Беспалов В.И. Системы и источники энергоснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

тральное регулирование городских районов ориентируют обычно на

отопительную нагрузку или же на совмещенную нагрузку отопления и

горячего водоснабжения.

В том случае, когда у большинства абонентов района отсутствует

нагрузка горячего водоснабжения, центральное регулирование в горо-

дах осуществляется по закону, изменения отопительной нагрузки. Если

у большинства абонентов в районе наряду с отоплением имеются уста-

новки горячего водоснабжения, центральное регулирование часто осу-

ществляется по закону изменения совмещенной нагрузки отопления и

горячего водоснабжения. Неравномерности суточного графика суммар-

ной нагрузки выравниваются за счет теплоаккумулирующей способно-

сти строительных конструкций отапливаемых зданий или же путем ус-

тановки специальных аккумуляторов горячей воды. При разнородной

тепловой нагрузке района независимо от центрального регулирования

должно проводиться групповое и (или) местное регулирование, как пра-

вило, всех видов тепловой нагрузки.

При этом температура воды в подающем трубопроводе тепловой

сети не должна снижаться ниже уровня, определяемого условиями го-

рячего водоснабжения.

В соответствии со СНиП 2.04.01-85 [131] температура горячей во-

ды в местах водоразбора должна быть не ниже 60 °С при открытой и 50

°С при закрытой системах теплоснабжения.

С учетом снижения температуры воды в местных коммуникациях

горячего водоснабжения и перепада температур между греющей и на-

греваемой водой в подогревателе горячего водоснабжения минимальная

температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети как при от-

крытой, так и при закрытой системах теплоснабжения принимается

обычно равной или выше 65 °С, т.е.

о1





= 65 °С.

На рис. 4.2 приведены графики температур и расходов сетевой во-

ды при комбинированном регулировании отопительной нагрузки, т.е.

при применении разных методов регулирования в различных диапазо-

нах наружных температур.

График температур в по-

дающем трубопроводе тепловой

сети имеет вид ломаной линии

(рис. 4.2, б). При наружных тем-

пературах

н.и



где

н.и

—

наружная температура, соответ-

ствующая, излому температурно-

го графика, график температур

воды в подающей линии строится

по законам отопительной нагруз-

ки или совмещенной нагрузки

отопления и горячего водоснаб-

жения. При

н.и



температу-

ра воды в подающей линии теп-

ловой сети

const

о1











Рассмотрим методику построения

графиков температур и расходов

воды при двух характерных ме-

тодах центрального регулирова-

ния: 1) по отопительной нагрузке;

2) по совмещенной нагрузке ото-

пления и горячего водоснабже-

ния.

Центральное регулирова-

ние по отопительной нагрузке.

При центральном регулировании

по отопительной нагрузке для

поддержания стабильной расчет-

ной внутренней температуры в

отапливаемых зданиях в диапазоне наружных температур от

н.о

t до

н.и

t , температура воды в подающей линии тепловой сети должна соот-

ветствовать графику качественного регулирования отопительной на-

грузки, описываемому уравнением (4.38), а расход сетевой воды на ото-

пление должен быть постоянным.

В диапазоне температур отопительного периода

н.и



регули-

рование отопительных установок может проводиться как количествен-

ным методом, так и местными пропусками, т.е. посредством периодиче-

ского отключения отопительных установок от тепловой сети.

При установке на абонентских вводах струйных смесителей (эле-

ваторов) количественное регулирование приводит к разрегулировке

Рис. 4.2. Графики тепловой нагрузки

(а), температур (б) и расходов сетевой

воды (в) при комбинированном регу-

лировании тепловой нагрузки

1– количественное регулирование; 2 –

регулирование местными пропусками

отопительных установок. Этот недостаток устраняется при установке на

абонентских вводах или групповых тепловых подстанциях кроме

струйных смесителей также механических (центробежных насосов). Это

позволяет при наружных температурах

н.и



поддерживать постоян-

ный расход воды в отопительной установке при уменьшении расхода

сетевой воды из тепловой сети.

При снижении подачи сетевой воды возрастает подача механиче-

ского смесительного насоса, а суммарный расход воды отопительной

установке остается постоянным. При такой схеме присоединения в са-

мой отопительной установке осуществляется качественное регулирова-

ние при переменном расходе воды, поступающей из тепловой сети в

отопительную установку.

В этом случае температура обратной воды после отопительной ус-

тановки

о2



изменяется по закону качественного регулирования и мо-

жет определяться по (4.39).

При применении рассмотренного метода количественного регу-

лирования эквивалент расхода сетевой воды на отопление при наруж-

ных температурах

н.и



определяется по формуле

о2







(4.8)

При регулировании отопительной нагрузки в диапазоне наружных

температур

н.и



другим методом – местными пропусками число ча-

сов ежесуточной работы отопительных установок вычисляется как

н.ив.р

нв.р

24 W



 .

(4.9)

Рассмотрим графики температур и расходов сетевой воды при

разнородной тепловой нагрузке района, параллельном присоединении к

тепловой сети теплопотребляющих установок (отопления, вентиляции,

горячего водоснабжения) и применении в диапазоне наружных темпе-

ратур от

но

до

н.и

центрального регулирования по отопительной на-

грузке, а при

W при поддержании постоянной температуры





в по-

дающей линии тепловой сети.

Построение графика температур и расхода сетевой воды на

отопление.

На рис. 4.2, а показана зависимость отопительной нагрузки от на-

ружной температуры. В диапазоне температур

н.и

но



(см. рис. 4.2, б) осуществляется качественное регулирование отопитель-

ной нагрузки.

Температурные графики подающей и обратной линий

о1



о2



построены по (4.38) и (4.39). В этом диапазоне эквивалент расхода сете-

вой воды на отопление

W – постоянная величина. При

н.и



темпе-

ратура сетевой воды в подающем трубопроводе постоянна.

Температура сетевой воды в обратном трубопроводе зависит от

метода регулирования отопительной нагрузки при наружной темпера-

туре

н.и



. При рассмотренном методе количественного регулирова-

ния, когда расход воды непосредственно в отопительной установке со-

храняется постоянным, график температур обратной линии

о2



(сплошная линия на рис. 4.2, б) строится по (4.39).

При регулировании отопительной нагрузки при

н.и



местны-

ми пропусками график температур обратной линии (пунктирная линия)

может быть принят в виде прямой горизонтальной линии, параллельной

графику температур подающей линии. Такому характеру графика соот-

ветствует постоянство всех факторов, влияющих на теплоотдачу отопи-

тельных приборов (расход теплоты за период реальной работы, темпе-

ратура поступающей сетевой воды, температура внутреннего воздуха).

На рис. 4.2, в показан расход сетевой воды на отопление.

В диапазоне наружных температур

н.и

но



эквивалент расхода

воды

W постоянный, поскольку осуществляется качественное регули-

рование отопительной нагрузки.

При

н.и



расход воды на отопление зависит от наружной тем-

пературы. При повышении наружной температуры расход воды на ото-

пление при количественном регулировании изменяется в соответствии с

(4.8) (на рис. 4.2, в сплошная линия). При регулировании местными

«пропусками» расход сетевой воды через каждую отопительную уста-

новку в период ее работы остается постоянным. Однако число одновре-

менно включенных отопительных установок уменьшается по мере по-

вышения наружной температуры прямо пропорционально отношению

)/()(

н.ив.рнв.р

tttt



, поэтому суммарный расход сетевой воды на ото-

пление района сокращается пропорционально числу одновременно

включенных установок (на рис. 4.2 – штриховая линия).

При количественном регулировании расход сетевой воды изменя-

ется сильнее, чем при регулировании местными пропусками, что объяс-

няется большим перепадом температур сетевой воды в отопительной

установке (

о2









) по сравнению с регулированием местными про-

пусками.

Построение графика температур и расхода сетевой воды на

вентиляцию. По характеру изменения расхода теплоты и температуры в

подающей линии режим работы вентиляционных установок можно раз-

делить на три диапазона (рис. 4.3):

I — между наружными

температурами

н.и

н.к



; тем-

пература воды в подающей ли-

нии тепловой сети остается по-

стоянной, а расход теплоты на

вентиляцию изменяется; II —

между наружными температу-

рами t; изменяется как темпе-

ратура воды в подающей линии,

так и расход теплоты на венти-

ляцию; III — между наружными

температурами

н.о

н.в



; тем-

пература воды в подающей ли-

нии изменяется, а расход тепло-

ты на вентиляцию остается по-

стоянным.

В диапазоне Ш при сни-

жении наружной температуры

от

н.в

t , до

н.о

t авторегуляторы

уменьшают расход сетевой во-

ды через калориферы таким об-

разом, что тепловая нагрузка

Q , остается постоянной.

Рис. 4.3. Графики тепловой нагрузки,

температур и расхода сетевой воды при

комбинированном регулировании венти-

ляционной нагрузки

Это вызывает снижение температуры обратной сетевой воды, а

также снижение коэффициента теплопередачи калориферов.

В диапазоне II температура сетевой воды, поступающей в калори-

феры, растет по мере понижения наружной температуры. Расход тепло-

ты также должен расти при понижении наружной температуры. Такая

взаимосвязь между графиком температур подающей линии и расходом

теплоты является типичной для качественного регулирования. Поэтому

в диапазоне II расход сетевой воды через калориферы остается практи-

чески постоянным.

В диапазоне I температура сетевой воды, поступающей в вентиля-

ционные калориферы, постоянна. При повышении наружной темпера-

туры повышается температура воздуха на выходе из калорифера. В диа-

пазоне I температура сетевой воды, поступающей в вентиляционные ка-

лориферы, постоянна. При повышении наружной температуры повыша-

ется температура воздуха на выходе из калорифера.

Изменение температуры воздуха на выходе из калорифера ис-

пользуется в качестве импульса, воздействующего на регулятор расхода

сетевой воды. Авторегулятор снижает расход сетевой воды, что приво-

дит к снижению температуры обратной воды после калорифера и коэф-

фициента теплопередачи калорифера. В результате температура воздуха

после калорифера поддерживается на заданном уровне.

Как видно на рис. 4.3, расход сетевой воды на вентиляцию остает-

ся практически постоянным только в диапазоне II. Как в диапазоне I,

так и в диапазоне III расход воды на вентиляцию изменяется при изме-

нении температуры наружного воздуха.

Контрольные вопросы (Модуль 3)

Контрольные вопросы (блок 3)

1. Укажите возможные системы регулирования тепловой нагрузки и их

характеристики. Каковы особенности центрального, группового, мест-

ного и индивидуального регулирования?

2. В чем заключается особенность центрального регулирования по со-

вмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения? Какие пре-

имущества и недостатки имеет эта система регулирования?

3. Путем изменения каких параметров принципиально возможно цен-

тральное регулирование тепловой нагрузки в водяных системах тепло-

снабжения?

4. Напишите уравнение характеристики конвективных теплообменных

аппаратов и объясните значения величин, входящих в уравнение.

5. Отопительная установка присоединена к водяной тепловой сети по

зависимой схеме. Какова зависимость отопительной нагрузки от темпе-

ратуры сетевой воды на входе в элеватор и от ее расхода?

6. Отопительная установка присоединена к тепловой сети по независи-

мой схеме. Какова зависимость отопительной нагрузки от температуры

сетевой воды на входе в отопительный теплообменник и от ее расхода?

7. Почему при качественном регулировании отопительной нагрузки пе-

репад температур сетевой воды в отопительной установке прямо про-

порционален относительной отопительной нагрузке? Из какого уравне-

ния это следует?

8. Каким уравнением описывается зависимость относительной отопи-

тельной нагрузки от относительного расхода сетевой воды при количе-

ственном регулировании?

9. В чем состоит метод расчета графика температур тепловой сети при

центральном качественном регулировании по совмещенной нагрузке

отопления и горячего водоснабжения?

10. В чем заключаются методы центрального регулирования открытых

систем теплоснабжения по совмещенной нагрузке отопления и горячего

водоснабжения? Укажите преимущества и недостатки качественного и

качественно-количественного методов.

11. В чем состоит центральное регулирование однотрубных систем теп-

лоснабжения. Как определяются расчетный расход воды и температура

сетевой воды в транзитной магистрали?

12. В чем состоит метод определения средней температуры отвода теп-

лоты из теплофикационного цикла при многоступенчатом подогреве се-

тевой воды? Приведите расчетную формулу и объясните значения вхо-

дящих в нее величин.

13. Укажите преимущества и недостатки многоступенчатого подогрева

сетевой воды на ТЭЦ по сравнению с одноступенчатым подогревом.

14. Как отражается на экономических показателях теплофикационной

системы повышение расчетной температуры сетевой воды в транзитной

магистрали от дальней ТЭЦ?

15. Представьте метод расчета температурного графика и расхода сете-

вой воды в транзитных сетях, работающих по условным температурным

графикам.

5. Гидравлический расчет тепловых сетей

5.1. Задачи гидравлического расчета.

Гидравлический расчет тепловых сетей одинаково необходим как при

проектировании, так и при эксплуатации систем теплоснабжения.

При проектировании тепловых сетей в гидравлическом расчете ре-

шаются следующие задачи:

 определение диаметров трубопроводов;

 определение падения давления (напора) по длине трубопро-

вода;

 определение давлений (напоров) в различных точках сети;

 гидравлическая увязка всех точек системы при статическом

и гидравлическом режимах с целью обеспечения допусти-

мых давлений и требуемых напоров в тепловой сети и або-

нентских системах.

В процессе эксплуатации тепловых сетей целью гидравлического

расчета чаще всего является определение фактических давлений и

напоров в различных точках сети с учетом фактического состояния

трубопроводов и реальных нагрузок потребителей.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача опре-

деления пропускной способности трубопроводов при известном их

диаметре и располагаемом напоре (перепаде давлений).

В результате гидравлического расчета можно получить информацию:

 для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и ос-

новного объема работ по сооружению трубопроводов тепловой

сети;

 для определения характеристик сетевых циркуляционных и под-

питочных насосов, количества насосов и их размещения;

 для выяснения условий работы источников теплоты, тепловой се-

ти и абонентских систем, а также, выбора схем присоединения те-

плопотребляющих установок к тепловой сети;

 для выбора средств автоматического регулирования параметров

теплоносителя в тепловой сети на групповых, местных тепловых

пунктах и на абонентских вводах;

 для разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Для проведения гидравлического расчета необходимо иметь данные

по расчетным тепловым нагрузкам потребителей, их размещению в

пространстве, а также должно быть указано размещение источников

теплоты и конфигурация тепловых сетей.

Определение схемы и конфигурации тепловых сетей.

При проектировании тепловых сетей выбор схемы является сложной

технико-экономической задачей. Схема тепловой сети определяется

не только размещением источников тепла по отношению к потреби-

телям, но и видом теплоносителя, характером тепловых нагрузок и их

расчетной величиной.

Основными критериями, которыми оценивается качество проекти-

руемой тепловой сети, должны являться ее надежность и экономиче-

ская эффективность. При выборе конфигурации тепловых сетей нуж-

но стремиться к наиболее простым решениям и, по возможности,

меньшей длине трубопроводов.

В тепловых сетях в качестве теплоносителей могут применяться

как вода, так и пар. Пар в качестве теплоносителя используется главным

образом для технологических нагрузок промышленных предприятий.

Обычно протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой

нагрузки невелика. Если по характеру технологического процесса до-

пустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, то наибо-

лее экономичным и в то же время достаточно надежным решением слу-

жит прокладка однотрубного паропровода с конденсатопроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование паровых сетей при-

водит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материа-

лов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо

одного трубопровода, рассчитанного на полную нагрузку, двух парал-

лельных, рассчитанных на половинную нагрузку, площадь поверхности

трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход

металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых

сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Во-

дяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое

число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками

тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, изме-

ряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми глав-

ным образом из-за большей подверженности наружной коррозии сталь-

ных трубопроводов, проложенных в подземных каналах. Кроме того,

водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большей

плотности теплоносителя. Аварийная уязвимость водяных тепловых се-

тей особенно заметно проявляется в крупных системах при зависимом

присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при

выборе схемы водяных тепловых сетей вопросам надежности и резер-

вирования теплоснабжения необходимо уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистраль-

ные и распределительные. К магистральным сетям обычно относятся

теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового

потребления, а также между собой.

Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распредели-

тельные сети и по распределительным сетям подается через групповые

тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопо-

требляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение

тепловых потребителей к магистральным сетям не следует допускать, за

исключением случаев присоединения крупных промышленных пред-

приятий,

Магистральные тепловые сети с помощью задвижек разделяются

на секции длиной 1 – 3 км. При раскрытии (разрыве) трубопровода ме-

сто отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками.

Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды, и сокращается

длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого

для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для

заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается

так, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше

времени, в течение которого внутренняя температура

t в отапливаемых

помещениях при полном отключении отопления при расчетной наруж-

ной температуре для отопления

н.о

t не опускалась ниже 12 – 14 °С. Это

минимально предельное значение, которое принимают обычно, в соот-

ветствии с договором теплоснабжения.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть,

как правило, меньше при больших диаметрах трубопроводов и при бо-

лее низкой расчетной наружной температуре для отопления

н.о

t . Время,

необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диа-

метра трубопровода и расстояния между секционирующими задвижка-

ми. Это обусловлено тем, что с увеличением диаметра существенно

возрастает время ремонта.

В случае если время ремонта больше допустимого, необходимо преду-

сматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из

строя участка тепловой сети. Одним из методов резервирования явля-

ется блокировка смежных магистралей. Секционирующие задвижки

удобно размещать в узлах присоединения распределительных сетей к

магистральным тепловым сетям. В этих узловых камерах кроме сек-

ционирующих задвижек размещаются также головные задвижки рас-

пределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между

смежными магистралями или между магистралями и резервными ис-