Паровые системы отопления
3. Паровые системы отопления.
3.1. Принципиальные схемы паровой системы отопления низкого давления.
Системы парового отопления в зависимости от абсолютного давления пара подразделяются на:
а) вакуум-паровые —при абсолютном давай пара менее 0,1 МПа (1 кгс/см2);
б) низкого давления — при давлении пара 0,12 МПа (1—1,2 кгс/см2);
в) низкого (повышенного) давления — при кипении пара 0,12—0,17 МПа (1,2—1,7 кгс/см2);
г) высокого давления—при абсолютном кипении пара 0,17—0,27 МПа (1,7—2,7 кгс/см2).
Примечание. Предельное давление пара в схемах высокого давления указано применило к местным отопительным приборам. Для калориферов, пароводяных подогревателей и другого теплоиспользующего оборудования внутренних санитарно—технических схем максимальное давление пара ограничивается заводскими паспортными данными на оборудование.
В зависимости от конструктивных особенностей и трассировки трубопроводов системы парового отопления подразделяются на двухтрубные вертикальные и однотрубные вертикальные и горизонтальные, с верхней, нижней и средней разводкой магистрального паропровода, тупиковым и попутным. движением а и конденсата (рис. 3.1.1—3.1.3).
Рекомендуемые материалы
По способу возврата конденсата в котел наружные тепловые сети системы отопления могут быть:
а) замкнутыми, в которых конденсат смещается за счет гидростатического давления или специально предусмотренного остаточного давления пара в системе (см. рис. 3.1.1, а, 3.1.3, а);
б) разомкнутыми, когда конденсат перекачивается насосом из промежуточного консатного бака (см. рис. 3.1.2 и 3.3.3,б).
Системы парового отопления, непосредственно соединенные с атмосферой для выпуска них воздуха, называются открытыми (см. . 3.1.1 и 3.1.2), а не соединенные – закрытыми рис. 3.1.3).
Конденсатопроводы в системах парового отопления бывают:
а) сухими, частично заполненными конденсатом, а частично воздухом (конденсатоотвод в системах отопления низкого давления, расположенный выше уровня стояния конденсата, и в системах высокого давления между отопительным прибором и конденсатоотводчиком; см. рис. 3.1.1,б—3.1.3);
Рис. 3.1.1. Схемы систем парового отопления низкого давления замкнутых открытых
а - с верхней разводкой паропровода и мокрым конденсатопроводом; б—с нижней разводкой паропровода и сухим конденсатопроводом; 1 — паропровод; 2 и 3 —сухой и мокрый безнапорный конденсатопроводы; 4—воздушная труба; 5—котел; б—отопительный прибор; 7— вентиль; 8 — гидравлический затвор
б) мокрыми безнапорными, по которым конденсат перемещается самотеком при полном заполнении трубопровода (конденсатопроводы в системах отопления низкого давления, расположенные ниже уровня стояния конденсата; см. рис. 3.1.1, а);
в) мокрыми напорными, по которым перемещается конденсат с помощью насоса либо за счет остаточного давления пара (см. рис. 3.1.2 и 3.1.3);
г) напорными двухфазными (эмульсионными), по которым конденсат перемещается совместно с пролетным паром и паром вторичного вскипания (конденсатопровод в системах парового отопления высокого давления между конденсатоотводчиком и конденсатным баком или расширительным бачком; см. рис. 3.1.3).
Рис. 3.1.2. Схема системы парового отопления низкого давления разомкнутой открытой со средней разводкой паропровода сухим конденсатопроводом
1 — паропровод; 2 и 3— сухой и мокрый напорный конденсате — проводы; 4 и 5 —воздушная и атмосферная трубы; 6 —конденсатный бак; 7 —насос; 8—обратный клапан; 9—отопительный прибор; 10 —вентиль
Рис. 3.1.3. Схемы закрытых систем парового отопления высокого давления замкнутой (а) и разомкнутой (б)
1 и 2—первая и вторая системы отопления; 3—паропровод; 4, 7, 8 мокрый напорный, двухфазный и сухой конденсатопроводы; 5 — конденсатоотводчик; 6 —вентиль; 9— отопительный прибор; 10—воздушная труба; 11—конденсатный бак; 72—обратный клапан
3.2. Преимущества и недостатки паровых систем и область их применения.
В качестве теплоносителя в системах парового отопления используется, как правило, сухой насыщенный водяной пар. Однако применение пара для систем отопления и теплоснабжения вентиляционных установок допускается только при обосновании из-за следующих недостатков парового отопления:
пониженного срока службы трубопроводов в результате интенсивной коррозии;
невозможности центрального регулирования теплоотдачи отопительных приборов путем изменения температуры теплоносителя;
частичного разложения органической пыли на поверхности отопительных приборов, постоянно нагретых до 100°С и более;
повышенных потерь теплоты паропроводами;
увеличенных эксплуатационных затрат на отопление;
частого нарушения герметичности резьбовых соединений трубопроводов.
Преимуществами систем парового отопления являются:
меньшие площади поверхности отопительных приборов;
быстрый прогрев отопительных приборов при пуске системы;
незначительное гидростатическое давление в системе;
меньшие капитальные затраты на сооружение системы отопления.
Области применения систем парового отопления в зависимости от назначения зданий и характера производства приведены в п. 7.2.
Вакуум—паровые системы отопления в СССР не применяются из—за сложности устройства и эксплуатации. Однотрубные вертикальные системы также не получили распространения вследствие возникновения в них гидравлических ударов и значительного шума.
Выбор систем отопления низкого или высокого давления определяется источником пароснабжения, требованиями по ограничению максимальной температуры на поверхности отопительных приборов и прочностными характеристиками теплоиспользующих аппаратов.
Паро— и конденсатопроводы систем парового отопления с радиаторами, конвекторами и другими отопительными приборами, а также систем для производственных нужд должны быть самостоятельными, не связанными с трубопроводами агрегатов воздушного отопления, вентиляционных камер и горячего водоснабжения.
Рекомендуется отдавать предпочтение вертикальным двухтрубным системам с верхней разводкой паропровода.
При невозможности прокладки паропровода на чердаке или под потолком верхнего этажа здания допускается средняя или нижняя разводка паропровода. При этом стояки, по которым образующийся конденсат направляется против движения пара, должны иметь высоту не более 6 м.
Горизонтальные однотрубные проточные системы следует применять в одно— и двух — этажных зданиях, объемом до 5000 м3.
В системах парового отопления возврат конденсата осуществляется по замкнутой или разомкнутой схеме. Непосредственный возврат конденсата в котел по замкнутой схеме в системах низкого давления возможен в тех случаях, когда высота столба конденсата Н между уровнем стояния конденсата в конденсатопроводе и серединой паросборника (см. 3.1.1, а) с запасом 0,25 м уравновешивает давление пара в котле.
Требуемая высота столба конденсата Н, м, определяется по формуле
где ризб— избыточное давление пара в котле, МПа /см2); 
— плотность конденсата, кг/м3; у— ускорение свободного падения, м/с2; у— удельный вес конденсата, кг/м3.
Избыточное давление пара в котле 0,01 МПа (0,1 кгс/см2) уравновешивается (без запаса) столбом конденсата высотой 1 м.
В системах отопления высокого давления сменяют, как правило, разомкнутые схемы врата конденсата, используя пролетный пар расширительных бачках и конденсатных баках (рис. 3.1.4).
Замкнутые схемы в системах высокого давления могут применяться, когда сумма величин остаточного и гидростатического давления обеспечивает следующие минимальные скорости движения конденсата в трубах различного диаметра:
Системы парового отопления низкого давления устраивают по открытой схеме.
Возврат конденсата в системах отопления высокого давления во избежание повышенной коррозии труб следует производить по закрытой схеме. Открытые схемы допускается применять лишь в особых случаях. При закрытых схемах конденсатные баки не должны иметь атмосферных труб. В баках предусматривается избыточное давление около 0,005 —0,015 МПа (0,05—0,15 кгс/см2), которое ограничивается предохранительным приспособлением.
3.3. Гидравлический расчет систем парового отопления.
Обозначения расчетных давлений в паро— и конденсатопроводе приведены на рис. 3.1.4.
Давление пара р1 в начале паровой магистрали или у котла принимают:
а) в замкнутой системе парового отопления низкого давления с непосредственным возвратом конденсата в котел в зависимости от длины 1 паропровода от ввода или котла до наиболее удаленного отопительного прибора:
Давление пара р2, МПа (кгс/см2), перед расчетным отопительным прибором до вентиля в системах отопления низкого давления конденсатоотводчиков следует принимать:
а) при самотечном конденсатопроводе 0,002 (0,02);
б) при напорном конденсатопроводе р2 = р3/0,95, где р3— давление в конденсатопроводе после отопительного прибора.
При наличии конденсатоотводчиков р3 = р4 /0,4, однако оно должно быть не менее 0,035 МПа, где р4—давление в конденсатоотводе после конденсатоотводчика. Давление пара, МПа (кгс/см2), перед расчетным теплообменником до вентиля в системах отопления высокого давления принимают р2 = р4/0,7.
Максимальные значения температуры, допускаемые в системах отопления в зависимости от назначения и характера отапливаемых помещений, приведены в п. 7.2, предельные скорости пара в системах отопления —в табл. 3.3.1.
ТАБЛИЦА 3.3.1
ПРЕДЕЛЬНЫЕ СКОРОСТИ ПАРА В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ
Примечание. Предельные скорости движения пара в системах гением на вводе более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) при встречном движении пара и конденсата следует принимать с коэффициентом 0,7 от значений, приведенных в таблице для попутного движения.
Скорость движения пара в подъемных стояках, где он перемещается против потока конденсата, не должна превышать 0,1—0,14 м/с. Потери давления, Па (кгс/см2), в паропроводах определяют по формуле
где R—удельные потери давления на трение (на 1 м длины участка паропровода), Па; l—длина участка расчетной ветви паропровода, м; z—потери давления на местные сопротивления, Па; k = 1—при определении потерь давления в единицах системы СИ и k = 0,1 —в единицах системы МКГСС.
В системах отопления высокого давления потери давления на местные сопротивления могут быть заменены потерей давления на трение в трубе эквивалентной длины lэкв, м (см. табл. 11.7 прил. II). Тогда
За длину расчетной ветви считают длину паропровода от ввода или котла до наиболее удаленного отопительного прибора (теплообменника).
Значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в табл. II.10—II.21.
Потери давления на местные сопротивления ориентировочно принимают в зависимости от общих потерь давления в расчетной ветви паропровода: 35%—в системах отопления низкого давления, 20% — в системах отопления высокого давления. Удельные потери давления на трение рекомендуется принимать: для труб начальных участков — выше Rср, для труб конечных стояков — ниже Rср.
Невязка расчетных потерь давления в системах парового отопления не должна превышать 15% для паропроводов и 10% для конденсатопроводов. Для преодоления сопротивлений, не учтенных расчетом, необходимо оставлять запас давления до 10% расчетного.
Расчет паропроводов систем отопления низкого давления
Ориентировочную среднюю удельную потерю давления на трение на 1 м длины паропровода, Па/м (для расчета по табл. 3.3.1), определяют по формуле
где р1 и р2—давление пара в начале и конце паропровода, Па (кгс/м2); 
l-длина паропровода, м; 0,9 — коэффициент, учитывающий ориентировочный запас в принятом располагаемом давлении; k = 1 —при определении давления пара в единицах системы СИ и k = 0,1 —в единицах системы МКГСС;
—доля потерь на местные сопротивления, %.
Насосы для перекачки конденсата
Для перекачки конденсата из отдельных конденсатных баков на тепловой пункт на общем конденсатопроводе устанавливают параллельно работающие насосы (по два на каждый конденсатный бак). Подачу каждого насоса принимают равной часовому расходу конденсата.
Для перекачки конденсата из конденсатного бака в паровой котел систем отопления низкого давления устанавливают один насос подачей, равной 2—часовому расходу конденсата. Давление, МПа (кгс/см2), создаваемое насосом при перекачке конденсата в котел систем низкого давления, определяют по формуле
В лекции "Оболочки над DOS" также много полезной информации.
где рк — давление в котле, МПа (кгс/см2); 
h—разность отметок нижнего уровня воды в конденсатном баке и уровня воды в котле или высшей точке питательного трубопровода, м; p — потери давления в питательном трубопроводе, МПа (кгс/см2).
Разность высот, м, между низшим уровнем конденсата в баке и осью насоса для предупреждения кавитации должна соответствовать:
где рн — давление насыщенного пара, соответствующее температуре перекачиваемого конденсата, Па(кгс/ м2) (см. прил. I); p — потери давления во всасывающем трубопроводе, Па (кгс/м2); р —давление насыщенного пара, соответствующее температуре конденсата, увеличенной на 5°, Па (кгс/м2); ркб — давление над поверхностью в конденсатном баке, Па (кгс/м2),— плотность конденсата, кг/м3; 
к —удельный вес конденсата, кг/м3; g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного: падения.
Если при этом величина Н получится отрицательной, следовательно, для нормальной работы насоса подпор не требуется и возможна работа насоса на всасывание. Глубину всасывания в этом случае можно принимать меньшей или равной Н, но не превышающей вакуумметрическую высоту всасывания, указанную в каталоге насосов.
