Расчет тепловых сетей

   В том случае, если напор меньше 60 м.вод.ст. получается только у отдельных зданий, то их местные системы следует присоединить по независимой схеме с использованием теплообменников. Если такой завышенный напор отмечается для целого района, то тепловую сеть разделяют на отдельные зоны.

   На  рисунке 5 приведен пример графика напоров для статического режима системы теплоснабжения. Условно принимается, что отметка прокладки трубопроводов, установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадает с отметкой земли, а источник теплоснабжения расположен на отметке 0. Здания промышленного предприятия имеют высоту 20 м и расположены на геодезической отметке 15 м. Жилые здания имеют высоту 33 м и расположены на геодезической отметке 12 м. Наиболее высокой точкой системы будет верхний этаж жилых зданий. Тогда полный статистический напор в системе будет равен: 

. 

   Пьезометрические  напоры соответственно в оборудовании источника теплоснабжения, в нижних этажах жилых и промышленных зданий будут равны 

 

   Следовательно, для данной системы теплоснабжения возможно присоединение отопительных установок абонентов по зависимой схеме и устанавливается общая статистическая зона для всей системы. При этом пьезометрические напоры не будут превышать допустимых значений.

   При гидродинамическом режиме системы  теплоснабжения график напоров разрабатывается  для условий установившегося  движения воды при расчетных расходах и максимальной расчетной температуре  воды. Напоры в любой точке системы  также должны удовлетворять указанным выше условиям надежности.

   На  график наносят уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линий системы. 
 
 

   При построении линий напоров для  оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты (например, пиковые водогрейные котлы имеют высоту 10-15 м), величина допустимого максимального пьезометрического  напора отсчитывается от нижней точки, а величина допустимого минимального пьезометрического  напора – от верхней точки оборудования. Кроме этого, в связи с возможным локальным нагревом воды в отдельных трубах водогрейного котла выше расчетной температуры, для выходного коллектора величина минимального допустимого пьезометрического  напора определяется по температуре, превышающей расчетную на 30 °С.

   Величина максимального допустимого гидродинамического пьезометрического напора обычно определяется:

• для подающей линии, из условия механической прочности оборудования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоснабжения (пароводяные подогреватели, водогрейные котлы);
• для обратной линии, при зависимой схеме присоединения абонентов, из условия механической прочности отопительных и вентиляционных приборов абонентских установок; при независимой схеме присоединения абонентов из условия механической прочности водоводяных подогревателей.

   Величина  минимального допустимого гидродинамического напора обычно определяется:

• для подающей линии из условия защиты от вскипания воды;
• для обратной линии из условия предупреждения вакуума в системе, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.

   На  рисунке 5 показано построение графика  гидродинамического напоров системы  теплоснабжения рассмотренной выше. Расчетная температура воды в  подающей линии задана 150 °С. Полный статический напор принят 50 м. Отопительные установки (чугунные радиаторы) абонентов присоединены по зависимой схеме. У источника тепла установлен стальной водогрейный котел, имеющий высоту 10 м и подогреватель сетевой воды.

   Линия П_б показывает максимально допустимые напоры в подающей линии от падающего коллектора на станции до абонентских вводов. Она определяется условиями прочности стального водогрейного котла с учетом гидравлических потерь (220м), трубопровода и арматуры подающей линии (160 м).

   Линия П_м показывает минимально допустимые напоры в подающей линии системы. Она определяется условиями обеспечения невскипания воды в верхней точке котла при температуре 175 °С (10+93=103 м ) и в подающей линии при температуре 145 °С (40 м).

   Линия О_б показывает максимально допустимые напоры в обратной линии системы от абонентских вводов до входного коллектора теплофикационного подогревателя. Она определяется условиями механической прочности подогревателя (140 м) и чугунных радиаторов отопления, присоединенных по зависимой схеме (60 м).

   Линия О_м показывает минимально допустимые пьезометрические напоры в обратной линии системы. Она определяется условиями обеспечения избыточного давления в обратной линии и на всасывающей линии насосов, для предупреждения подсоса воздуха и кавитации (5 м. вод.ст.).

   Для построения графика действительных напоров в тепловой сети задаются значениями располагаемых напоров на коллекторах станции и у абонентов. Значение требуемого располагаемого напора на абонентском вводе или центральном тепловом пункте Н_Аб зависит от характера местной теплопотребляющей установки и схемы ее присоединения к тепловой сети. При размещении узлов присоединения непосредственного на абонентском вводе можно принимать значения приведенные в таблице 6. 

   Полный  напор на обратном коллекторе станции  Н₀ , м должен быть не менее 5 м.вод.ст. из условия обеспечения избыточного давления в обратной линии. В расчетах рекомендуется принимать .

   Величина  полного напора на подающем коллекторе станции Н_п, м, будет равна 

 

                                                         H_п = 15+14 = 155 

   где Н_сн - напор развиваемый сетевым насосом, м.

   Тогда располагаемый напор на коллекторах  станции  , м, будет равен 

 

                                             ∆Н_с = 15-15-20 = 120 

   где - потеря  напора сетевой воды в теплоподогревательной установке станции, пиковой котельной и станционных коммуникациях (обычно 20-25 м).

   Задавшись располагаемым напором на коллекторах  станции и располагаемым напором у абонента Н_аб можно определить располагаемую потерю напора на трение в трубопроводах тепловой сети ∆Н_тс, м 

. 

∆Н_тс = 120-20= 100 

   В двухтрубной закрытой системе теплоснабжения эта потеря напора располагается  поровну между подающей и обратной линиями тепловой сети 

,

Н^п = ∆Н^о =  100/ 2 = 50 

   где , – соответственно потеря напора в подающей и обратной линиях тепловой сети, м.

   Наличие в закрытых системах насосных, насосно-смесительных или дросселирующих подстанций, особенности  открытых систем, особенности рельефа  местности накладывают свои особенности на пьезометрический график, которые необходимо учитывать.

   Для построения графика действительных напоров в тепловой сети предварительно задаются характером падения напора в расчетной магистрали. Если нет  каких-либо ограничений по условиям профиля, высотности зданий или другим соображениям, то линию падения напора (пьезометрический график) выбирают прямолинейной.

   Желательно, чтобы при зависимой схеме  присоединения линия действительных полных гидродинамических напоров  подающей линии не пересекала линию статистических напоров. В этом случае в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети не требуется сооружения повысительных насосных подстанций, что упрощает систему и повышает надежность ее работы. Линия действительных полных гидродинамических напоров в обратной линии, как правило, пересекает линию статистических напоров.

   Линии действительных гидродинамических  напоров наносят на график. На рисунке 5 линия П показывает напоры в  подающей линии тепловой сети, она  не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями П_б и П_м. Линия О показывает действительные напоры в обратной линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями О_б и О_м.

5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  ВОДЯНОЙ ТЕПЛОВОЙ  СЕТИ

 
 

   5.1 Предварительный  расчет

   Выбирается расчетная магистраль, т.е. направление от станции до одного из абонентов, которое характеризуется наименьшим удельным падением давления. Если падение давления между станцией и любым потребителем одно и тоже, то расчетной магистралью является линия, соединяющая станцию с наиболее удаленным потреблением. Такое положение имеет место в паровой сети при одинаковых давлениях пара у всех потребителей, а в двухтрубной водяной сети - при одинаковом располагаемом напоре у всех потребителей. В примере приведенном на рисунке 3 и 4 магистральной трассой будет направление 0-1-2, т.к. располагаемые напоры у абонентов 2 и 3 приняты одинаковыми, а абонент 2 является наиболее удаленным.

   Расчет  начинается с начального участка  расчетной магистрали (0-1). По формуле  Б.Л. Шифринсона определяется предварительное значение средней доли местных потерь давления на данном участке 

 

α₀₁ = 0,05

= 3,16 

   где - расход теплоносителя на рассматриваемом участке 0-1, кг/с;

     z – постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносителя. Для воды рекомендуется принимать z = 0,03 - 0,05.

   Предварительное значение удельного линейного падения  давления на участке 0-1 , Па/м, т.е. падение давления на единицу длины трубопровода определяется по формуле 

 
 

                                  R_л01 =  

   где p – объемная плотность воды (приложение Е, таблица Е.1), кг/м³;

   g – ускорение свободного падения, м/с²;

    - потеря напора по всей  длине трассы 0-1-2, м. Принимается равной потери напора в подающей линии ;

    - длина трубопровода на трассе 0-1-2, м.

   Определяется  предварительное значение диаметра трубопровода на участке 0-1 , м

 

d_в01 = 0.117

=1,3 

   где А_d – постоянный расчетный коэффициент для определения диаметра трубопроводов .

   5.2 Проверочный расчет

   Ориентировочное расчетное значение диаметра трубопроводов  округляется до ближайшего большего стандартного внутреннего диаметра .т.е принимаем стандартный внутренний диаметр   d_в01 = 1392 мм .

   Количество компенсаторов установленных на участке 0-1 будет равно 

, 

n_к01 = 420/200=2 

   где l₀₁ – длина рассматриваемого участка, м;

   l_x  - расстояние между неподвижными опорами, м.

   При установке П - образных компенсаторов длина трубопровода на участке

0 –  1 , м, увеличивается на величину 

    

   l_k01 = 2* 12.7*2= 50,8

   где Н – вылет (плечо) компенсатора, м.

   Вылет П - образного компенсатора Н, м, можно определить по формуле