Пьезометрический график разрабатывают для двух режимов. Во - первых, для статического режима, когда в системе теплоснабжения отсутствует циркуляция воды. Считают, что система заполнена водой с температурой 100°С, тем самым исключается необходимость поддержания избыточного давления в теплопроводах во избежание вскипания теплоносителя. Во-вторых, для гидродинамического режима - при наличии циркуляции теплоносителя в системе.
Разработку графика начинают со статического режима. Первоначально изыскивают возможность такого расположения на графике линии полного статического давления, чтобы всех абонентов можно было присоединить к тепловой сети по зависимой схеме. Для этого статическое давление не должно превышать допустимого из условия прочности абонентских установок и должно обеспечивать заполнение водой мест-" ных систем. Наличие общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает ее эксплуатацию и повышает ее надежность. Установить единый уровень статического давления удается лишь при спокойном рельефе местности теплоснабжаемого района. При наличии значительной разности геодезических отметок земли установление общей
статической зоны оказывается невозможным по следующим причинам. Наинизшее положение уровня статического давления определяется из условий заполнения водой местных систем и обеспечения в верхних точках систем наиболее высоких зданий, расположенных в зоне наибольших геодезических отметок, избыточного давления не менее 0,05 МПа. Такое давление оказывается недопустимо высоким для зданий, расположенных в той части района, который имеет наиболее низкие геодезические отметки. При таких условиях возникает необходимость разделения системы теплоснабжения на две статические зоны. Одна зона для части теплоснабжаемого района с низкими геодезическими отметками, другая - с высокими.
На рис. 8 9 показаны пьезометрический график и принципиальная схема системы теплоснабжения района, имеющего значительную разность геодезических отметок уровня земли (40 м). Часть района, прилегающая к источнику теплоснабжения, имеет нулевые геодезические отметки, в периферийной части района отметки составляют 40 м. Высота зданий 30 и 45 м. Для возможности заполнения водой систем отопления зданий III я IV, расположенных на отметке 40 м и создания в верхних точках систем избыточного напора в 5 м уровень полного статического напора должен быть расположен на отметке 75 м (линия S2- S2). В этом случае статический напор будет равен 35 м. Однако напор в 75 м недопустим для зданий I и II, расположенных на нулевой отметке Для них допустимое наивысшее положение уровня полного статическогр
Ляторы РДДС (10) и РД2 (9), ДЯ 0 пґ,-напор, срабатываемый на клапане регулятора РДДС
При гидродинамическом режиме, I-IV - абоненты, / - бак подпиточной воды, 2, 3 - подпиточный насос н регулятор подпитки нижней зоны, 4 - предвключенный насос, 5 - теплофикационные пароводяные подогреватели, 6 - сетевой насос, 7 - пиковый водогрейный , 8, 9 - подпиточный насос и регулятор подпитки верхней зоны, 10 - регулятор давления «до себя» РДДС 11 - обратный клапан давления соответствует отметке 60 м. Таким образом, в рассматриваемых условиях установить общую статическую зону для всей системы теплоснабжения нельзя.
Возможным решением является разделение системы теплоснабжения на две зоны с различными уровнями полных статических напоров - на нижнюю с уровнем в 50 м (линия 5] -Si) и верхнюю с уровнем в 75 м (линия S2-S2). При таком решении всех потребителей можно присоединить к системе теплоснабжения по зависимой схеме, так как статические напоры в нижней и верхней зонах находятся в допустимых границах. .
Чтобы при прекращении циркуляции воды в системе уровни статических давлений установились в соответствии с принятыми двумя зрнами, в месте их соединения располагают разделительное устройство (см. рис. 8.9, б). Это устройство защищает тепловую сеть от повышенного давления при остановке циркуляционных насосов, автоматически рассекая ее на две гидравлически независимые зоны: верхнюю и нижнюю.
При остановке циркуляционных насосов падение давления в обратном трубопроводе верхней зоны предотвращает регулятор давления «до себя» РДДС 10, поддерживающий постоянным заданный напор Ярддс в точке отбора импульса. При падении давления он закрывается. Падение давления в подающей линии предотвращает установленный на ней обратный клапан 11, который также закрывается. Таким образом, РДДС и обратный клапан рассекают теплосеть на две зоны. Для подпитки верхней зоны установлены подпиточный насос 8, который забирает воду из"нижней зоны и подает б верхнюю, и регулятор подпитки 9. Напор, развиваемый насосом, равен разности гидростатических напоров верхней и нижней зон. Подпитку нижней зоны оссуществляет подпиточный насос 2 и регулятор подпитки 3.
Регулятор РДДС настроен на напор Ярддс (см. рис. 8.9, а). Ha этот же напор настроен регулятор подпитки РД2.
При гидродинамическом режиме регулятор РДДС поддерживает напор на том же уровне. В начале сети подпиточный насос с регулятором поддерживают напор Hoi. Разность этих напоров тратится на преодоление гидравлических сопротивлений в обратном трубопроводе между разделительным устройством и циркуляционным насосом источника тепла, остальная часть напора срабатывается в дроссельной подстанции на клапане РДДС. На рис. 8.9, а эта часть напора показана величиной АЯрддс. Дроссельная подстанция при гидродинамическом режиме позволяет поддерживать давление в обратной линии верхней зоны не ниже принятого уровня статического давления S2 - S2.
Пьезометрические линии, соответствующие гидродинамическому режиму, показаны на рис. 8.9,а. Наибольшее давление в обратном трубопроводе у потребителя IV составляет 90-40 = 50 м, что допустимо. На пор в обратной линии нижней зоны также находится в допустимых границах.
В подающем трубопроводе максимальный напор после источника тепла равен 160 м, что не превышает допустимого из условия прочности* труб. Минимальный пьезометрический напор в подающем трубопроводе 110 м, что обеспечивает невскипание высокотемпературного теплоносителя, так как при расчетной температуре 150°С минимальное допустимое давление равно 40 м.
Таким образом, разработанный для статического и гидродинамического режимов пьезометрический график обеспечивает возможность присоединения всех абонентов по зависимой схеме.
Другим возможным решением гидростатического режима системы теплоснабжения, показанной на рис. 8.9, является присоединение часта абонентов по независимой схеме. Здесь могут быть два варианта. Первый вариант - установить общий уровень статического давления на от-
метке 50 м (линия Si - Si), а здания, расположенные на верхних геодезических отметках, присоединить по независимой схеме. В этом случае статический напор в водоводяных отопительных подогревателях зданий верхней зоны со стороны греющего теплоносителя составит 50-40= = 10 м, а со стороны нагреваемого теплоносителя определится высотой зданий. Второй вариант - установить общий уровень статического давления на отметке 75 м (линия S2 - Ss) с присоединением зданий верхней зоны по зависимой схеме, а зданий нижней зоны - по независимой. В этом случае статический напор в водоводяных подогревателях со стороны греющего теплоносителя будет равен 75 м, т. е. меньше допустимой величины (100 м).
При спокойном рельефе местности, но большой протяженности тепловых сетей возникает необходимость в установке насосных подкачивающих подстанций на подающей и обратной линиях. Это связано с тем, что допустимые потери давления в подающем и обратном трубопроводах оказываются недостаточными для обеспечения оптимальных гидравлических уклонов, а их увеличение путем установки циркуляционных насосов, развивающих большие напоры, невозможно из условия прочности трубопроводов и . При установке подкачивающих подстанций по трассе тепловой сети увеличивается общий напор насосов, обеспечивающий циркуляцию воды в системе, увеличиваются гидравлические уклоны при неизменном положении верхней и нижней границ напоров в подающем и обратном трубопроводах. Установка подкачивающих подстанций позволяет также увеличить пропускную способность действующей системы теплоснабжения.
|
|
На рис. 8.10 вверху приведен пьезометрический график тепловой сети большой протяженности, а внизу показано расположение источника тепла, трубопроводов и подкачивающих станций. Если при сохранении нагрузки тепловой сети и уклонов пьезометрических линий ограничиться только установкой циркуляционных насосов на станции, тогда они должны развивать напор 140+40 + 40 = 220 м. Максимальный пьезометрический напор в начале сети составит 210 м, что недопустимо из условия прочности трубопроводов. Такой пьезометрический график показан на рис. 8.10 пунктиром. Напор в обратной линии в конце магистрали составляет 100 м, что не позволяет присоединять потребителей по зависимой схеме. Этот напор является предельным при независимом при-
Рис. 8.10. Пьезометрический гра. фик тепловой сети большой протяженности
1 - источник тепла;
2 - место расположения подкачивающих насосов на подающем и обратном теплопроводах; 3 - концевой абонент; S - S - линия полного статического напора; #„, Н Н,
Н п. и н. п
Напоры, развиваемые насосами: сетевым, подпиточным, подкачивающим на подающей линии, подкачивающим на обратной линии;
И3 - высота зданий
соединении. При установке насосных подстанций напор циркуляционного* насоса источника тепла снижается до 140 м, а максимальный напор в начале сети до 130 м, т. е. до допустимого. При этом снижение напора в подающем трубопроводе между источником тепла и насосной подстанцией не вызывает недопустимого снижения напора в концевой части сети. Подкачивающие насосы повышают в этой зоне напор с 80 до 120 м. В результате такого решения напор в подающем трубопроводе изменяется в пределах от 80 до 130 м.
Подстанция на обратной линии снижает давление в концевой части сети между подстанцией и абонентом 3. В этой зоне напор в обратной линии не превышает допустимой величины в 60 м.
Таким образом, в результате установки подкачивающих насосных подстанций на тепловой сети большой протяженности удается выдержать расположение пьезометрических линий как в подающем, так и в обратном трубопроводах в допустимых границах при сохранении экономически обоснованного удельного падения давления.
В случае понижения рельефа местности от источника тепла существенно возрастает давление в обратной линии периферийной зоны района и оно может выйти за допустимые границы. Для снижения давления в этой части обратной линии на ней устанавливают подкачивающую насосную подстанцию. Такой случай показан на рис. 8.11. Если не устанавливать насосной подстанции на обратной линии, тогда напор у концевого абонента 3 будет равен 60 + 30 = 90 м, что не позволит осуществить зависимое присоединение. Пьезометрические линии подающего и обратного теплопроводов для системы б. ез подкачивающей подстанции при развиваемом циркуляционным насосом напоре 130 + 30=160 м показаны на рис. 8.11 пунктиром. Максимальный напор в подающей линии оказывается равным 140+30=170 м, т. е. превышает допустимый (160 м). В результате установки на обратном теплопроводе подкачивающих насосов пьезометрическая линия подающего теплопровода эквидистантно опускается на 30 м, а давление в Обратном теплопроводе между насосной подстанцией и концевым абонентом оказывается в зоне
|
Рис. 8 12. Пьезометрический график тепловой сети при значительно снижающемся рельефе местности от источника тепла и разделении системы на две статические зоны л - пьезометрический график, б-принципиальная схема системы теплоснабжения; /-IV - абоненты; Si - Si - линия полного статического напора в верхней зоне; S2 - Sj - линия полного Статического напора в нижней зоне; 1 - автомат рассечки; 2 - подкачивающий насос; 3 - регулятор подпитки Нижней зоны |
Лить систему на две статические зоны: верхнюю вблизи источника и нижнюю на дериферии. Такой случай показан на рис. 8.12. Чтобы снизить давление в обратной линии в концевой части магистрали в точке М установлена насосная подкачивающая подстанция. Насосы развивают напор в 40 м. Это позволяет снизить напор, развиваемый сетевыми насосами, до 85 м и соответственно снизить давление в подающей линии.
Тепловая сеть разделена на две статические зоны: верхнюю вблизи источника тепла с пьезометрическим напором в 50 м и нижнюю в периферийной части сети с пьезометрическим напором в 50 м. Для разделения сети при остановке насосов на две статические зоны на подающей линии установлен автомат рассечки 1, а на обратной линии - обратный клапан. При остановке насосов давление в трубопроводах начинает выравниваться и растет давление в обратном трубопроводе на участке от насосной подстанции до концевой точки IV. Рост давления передается по импульсной трубке к регулятору, управляющему клапаном рассечки, клапан закрывается и гидравлически разобщает подающую линию на две зоны. Переток воды из верхней зоны в нижнюю предотвращает обратный клапан, установленный на обратной линии. В результате при статическом режиме сеть будет разделена на две зоны с уровнями Si - Si и S2 - 52.
Поддержание статического уровня верхней зоны обеспечивает под - питочное устройство источника тепла. Поддержание статического уровня нижней зоны обеспечивает двухимпульсный дроссельный клапан 3. Основным импульсом является давление в обратной линии, разрешающим - давление в подающей линии нижней зоны.
При проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей, для учета взаимного влияния профиля района, высот присоединяемых зданий, потерь давления в тепловой сети и абонентских установках, используется график. По пьезометрическому графику легко определяется давление и располагаемый перепад давлений в любой точке тепловой сети.
На основании пьезометрического графика выбирается схема присоединения абонентских установок, подбираются повысительные насосы, подпиточные насосы и автоматические устройства.
График давления разрабатывается для состояний покоя системы (гидростатический режим) и динамического режима.
Динамический режим характеризуется линией потерь напора в подающем и обратном трубопроводе, на основании гидравлического расчета сети, и определяется работой сетевых насосов.
Гидростатический режим поддерживается подпиточными насосами в период отключения сетевых насосов.
К водяным тепловым сетям присоединены абоненты, имеющие различные тепловые нагрузки. Они могут быть расположены на различных геодезических отметках и иметь различную высоту. Системы отопления абонентов могут быть рассчитаны на работу с различными температурами воды. В этих случаях необходимо заранее определять давления или напоры в любой точке тепловой сети.
Для этого строится пьезометрический график или график напоров тепловой сети, на котором в определенном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в тепловой сети; по нему легко определить напор (давление) и располагаемый напор (перепад давлений) в любой точке сети и абонентских системах.
Кроме определения напоров в любой точке сети и по пьезометрическому графику можно проверить соответствие предельных давлений в тепловой сети прочности элементов систем теплоснабжения. По графику напоров выбираются схемы присоединения потребителей к тепловой сети и подбирается оборудование тепловых сетей (сетевые и подпиточные насосы, автоматические регуляторы давления и т. п.). График стоится при двух режимах работы тепловых сетей - статическом и динамическом.
Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Циркуляция воды в сети отсутствует. При этом подпиточные насосы должны развивать напор, обеспечивающий невскипаемость воды в тепловой сети.
Динамический режим характеризуется давлениями, возникающими в тепловой сети и в системах потребителей теплоты при работающих сетевых насосах, обеспечивающих циркуляцию воды в системе.
Пьезометрический график разрабатывается для основной магистрали теплосети и протяженных ответвлений. Он может быть построен только после выполнения гидравлического расчета трубопроводов - по рассчитанным падениям давления на участках тепловой сети.
График строится по двум осям - вертикальной и горизонтальной. На вертикальной оси откладывают напоры в любой точке сети, напоры насосов, профиль сети, высоты отопительных систем в метрах, на горизонтальной -длины участков тепловой сети.
При построении условно принимают, что ось трубопроводов и геодезические отметки установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в отопительных системах совпадает с верхней отметкой здания.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
В результате теплового воздействия теплоносителя на трубопровод возникает тепловое удлинение металла.
Расчет проводиться по «Справочник по теплоснабжению и вентиляции- Р. В. Щекин».
Величина теплового удлинения трубопровода определяется по формуле:
∆l=al(t 1 -t 2) (22)
где: a- коэффициент линейного расширения трубных сталей, мм/м
l-длина рассматриваемого участка, м
t 1 -максимальная температура стенки трубы, т.е. принимается равной максимальной температуре теплоносителя, 0 С (t 1 -130;150 0 С)
t 2 -минимальная температура стенки трубы, принимаемой равной расчетной температуре наружного воздуха для отопления (t 2 = t 0).
Для обеспечения правильной работы компенсаторов и самокомпенсации трубопроводы делятся неподвижными опорами на отдельные участки, независимые один от другого в отношении теплового удлинения.
На каждом участке трубопровода, ограниченном сменными неподвижными опорами, предусматривается установка компенсатора и самокомпенсации.
При расстановке на трассе неподвижных опор нужно иметь ввиду следующие:
Неподвижные опоры устанавливаются в первую очередь в местах ответвлений трубопровода;
При расстановке неподвижных опор (НО) на прямых участках исходят из допускаемых расстояний между неподвижными опорами в зависимости от диаметра труб, типа компенсаторов и параметров теплоносителя.
Расчет трубопроводов на компенсацию тепловых удлинений с гибкими компенсаторами(П-образными) и при самокомпенсации производят на допускаемое изгибающие компенсационное напряжение G доп труб ГОСТ 10704-91,которое можно принять:
Для П- образных компенсаторов при Т≤ 150 0 С, G доп =11кг/мм 2
Для расчета участков самокомпенсации при Т≤ 150 0 С, G доп =8 кг/мм 2
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
Исходные данные для расчета:
Расчетный участок 3-4
Диаметр трубы d у =1084
Расстояние между неподвижными опорами, м l=70м
Максимальная температура теплоносителя t i = 150 0 С
Расчетная температура воздуха t о =26 0 С
Рисунок7. Расчетная схема П- образного компенсатора
Тепловое удлинение определяется по формуле
∆l=al(t 1 -t 2)
∆l=1,2470(150+26)/10 -2 =135,408мм
Для увеличения компенсирующей способности П- образного компенсатора и компенсационных напряжений в трубопроводе следует предусматривать предварительную растяжку в размере 50% теплового удлинения.
Расчетное тепловое удлинение участка:
∆l расч =0,5∆l (23)
∆l расч =0,5135,408=67,704мм
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
Наружный диаметр, мм D н =108×4
Толщина стенки, мм s=3,5
Угол поворота a,град,=90 0 С
Длина большого плеча, м l б =15,0м
Длина меньшего плеча м l м =10,0м
Максимальная температура теплоносителя 0 С, t 1 =150 0 С
Расчетная температура наружного воздуха t н = t 0 =-26 0 С
Расчетная схема
Рисунок8. Расчетная схема Г- образного компенсатора
Расчетный угол: 95 0 С
Расчетная разность температур
∆t=t 1 -t н =150+26=176 0 С (25)
Определяем значение вспомогательных величин (по номограмме VI14. рис 6 и 7)
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
7 =0,126 ∆t=176 0 С l=10,0
Сила упругой деформации p x и p y и избегающий компенсационное напряжение G кг/мм 2
p x =A× =6× =13,3
p y =12× =26,61
К и(А) =С (А)
К и(А) =3,5× =1,12кгс/см 2
Определение усилий неподвижных опор
Усилия, воспринимаемые неподвижными опорами складываются из неуравновешенных сил внутреннего давления, сил трения в подвижных
опорах и сил упругой деформации П- образных компенсаторов и самокомпенсации.
При определение усилий неподвижные опоры учитываются схема участка трубопровода, неподвижных опор и компенсирующих устройств расстояние неподвижными опорами и т.д.
Для расчета рассматривать схему участка 3-4 с П- образными компенсаторами.
Осевая сила на неподвижную опору определяется по формуле:
Н О1 =Р К1 +q 1 ×μ×l 1 (28)
Р К1 -сила упругой деформации;
q 1 - вес 1 метра трубы с водой (табл. VI 24) с учетом веса изоляции (принять вес 1 метра изоляции 0,5кг);
μ- коэффициент трения для скользящих опор.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
Подбор тепловой изоляции
Тепловая изоляция повергается непосредственному воздействию наружных температур, влажности воздуха, давлению. В неблагоприятных условиях находится тепловая изоляция при подземной канальной прокладке и особенно при безканальной.
Назначение тепловой изоляции:
Уменьшение потерь тепла в окружающую среду;
Получение определенной температуры на изолируемой поверхности;
Предохранение от внешней коррозии.
Тепловая изоляция применяется при всех видах прокладки тепловых сетей независимо от способа прокладки и температуры теплоносителя.
Подбор толщины тепловой изоляции и конструкцию слоев выполнить по приложению 8,9,10,11.
Данные подбора оформляется в таблицу 5.
Таблица 5- Подбор тепловой изоляции
| Расчетная температура 0 С | Условный диаметр | Толщина изоляции трубопровода | Способ прокладки | Конструкция изоляции | ||||
| Т 1 | Т 2 | Т 3 | Антикор.покр. | Осн.теплоизол.слой | Покровный слой | |||
| Т 1 , Т 2 | Подземный в непроходных каналах, тоннелях и надземный | Изол в два слоя по холодной изольной мастике марки МРБ – Х-Т15 ГОСТ 10296-79ТУ21-27-37-74 МПСМ | Плотно холосто-прошивное из отходов стеклянного волокна | Стеклотекстолит конструкционный КАСТ-В стеклотекстолит покровный листовой СТПЛ | ||||
| 150-70 | 45×3,5 | |||||||
| 76×3,5 | ||||||||
| 89×3,5 | ||||||||
| 108×4 | Маты из стеклянного штапельного волокна в рулонах | |||||||
| 133×4 |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
В результате выполнения курсового проекта по теплоснабжению жилого квартала были приняты следующие технические решения:
1.Система тепловых сетей централизованная водяная закрытая как наиболее приемлемая и экономически- выгодная для теплоснабжения жилого квартала;
2. Применение новых технологий в теплоизоляции обеспечивает выгодное качество работ по энергосбережению;
3.В ЦТП установлены:
Пластинчатые теплообменники, имеющие массу преимуществ:
небольшие габариты и высокий коэффициент теплоотдачи;
Контрольно-измерительные приборы и автоматика;
4. Параметры теплоносителя повышенные, что позволит сократить расход сетевой воды, металлоемкость системы и расход газа и электричества;
5.Гидравлическим расчетом определяется диаметр трубопроводов, потери давления в сети.
Литература
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| ВГЭТК.401-Т.08.КП.46д.ПЗ |
1. Апарцев, М.М. Наладка водяных систем центрального теплоснабжения. - М.: Энергия, 1982.
2. Ионин А.А. Теплоснабжение: учебник для вузов / М., Стройиздат. 1982
3. Варфоломеева, Л. Е. Методические указания по курсовому проектированию. Теплоснабжение. – В.: ВГЭТК, 2005.
4. Манюк, В.И. Справочник. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. - М.: Стройиздат, 1988.
Пьезометрический график представляет собой графическое изображение напоров в тепловой сети относительно местности, на которой она проложена.
При построении графика на горизонтальной оси откладывают длину сети, а на вертикальной оси напоры. За начало координат в магистральных сетях принимается местоположение источника теплоты. В принятых масштабах строятся профиль трассы и высоты присоединенных потребителей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М г 1:10000; вертикальный М в 1:1000.
При сравнительно спокойном профиле трассы построение пьезометрического графика начинают обычно с нейтральной точки 0. Нейтральная точка 0 у всасывающего патрубка сетевого насоса принимается таким образом, чтобы обратная линия тепловой сети располагалась выше на 3-5 м. наиболее высоко расположенных зданий.
Далее, используя результаты гидравлического расчета, строится линия потерь напора обратной магистрали. Линия давлений в обратной магистрали должна быть достаточно высокой (что свидетельствует о наполнении местных систем), не пересекать здания на графике (условие бесперебойности) и в то же время быть минимальной (чтобы не повредились приборы отопления – условие безопасности).
Затем строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения для расчетного квартала, величина которого может быть принята 40-50 м.в.ст.
Затем откладывается величина потерь напора в коммуникациях источника теплоты, при отсутствии данных принимается равной 25-30 м.в.ст.
Затем строится линия статического давления, которая должна
превышать на 3-5 м наиболее высоко расположенные здания.
ПРИМЕР 6. По данным гидравлического расчета (пример 5) построить пьезометрический график. Расчетные температуры сетевой воды 150-70 о С. Этажность зданий принять 16 этажей. Высота этажа здания составляет 3 м.
Решение:
Начальную точку 0 принимаем в нейтральной точке у всасывающего патрубка сетевого насоса такой, чтобы обратная линия располагалась на 3-5 м выше наиболее высоко расположенных зданий. Оптимальное значение начальной точки составляет 48 м.в.ст. Для проверки выбранной начальной точки проводим линию давления в обратной магистрали по всей ее длине. Отметка линии напора в конце магистрали составляет 48 м.в.ст. плюс потери напора 6, 83 м.в.ст, т.е 54,83 м.в.ст. Полученная линия давления располагается на 4,83 м выше наиболее высоко расположенных зданий, высота которых составляет 50 м. Исходя из этого можно считать принятую отметку нейтральной точки 48 выбранной правильно.
Строим линию располагаемого напора для системы теплоснабжения квартала 2. Располагаемый напор в данном примере принят равным 40 м.в.ст.
Затем строим линию потерь напора подающего трубопровода. Превышение точки С по отношению к точке D будет равно потерям напора в подающей магистрали, которые принимаются равными потерям напора в обратной магистрали и составляют в данном
примере 6,83 м.
Рисунок 6. Пьезометрический график тепловой сети
Ордината H сум, замыкающая подающую и обратную в начале магистрали(у источника тепла), изображает суммарное падение давления подающей и обратной магистрали и концевого ввода (напор у вывода из котельной). Н п – потребный напор подпиточного насоса при динамическом режиме. Н сн – напор сетевого насоса. H ит – потери напора в коммуникациях источника теплоты.
Общие принципы гидравлического расчета трубопроводов систем водяного отопления подробно изложены в разделе Системы водяного отопления . Они же применимы и для расчета теплопроводов тепловых сетей, но с учетом некоторых их особенностей. Так в расчетах теплопроводов принимаются турбулентное движение воды (скорость воды больше 0,5 м/с, пара - больше 20-30 м/с, т.е. квадратичная область расчета), значения эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб больших диаметров, мм, принимают для: паропроводов - k = 0,2; водяной сети - k = 0,5; конденсатопроводов - k = 0,5-1,0.
Расчетные расходы теплоносителя по отдельным участкам теплосети определяются как сумма расходов отдельных абонентов с учетом схемы присоединения подогреватели ГВС. Кроме того, необходимо знать оптимальные удельные падения давления в трубопроводах, которые предварительно определяются технико-экономическим расчетом. Обычно их принимают равными 0,3-0,6 кПа (3-6 кгс/м 2) для магистральных тепловых сетей и до 2 кПа (20 кгс/м 2) - для ответвлений.
При гидравлическом расчете решаются следующие задачи: 1) определение диаметров трубопроводов; 2) определение падения давления-напора; 3) определение действующих напоров в различных точках сети; 4) определение допустимых давлений в трубопроводах при различных режимах работы и состояниях теплосети.
При проведении гидравлических расчетов используются схемы и геодезический профиль теплотрассы, с указанием размещения источников теплоснабжения, потребителей теплоты и расчетных нагрузок. Для ускорения и упрощения расчетов вместо таблиц используются логарифмические номограммы гидравлического расчета (рис. 1), а в последние годы - компьютерные расчетные и графические программы.
Рисунок 1.
ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК
При проектировании и в эксплуатационной практике для учета взаимного влияния геодезического профиля района, высоты абонентских систем, действующих напоров в тепловой сети широко пользуются пьезометрическими графиками. По ним нетрудно определить напор (давление) и располагаемое давление в любой точке сети и в абонентской системе для динамического и статического состояния системы. Рассмотрим построение пьезометрического графика, при этом будем считать, что напор и давление, падение давления и потеря напора связаны следующими зависимостями: Н = р/γ, м (Па/м); ∆Н = ∆р/ γ, м (Па/м); и h = R/ γ (Па), где Н и ∆Н - напор и потеря напора, м (Па/м); р и ∆р - давление и падение давления, кгс/м 2 (Па); γ - массовая плотность теплоносителя, кг/м 3 ; h и R - удельная потеря напора (безразмерная величина) и удельное падение давления, кгс/м 2 (Па/м).
При построении пьезометрического графика в динамическом режиме за начало координат принимают ось сетевых насосов; взяв эту точку за условный нуль, строят профиль местности по трассе основной магистрали и по характерным ответвлениям (отметки которых отличаются от отметок основной магистрали). На профиле в масштабе вычерчивают высоты присоединяемых зданий, затем, приняв предварительно напор на всасывающей стороне коллектора сетевых насосов Н вс = 10-15 м, наносится горизонталь А 2 Б 4 (рис. 2, а). От точки А 2 откладывают по оси абсцисс длины расчетных участков теплопроводов (с нарастающим итогом), а по оси ординат из концевых точек расчетных участков - потери напора Σ∆Н на этих участках. Соединив верхние точки этих отрезков, получим ломаную линию А 2 Б 2 , которая и будет пьезометрической линией обратной магистрали. Каждый вертикальный отрезок от условного уровня А 2 Б 4 до пьезометрической линии А 2 Б 2 обозначает собой потери напора в обратной магистрали от соответствующей точки до циркуляционной насосной на ТЭЦ. От точки Б 2 в масштабе откладывается вверх необходимый располагаемый напор для абонента в конце магистрали ∆Н аб, который принимается равным 15-20 м и более. Полученный отрезок Б 1 Б 2 характеризует напор в конце подающей магистрали. От точки Б 1 откладывается вверх потеря напора в подающем трубопроводе ∆Н п и проводится горизонтальная линия Б 3 А 1 .
Рисунок 2. а - построение пьезометрического графика; б - пьезометрический график двухтрубной тепловой сети
От линии А 1 Б 3 вниз откладываются потери напора на участке подающей линии от источника теплоты до конца отдельных расчетных участков, и строится аналогично предыдущему пьезометрическая линия A 1 B 1 подающей магистрали.
При закрытых системах ЦТС и равных диаметрах труб подающей и обратной линий пьезометрическая линия A 1 B 1 является зеркальным отображением линии А 2 Б 2 . От точки А, откладывается вверх потеря напора в бойлерной ТЭЦ или в контуре котельной ∆Н б (10-20 м). Давление в подающем коллекторе будет Н н, в обратном - Н вс, а напор сетевых насосов - Н с.н.
Важно отметить, что при непосредственном присоединении местных систем обратный трубопровод теплосети гидравлически связан с местной системой, при этом давление в обратном трубопроводе целиком передается местной системе и наоборот.
При первоначальном построении пьезометрического графика напор на всасывающем коллекторе сетевых насосов Н вс был принят произвольно. Перемещение пьезометрического графика параллельно самому себе вверх или вниз позволяет принять любые давления на всасывающей стороне сетевых насосов и соответственно в местных системах.
При выборе положения пьезометрического графика необходимо исходить из следующих условий:
1. Давление (напор) в любой точке обратной магистрали не должно быть выше допускаемого рабочего давления в местных системах, для новых систем отопления (с конвекторами) рабочее давление 0,1 МПа (10 м вод. ст.), для систем с чугунными радиаторами 0,5-0,6 МПа (50-60 м вод. ст.).
2. Давление в обратном трубопроводе должно обеспечить залив водой верхних линий и приборов местных систем отопления.
3. Давление в обратной магистрали во избежание образования вакуума не должно быть ниже 0,05-0,1 МПа (5-10 м вод. ст.).
4. Давление на всасывающей стороне сетевого насоса не должно быть ниже 0,05 МПа (5 м вод. ст.).
5. Давление в любой точке подающего трубопровода должно быть выше давления вскипания при максимальной (расчетной) температуре теплоносителя.
6. Располагаемый напор в конечной точке сети должен быть равен или больше расчетной потери напора на абонентском вводе при расчетном пропуске теплоносителя.
7. В летний период давление в подающей и обратной магистралях принимают больше статического давления в системе ГВС.
Статическое состояние системы ЦТ. При остановке сетевых насосов и прекращении циркуляции воды в системе ЦТ она переходит из динамического состояния в статическое. В этом случае давления в подающей и обратной линиях теплосети выровняются, пьезометрические линии сливаются в одну - линию статического давления, и на графике она займет промежуточное положение, определяемое давлением подпиточного устройства источника СЦТ.
Давление подпиточного устройства устанавливается персоналом станции или по наивысшей точке трубопровода местной системы, непосредственно присоединенной к теплосети, или по давлению паров перегретой воды в высшей точке трубопровода. Так, например, при расчетной температуре теплоносителя Т 1 = 150 °С давление в высшей точке трубопровода с перегретой водой установится равным 0,38 МПа (38 м вод. ст.), а при Т 1 = 130 °С - 0,18 МПа (18 м вод. ст.).
Однако во всех случаях статическое давление в низкорасположенных абонентских системах не должно превышать допускаемого рабочего давления 0,5-0,6 МПа (5-6 атм). При его превышении эти системы следует переводить на независимую схему присоединения. Понижение статического давления в тепловых сетях может быть осуществлено путем автоматического отключения от сети высоких зданий.
В аварийных случаях, при полной потере электроснабжения станции (остановка сетевых и подпиточных насосов), произойдет прекращение циркуляции и подпитки, при этом давления в обеих линиях теплосети выровняются по линии статического давления, которое начнет медленно, постепенно понижаться в связи с утечкой сетевой воды через неплотности и охлаждения ее в трубопроводах. В этом случае возможно вскипание перегретой воды в трубопроводах с образованием паровых пробок. Возобновление циркуляции воды в таких случаях может привести к сильным гидравлическим ударам в трубопроводах с возможным повреждением арматуры, нагревательных приборов и др. Во избежание такого явления циркуляцию воды в системе ЦТ следует начать только после восстановления путем подпитки теплосети давления в трубопроводах на уровне не ниже статического.
Для обеспечения надежной работы тепловых сетей и местных систем необходимо ограничить возможные колебания давления в тепловой сети допустимыми пределами. Для поддержания требуемого уровня давлений в тепловой сети и местных системах в одной точке тепловой сети (а при сложных условиях рельефа - в нескольких точках) искусственно сохраняют постоянное давление при всех режимах работы сети и при статике с помощью подпиточного устройства.
Точки, в которых давление поддерживается постоянным, называются нейтральными точками системы. Как правило, закрепление давления осуществляется на обратной линии. В этом случае нейтральная точка располагается в месте пересечения обратного пьезометра с линией статического давления (точка НТ на рис. 2, б), поддержание постоянного давления в нейтральной точке и восполнение утечки теплоносителя осуществляются подпиточными насосами ТЭЦ или РТС, КТС через автоматизированное подпиточное устройство. На линии подпитки устанавливаются автоматы-регуляторы, работающие по принципу регуляторов «после себя» и «до себя» (рис. 3).
Рисунок 3. 1 - сетевой насос; 2 - подпиточный насос; 3 - подогреватель сетевой воды; 4 - клапан регулятора подпитки
Напоры сетевых насосов Н с.н принимаются равными сумме гидравлических потерь напора (при максимальном - расчетном расходе воды): в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, в системе абонента (включая вводы в здание), в бойлерной установке ТЭЦ, пиковых котлах ее или в котельной. На источниках теплоты должно быть не менее двух сетевых и двух подпиточных насосов, из которых - по одному резервному.
Величина подпитки закрытых систем теплоснабжения принимается равной 0,25 % объема воды в трубопроводах тепловых сетей и в абонентских системах, присоединенных к теплосети, ч.
При схемах с непосредственным водоразбором величина подпитки принимается равной сумме расчетного расхода воды на ГВС и величины утечки в размере 0,25 % вместимости системы. Вместимость теплофикационных систем определяется по фактическим диаметрам и длинам трубопроводов или по укрупненным нормативам, м 3 /МВт:
Сложившаяся по признаку собственности разобщенность в организации эксплуатации и управления системами теплоснабжения городов самым отрицательным образом сказывается как на техническом уровне их функционирования, так и на их экономической эффективности. Выше отмечалось, что эксплуатацией каждой конкретной системы теплоснабжения занимается несколько организаций (подчас «дочерних» от основной). Однако специфика систем ЦТ, в первую очередь тепловых сетей, определяется жесткой связью технологических процессов их функционирования, едиными гидравлическими и тепловыми режимами. Гидравлический режим системы теплоснабжения, являющийся определяющим фактором функционирования системы, по своей природе крайне неустойчив, что делает системы теплоснабжения трудноуправляемыми по сравнению с другими городскими инженерными системами (электро-, газо-, водоснабжение).
Ни одно из звеньев систем ЦТ (источник теплоты, магистральные и распределительные сети, тепловые пункты) самостоятельно не может обеспечить требуемые технологические режимы функционирования системы в целом, а, следовательно, и конечный результат - надежное и качественное теплоснабжение потребителей. Идеальной в этом смысле является организационная структура, при которой источники теплоснабжения и тепловые сети находятся в ведении одного предприятия-структуры.
По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график для главной магистрали и ответвления.
По известным горизонталям на генплане на график наносится профиль местности для магистрали и ответвления. На профиле в принятом масштабе наносят высоты зданий и линию статического давления на 3–5 м выше высоты зданий. Построение пьезометров подающей и обратной магистралей производится на основании полученных потерь напоров на участках (см. табл. П. 7).
Напор у наиболее удаленного потребителя принимать не менее 200 Па (20 м в. ст.). Потеря напора в подогревателях и пиковых котлах ТЭЦ принимается равной 300–400 Па (30–40 м в. ст.). На графике наносятся линия статики и линия "невскипания".
Построенный пьезометрический график должен удовлетворять следующим техническим условиям:
а) давление в местных системах отопления зданий не должно быть более 0,6 МПа (60 м в. ст.).
Если в некоторых зданиях это давление превышает 60 м, то их местные системы присоединяются по независимой схеме;
б) давление на всасе сетевых насосов должно быть не менее 5 м, во избежание кавитации насосов (вскипание горячей воды из-за низкого давления);
в) давление в обратной магистрали как в статическом, так и в динамическом (при работе сетевых насосов) режимах не должно быть ниже статической высоты зданий.
Если для некоторых зданий этого достигнуть не удается, то после системы отопления зданий необходимо установить регулятор «подпора»;
г) пьезометрическое давление в обратной магистрали должно быть не менее 5 м для предупреждения подсоса воздуха в систему;
д) давление в любой точке подающей магистрали должно быть выше давления насыщения при данной температуре теплоносителя (условие «невскипания»), т.е. пьезометр подающей магистрали должен располагаться выше линии «невскипания». Например, при температуре воды в сети 150° С подающий пьезометр должен отстоять от уровня земли на расстоянии не менее 38 м;
е) полный напор за сетевыми насосами должен быть ниже давления, допускаемого по условиям прочности трубок сетевых подогревателей типа БО - 140М и ПСВ-230М. При теплоснабжении от водогрейных котельных эта величина может доходить до 250 м.
Пьезометрические графики ответвлений необходимо построить, исходя из условия, чтобы потери напора от источника тепла до конечных потребителей главной магистрали и ответвлений были бы примерно равны. Это может потребовать некоторой корректировки полученных ранее диаметров труб ответвлений. Пьезометрический график определяет полный (отсчитанный от одного общего горизонтального уровня) или пьезометрический (отсчитанный от уровня прокладки сети трубопровода) напор, а также располагаемый напор в отдельных точках тепловой сети и абонентских систем.
Рис. 4. Пьезометрический график водяной тепловой сети
Теплофикационное оборудование ТЭЦ.
В проекте необходимо определить теплопроизводительность основных сетевых подогревателей и пиковых водогрейных котлов, необходимую производительность деаэраторов подпиточной воды и емкость баков-аккумуляторов горячей воды (для открытой системы), подобрать сетевые и подпиточные насосы.
