РТМ 24.030.42-74
Расчет и конструирование короткозамкнутых циркуляционных контуров котлов низкого и среднего давления

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ КОНТУРОВ КОТЛОВ НИЗКОГО И СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ

РТМ 24.030.42-74

Издание официальное

МИНИСТЕРСТВО ТЯЖЕЛОГО, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Центральным научно-исследовательским и проектно-конструкторским котлотурбинным институтом им. И. И. Ползунова

Директор

Заведующий базовым отраслевым отделом стандартизации

Заведующий отделом промышленной и малой энергетики

ИсполНи№)ш:

ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Главным управлением атомного машиностроения и котлостроения Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Главный инженер    В.    Д.    ЗОРИЧ ЕВ

УТВЕРЖДЕН Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения

Заместитель министра    П.    О.    СИРЫ    И

Группа Е21

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОРОТКОЗАМКНУТЫХ

ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ    РТМ    24.030.42-74

КОНТУРОВ котлов НИЗКОГО И СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ

Указанием Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения от 17 марта 1975 г. № ПС-002'3340 введен как рекомендуемый.

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на циркуляционные контуры с рециркуляционными трубами паровых котлов, котлов-утилизаторов и энерготехнологи -ческих котлов с давлением от 10 до 50 кгс/см². В РТМ более подробно излагаются положения главы 4, раздела Ж «Нормативного метода гидравлического расчета паровых котлов».¹ (ЦК.ТИ— ВТИ, Руководящие указания, 1973, вып. 33).

1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А, В, С — размерные коэффициенты, зависящие от физических констант пара и воды;

D — расход пара з элементе, кг/ч; р —давление, кгс/см²;

Ар — перепад давления, сопротивление, кгс/м²;

5—напор, кгс/м²; солесодоржание котловой воды, мг/кг; /, h —длина, высота коллектора, трубы, контура, м; d — внутренний диаметр трубы, коллектора, м;

V — паровая нагрузка единицы объема верхнего собирающего коллектора, (м³/с)/м³; w — скорость среды, м/с;

Стр. 2 РТМ 24.030.42-74

у —удельный вес среды, кг/м³; ср—напорное паросодержание;

а — коэффициент поверхностного натяжения на границе пар—вода, кг/м; g — ускорение силы тяжести, м/с²; z — полный коэффициент сопротивления; а —угол наклона трубы, коллектора в градусах;

' —вода на линии насыщения;

" —пар на линии насыщения.

Индексы

ак — активная; вн — внутренний; д. с —диаметральное сечение;

к — контур; к. в—котловая вода; кол — коллектор; нив — нивелирный;

ос — осевая; отв — пароотводящая; пол — полезный; под —подъемный; реп — рециркуляционная.

2. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ И РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В КОРОТКОЗАМКНУТОМ ЦИРКУЛЯЦИОННОМ КОНТУРЕ

2.1.    Одним из средств повышения запасов надежности циркуляции воды в контуре с испарительными трубами, объединенным)! нижним раздающим и верхним собирающим коллекторами, является применение рециркуляционных труб.

2.2.    Рециркуляционными называются трубы, соединяющие верхний коллектор непосредственно с нижним. Они выполняются, как правило, необогреваемыми. Контуры с рециркуляционными трубами относятся к числу короткозамкнутых.

2.3.    В контуре с рециркуляционными трубами пароводяная смесь из подъемных труб попадает в верхний собирающий коллектор, в котором она частично разделяется.

Из верхнего коллектора пароводяная смесь поступает в пароотводящие трубы и далее в барабан котла или выносной сепаратор солевого отсека, где происходит окончательное отделение пара от воды. Вода по опускной системе отводится в нижний коллектор и затем снова поступает в подъемные трубы.

Часть циркулирующей в контуре воды, отделившаяся в верхнем собирающем коллекторе, направляется в нижний раздающий коллектор более коротким путем: по рециркуляционным трубам, минуя пароотводящие трубы, сена рационные устройства и опускную систему. Циркуляционный контур при этом замыкается накоротко.

PTM 24.030.42—74 Стр. 3

Суммарный расход воды по нему, при всех прочих равных условиях, увеличивается.

Примерная схема короткозамкнутого контура с рециркуляционными трубами представлена на черт. 1.

2.4.    Верхний собирающий коллектор в контуре с рециркуляционными трубами выполняет роль первичного сепаратора; однако из-за малого диаметра разделение смеси в нем затруднено и вместе с водой в рециркуляционные трубы сносится некоторое количество пара. Это уменьшает вес столба среды в трубах и увеличивает их сопротивление. Количество циркулирующей по контуру воды при этом уменьшается.

2.5.    Величина сноса пара в рециркуляционные трубы характеризуется напорным паросодержанием (p_p,.,„ которое выбирается по номограммам (черт. 2), построенным на основе экспериментальных данных. Эксперименты, положенные в основу РТМ, проводились на контурах небольшой высоты, поэтому представленные на черт. 2 рекомендации наиболее точно отражают действительные значения напорного паросодержания в рециркуляционных трубах с высотой Л_к =

= 3-г-8 м.

2.6.    Напорное паросодержание в рециркуляционных трубах определяется состоянием смеси в верхнем собирающем коллекторе (распределением фаз в поперечном его сечении) и зависит от следующих режимных параметров и конструктивных факторов:

—    давления, характеризующего состояние физических параметров пара и воды;

—    расходных характеристик смеси, проходящей через коллектор;

—    солесодержания котловой воды;

—    диаметра верхнего коллектора;

—    размещения подъемных, пароотводящих и рециркуляционных труб по длине и в поперечном сечении коллектора;

—    диаметра и относительного сечения рециркуляционных труб;

—    положения верхнего коллектора (утла наклона его к горизонтали).

PTM 24.030.42—74 Стр. 5

2.7.    В зависимости от перечисленных факторов состояние смеси в верхнем собирающем коллекторе может быть различным. При этом возможны два крайних случая:

—    существование границы раздела фаз, когда нижняя часть коллектора заполнена водой, а верхняя паром;

—    относительно равномерное распределение фаз по высоте сечения коллектора.

В первом случае паросодержание в рециркуляционных трубах равно или близко к нулю; во втором — оно достигает максимальных значений для данной конструкции контура.

2.8.    С увеличением паровой нагрузки контура и давления структура пароводяной смеси в собирающем коллекторе приближается к гомогенной и отвод воды по рециркуляционным трубам затрудняется.

2.9.    Отличительной особенностью контуров с рециркуляционными трубами является существование области малых паровых нагрузок собирающего коллектора, в которой снос пара в эти трубы практически отсутствует.

2.10.    Величина паровой нагрузки собирающего коллектора, при которой начинается снос пара в рециркуляционные трубы и значение максимально достигаемого паросодержания в них, зависит от конструктивных факторов, перечисленных в и. 2.6.

2.11.    Экспериментально установлено, что сносимый в рециркуляционные трубы пар распределяется по их высоте неравномерно. Из-за конденсации пара по мере движения вниз по трубе, работающей, как правило, в режиме слабого теплоотвода, наибольшие значения фрец имеют место в верхних участках трубы, т. е. на входе в нее. В нижних же участках фрец близко либо равно нулю, поэтому попавший в рециркуляционные трубы пар не следует учитывать при определении паросодержания в подъемных трубах.

В гидравлических расчетах контуров с рециркуляционными трубами принимается среднее значение напорного паросодержания фрец»

2.12.    Если рециркуляционные трубы частично обогреваются, то среднее напорное паросодержанне в них определяется с учетом обогрева.

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ

3.1.    Применение рециркуляционых труб наиболее целесообразно в контурах небольшой высоты, в которых длина этих труб меньше, чем общая длина пароотводящих и опускных.

3.2.    Поскольку разделение пароводяной смеси в собирающем коллекторе происходит под действием гравитационных сил, вводы подъемных, рециркуляционных и пароотводящих труб в поперечном сечении коллектора, если возможно, нужно размещать в следующем порядке:

— подъемных — ближе к средней образующей коллектора;

Стр. 6 РТМ 24.030.42—74

—    рециркуляционных — по нижней образующей;

—    пароотводящих — по верхней образующей коллектора.

3.3.    С увеличением сечения рециркуляционных труб суммарный расход воды по контуру сначала увеличивается, а затем стабилизируется. Оптимальное относительное (по отношению к подъемным) сечение рециркуляционных труб близко к величине 30±5%.

Диаметр рециркуляционных труб может выбираться в пределах от диаметра подъемных труб, до диаметра коллектора:

^под ^ ^рец ^ ^кол*

3.4.    Наибольший эффект от применения рециркуляционных труб, характеризуемый увеличением суммарного расхода воды по контуру, достигается при размещении их вводов вне активной зоны коллектора (см. ниже п. 3.6) и смещении в том же направлении штуцеров пароотводящих труб.

Увеличение пропускной способности рециркуляционных труб при торцевом их расположении обеспечивается улучшением условий разделения смеси в собирающем коллекторе за счет возникновения в нем однонаправленного продольного тока смеси и ее расслоения.

3.5.    Смещенные к торцам верхнего коллектора вводы рециркуляционных и пароотводящих труб должны располагаться в следующем порядке: первой от торца коллектора устанавливается рециркуляционная труба, затем — крайняя пароотводящая и далее— подъемные трубы; при этом расстояние от крайней подъемной трубы до смещенной к торцу рециркуляционной (/j) должно быть не менее 1,5</_Кол» а от рециркуляционной до крайней пароотводящей (/г) не менее ^_кол (см. черт. 2).

3.6.    Активной зоной верхнего коллектора называется часть его, в пределах которой размещаются вводы подъемных труб. Длина активной части /_г|К равна сумме расстояния между осями крайних подъемных труб и их диаметра:

^ак “ *ос.пид ~i~ Я_под.

3.7.    При расположении рециркуляционных труб вне активной зоны собирающего коллектора их должно быть не более одной на каждый торец.

3.8 Для предотвращения гидравлической разверки в подъемных трубах размещение пдроотводящих труб только на торцах (или на торце) коллектора допускается при относительно небольшой его длине.

Длина активной части собирающего коллектора, не занятая пароотводящими трубами и отсчитываемая в одном направлении движения смеси, должна быть не более 7 d_K0л, а не занятая рециркуляционными трубами, при той же системе отсчета, — не более

1 0 £?КОЛ*

3.9. При ограниченной высоте циркуляционного контура и значительном развитии его в длину (Л_к<4 м и /ак>Л_к), а также при

PTM 24.030.42—74 Стр. 7

больших удельных паровых нагрузках собирающего коллектора, Кк">2(м³/с)/м³ торцевые рециркуляционные трубы целесообразнэ выполнять с таким же диаметром, что и коллекторы, по возможности соединяя их плавными переходами (см. черт. 2, е).

3.10.    В контурах с вертикальным или наклонным расположением коллекторов торцевые рециркуляционные трубы целесообразно выполнять с таким же диаметром, что и коллекторы.

3.11.    Если конструктивно вводы рециркуляционных труб нельзя расположить по торцам собирающего коллектора, то их можно разместить равномерно по его длине, избегая при этом непосредственного расположения рециркуляционных труб под иароотводя-щими. Диаметр рециркуляционных труб при этом необходимо выбирать близким к диаметру подъемных труб.

3.12.    Установка в рециркуляционных трубах дроссельных шайб или каких-либо регулирующих устройств с целью уменьшения захвата и сноса в них пара, как показал практический опыт, положительного эффекта не дает.

3.13.    Переход на больший диаметр перед вводом рециркуляционных труб в верхний коллектор целесообразен при торцевом расположении труб.

3.14.    Установка лючковых затворов, выступающих внутрь собирающего коллектора и загромождающих верхнюю часть его объема, ухудшает условия разделения пароводяной смеси в нем. Применение таких лючков в схемах с торцевым расположением рециркуляционных труб недопустимо. Они допустимы в схемах с равномерным распределением рециркуляционных труб по коллектору при относительно малых паровых нагрузках: У_КОл"< <0,5 (м³/с)/м³.

Загроможденность объема коллектора лючками должна учитываться при определении его проходных сечений.

4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ

4.1. Расчет циркуляции воды в контуре с рециркуляционными трубами должен выполняться в соответствии с «Нормативным методом», согласно которому скорость воды в рециркуляционных трубах (в их нижних участках) определяется по формуле

4.2. Нивелирное сопротивление рециркуляционных труб определяется из следующей зависимости:

4.3. В «Нормативном методе» в зависимости от паровой нагрузки единицы объема верхнего коллектора Ккол" даны единые,

осредненные для разных конструкций и схем циркуляционных контуров, значения фрец.

В отличие от этого в данном РТМ в порядке уточнения соответствующего раздела «Нормативного метода» значения фрец даны дифференцированно для разных схем и конструкций контуров.

4.4.    Определение фрец производится по графикам, представленным на черт. 2, в зависимости от паровой нагрузки верхнего коллектора, характеризуемой приведенной скоростью пара в его диаметральном сечении (определяющей для горизонтального или слабо наклонного положения коллектора) и приведенной осевой скоростью пара в среднем сечении активной части коллектора, при вертикальном его положении.

4.5.    Приведенная скорость пара в диаметральном сечении горизонтального или наклонного коллектора определяется по формуле

. ₌ D ^U*^c 3600/_dK<W"*

4.6.    Приведенная осевая скорость пара в среднем сечении активного участка вертикального коллектора определяется по формуле

D2

w =-¹-

^ос    3600 • 0,785 •

или в зависимости от давления по вспомогательным графикам, представленным на черт. 3. Графики для возведения в степень значений 1сГ_с даны на черт. 4.

4.8.    Представленные на черт. 2 две зависимости ф_рец от соответствуют вспениваемой и невспениваемой котловой воде.

4.9.    Расчетные (приближенные) значения необходимых для пользования графиками черт. 2 критических солесодержаний кот-

1

В дальнейшем «Нормативный метод гидравлического расчета паровых котлов» будет упоминаться как «Нормативный метая».