，求出该管段假设的平均密度

ρpj=（ρs+ρm）/2=（ρ11+ρ9.8.33）/2

=（5.64+4.81）/2=5.225   kg/m3

3.将平均比摩阻换算为水力计算表ρbi=1kg/m3条件下的等效值，即

Rbi·pj=ρpj·Rpj=5.225×185.2=968  Pa/m