Система парового отопления изобретена в Англии в сере­дине XVIII в. Наибольшее распространение она получила в виде системы высокого давления в первой половине XIX в. С середины XIX в. стала применяться система низкого давления. В настоящее время паровое отопление используют ограниченно (см. §9.1)" — в основном, когда технологический процесо связан с потреблением пара.

Пар для ведения технологического процесса подают, как правило, от внешних источников при сравнительно высо­ком давлении. В этих условиях для отопления используют «мятый» (отработавший) — снизивший давление после тех­нологического оборудования, или редуцированный (с пони­жением давления) пар, предусматривая разомкнутые систе­мы (см. рис. 1.6, б). Замкнутые системы (см. рис. 1.6, а) Встречаются редко.

Паровое отопление основано на передаче в помещения скрытой теплоты парообразования, выделяющейся при конденсации насыщенного пара. Для отопления может быть использован перегретый пар, но специальное перегре­вание пара экономически не оправданно, так как дополни­тельно получаемое количество теплоты невелико (мала теплоемкость пара) сравнительно с тепловым эффектом фа­зового превращения пара в воду.

Расчеты систем парового отопления проводят, как уже сказано, по показателям сухого насыщенного пара, давле­нию которого всегда соответствует определенная темпера­тура.

Удельная энтальпия сухого насыщенного пара /ш кДж/кг, зависящая от давления, под которым находится пар, определяется по формуле

*п = »ж + Л (9.1)

Где 1Ж — удельная энтальпня кипящей воды, полученная прн на­гревании 1 кг воды от температуры замерзания (обычно от О °Q до температуры кипения, кДж/кг; г — удельная теплота парооб­разования, полученная в результате превращения 1 кг воды в пар при температуре кипения, кДж/кг.

Пример 9,1. Найдем по таблицам удельную энтальпию сухого насыщенного пара при избыточном (манометрическом) давлении 0,02 МПа.

Удельная энтальпия пара *

«п = 439 + 2245 = 2684 кДж/кг.

В системе парового отопления применяются те же ото­пительные приборы, что и в системе водяного отопления. Вода, охлаждаясь в приборе, передает в современных рас­четных условиях в отопливаемое помещение 84— 335 кДж/кг. Пар, конденсируясь в приборе, выделяет в рас­чете на 1 кг значительно большее количество теплоты (по примеру 9.1 выделяется удельная теплота парообразования /=2245 кДж/кг). При превращении пара в воду темпера­тура его, как известно, не изменяется, т. е. температура I конденсата должна быть равна температуре насыщенного пара (TK~T„Ас; в примере 9.1 /нас=105°С). Объем пара уменьшается в среднем в 1000 раз: 1 кг пара до превраще­ния в 1 кг воды занимает объем около 1 м3.

Если в отопительный прибор поступает расчетное коли­чество пара [формула (4.4)] и обеспечено свободное удаление конденсата, прибор целиком заполняется паром. Конден­сат в виде пленки стекает по стенкам прибора вниз (рис. 9.1, а). Когда количество поступающего пара умень­шается, в нижней части прибора остается невытесненный воздух (рис. 9.1,6). Если же при этом еще затруднено удаление конденсата, то конденсат задерживается в при­боре (рис. 9.1, е) и, соприкасаясь с более холодными поверх­ностями, «переохлаждается», т. е. его температура стано­вится ниже температуры пара (TK<.Tnac).

Следовательно, при количественном регулировании (уменьшении расчетного расхода пара) теплопоступление в помещение от каждого килограмма пара, поступающего в прибор, увеличивается до

Q = r+c(tHac-tK), (9 2)

Однако в целом теплопередача прибора уменьшается.

Расширяя классификацию систем, приведенную в § 1.4, отнесем к системам низкого давления системы при избы­точном давлении пара 0,005—0,02 МПа, а системы при давлении пара 0,02—0,07 МПа назовем системами повы­шенного давления. Системы низкого давления, как правило, устраивают замкнутыми, а системы повышенного и высокого

* Ривкии С. J1., Александров А. А. Термодинамические свой­ства воды и водяного пара.— М., Энергоатомиздат, 1984.

25*

Рис. 9.1. Распределение пара, конденсата н воздуха в отопительном приборе при подаче пара в расчетном количестве (а) в в уменьшенном (6, е)

Давления — разомкнутыми. В системах низкого давления во всех отопительных приборах давление близко к атмосфер­ному.

Разводка паропроводов в зависимости от места их про­кладки относительно отопительных приборов бывает верх­ней (см. рис. 5.1, а), нижней (см. рис. 5.1, б) и средней, когда паропровод размещают на промежуточном этаже здания (например, под перекрытием второго этажа трех­этажного здания). Магистральные паропроводы и конден - сатопроводы могут быть, как и в системах водяного отопле­ния, g тупиковым (встречным) и попутным движением тепло­носителя (см. рис. 5.1).

Схема замкнутой двухтрубной системы низкого давления С тупиковым движением пара и конденсата в магистралях

Изображена на рис. 9.2. Система проста по конструкции и удобна в эксплуатации. Перед пуском система заполняется водой до уровня I—/. После нагревания воды до темпера­туры кипения в котле образуется пар, собирающийся в па­росборнике. Давление пара определяет высоту H, м (см. рисунок), на которую поднимается вода:

Л = р„3з/Ук. (^3)

Где Риз5 — избыточное давление пара в котле, Па; Yk — удельный вес, Н/м', конденсата.

Пример 9.2. Найдем высоту стояния конденсата H в конденса - топроводе иад уровнем воды в паросборнике при давлении пара РизЗ=0,02 МПа.

Уровень воды //—II в конденсатопроводе установится выше 1 уровня воды I—I (рис. 9.2) округленно иа /1=Ризб/Ук~Ризб/РкЯ— = 0,02• 10е : (1000-9,81) = 2 м.

В примере 9.2 найдена высота столба воды, создающего гидростатическое давление, которое уравновешивает давле­ние пара в котле. При работе системы фактическая высота столба воды несколько больше H, так как необходи­мо дополнительное давление, чтобы преодолеть сопротив­ление движению конденсата по «Мокрому» (целиком запол­ненному) конденсатопроводу до котла. Поэтому над уров­нем //—// во избежание затопления горизонтального «су­хого» (частично заполненного) конденсатопровода оставля­ют еще не менее 0,25 м (см. рис. 9.2).

Для защиты системы от повышения давления пара сверх расчетного используют простое, но надежное автоматически действующее предохранительное устройство — гидравли­ческий затвор, дополненный бачком для сбора выбрасывае­мой паром воды и выпуска лишнего пара в атмосферу.

Пар из котла поступает по паропроводам в приборы; давление пара в приборах близко к атмосферному. Распре­деление пара по приборам регулируют вентилями перед приборами, контролируя полноту его конденсации в при­борах при открытых отверстиях специальных тройников 8.

При движении по паропроводу часть пара, как известно, конденсируется — в паропроводе появляется попутный конденсат. При средней разводке, показанной на рис. 9.2, попутный конденсат из горизонтального паропровода сте­кает в нижние приборы. Попутный конденсат в стояках для верхних приборов увлекается поднимающимся паром, при этом возникают щелчки, треск и даже гидравлические уда-

Электронная библиотека Http://tgv. khstu. ru/

^ tTF,

Рис. 9.2. Замкнутая система парового отопления низкого давления со средней разводкой

/ — котел; 2 — паросборник; 3 — пре­дохранительное устройство; 4 — сухой конденсатопровод; 5 — паропровод; 6 — воздушная труба; 7 — паровой вентиль; 8 — тройник с пробкой; В — мокрый конденсатопровод (в кружках s— номера расчетных участков)

-СхН

-м—^ - R-

I 1 г 77-

7

Ц

77 • TS ■

1

Рис. 9.3. Схема системы осушки пара при нижней разводке паропроводов (а) в

Верхней (б)

1 паропровод; 2 — гидравлический затвор; 3 — конденсатопровод; 4 — калач; В — копденсзтиый стояк

Ры. Для ограничения указанного явления системы со сред­ней или нижней разводкой проектируют таким образом, чтобы пар поднимался в стояках на высоту не более двух этажей. При нижней разводке предусматривают отведение попутного конденсата через гидравлический затвор в конце паропровода (рис. 9.3, а).

5

Малошумная работа системы обеспечивается при верх­ней разводке, так как попутно образующийся конденсат

П=п Y

Ряс. 9.4. Обвод сухим конденсатопрово - дои дверного проема

} — воздушная труба: 2 — изолирован - на я труба в подпольном канале, t — тройник с пробкой

-п.

' ГТТТТТТТ?

3

Всюду перемещается по уклону (уклон показан стрелкой) в направлении движения пара. Для удаления попутного конденсата, минуя приборы (конденсат уменьшает тепло­передачу), возможно присоединение стояков к паропроводу через калачи с установкой гидравлического затвора в конце паропровода (рис. 9.3, б).

В открытых системах парового отопления воздух нахо­дится в свободном состоянии. Удельный вес воздуха больше приблизительно в 1,6 раза, чем вес пара — при температу­ре 100 °С соотношение 9 Н/'м8 (плотность 0,92 кг/м8) к 5,7 Н/м3 (плотность 0,58 кг/м3). Этим объясняется скопле­ние воздуха в низких местах системы — над поверхностью конденсата. Растворимость воздуха в конденсате незначи­тельная (из-за высокой температуры конденсата) и воздух остается в свободном состоянии.

В сухом конденсатопроводе воздух перемещается над стекающим по уклону конденсатом. В самой низкой точке воздух удаляется в атмосферу по воздушной трубе через открытый вентиль (см. рис. 9.2). Воздушная труба служит также для впуска воздуха с целью ликвидации разреже­ния, возникающего при конденсации пара в периоды прек­ращения работы системы.

При мокрых конденсатных трубах прокладывают спе­циальные воздушные трубы для сбора воздуха над поверх­ностью конденсата и последующего его удаления в атмос­феру в одном месте (обычно около котла).

При прокладке сухого конденсатопровода над полом первого этажа трубу у проемов дверей и ворот опускают в подпольный канал, изолируют, снабжают тройником с пробкой для опорожнения и прочистки и воздушной тру-

I 1 KU-pC^i I

4

4

Но

Рис. 9.5. Разомкнутая система парового отопле­ния высокого давления со средней разводкой 1 — водоотделитель; 2 — редукционный кла­пан; 3 — предохранительный клапаи; 4 — Коллектор; 5 — паровой вентиль; 6 — конден- сатоотводчик; 7 — кондеисатный бак; 8 — воз­душная труба; 9 — конденсатиый насос

Н о

~7У

Бой Dv 15 над проемом (рис. 9.4). При мокром конденсато - проводе вверху добавляют кран для выпуска воздуха.

Стояки устраивают, как правило, двухтрубными. При однотрубных стояках подводки к приборам делают снизу с установкой угловых запорно-регулирующих вентилей и воздушных кранов посередине высоты каждого прибора. Работа вертикальных однотрубных систем сопровождается шумом и гидравлическим ударами. Поэтому их чаще устраи­вают горизонтальными проточного типа.

При давлении пара выше 0,02 МПа применяют вместо замкнутых разомкнутые системы (иногда делаются и при низком давлении). Схема разомкнутой двухтрубной системы с тупиковым движением пара и конденсата в магистралях приведена на рис. 9.5. Пар после сепарации в водоотделите­ле попутного конденсата, образовавшегося в наружном паропроводе, проходит через редукционный клапан в распределительный коллектор. В редукционном клапане давление пара понижается и поддерживается на заданном уровне. Коллектор снабжен манометром и предохранитель­ным клапаном.

Для спокойной и надежной работы системы при высоком давлении предпочтение отдают средней и особенно верхней разводке с уклоном паропроводов в направлении движения пара во избежание встречного движения попутно образую­щегося конденсата (см. § 5.2). На прямых участках маги­стралей для компенсации тепловых удлинений труб уста­
навливают П-образные компенсаторы между неподвижны­ми опорами (н. о на рис. 9.5).

На спускных трубах от водоотделителя и распредели­тельного коллектора установлены конденсатоотводчики. Конденсатоотводчики помещены и после каждого прибора. Вентили для полного отключения приборов предусмотре­ны и на паровых, и на конденсатных подводках, так как при установке лишь одного вентиля пар может проникать в приборы из конденсатопроводов.

Конденсат собирается в конденсатный бак. Конденсат - ные баки делают открытыми, сообщающимися с атмосфе­рой, и закрытыми, находящимися под небольшим избыточ­ным давлением. Открытый бак применяют в системе низко­го давления с самотечными конденсатопроводами (недо­статок — повышенная коррозия труб). В системе высокого давления в напорных конденсатопроводах появляется пар вторичного вскипания, образующийся при кипении высо­котемпературного конденсата после понижения давления в конденсатоотводчиках (§ 9.9). Использование открытого бака в этом случае привело бы к дополнительным теплопо - терям с паром вторичного вскипания, уходящим в атмосфе­ру (10—15%). Для уменьшения теплопотерь в системе высокого давления применяют закрытый бак.

Воздух (оставшийся в системе после «продувки» паром) в напорных конденсатопроводах захватывается конденса­том, движущимся с высокой скоростью. Водовоздушиая эмульсия по трубам попадает в закрытый конденсатный бак и только там воздух отделяется от конденсата и периодиче­ски отводится в атмосферу через специальную воздушную трубу.

Конденсат, собирающийся в бак, перекачивается насо­сом на тепловую станцию. Конденсатные насосы (рабочий и резервный) устанавливают ниже уровня дна конденсатного бака (на 0,4—0,5 м), как говорят, «под залив». Это дела­ется во избежание вскипания конденсата, нарушающего работу насоса.

Воздуховыпускиые вентили помещают не только в ме­стах сбора конденсата; в крупных системах их устанавли­вают и в самых удаленных от теплового пункта местах для «продувки» системы при пуске пара.