Беспалов В.И. Системы и источники энергоснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

110

ZHH







(5.17)

где



— потеря напора в конденсатопроводе на участке от сборного

бака абонента до приемного бака станции при расчетном расходе кон-

денсата в конденсатопроводе; Z – разность геодезических отметок бака

станции и бака абонента.

Если бак станции установлен ниже абонентского бака, разность

геодезических отметок Z имеет отрицательный знак. Учитывая нерав-

номерность откачки конденсата, подачу конденсатных насосов прини-

мают равной полуторакратному максимально-часовому расходу кон-

денсата.

5.8. Резервирование магистральных тепловых сетей

В современных системах теплофикации крупных городов теплота

от каждой ТЭЦ подается обычно в районы теплоснабжения по несколь-

ким параллельным магистралям. Эти магистрали обычно секциониру-

ются, т.е. разделяются с помощью секционирующих задвижек на

секции длиной 1 – 3 км. Через определенные расстояния секции парал-

лельных магистралей могут соединяться блокирующими линиями (пе-

ремычками), как это, например, показано на рис. 5.1.

В случае аварии на какой-либо секции магистрали эта секция вы-

ключается из работы и выводится в ремонт. Поток сетевой воды, кото-

рый в нормальных условиях проходит через данную секцию, перепус-

кается с помощью блокирующих перемычек через соответствующую

секцию параллельной магистрали, после чего по следующей блоки-

рующей перемычке вновь поступает в данную магистраль [24].

На рис. 5.12, а показана в однолинейном изображении принципи-

альная схема блокировки двух четырехсекционных магистралей А и В.

По такой схеме блокируются отдельно подающие и обратные магист-

рали параллельных сетей.

111

IIA

IIIA

IVA

БI

БII

БIII

БIV

IIB

IIIB

IVB

б)

Рис. 5.12. Принципиальная схема блокировки двух четырехсекционных ма-

гиетралей (a) и их пьезометрический график (б)

Если, например, в секции IIА подающей магистрали А произойдет

авария, то эту секцию выключают из работы и выводят в ремонт. В

этом случае поток сетевой воды, проходящий через секцию IA, пере-

пускается по блокирующей перемычке Б1 в секцию IIВ, в из нее этот

поток воды возвращается в секцию IIIА через вторую блокирующую

перемычку БII.

При аварийном режиме через резервирующую секцию, в нашем

примере через секцию IIВ, проходит увеличенный расход воды, что вы-

зывает соответствующее увеличение потери напора на этом участке.

Для того чтобы при возможном аварийном режиме на одной из секций

магистрали расходы воды у абонентов оставались неизменными или

изменялись незначительно, магистральные сети должны обладать оп-

ределенной резервирующей способностью. Для этой цели диаметры та-

ких магистралей должны определяться, исходя из некоторого более

низкого значения удельного линейного падения давления

R по срав-

нению с

R для сети без резерва:

RkR 

(5.18)

где

— коэффициент резервирования по удельному падению давле-

ния.

Из условия обеспечения при аварийном режиме расчетного рас-

хода воды у всех тепловых потребителей коэффициент резервирования

для двухтрубной тепловой сети с постоянным удельным линейным па-

112

дением давления вдоль главной магистрали и одинаковой длиной всех

секций вычисляется по формуле

)2/(

 nnk

(5.19)

где n – число секций по трассе магистрали.

При выводе (5.18) не учитывалась возможность одновременной

аварии на подающей и обратной линиях из-за малой вероятности такой

ситуации. Падение давления в двух блокирующих перемычках (в нача-

ле и в конце участка), включаемых в работу при аварии, принято рав-

ным падению давления в одной секции магистрали при нормальном

режиме.

Резервирующая способность может быть задана при проектиро-

вании и учтена с помощью коэффициента резервирования, отнесенного

к другим расчетным параметрам, например к расходу теплоносителя

или к диаметру участков магистрали, в виде

GkG



(5.20 а)

или

dkd

 ,

(5.20 б)

где

– расчетные расходы и диаметры участков магистрали, вы-

бранные с учетом резервирования; G, d – те же параметры в сети без

учета резервирования;

k – коэффициент резервирования по расчетно-

му расходу воды;

k – коэффициент резервирования по расчетному

диаметру магистрали:

nnk

/)2(

 ;

(5.21 а)





19,0

/)2( nnk

 .

(5.21 б)

Подача и напоры сетевых насосов в источниках теплоты, а также

мощность их приводных двигателей должны выбираться в рассматри-

ваемых условиях по аварийному режиму.

На рис. 5.13 дана зависимость коэффициентов резервирования

k ,

k от числа секций магистральной тепловой сети.

113

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

Рис. 5.13. Зависимость коэффициентов резервирования от числа секций маги-

стральной сети

Коэффициент резервирования по диаметру магистрали

k , непо-

средственно влияющий на размер капиталовложений в тепловые сети,

заметно уменьшается с увеличением числа секций магистралей от од-

ной до пяти-шести. При дальнейшем увеличении числа секций значе-

ние

k изменяется мало. В то же время увеличение числа секций вызы-

вает дополнительные начальные затраты на сооружение секционирую-

щих камер и дублирующих связей. Поэтому число секций больше пяти-

шести, как правило, экономически не оправдано.

На рис. 5.12, б приведен пьезометрический график тепловой сети

состоящей из двух сблокированных четырехсекционных магистралей

А и В (см. рис. 5.12, а). Линия 1 – пьезометрический график тепловой

сети, запроектированного без учета резервирования, при нормальной ее

работе; линия 2 – то же, но с учетом резервирования (

k < 1); линия 3 –

114

график сети, запроектированного с учетом резервирования, но при ава-

рийном выключении из работы секции IIА.

Как видно из пьезометрического графика, при аварийном выклю-

чении участка IIА в конечных точках магистрали поддерживаются рас-

полагаемые напоры, необходимые для нормальной работы абонентов.

Без учета резервирования такие режимы реализовать невозможно. При

учете резервирования повышается гидравлическая устойчивость систе-

мы теплоснабжения, так как существенно возрастает располагаемый

напор в конечных точках магистральной сети при нормальном режиме.

5.9. Расчет длинных транзитных паро- и газопроводов

При транспорте упругой среды (газа или пара) по длинным тру-

бопроводам происходит заметное падение давления вдоль трубопрово-

да.

В этих условиях удельное падение давления пара переменно, так

как плотность среды, а следовательно, и ее скорость изменяются по

длине трубопровода.

∂lL

Рис.5.14. Схема линии перегретого пара

Рассмотрим, как изменяется давление среды по длине трубопро-

вода. Пусть газ или пар движется по трубопроводу длиной L от точки 1

к точке 2 (рис. 5.14). Состояние среды в точке 1 определяется давлени-

ем р

, абсолютной температурой Т

и плотностью ρ

Обозначим удельную линейную потерю давления в начале тру-

бопровода через R

и долю местных потерь давления через а. Выделим

в трубопроводе бесконечно малый участок длиной дl. Обозначим сред-

нее давление среды на этом участке через р, температуру через Т, плот-

ность через ρ и падение давления через др.

Так как удельное падение давления обратно пропорционально

плотности среды, то падение давления на участке дl составит

lRp 





)1(

(5.22 )

115

Знак минус в левой части (5.22) соответствует падению давления.

Принимая в первом приближении плотность среды прямо пропорцио-

нальной давлению и обратно пропорциональной абсолютной темпера-

туре, получаем





(5.23 )

откуда

Rp 

)1(

или

pRpp 

)1(

(5.24)

Проинтегрируем (5.24) в пределах изменения давления от р

до р

и длины трубопровода от L до 0

 



)1(

pRpp

в результате получим

ср

)1(



(5.25а)

После соответствующих преобразований выражение для конеч-

ного давления среды в трубопроводе принимает вид

ср

)1(2







(5.26а)

По (5.26а) можно определить давление в конце паропровода дли-

ной L по заданным параметрам пара р

, Т

и удельному линейному па-

дению давления R

в начале паропровода. Поскольку







 RR

116

то выражение (5.25а) может быть представлено в следующей модифи-

кации:

ср

)1(



(5.25б)

где R

– удельное линейное падение давления в конце паропровода.

На основе (5.25б) выводится формула для определения давления

пара в начале паропровода р

по заданным параметрам р

, Т

и удель-

ному линейному падению давления R

в конце паропровода:

ср

)1(2







(5.26б)

Отношение Т

ср

! Т

выбирается на основании данных теплового

расчета трубопровода. При расчете трубопроводов насыщенного пара

можно отношение Т

ср

! Т

принимать равным единице.

Уравнение (5.25б) можно представить также в следующем виде:

ср

1уп

)1( 

(5.27)

где

21уп

ppp







— падение давления упругой среды в трубопроводе;

2/)(

21ср

ppp





– среднее давление среды в трубопроводе,

2/)(

21ср

TTT





– средняя температура среды в трубопроводе.

Падение давления неупругой среды при тех же значениях R

, а, L

LRp )1(









(5.28)

Отношение падения давления упругой среды к падению давления не-

упругой среды при одних и тех же значениях R

, а, L

ср

уп





(5.29)

117

На рис. 5.15 показан характер изменения давления неупругой Н и

упругой УII среды вдоль трубопровода. При движении неупругой сре-

ды

const





, упругой

var





Если заданы параметры

транспортируемой среды p

и T

начале трубопровода и давление р

конце трубопровода, то на основе

(5.26) легко определить удельное

падение давления в начале трубо-

провода R

, по которому должен

выбираться его диаметр

Из совместного решения

(5.10) и (5.23) можно получить вы-

ражение для расчета доли местных

потерь давления в трубопроводах,

транспортирующих упругие среды,

ср

15,1









(5.31)

где G – расход среды, кг/с;



– плотность среды в начале паропровода,

кг/м ', р



– давление в начале трубопровода и перепад давлений в

трубопроводе, Па.

Диаметр трубопровода определяется по (5.8) по заданному расхо-

ду G, удельному линейному падению давления в начале трубопровода

, плотности среды в начале трубопровода



Контрольные вопросы и задания (Модуль 4)

1. Из какого условия выбирается расстояние между секционирую-

щими задвижками магистральных водяных тепловых сетей?

2. Какова основная цель блокировки смежных магистралей водяных

тепловых сетей? Изобразите принципиальную схему такой блоки-

ровки. Почему блокируются трубопроводы только больших диа-

метров?

УП

Рис. 5.15. Характер изменения

давления вдоль трубопровода с

неупругой Н и упругой УП средой

)1(

ср







(5.30)

118

3. Напишите уравнение Бернулли для установившеюся движения не-

сжимаемой жидкости по участку трубопровода, Назовите значения

и размерности членов этого уравнения.

4. Какая связь между напором и давлением? Какие размерности

имеют эти параметры? Как они взаимно пересчитываются?

5. Напишите формулу Дарси для расчета удельного линейного паде-

ния давления в трубопроводе. Назовите значения и размерности

членов этого уравнения.

6. Что такое эквивалентная относительная шероховатость стенки

трубопровода?

7. Как определяется местное падение давления в трубопроводе? По-

чему эквивалентная длина местного сопротивления зависит от

диаметра трубопровода? Из каких уравнений это следует?

8. Изложите основные требования к режиму давлений водяных теп-

ловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабже-

ния.

9. Какое преимущество имеет установление обшей статической зоны

для всей системы теплоснабжения? Всегда ли возможно такое ре-

шение? Чем ограничивается такая возможность?

10. На основе каких условий на пьезометрический график наносятся

уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометриче-

ских напоров для подающей и обратной линий системы тепло-

снабжения?

11. Из каких условий выбираются схемы присоединения установок к

водяным тепловым сетям?

12. Приведите исходные данные для гидравлического расчета раз-

ветвленной водяной тепловой сети. Какова последовательность

от- дельных расчетных операций?

13. Приведите исходные данные для гидравлического расчета раз-

ветвленной паровой сети. В чем состоит методика расчета?

14. Пo какому расходу воды выбираются диаметры тепловой сети

в открытых системах теплоснабжения?

15. Как определяется рабочий напор сетевых насосов водяной тепло-

вой сети? Из каких слагаемых он состоит?

16. Как определяется рабочий напор подпиточных насосов в открытых

системах теплоснабжения?

17. По какому расходу сетевой воды устанавливается проектная пода-

ча сетевых насосов? Какое допускается минимальное количество

сетевых насосов на станции?

18. В чем состоит метод определения давления в конце длинного

транзитного паропровода?

119

6. Гидравлический режим тепловых сетей

6.1. Гидравлическая характеристика системы

Водяные системы теплоснабжения представляют собой сложные

гидравлические системы, в которых работа отдельных звеньев нахо-

дится во взаимной зависимости. Для правильного управления и регули-

рования необходимо знать гидравлические характеристики работающе-

го оборудования – циркуляционных насосов и сети.

Гидравлический режим, системы определяется точкой пересече-

ния гидравлических характеристик насоса и сети. На рис. 6.1 кривая 1 –

характеристика насоса; кривая 2 – характеристика тепловой сети; точка

А – пересечение этих характеристик, определяет гидравлический режим

системы; Н – напор, развиваемый насосом, равный потере напора в

замкнутой системе; V – объемная подача насоса, равная расходу воды в

системе.

Расход воды

Рис. 6.1. Гидравлическая характеристика насоса и тепловой сети

Гидравлической характеристикой насоса называется зависи-

мость напора Н или перепада давлений ∆р, создаваемого насосом, от

объемной подачи насоса V. Характеристики насосов обычно опреде-

ляются заводами-изготовителями или могут быть построены по дан-

ным испытания.