Расчетная схема тепловой сети. Гидравлический расчет тепловой сети

Трасса тепловой сети

На плане жилого района нанести трассу тепловой сети от источника теплоснабжения до каждого квартала. Рекомендуется применять радиальную схему тепловой сети. При трассировке следует стремиться к наименьшей протяженности сети и двухсторонней нагрузке магистралей. В каждый квартал следует предусматривать по одному вводу и только в отдельные крупные кварталы допускается по два ввода. Подключение противолежащих кварталов целесообразно осуществлять в одной точке.

В пределах городской застройки прокладку тепловых сетей по архитектурным условиям следует принять подземную канальную. По территории вне городской черты прокладку тепловой сети студент может выбрать по своему усмотрению подземную или надземную на низких опорах.

Задачей гидравлического расчета является определение диаметров труб и потерь давления в них.

Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием этих расходов .

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

а) на отопление

б) на вентиляцию

; (2.41)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

среднечасовой

; (2.42)

максимальный

; (2.43)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

; (2.44)

максимальный, при параллельной схеме присоединении водоподогревателей

; (2.45)

среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (2.46)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

; (2.47)

В формулах (2.40 - 2.47) расчетные тепловые потоки приведены в Вт,

теплоёмкость с принимается равной 4,198 кДж/(кг °С).

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

Коэффициент k 3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице 4. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k 3 принимается равным нулю.

Таблица 4 – Значения коэффициента k 3

Для проведения гидравлического расчета составляется расчетная схема сети, на которой показывается источник теплоснабжения, трасса тепловой сети и подсоединяемые к ней ЦТП или узловые камеры кварталов. Трассу разбивают на расчетные участки, указывая на каждом номер, длину и расход теплоносителя.

Рис.3. Расчётная схема тепловой сети (пример).

Расход сетевой воды по жилым кварталам распределяют пропорционально их тепловой нагрузке (или площади).

В целях сокращения однотипных расчетов разрешается выполнить гидравлический расчет магистрального направления (от источника до самого удаленного квартала) и одного ответвления трассы.

Для предварительного расчета удельные потери давления (R Λ) могут быть приняты для участков магистрального направления до 80 Па/м, для участков ответвления трассы до 300 Па/м.

Расчет начинают с головного участка, т.е. от источника до первого ответвления. По расчетному расходу теплоносителя на участке и предварительно принятым удельным потерям давления по номограмме для гидравлического расчета, согласно приложения 5 данного учебного пособия, а также по таблицам и номограммам находят диаметр трубопровода. По таблицам 3.4 и 3.7 «Трубы стальные» выбирают стандартный диаметр трубы близкий к предварительно полученному по номограмме. Для стандартной трубы уточняют удельные потери давления и скорость движения теплоносителя. Для рассматриваемого участка разрабатывают монтажную схему, на которой указывают трубопроводы, арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы, углы поворота, переходы. Выделяют виды местных сопротивлений и подсчитывают эквивалентную длину участка . Расчеты сводят в таблицу 5.

Таблица 5 – Гидравлический расчет водяной тепловой сети

Трубопроводы тепловой сети на схеме показываются двумя параллельными линиями и обозначаются Т1 и Т2. Подающий трубопровод Т1 располагается обязательно справа по ходу теплоносителя от источника. Все точки ответвлений закрепляются неподвижными опорами и обозначаются УТ – узлы трубопроводные. На ответвлениях тепловой сети устанавливается запорная арматура – стальные задвижки, для обслуживания которых предусматриваются тепловые камеры [приложение 16 данного учебного пособия].

Гидравлический расчет - один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в гидравлический расчет входят следующие задачи:

1)определение диаметров трубопроводов;

2)определение падения давления (напора);

3)определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4)увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета дают следующий исходный материал:

1)для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2)установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение источников теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

Схема тепловой сети определяется размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления, характером тепловой нагрузки потребителей района и видом теплоносителя. Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети, - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует, как правило, стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на магистральные и распределительные. К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой. Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляюшим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий.

Уравнение Бернулли для установившегося движения по трубопроводу несжимаемой жидкости, выражающее, отнесенный к единице массы, энергетический баланс этой жидкости без учета ее энтальпии, может быть записано в виде:

Где Z 1 и Z 2 - геометрическая высота оси трубопровода в сечениях 1 и 2 по отношению к горизонтальной плоскости отсчета,

w 1 , и w 2 - скорости движения жидкости в сечениях 1 и 2, м/с;

р 1 и р 2 - давления жидкости, измеренные на уровне оси трубопровода в сечениях 1 и 2, Па;

δр - падение давления на участке 1 - 2;

ρ - плотность жидкости, кг/м3;

g- ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Первый член в Z 1 g - удельная энергия высоты в данном сечении, (отнесенная к единице массы жидкости), Дж/кг;

w 2 /2 - удельная кинетическая энергия жидкости в данном сечении, Дж/кг;

р/ρ - удельная потенциальная энергии жидкости в данном сечении, Дж/кг;

δр /ρ - удельная потеря потенциальной энергии жидкости из-за трения и местных сопротивлений на участке трубопровода 1-2, Дж/кг, которая переходит в теплоту, что приводит к увеличению удельной энтальпии жидкости в процессе ее движения по трубопроводу.

Наряду с удельной энергией в гидравлическом расчете тепловых сетей широко используется другой параметр - напор, м:

где р - давление в трубопроводе, Па

ρ/γ=H - пьезометрический напор, м;

γ – удельный вес жидкости, Н/м 3 .

При гидравлическом расчете трубопроводов обычно заданы расход теплоносителя и суммарное паление давления на участке. Требуется определить диаметр трубопровода. Расчет состоит из двух этапов: предварительного и проверочного. Гидравлический расчет упрощается при использовании номограмм.

Предварительный расчет.

1.Задаются долей местных потерь или вычисляют ее.

2.Находят удельное линейное падение давления.

3.Определяют среднюю плотность теплоносителя на участке.

4.Определяют диаметр трубопровода из предположения его работы в квадратичной области.

Проверочный расчет.

1.Предварительно рассчитанный диаметр округляют до ближайшего по стандарту. Используя для этого таблицу стандартных диаметров труб, применяемых при транспортировке воды и водяного пара.

2.Определяют число Re. сравнивают его с предельным Re пр, рассчитанным ранее. Устанавливают расчетную область, в которой работает трубопровод.

3. При расчете паропроводов сопоставляют полученное значение ρ ср с предварительно принятым. При большом расхождении задаются более близкими значениями этих величин и вновь осуществляют проверочный расчет.

По результатам расчета строится пьезометрический график сети.

Расчет ответвлений.

Участок 5. Располагаемое давление на уч.5 Р Р.5, Па, принимаем равным потерям давления на участке 4.

Р 4 = 23400 Па.

Вычисляем средние удельные потери давления на участке Rc P , Па/м, по формуле

Rср= Р Р, Уч / С пр, (2.25)

где - располагаемое давление расчетного участка, Па, равное потерям дав­ления из точки разветвления потоков до наиболее удаленного потребителя; С пр -приведенная длина расчетного участка, м.

Rср=23400/104 = 225 Па/м

Ориентируясь на значение Rc P =225 Па/м и G p =18,5 кг/с, по или прил. 4. принимаем диаметр участка d=125 мм, действительные удельные потери составят R 5 =270 Па/м.

Аналогично производится предварительный расчет других ответвлений. Ре­зультаты расчета заносятся в табл.2.2.

После проведения предварительного гидравлического расчета разрабатыва­ем монтажную схему теплопроводов (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Монтажная схема тепловой сети

Находим по монтажной схеме эквивалентную длину местных сопротивле­нии м, по прил.5, результаты заносим в табл. 2.3. Уточненные значения эквивалентных длин участков заносятся в табл.2.2 и проводится окончательный расчет: пересчитываются значения приведенных длин пр и потерь давлений Р на участках.

Вычисляется невязка между располагаемым давлением Р р, Па, и окончательными потерями давления на ответвлениях Р, Па, по формуле

В случае, если величина невязки превышает ±10%, может потребоваться шмена диаметра на некоторых участках и корректировка гидравлического расче-i.i 1 [ри невозможности увязки потерь давления подбором диаметров избыточное (Явление гасится на вводах в абонентские установки с помощью дроссельных (иафрагм или шайб.

2.5.5. Построение пьезометрического графика

После выполнения гидравлического расчета приступают к построению пье­зометрического графика (графика давлений) для расчетной магистрали и одного из ответвлений (по заданию руководителя). Пьезометрическим называется напор, отсчитанный от оси прокладки теплопровода.

Пьезометрический график позволяет определить напор и располагаемый напор в любой точке сети; учесть взаимное влияние рельефа местности, высоты присоединенных потребителей и потерь напора в сети; выбрать схемы присоеди­нения потребителей.

График давлений строится для статического и динамического режимов сис­темы теплоснабжения. При его построении по оси ординат откладывают значения напоров в подающей и обратной магистралях тепловой сети, отметки рельефа ме­стности и высоты присоединенных потребителей. По оси абсцисс строят профиль местности и откладывают длину расчетных участков. Ввиду небольшого заглубления теплопроводов (около 1,5 м) ось теплотрассы условно принимают совпа­дающей с поверхностью земли.

После построения профиля местности и нанесения высот присоединенных тотребителей разрабатывают график напоров при статическом режиме, когда циркуляция теплоносителя в тепловой сети отсутствует, и напор в системе под­держивается статическими (подпиточными) насосами. При таком режиме график напоров представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс, расположенную выше всех присоединенных потребителей на 3...5 м, для обеспечения заполнения водой систем отопления абонентов сети. Максимальный статический напор в теп­ловой сети при присоединении отопительных установок по зависимым схемам не должен превышать 60 м из условия механической прочности чугунных отопи­тельных приборов. При разработке статического режима следует стремиться к установлению одинакового статического напора для всей системы теплоснабже­ния. Когда невозможно достигнуть этого условия, тепловую сеть разделяют на несколько статических зон или присоединяют потребителей по независимой схе­ме.

После построения линии статического напора разрабатывают график напо­ров при динамическом режиме, когда циркуляция теплоносителя в тепловой сети осуществляется сетевыми насосами. Построение начинают с нанесения линий максимальных и минимальных допустимых пьезометрических напоров. Макси­мальный напор в подающем теплопроводе не должен превышать 160 м по усло­вию прочности стальных трубопроводов и арматура. Минимальный напор должен обеспечивать невскипание теплоносителя при его циркуляции в сети. Эта вели­чина зависит от расчетной температуры воды. Например, при Т] = 150С° напор, обеспечивающий невскипание теплоносителя, равен 38 м.

Для обратного теплопровода максимальный напор при зависимых схемах присоединения потребителей не должен превышать 60 из условия механической прочности чугунных отопительных приборов, при независимых схемах - 100 м из условия прочности водоподогревателей. Минимальный пьезометрический напор для обратной магистрали должен обеспечивать избыточный напор в сети для за­щиты системы от подсоса воздуха и предупреждения кавитации насосов. Мини­мальный напор принимают равным 5 м. Линии действительных динамических напоров подающей и обратной магистралей не должны выходить за линии пре­дельных значений напоров. На рис. 2.14 приведен пример построения пьезомет­рического графика для двухтрубной тепловой сети. Построение линий напора по­дающего и обратного трубопроводов производится на основании полученных по­терь давления на участках (см. табл. 2.2).

Иногда требуется построить пьезометрический график при заданном распо­лагаемом давлении. При этом должно быть известно значение напора в подающем трубопроводе.

Вычерчивание графика напоров подающей магистрали начинают из точки, соответствующей напору на вводе в микрорайон (по заданию). Напор в конце первого участка меньше на величину потерь напора при движении по нему рас­четного расхода теплоносителя, и далее - напор в конце каждого последующего участка уменьшается на величину потерь напора в нем. При построении следует обратить внимание, что в табл.2,2 приведены потери давления Р, измеряемые в

Длина 1, м

Паскалях, а на пьезометрическом графике откладываются значения напора 11, измеряемые в метрах водяного столба. Допустимо принять следующее соотношение: 1 м вод. ст. = 10 4 Па.

Потери давления в обратном трубопроводе принимаются такими же, как и в подающем, поэтому пьезометр обратной линии строят из точки, соответствующей давлению в обратной магистрали на вводе, симметрично пьезометру подающей пинии.

В задачу гидравлического расчета входят:

Определение диаметра трубопроводов;

Определение падения давления (напора);

Определение давлений (напоров) в различных точках сети;

Увязка всех точек сети при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

По результатам гидравлического расчета можно решить следующие задачи.

1. Определение капитальных затрат, расхода металла (труб) и основного объема работ по прокладке тепловой сети.

2. Определение характеристик циркуляционных и подпиточных насосов.

3. Определение условий работы тепловой сети и выбора схем присоединения абонентов.

4. Выбор автоматики для тепловой сети и абонентов.

5. Разработка режимов эксплуатации.

a. Схемы и конфигурации тепловых сетей.

Схема тепловой сети определяется размещением источников тепла по отношению к району потребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя.

Удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика, поскольку потребители пара – как правило, промышленные потребители – находятся на небольшом расстоянии от источника тепла.

Более сложной задачей является выбор схемы водяных тепловых сетей вследствие большой протяженности, большого количества абонентов. Водяные ТС менее долговечны, чем паровые вследствие большей коррозии, больше чувствительны к авариям из-за большой плотности воды.

Рис.6.1. Однолинейная коммуникационная сеть двухтрубной тепловой сети

Водяные сети разделяют на магистральные и распределительные. По магистральным сетям теплоноситель подается от источников тепла в районы потребления. По распределительным сетям вода подается на ГТП и МТП и к абонентам. Непосредственно к магистральным сетям абоненты присоединяются очень редко. В узлах присоединения распределительных сетей к магистральным устанавливаются секционирующие камеры с задвижками. Секционирующие задвижки на магистральных сетях обычно устанавливаются через 2-3 км. Благодаря установке секционирующих задвижек уменьшаются потери воды при авариях ТС. Распределительные и магистральные ТС с диаметром меньше 700 мм делаются обычно тупиковыми. В случае аварий для большей части территории страны допустим перерыв в теплоснабжении зданий до 24 часов. Если же перерыв в теплоснабжении недопустим, необходимо предусматривать дублирование или закольцовку ТС.

Рис.6.2. Кольцевая тепловая сеть от трех ТЭЦ Рис.6.3. Радиальная тепловая сеть

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ путем соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае получается кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания. Подобная схема имеет более высокую надежность, обеспечивает передачу резервирующих потоков воды при аварии на каком-либо участке сети. При диаметрах магистралей, отходящих от источника тепла 700 мм и менее, обычно применяют радиальную схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра трубы по мере удаления от источника и снижения присоединенной нагрузки. Такая сеть наиболее дешевая, но при аварии теплоснабжение абонентов прекращается.

b. Основные расчетные зависимости

Страница 1

Гидравлический расчёт является важнейшим элементом проектирования тепловых сетей.

В задачу гидравлического расчёта входят:

1. Определение диаметров трубопроводов,

2. Определение падения напора в сети,

3. Установление величин напоров (давлений) в различных точках сети,

4. Увязка напоров в различных точках системы при статическом и динамическом режимах её работы,

5. Установление необходимых характеристик циркуляционных, подкачивающих и подпиточных насосов, их количества и размещение.

6. Определение способов присоединения абонентских вводов к тепловой сети.

7. Выбор схем и приборов автоматического регулирования.

8. Выявление рациональных режимов работы.

Гидравлический расчёт производят в следующем порядке:

1) в графической части проекта вычерчивают генплан района города в масштабе 1:10000, в соответствии с заданием наносят место расположения источника теплоты (ИТ);

2) показывают схему тепловой сети от ИТ к каждому микрорайону;

3) для гидравлического расчёта тепловой сети на трассе трубопроводов выбирают главную расчётную магистраль, как правило, от источника тепла до наиболее удалённого теплового узла;

4) на расчётной схеме указывают номера участков, их длины, определяемые по генплану с учётом принятого масштаба, и расчётные расходы воды;

5) на основании расходов теплоносителя и, ориентируясь на удельную потерю давления до 80 Па/м, назначают диаметры трубопроводов на участках магистрали;

6) по таблицам определяют удельную потерю давления и скорость теплоносителя (предварительный гидравлический расчёт);

7) рассчитывают ответвления по располагаемому перепаду давлений; при этом удельная потеря давления не должна превышать 300 Па/м, скорость теплоносителя – 3,5 м/с;

8) вычерчивают схему трубопроводов, расставляют отключающие задвижки, неподвижные опоры, компенсаторы и другое оборудование; расстояния между неподвижными опорами для участков различного диаметра определяются на основании данных таблицы 2;

9) на основании местных сопротивлений определяют эквивалентные длины для каждого участка и вычисляют приведённую длину по формуле:

10) вычисляют потери давления на участках из выражения

,

Где α – коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местных сопротивлениях;

∆pтр – падение давления на трение на участке тепловой сети.

Окончательный гидравлический расчет отличается от предварительного тем, что падение давления на местных сопротивлениях учитывается более точно, т.е. после расстановки компенсаторов и отключающей арматуры. Сальниковые компенсаторы применяют при d ≤ 250 мм, при меньших диаметрах – П-образные компенсаторы.

Гидравлический расчёт выполняется для подающего трубопровода; диаметр обратного трубопровода и падение давления в нём принимают такими же, как и в подающем (п. 8.5 ).

Согласно пункту 8.6 , наименьший внутренний диаметр труб должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм, а для циркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения – не менее 25 мм.

Предварительный гидравлический расчёт начинают с последнего от источника теплоты участка и сводят в таблицу 1.

Таблица 6 – Предварительный гидравлический расчёт

№ участка							lпр=lх (1+α), м	∆Р=Rхlпр, Па
МАГИСТРАЛЬ
РАСЧЕТНОЕ ОТВЕТВЛЕНИЕ
								∑∆Ротв =