Дубинин А.М. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5.2. Пьезометрический график водяной тепловой сети при

теплоснабжении от котельной.

к(сп)

НΔ − потеря давления в котле (сетевом подогревателе);

ро

НΔ −

располагаемое давление в месте ответвления;

аб

− располагаемое давление

у абонентов;

пн

НΔ

− располагаемое давление подпиточных насосов; Т –

высота и место зданий абонентов;

сп

− располагаемое давление сетевых

насосов;

избыт

НΔ

− избыточное давление у абонента;

s-s

− уровень

статического давления вскипания воды при температуре τ′

;

аб

′

Δ −

располагаемое давление в конце ответвления

Откладываем расчетные располагаемые давления

по участкам

магистрали в местах ответвлений. Половину от

– вниз, другую

половину

НΔ – вверх от оси графика в точках ответвлений.

Соединяем полученные точки прямой линией.

Наносятся пьезометрические графики ответвлений к абонентам.

Причем половина действительного располагаемого давления

аб

′

откладывается вверх, другая половина – вниз от оси графика в конце

ответвления (у абонента). Точки концов отрезков

аб

′

Δ соединяют

прямыми линиями и получают пьезометрические графики ответвлений. На

линии

аб

′

Δ наносятся отрезки

избыт

и располагаемого давления

аб

НΔ у

абонента (20 м вод. ст.).

Рис. 5.3. Пъезометрический график водяной тепловой сети при

теплоснабжении от ТЭЦ.

перд

НΔ − предельное давление (м. вод. ст.), которое выдерживают

сетевые подогреватели ТЭЦ;

б.н

НΔ − давление бустерных насосов;

сп

НΔ ,

пвк

НΔ − потери давления в сетевых подогревателях и пиковых водогрейных

котлах ТЭЦ;

рк

НΔ − располагаемое давление в сети на выходе из ТЭЦ;

п.н

НΔ ,

сн

НΔ − давление подпиточных и сетевых насосов (м. вод. ст.). Остальные

обозначения см. на рис. 5.2.

10.

К располагаемому давлению в сети на выходе от источника добавляем

гидравлическую потерю давления в котлах или сетевых

подогревателях

к(сп)

НΔ .

Полученное давление называется располагаемым давлением сетевых

насосов.

Полученный график называется пьезометрическим.

Из графика берутся данные для выбора сетевых и подпиточных

насосов по величинам

сн

НΔ и

пн

НΔ и расходам воды соответственно из [1].

Расход подпиточной воды в закрытых системах теплоснабжения берется

0,0025 от объема воды, находящейся в магистральном трубопроводе и

ответвлениях [6], м

/ ч, или 0,02 от расхода воды на выходе от источника G

кг / с, [11].

Таблица 5.4

Зависимость избыточного давления насыщения от температуры воды

Расчетная температура воды

τ′, °С

Давление м вод.ст.

(высота линии Н

s-s

)

110 5

120 10

130 20

140 30

150 40

160 55

170 72

180 93

При теплоснабжении от ТЭЦ используют не только сетевые

подогреватели, а и пиковые водогрейные котлы, включенные

последовательно. Бустерные (вспомогательные) насосы устанавливают

перед сетевыми подогревателями, а сетевые – перед пиковыми

водогрейными котлами. Бустерные насосы выбирают на такое давление

бн

которое выдерживают водяные камеры сетевых подогревателей Н

пред

[1], за

вычетом давления, создаваемого подпиточными насосами

пн

НΔ . Сетевые

насосы выбирают в зависимости от давления

сн

рк

бн

НΔ +

сп

НΔ +

пвк

НΔ , м вод. ст. и расхода воды, равному G

на выходе из ТЭЦ. Здесь

рк

НΔ –

располагаемое давление в сети на выходе из источника;

сп

пвк

НΔ

– потери

давления в сетевых подогревателях (их может быть 2 штуки, включенных

последовательно) и пиковых водогрейных котлах, м вод.ст.

Далее анализируется пьезометрический график и решается вопрос о

способе присоединения абонентов к сети. В случае пересечения графика с

профилем прокладки сети график поднимают на необходимую высоту,

чтобы пересечения не было, или ставят

повысительную насосную

подстанцию на обратном трубопроводе в месте его пересечения с профилем.

Если давление в обратной магистрали у какого-либо абонента превышает

60 м вод. ст. (предельное давление, на которое рассчитаны чугунные

радиаторы), то абонента присоединяют по независимой схеме или ставят

дроссельную подстанцию на прямой и повысительную на обратной

магистрали. Если

меньше 60 м вод. ст., то по зависимой на ИТП – через

элеватор или ЦТП. Напор в обратной магистрали у источника должен быть

больше 5 м вод. ст. для предупреждения кавитации в сетевых насосах. При

необходимости график поднимается на нужную высоту или устанавливается

повысительная подстанция на обратном трубопроводе. На трубопроводах

устанавливают дренажи, «воздушники»,

перемычки между прямой и

обратной линиями. Линия давления в обратной магистрали должна лежать

выше высоты присоединяемых зданий с целью заполнения их систем водой

при запуске перед отопительным сезоном.

5.3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАГИСТРАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

5.3.1. Расчет мощности тепловых потерь теплопроводом

Потеря мощности всем теплопроводом в окружающую среду, кВт,

подсчитывается по формуле

()

(

)

()

oп

тп

10β1

−

′

+++=

∑

llqqQ

ill

как для прямого, так и обратного трубопроводов;

β′ – коэффициент местных

потерь опорами и арматурой (принимается 0,2);

l ,

l – длины магистральных

участков, ответвлений и вылетов компенсаторов, м (см. главу 5.2.2);

oп

qq −

удельная мощность тепловых потерь на участке прямого и обратного

трубопроводов, Вт / м (зависит от температуры теплоносителя и диаметра

трубопровода), выбирается из табл. 5.2 [9, 10];

к – количество участков

тепловой сети. Мощность тепловых потерь прибавляется к максимальной

тепловой мощности на отопление, вентиляцию и среднесуточной на г. в. с.

абонентов, таким образом, получают необходимую мощность источника

теплоснабжения, отпускаемую в водяные тепловые сети.

5.3.2. Расчет толщины тепловой изоляции

Термическое сопротивление основного слоя изоляции, К⋅м / Вт, на

участке прямого или обратного трубопровода рассчитывается по

формуле

′

−

′

Здесь τ′ – максимальная температура в трубопроводе при расчетной

температуре наружного воздуха

t′

, °С.

2. Пренебрегая термическим сопротивлением защитного покрытия по

сравнению с сопротивлением основного слоя (ошибка не превышает

20 %), определим толщину основного слоя изоляции для всех участков

сети, которая обеспечит расчетную мощность тепловых потерь, м,

()

[]

1πλ2exp

из

−=Δ R

Здесь d

– наружный диаметр трубопровода, равен внутреннему плюс две

толщины стенки, м; λ

из

– коэффициент теплопроводности основного слоя

изоляции, Вт / (м⋅К), берется в [1]. Материал изоляции считается выбранным

правильно, если величина

низ

α/λ2 получается меньше d

(α

– коэффициент

теплоотдачи, принимается 8 – 0 Вт / (м

⋅К)).

6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ВОДЯНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ

Гидравлическим ударом называется волновой процесс, возникающий в

капельной жидкости при быстром изменении ее скорости. В трубопроводах

тепловых сетей этот процесс возникает при внезапном отключении сетевых

насосов или насосов на насосных подстанциях, при включении насосов на

полностью открытые задвижки на всасе и выходе воды и сопровождается

мгновенными местными повышениями и понижениями

давления,

приводящими к разрушению трубопроводов.

Давление гидроудара, Па, определяется из выражения:

(

)

Δωρ

г.у

аР

Здесь: а – скорость звука в воде (равна 1000 – 1300, м / с); ρ – плотность

воды (равна 1000 кг / м

); Δω – изменение скорости воды в трубе (ω

– ω

м / с); ω

– скорость воды до остановки насоса, ω

– после остановки насоса.

Общее давление в трубопроводе во время гидроудара, Па, равно сумме

давлений в данной точке сети в стационарных условиях и давления

гидроудара:

г.усто

РРР

Для борьбы с разрушительным воздействием гидроудара у источников

теплоснабжения предусматривают основное и резервное электрическое

питание с автоматом включения резерва (переключающее с основного

кабеля на резервный), быстродействующие устройства для включения

резервного сетевого насоса при выходе из строя рабочего, воздушные

колпаки (демпферы) на трассе, разрывные диафрагмы и предохранительные

клапаны.

7. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Напряжения в трубопроводах подразделяются на следующие:

напряжение растяжения под действием внутреннего давления в двух

плоскостях σ

– торцевой плоскости, нормальной к оси трубы, мПа:

Рd

Обычно [σ

] = 20 мПа.

Здесь: Р – давление внутри трубы, мПа; d

– внутренний диаметр трубы, м;

Δ − толщина стенки трубы, м.

– в продольной плоскости, мПа, проходящей через ось трубы:

σ2σ

Результирующее напряжение, мПа, под действием внутреннего

давления:

1р

σσσσσ −+= .

напряжение изгиба:

– под действием собственной силы тяжести трубопровода, теплоносителя

и тепловой изоляции, мПа:

1012

8,9

⋅

∗

Здесь: l

∗

− расстояние, м, между скользящими (подвижными) опорами. Его

находят в [1]; q – масса одного погонного метра трубы с теплоносителем,

кг, [1]; W − экваториальный момент инерции сечения трубы, м

1,0

−

= ,

где

вн

, dd

− внутренний и наружный диаметры трубы, м. Обычно

[σ

] ≅ 35 мПа. σ

– под действием термической деформации в гнутых П-

образных компенсаторах и на участках естественной компенсации, мПа,

(

)

1020,3

хd Δ⋅⋅

Здесь: Δх – удлинение участка трубы между неподвижными опорами при

нагревании участка длиной L, м, на Δt, °С; h

− длина вылета П-образного

компенсатора, м; d

– внутренний диаметр трубы, м. Обычно [σ

] ≅ 90 мПа.

Суммарное напряжение, мПа, от изгиба трубопровода:

σσσ +=

напряжение от кручения τ, мПа, под действием термической

деформации. Возникает только в пространственных трубопроводах. В

плоскостных трубопроводах τ = 0.

кр

⋅

Здесь: W – экваториальный момент инерции сечения трубы, м

; М

кр

–

крутящий момент, Н⋅м.

При одновременном действии всех видов напряжений суммарное

напряжение рассчитывается так

рс

τ3σσσ ++=

должно быть меньше или равно допустимому [σ] для углеродистой стали.

[σ] ≅ 170 мПа.

8. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА

ВОДЯНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

8.1. Закрытые водяные тепловые сети

Часто бывают такие ситуации, когда к рассчитанной,

спроектированной и смонтированной водяной тепловой сети, питающей

несколько крупных абонентов от одного источника теплоснабжения,

подключаются еще несколько крупных абонентов (или отключается ряд

абонентов) с заданным расходом воды. Требуется определить новые расходы

воды к прежним абонентам при подключении к сети новых абонентов

(нерасчетный

режим) при неизменном напоре на сетевых насосах.

Для решения поставленной задачи введем ряд новых понятий.

Сопротивление участка сети, м⋅с

/ м

Здесь ΔН – потеря давления на участке сети, м. вод. ст.; V – расход воды на

участке сети, м

/ с.

Проводимость участка сети, м

/ (с⋅м

0,5

Сопротивление нескольких участков, включенных последовательно:

∑

общ

SS ,

равно сумме сопротивлений этих участков. К – число участков.

Проводимость нескольких участков, включенных параллельно, равна

сумме проводимостей этих участков:

∑

общ

аа .

Сопротивление нескольких участков, включенных параллельно

общ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∑

Имеем водяную закрытую тепловую сеть (рис. 8.1) и пьезометрический

график этой сети.

В расчетном режиме рассчитаем сопротивления магистральных

участков и абонентских вводов.

Дано: расходы сетевой воды к абонентам в расчетном режиме: V

, V

/ с, располагаемые напоры, м вод. ст. (рис. 8.1).

Сопротивления магистральных участков:

()

р1рк

ΗΗ

−Δ

;

р3р1

ΗΗ

−

Сопротивления абонентских вводов:

р1

= ;

р3

= .

Проводимость абонентов А1, А3:

а =

Сопротивление водогрейных котлов

()

вк

= .

Будем полагать, что и в нерасчетном режиме сопротивления и

проводимости участков и абонентских вводов остаются неизменными.