Давление — единица силы, действующая перпендикулярно на единицу площади.
Абсолютным называют давление, создаваемое на тело отдельно взятым газом без учета других атмосферных газов. Измеряют его Па (паскалях). Абсолютное давление представляет собой сумму атмосферного и избыточного давлений.
Барометрическим (атмосферным) называют давление гравитации на все находящиеся в атмосфере предметы. Нормальное атмосферное давление создается 760 мм столбом ртути при температуре 0°С.
Избыточным давлением называют положительную разность между измеряемым и атмосферным давлением.
Вакуумом называют отрицательную разность между измеряемым и атмосферным давлением.
С какой целью меряют давление? С целью непрерывного контроля и своевременного регулирования всех технологических параметров. Для каждого технологического процесса разрабатывается режимная карта. К чему может привести ее несоблюдение? Например, известны случаи, когда при бесконтрольном повышении давления многотонный барабан энергетического котла улетал, словно футбольный мяч, на несколько десятков метров, разрушая все на своем пути. Снижение давления не несет разрушений, но приводит к:
При проектировании, изготовлении и эксплуатации современных паровых и водогрейных котлов используют специфические понятия, связанные с различными видами давления в котле.
Четкие определения видов давления в котле дает технический
регламент таможенного союза ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования,
работающего под избыточным давлением».
«Давление внутреннее»,
«Давление наружное» — избыточное давление, действующее на внутренние или
наружные поверхности стенки оборудования.
«Давление пробное»
— избыточное давление, при котором производится испытание оборудования на
прочность и плотность.
В целях проверки плотности и прочности оборудования под давлением, а также всех сварных и других соединений проводят гидравлическое (пневматическое) испытание пробным давлением.
Значение пробного давления устанавливают Федеральные нормы и
правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности
опасных производственных объектов, на которых используется оборудование,
работающее под избыточным давлением» (далее ФНП ОРПД): «Минимальное значение пробного давления Pпр
при гидравлическом испытании паровых и водогрейных котлов (за исключением
электрокотлов), автономных пароперегревателей и экономайзеров, а также
трубопроводов в пределах котла следует принимать:
а) при рабочем давлении не более 0,5 МПа — 1,5 рабочего
давления, но не менее 0,2 МПа;
б) при рабочем давлении более 0,5 МПа — 1,25 рабочего
давления, но не менее, чем рабочее давление плюс 0,3 МПа».
«Давление рабочее»
— максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании
рабочего процесса.
Рабочее давление относится к основным параметрам котла и
характеризует состояние рабочего тела (пара, воды) в котле.
«Давление расчетное» — давление, на
которое производится расчет на прочность оборудования.
Под расчетным давлением следует понимать избыточное давление
рабочей среды, по которому производится расчет на прочность данной детали.
Расчетное давление должно быть равно максимальному давлению
рабочей среды, возможному для данной детали в нормальных условиях эксплуатации,
или больше его.
Расчетное давление принимается в соответствии с указаниями
РД 10-249-98 «Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов
пара и горячей воды».
«Давление разрешенное» — максимально допустимое избыточное давление для оборудования (элемента), установленное на основании оценки соответствия и (или) контрольного расчета на прочность.
Более подробное определение разрешенного давления приведено
в ФНП ОРПД:
Давление разрешенное
рабочее (разрешенное давление, максимально допустимое рабочее давление) —
максимальное значение избыточного рабочего давления, допустимое для
оборудования или его элемента, установленное на основании первичной оценки его
соответствия после изготовления (реконструкции), а также оценки фактического
технического состояния периодически в процессе эксплуатации по результатам
технического освидетельствования и (или) диагностирования и контрольного
расчета на прочность.
Величина разрешенного давления оборудования, находящегося в
исправном состоянии, соответствует рабочему давлению, указанному изготовителем
в паспорте.
ГОСТ 23172-78 «Котлы стационарные. Термины и определения» уточняет
определение рабочего давления и дает
определение номинального давления:
Рабочее давление пара
в стационарном котле — давление пара непосредственно за пароперегревателем
или при его отсутствии на выходе из стационарного котла при расчетных режимах.
Номинальное давление
пара в стационарном котле — давление
пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем, а
при его отсутствии — непосредственно перед паропроводом к потребителю пара, при
номинальной паропроизводительности стационарного котла.
Номинальные значения рабочего давления приведены:
— для паровых котлов в ГОСТ 3619-89 «Котлы паровые
стационарные. Типы и основные параметры»
— для водогрейных котлов в ГОСТ 21563-2016 «Котлы
водогрейные. Общие технические требования»
ГОСТ 25720-83 «Котлы водогрейные. Термины и определения»
дает более полное определение рабочего давления для водогрейных котлов:
Рабочее давление воды
в водогрейном котле — максимально допустимое давление воды на выходе из
водогрейного котла при нормальном протекании рабочего процесса.
Минимальное рабочее
давление воды в водогрейном котле — минимально допустимое давление воды на
выходе из водогрейного котла, при котором обеспечивается номинальное значение
недогрева воды до кипения.
Преобразователи давления
Выходной неэлектрический сигнал большинства первичных преобразователей давления (преобразователь давления дм-3583м) имеет вид перемещения или силы и объединен в одном корпусе с прибором измерения. Для передачи результатов измерений на расстояние используют промежуточный преобразователь для получения стандартизированного электрического или пневматического сигнала. Так происходит слияние первичного и промежуточного преобразователей в единый измерительный преобразователь.
Как известно, давление – это сила, действующая на единицу площади. Различают давление абсолютное и избыточное. избыточное давление – разница между давлением в какой-либо емкости, газопроводе и т. д. и в окружающей атмосфере. Если давление в емкости меньше атмосферного (отрицательное избыточное давление), то его называют разрежением. В металлургической теплотехнике пользуются избыточным (над атмосферным) давлением. Различают три основных вида давления: геометрическое, статическое, динамическое давление.
Геометрическое давление обусловлено стремлением горячих газов подняться вверх. Если в результате разности плотностей окружающего воздуха и газа последний переместится на высоту Н, то геометрическое давление
где: g – ускорение силы тяжести, м/с2;
rв,rг – плотность, соответственно воздуха и газа, кг/м3;
Н – расстояние, на которое переместился газ, м.
Статическое давление Рст. – это разность давлений заключенного в сосуде газа и окружающей среды. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. Его величина определяется из опыта с помощью U – образного манометра (пьезометра). Манометр устанавливают так, чтобы один конец сообщался с атмосферой, а выходное отверстие другого конца было расположено перпендикулярно направлению потока газа.
Динамическое давление наблюдается при движении газа.
Динамическое давление обусловлено скоростью потока и может быть определено экспериментально (рис 1.).
Сумма статического и динамического давления составляет полное давление Рп.=Рст.+Рдин., которое воспринимается трубкой помещенной навстречу потока. Но поскольку Рдин=Рп.-Рст, манометр нам покажет динамическое давление. Существуют специальные приборы, позволяющие определить динамическое давление газового потока. Это напорные трубки или трубки Пито.
Статистическое давление характеризует тот запас потенциальной энергии, которой располагает 1 м2 газовой системы. Представьте воздушный шар – давление на стенки – статическое давление.
Динамическое давление – это кинетическая энергия потока. В процессе движения газа на преодоление всевозможных сопротивлений затрачивается часть кинетической энергии, убыль которой восстанавливается за счет запаса потенциальной энергии (статического давления), например, от вентилятора создается избыточное статическое давление при движении газа по газопроводу.
Единицы измерения давления:
1атм = 1 кг/см2;
1атм = 760 мм. рт. ст.
1 атм = 104 кг/м2 (мм. в. ст.) * 9,81 »105н/м2 (Па).
1. Уравнение Эйлера
Статика газов изучает равновесие (состояние покоя) газов. Основными уравнениями для статики газов являются уравнения Эйлера.
На любой объем покоящегося газа действуют только силы тяжести и давления. Силы инерции и трения проявляются лишь при движении среды. В неподвижном (покоящемся) объеме газа объемные силы – силы тяжести действуют по вертикали, т. е. в направлении координатной оси Z, и вызывают соответствующие изменение давления. Уравнение Эйлера для статики газов составлено как баланс изменения энергии 1 м3 газа в направлении координатной оси Z и имеет вид:
где r – плотность газа, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, м/с2; dp – изменение (приращение) давления при изменении высоты столба газа на величину dz, в целом
– градиент давления.
Уравнение (1.9) представляет собой баланс энергии, при котором изменение потенциальной энергии 1м3 газа на отрезке dz приводит к соответствующему изменению давления, т. е. можно записать уравнение (1.9) следующим образом:
Решим уравнение (1.10) для каких-то двух сечений Z1 и Z2, расположенных на расстоянии Н друг от друга при условии r=const, т. е. газ как несжимаемая среда.
где Р1 и Р2 – абсолютное давление соответственно в сечениях I и II;
r; g; H – геометрическое давление, обусловленное силой тяжести и зависящее от r и высоты Н столба газа, Па;
Z1, Z2 – расстояние от произвольно выбранного уровня отчета 0–0 до сечений I и II, м.
Это основное уравнение статики газов.
Сведения по теплотехнике.
Теплотехника -это наука изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты. Тепловая энергия получается при сжигании органических вешеств, называемых топливом.
Основы теплотехники составляют.
1. Термодинамика – наука, изучающая превращение энергии тепла в другие вилы энергии (например: тепловая энергия в механическую, химическую и т. д.)
2. Теплопередача – изучает теплообмен между двумя теплоносителями через поверхность нагрева.
Рабочим телом называется теплоноситель, с помощью которого происходит превращение тепловой энергии в механическую, т. е. совершают работу (например, пар в паровом насосе).
В котельной теплоносителем (рабочим телом) является горячая вода и водяной пар с температурой до 150°С или водяной пар стемпературой до 250°С. Для отопления жилых и общественных зданий используется горячая вода, это связано, с санитарно-гигиеническими условиями, возможностью легкого изменения ее температуры в зависимости от температуры наружного воздуха. Вода обладает значительной плотностью по сравнению с паром, что позволяет передавать на большие расстояния значительное количество тепла при небольшом объеме теплоносителя. В систему отопления зданий вода подается с температурой не выше 95°С во избежание пригорания пыли на приборах отопления иожогов от систем отопления. Пар используется для отопления промышленных зданий и в производственно-технологических системах.
Котельная- комплекс, связанных тепловых энергоустановок предназначенных для выработки теплоты.
Котельная установка =котельный агрегат+ вспомогательное оборудование.
Котельный агрегат=котел(паровой или водогрейный)+ экономайзер.
Вспомогательное оборудование- дымосос,вентилятор, питательный насос, топливное хозяйство (мазутное хозяйство или газовое) ХВП и КИПиА.
Котельные делятся на:
1. Отопительные, вырабатывающие тепло для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для промышленных и коммунальных предприятий.
2. Отопительно-производственные, вырабатывающие тепло для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а также для технологических целей.
3. Производственные, вырабатывающие тепло только для технологических целей.
Технологический процесс производства пара: топливо при помощи горелочных устройств поступает в топку котла где сгорает. Воздух необходимый для горения топлива подается в топку дутьевым вентилятором, образовавшиеся дымовые газы отдав часть своего тепла поверхностям нагрева, расположенным в топку (радиоционным) поступают на конвективные поверхности нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются в атмосферу газозаборником в дымовую трубу.
Поверхности нагрева в котле- стенки труб. Внутри труб движется вода, снаружи трубы омываются дымовые газами. Через стенки труб происходит теплообмен, газы отдают тепло воде. В верхнем барабане вода кипит и получается насыщенный пар между котлом и дымососом установлен водяной экономайзер (теплообменник, для использования тепла в дымовых газах. Поверхности нагрева называют еще хвостовыми. Вода для питания котлов специально готовится ХВП и подается в верхний барабан питательным насосом. Котельная работающая на жидком топливе специальное мазутное хозяйство.
Параметры рабочего тела
Теплоноситель, получая илиотдавая тепловую энергию, изменяет свое состояние.
Например: Вода в паровом котле нагревается, превращается в пар. который имеет определенную температуру и давление. Пар поступает в пароводяной подогреватель, сам охлаждается, превращается в конденсант Температура нагреваемой воды увеличивается, температура пара и конденсата понижается.
Основными параметрами рабочего тела являются температура, давление, удельный объем, плотность.
1.Температура – это степень нагретости тела, определяет направление самопроизвольной передачи тепла от более нагретого к менее нагретому телу (мера средней кинетической энергии молекул вещества).
Передача тепла будет иметь место до того момента пока температуры не станут равными, т. е. наступит температурное равновесие. Температура измеряется в градусах.
Используются две шкалы: международная-Кельвина и практическая Цельсия t °С.
За ноль в этой шкале принята температура плавления льда ,за сто градусов –температура кипения воды при атм. давлении (760 мм рт. ст.).
За начало отсчета в термодинамической шкале температур Кельвина применят абсолютный нуль (низшая теоретически возможная температура, при которой отсутствует движение молекул). Обозначается Т.
1 Кельвин по величине равен 1° шкалы Цельсия
Температура таяния льда равна 273К . Температура кипения воды равна 373К
Т=t + 273; t = T-273
Температура кипения зависит от давления.
Например, При Ра,c =1,7 кгс/см2. Вода кипит при t =115°С.
2. Давление – эта сила, действующая перпендикулярно на единицу площади поверхности тела.
Давление силы, равной 1Н, равномерно распределенное на поверхности 1м2принято за единицу давления и равно 1Па (Н/м2) в системе СИ.
В технике применяются более крупные единицы измерения
1кПа=103Па 1МПа=10бПа 1ГПа=109Па
Вне системные единицы измерения давления кгс/м2; кгс/см2.
1 кгс/м2 = 1 мм.в ст =9,8 Па
1 кгс/см2 = 9,8.104 Па ~ 105 Па = 104 кгс/м2
Давление не редко измеряют в физических и технических атмосферах. Физическая атмосфера – среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° = 0°С
1атм = 1,01325 .105 Па = 760 мм рт.ст. = 10,33 м вод. ст = 1,0330 мм в. ст. = 1,033 кгс/ см2.
Техническая атмосфера (ат)
1ат = 735 мм рт. ст. = 10 м. в. ст. = 10.000 мм в. ст. = =0,1 МПа= 1 кгс/см2
1 мм в. ст. – сила, равная гидростатическому давлению водяного столба высотой в 1 мм на плоское основание 1мм в. ст = 9,8 Па.
1 мм. рт. ст – сила, равная гидростатическому давлению столба ртути высотой 1 мм на плоское основание. 1 мм рт. ст. = 13,6 мм. в. ст.
В технических характеристиках насосов вместо давления употребляется термин напор.
Единицей измерения напора является м. вод. ст.
Например: Напор создаваемый насосом равен 50 м вод. ст. это значит, он может поднять воду на высоту 50 м.
Давление в закрытых сосудах и трубопроводах различают: избыточное, разрежение (вакуум), абсолютное, атмосферное
Атмосферное давление – среднее давление атмосферного воздуха на уровне моря при t° =0°С и нормальном атмосферном Р =760 мм. рт. ст.
Избыточное давление – давление выше атмосферного (в замкнутом объеме).В котельных под избыточным давлением находятся вода, пар в котлах и трубопроводах. РИЗб. измеряется приборами манометрами.
Разрежение – давление в замкнутых объемах меньше атмосферного (вакуум). Топки и дымоходы котлов находятся под разрежением.Разрежение измеряется приборами тягомерами.
Абсолютное давление – избыточное давление или разрежение с учетом атмосферного давления.
Рабс = Ратм +Ризб
Рабс = Ратм -Рразр
Например: РИ3б в барабане котла ДКВр = 13 кгс/см2; Ргбс = 13 + 1 = = 14 кгс/см2.
Рвак в деаэраторе = 0,3 кгс/см2; Рабс = 1 – 0,3 = 0,7 кгс/см2
В технике принято:
Ратм= 1 кгс/см2 или 1 атмосфера
Для котлов имеются такие виды Р как:
1). Расчетное Р –максимально избыточное давление на котором производится расчет прочность элементов котла.
2). Рабочее – максимально избыточное Р в котле при котором обеспечивается длительная работа котла при нормальных условиях эксплуатации.
3). Разрешенное Р- максимально допустимое Р в котле после технологического осведительствования.
4). Пробное Р- избыточное Р которым производят гидравлические испытания элементов котла на прочность и плотность (техн. освидетельствование)
3. Плотность – отношение массы вещества к его объему.
В практике применяется относительная плотность – отношение плотности данного газа к плотности стандартного вещества (воздуха)при нормальных условиях (t° = 0°С: 760 мм. рт.ст.)
4.Удельный объем – объем занимаемый единицеймассы вещества при
0°С и атмосферном давлении 760 мм. рт.ст.
Где V- объем занимаемый массой(м3)
m- масса вещества (кг)
Теплота -энергия, которая может передаваться от более нагретого тела к менее нагретому при соприкосновении или излучением.Перенос теплоты от твердого тела (стенки) к обтекающей его жидкости или газу называется теплопередачей.
В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Джоуль(Дж). Внесистемная единица измерения теплоты – калория (кал.).
1 ккал. = 1000 кал. 1 Мкал= 106кал 1 Гкал. = 109кал
В системе СИ единицей измерения теплоты и энергии является Дж. Внесистемная единица измерения теплоты – калория (кал.).
1 килокалория-это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг воды на 1°С при нормальном атмосферном давлении.
1 кал. – количество теплоты для нагрева 1 г Н2О на 1°С при
Р =760 мм. рт.ст.
1 кал. =4,19Дж
1 к.к ал. = 4,19 кДж кВт . ч = 860 ккал
