Прокачивать термомасло по короткому контуру внутри компактной установки — это одно. А прокачивать его на расстояние 50, 100 или 200 метров по территории завода — через изгибы, клапаны, стояки и многочисленные ответвления — это совсем другая задача. Чем длиннее трубопровод, тем большее сопротивление трения приходится преодолевать насосу. Добавьте к этому перепады высоты, длинные всасывающие линии и потери тепла по пути, и вам быстро понадобится больший напор, чем предполагает стандартный каталог.
В данной статье рассматриваются вопросы подбора насосов для перекачки термомасла и прокладки трубопроводов на большие расстояния, в том числе для подводящих линий котельных систем, перекачки из резервуаров в системы и распределения по нескольким зданиям. Мы расскажем о том, как длина и диаметр труб, фитинги, перепад высот и потери температуры масла влияют на требуемую напорную способность насоса, а также о том, как избежать наиболее распространенных ошибок при расчете параметров в таких ситуациях.
Чтобы ознакомиться с полным ассортиментом наших насосов для горячего масла, посетите насос для горячего масла страница товара.
Перекачивающий насос и циркуляционный насос — в чём разница?
И перекачивающие, и циркуляционные насосы перекачивают термомасло. Разница заключается в том, какую функцию они выполняют в системе.
Циркуляционный насос работает в замкнутом контуре. Он обеспечивает циркуляцию масла по одному и тому же контуру — от нагревателя к технологическому оборудованию и обратно — с относительно постоянным расходом. Длина трубопроводов, как правило, составляет от небольшой до средней, а сопротивление системы становится предсказуемым после завершения монтажа контура. Подробно о выборе циркуляционных насосов мы рассказали в нашем руководстве: Насос для циркуляции термомасла: принцип действия и руководство по выбору.
Перекачивающий насос, с другой стороны, перемещает масло из одного места в другое — зачастую на большие расстояния, с использованием большего количества труб и фитингов, а иногда и при значительных перепадах высоты. Примерами могут служить перекачка масла из котельной в цех, расположенный на расстоянии 150 метров, перекачка масла между резервуарами или разгрузка масла из автоцистерны в систему.
Ключевое отличие при выборе насоса заключается в следующем: в системах перекачки решающую роль играют потери на трение в трубопроводах и статический напор. В системах циркуляции же главное — согласование тепловой нагрузки и сопротивления контура системы. В обоих случаях необходимы соответствующие значения расхода и напора, однако эти показатели определяются разными факторами.
Типичные области применения насосов для перекачки горячего масла
Насосы для перекачки горячего масла используются везде, где термомасло необходимо транспортировать на значительное расстояние или преодолевать перепад высот. Наиболее распространенные ситуации:
Подводящие трубопроводы котельной системы. Котел на термомасле, установленный в центральном техническом помещении, подает нагретое масло к технологическому оборудованию в одном или нескольких удаленных цехах. Обычно длина трубопроводов составляет 50–200 метров. Насос должен создавать напор, достаточный для прокачки масла по всей длине подающих и обратных трубопроводов, а также через все промежуточное оборудование.
Перекачка из резервуара в систему. Новое термомасло, хранящееся в бочках или резервуарах, необходимо перекачивать в систему отопления при первоначальном заполнении или замене масла. Расстояние перекачки может быть небольшим, однако масло холодное и вязкое, что меняет требования к насосу.
Погрузка и разгрузка. Перекачка нефти из автоцистерны в резервуар. Условия всасывания зачастую неблагоприятны: большая длина шланга, ограниченный перепад высот и низкая температура нефти.
Распределение по нескольким зданиям или этажам. Одна котельная обслуживает несколько зданий или несколько уровней технических площадок. Трубопроводная сеть имеет разветвленную структуру, при этом длина и высота подъема к каждому конечному пункту различаются. Насос должен справляться с самым сложным участком — тем, который характеризуется наибольшим суммарным сопротивлением.
Для систем с котлами Центробежный насос для горячего масла с муфтой WRY-H — это наша наиболее популярная модель, с производительностью от 1,5 до 100 м³/ч и напором от 22 до 125 м.
Чем отличаются трубопроводы для горячего масла на большие расстояния
Потери на трение в трубах являются основным фактором, определяющим требуемый напор
В контуре с коротким ходом трубного потока трение в трубах составляет лишь часть общего сопротивления системы. При транспортировке на большие расстояния оно становится определяющим фактором. Потери на трение пропорциональны длине трубопровода: при удвоении длины трубопровода потери на трение примерно удваиваются (при неизменном расходе и размере труб).
Потери на трение также в значительной степени зависят от диаметра трубы и скорости потока. Меньший диаметр трубы при том же расходе означает более высокую скорость и гораздо большее трение. Кроме того, в отличие от воды, вязкость термомасла изменяется в зависимости от температуры, что напрямую влияет на коэффициент трения. К этому вопросу мы вернёмся ниже.
Стоимость арматуры, клапанов и оборудования быстро растёт
Каждый колено, тройник, задвижка, обратный клапан, сетчатый фильтр и расходомер в трубопроводе увеличивают сопротивление. В трубопроводе длиной 100 метров, содержащем 15–20 фитингов и несколько клапанов, суммарные потери в фитингах могут легко составить 30–50 % от потерь на трение в прямом участке трубы. Их иногда называют «незначительными потерями», но в длинных системах с большим количеством фитингов они отнюдь не являются незначительными.
При расчете общего напора преобразуйте длину каждого фитинга в эквивалентную длину трубы и прибавьте ее к общей длине прямых отрезков трубы. Значения эквивалентной длины можно получить у поставщиков клапанов и фитингов.
Изменения высоты над уровнем моря требуют статического напора
Если ваше технологическое оборудование расположено выше насоса — на антресоли, верхнем этаже или приподнятой платформе — насосу необходимо создавать дополнительный напор, чтобы поднять масло на эту высоту. Каждые 10 метров перепада высоты требуют увеличения статического напора примерно на 1 бар (точное значение зависит от плотности масла при температуре перекачки).
В многоэтажных зданиях это может составлять значительную часть общего напорного давления. Не упускайте это из виду.
Теплопотери в трубопроводе изменяют свойства нефти
Многие инженеры упускают из виду этот фактор. Когда термомасло проходит по длинному трубопроводу, оно отдает тепло окружающей среде — даже при наличии теплоизоляции. Температура масла постепенно снижается по всей длине трубопровода. С понижением температуры вязкость масла увеличивается. А с увеличением вязкости возрастают потери на трение.
Результат: потери на трение на дальнем конце трубопровода длиной 200 метров выше, чем потери на трение на выходе из насоса, поскольку на дальнем конце масло более холодное и вязкое. Если рассчитывать потери на трение, исходя только из температуры масла на выходе из насоса, то фактическая требуемая высота подъема будет недооценена.
Для точного расчета размеров на длинных участках трубопровода следует использовать расчетную температуру масла в середине трубы или — в случае более консервативного подхода — в конце трубы. Это особенно важно при монтаже на открытом воздухе, в случае неизолированных или плохо изолированных трубопроводов, а также в регионах с холодным климатом.
Проблемы с NPSH при использовании длинных всасывающих трубопроводов
Если насос забирает масло из удаленного резервуара или низко расположенной емкости через длинный всасывающий трубопровод, доступный положительный напор всасывания (NPSH) может снизиться до опасного уровня. Трение в всасывающем трубопроводе и любой отрицательный перепад высот между поверхностью масла и входом насоса приводят к снижению доступного NPSH.
Когда доступный NPSH опускается ниже требуемого для насоса значения NPSH, начинается кавитация. Это сопровождается потрескиванием или стуком, что со временем приводит к повреждению рабочего колеса.
Решения для условий всасывания с низким показателем NPSH:
- Поднимите резервуар или повысьте уровень масла выше уровня насоса, чтобы увеличить статический напор всасывания
- Увеличьте диаметр всасывающего трубопровода, чтобы уменьшить потери на трение
- Сократите длину всасывающего трубопровода и сведете к минимуму количество фитингов
- Используйте насос с меньшим требуемым значением NPSH
Как подобрать насос для перекачки горячего масла, подходящий для вашей трубопроводной системы
Сначала разработайте схему расположения системы
Прежде чем приступить к расчету насоса, необходимо составить четкое представление о трубопроводах. Соберите следующую информацию:
- Общая длина трубопровода — подающая и обратная линии (если имеются)
- Диаметр трубы для каждого участка
- Количество и тип фитингов: колена (90° и 45°), тройники, переходники
- Количество и тип клапанов: задвижки, шаровые, обратные, дроссельные
- Сетчатые фильтры, фильтры, расходомеры в трубопроводе
- Данные о перепаде давления в теплообменнике или оборудовании (предоставленные производителем оборудования)
- Перепад высот между насосом и самой высокой точкой подачи
- Длина всасывающего трубопровода и условия (при перекачке из резервуара)
Если у вас нет точных чертежей трубопроводов, даже приблизительный эскиз с указанием ориентировочной длины и количества фитингов все равно будет гораздо лучше, чем просто догадки.
Рассчитать общую необходимую высоту подъема
Общий напор насоса = трение в прямом участке трубопровода + потери в фитингах и клапанах + перепад давления в оборудовании + статический напор (перепад высот).
Для расчета трения в трубопроводе необходимо использовать вязкость масла при температуре, характерной для данного участка трубопровода, а не на выходе из насоса и не при комнатной температуре. Воспользуйтесь таблицей зависимости вязкости от температуры, предоставленной поставщиком масла.
Рассмотрим типичный пример: для стандартного трубопровода с термомаслом длиной 100 метров, оснащенного типовыми фитингами, трубами диаметром DN50 и расходом 10 м³/ч, общий необходимый напор легко достигает 40–60 метров и более. Это значительно превышает первоначальные ожидания многих заказчиков.
Диаметр трубы имеет гораздо большее значение, чем вы думаете
При транспортировке термомасла на большие расстояния выбор диаметра трубы существенно влияет на требуемую высоту подъема насоса и долгосрочные затраты на электроэнергию. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим следующее сравнение при транспортировке термомасла со скоростью 10 м³/ч по прямой трубе длиной 100 метров (упрощенный расчет с использованием типичного термомасла при рабочей температуре):
| Диаметр трубы | Скорость потока (приблизительно) | Потери на трение (приблизительно) |
|---|---|---|
| DN50 | ~1,4 м/с | ~35–45 м |
| DN65 | ~0,8 м/с | ~12–18 м |
| 208 | ~0,55 м/с | ~5–9 м |
Переход с труб диаметром DN50 на DN65 позволяет сократить потери на трение примерно на 60 %. Переход на трубы диаметром DN80 сокращает их более чем на 80 %. Трубы большего диаметра стоят дороже как при покупке, так и при монтаже, однако при этом можно использовать насос меньшего размера, который потребляет меньше энергии и работает ближе к точке максимальной эффективности. За годы непрерывной эксплуатации экономия энергии зачастую значительно превышает разницу в стоимости труб.
Если вы проектируете новый магистральный трубопровод для термомасла, перед принятием окончательного решения обязательно просчитайте варианты с трубами как минимум двух диаметров. Это одно из решений при проектировании системы, обеспечивающих наибольшую окупаемость инвестиций.
Соответствие характеристикам насоса
После расчета необходимого расхода и общего напора подберите модель насоса, кривая производительности которого проходит через требуемую точку работы или вблизи нее. Точка работы должна находиться в пределах рекомендуемого рабочего диапазона насоса — в идеале, вблизи точки максимального КПД (BEP).
Информацию о доступных моделях насосов и их технических характеристиках см. в нашем насос для горячего масла страница товара.
Насос для горячего масла для котельных систем
Системы котлов на термомасле являются наиболее распространённой областью применения насосов для перекачки горячего масла. Насос является центральным элементом системы: он прокачивает нагретое масло из котла через распределительный коллектор ко всем подключенным технологическим потребителям и возвращает отработанное масло обратно для повторного нагрева.
Что определяет особенности выбора насоса для котельной системы:
- Непрерывная работа — В большинстве котельных систем насос работает круглосуточно. Он должен выдерживать длительное воздействие высоких температур без износа уплотнений или выхода из строя подшипников.
- Длинные трубопроводы — На многих предприятиях котельная расположена в центре, но обслуживает оборудование по всему объекту. Длина подающих и обратных трубопроводов, превышающая 100 метров, является обычным явлением.
- Загрузка нескольких филиалов — Насос питает несколько единиц оборудования, подключенных параллельно. Общий расход должен учитывать все ответвления, а напор должен преодолевать сопротивление самого длинного или самого высокого ответвления.
- Интеграция систем управления — Насос часто работает в сочетании с терморегуляторами, частотно-регулируемыми приводами и блокировками безопасности, подключенными к системе управления котлом.
Этот Серия WRY-H — это наша стандартная рекомендация для перекачки горячего масла в котельных системах. Конструкция с разъемным корпусом обеспечивает простоту технического обслуживания на месте без отсоединения трубопроводов. Корпус подшипников с воздушным охлаждением исключает необходимость подключения к системе охлаждающей воды. Доступные модели обеспечивают расход 1,5–100 м³/ч и напор 22–125 м, что подходит для большинства малых и средних промышленных котельных установок.
Для более крупных котельных систем, выходящих за пределы указанных диапазонов, мы можем подобрать насосы с более крупным корпусом или дать рекомендации по поводу последовательного или параллельного подключения с учетом конфигурации вашей системы.
Печное топливо и тяжелое топливо — разные рабочие среды, разные насосы
К нам регулярно поступают запросы, в которых под «насосом для горячего масла» на самом деле подразумевается насос для печного мазута, тяжелого топочного мазута или бункерного мазута. Это разные жидкости с разными свойствами, и для них требуются насосы разных типов.
Термомасло (теплоноситель) — это специальная теплопередающая жидкость. При рабочей температуре — 250 °C, 300 °C — оно имеет очень низкую вязкость, обычно 0,5–2 сСт. Центробежный насос хорошо справляется с его перекачкой.
Печное масло и мазут относятся к топливу, предназначенному для сжигания. При комнатной температуре их вязкость может колебаться от 100 до более 1000 сСт. Даже при наличии системы подогрева трубопровода они остаются гораздо более вязкими, чем термомасло. Центробежный насос с трудом справляется с такой вязкостью — расход падает, эффективность резко снижается, а двигатель перегружается.
Для перекачки печного и тяжелого топлива стандартным решением являются шестеренчатые насосы. Они способны перекачивать жидкости с высокой вязкостью без потери производительности, обладают хорошей самовсасывающей способностью при разгрузке резервуаров и обеспечивают стабильный расход независимо от давления в системе. Если это соответствует вашим требованиям, ознакомьтесь с нашей статьей: Центробежный или шестеренчатый насос для горячего масла: какой тип выбрать?
Когда следует выбирать последовательную или параллельную схему подключения насосов
Иногда одного насоса бывает недостаточно для обеспечения необходимого напора или расхода при перекачке на большие расстояния. В таком случае у вас есть два варианта:
Последовательная схема (два насоса, соединенных последовательно) — Нагнетание насоса № 1 служит всасыванием для насоса № 2. Общий напор приблизительно равен сумме напоров обоих насосов при рабочем расходе. Такая схема целесообразна в случаях, когда трубопровод имеет большую длину, а требуемый напор превышает возможности любого отдельного насоса. При работе с термомаслом соединение между двумя насосами должно выдерживать высокие температуры, а сами насосы следует тщательно подбирать, чтобы они работали при совместимых значениях расхода.
Параллельная конфигурация (два насоса, соединенных параллельно) — Оба насоса подают жидкость в один и тот же коллектор. Общий расход увеличивается, но напор остается примерно таким же, как при работе одного насоса. Это полезно в тех случаях, когда требуется расход, превышающий возможности одного насоса. Однако параллельная работа в системах с термомаслом усложняет управление — оба насоса должны равномерно распределять нагрузку, и в случае отключения одного из них необходимо обеспечить надлежащее реагирование системы.
На практике, прежде чем останавливаться на схеме с двумя насосами, сначала следует проверить, не позволит ли увеличение диаметра трубопровода снизить требуемый напор до уровня, при котором достаточно одного насоса. Как показано в таблице выше, переход на трубы на один размер больше может значительно сократить потери на трение. Один более мощный насос, работающий с трубопроводом большего диаметра, почти всегда проще, надежнее и дешевле в эксплуатации, чем два меньших насоса с трубопроводом меньшего диаметра.
Если после оптимизации размеров трубопроводов по-прежнему требуется установка нескольких насосов, мы поможем разработать схему их расположения и подберем подходящие пары насосов.
Поделитесь схемой трубопроводов — мы поможем подобрать насос
Если у вас есть чертеж трубопровода, схема системы или даже приблизительное описание трубопровода — с указанием длины, диаметра, высоты, типа нефти и температуры — пришлите его нам. Наша команда инженеров рассчитает необходимый напор и порекомендует подходящую модель и конфигурацию перекачивающего насоса для вашей системы.
Ознакомьтесь с нашим ассортиментом насосов для горячего масла и запросите расценки →
