kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008
.pdf
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
а при параллельной схеме присоединения – к трубопроводу холодной водопроводной воды или к трубопроводу нагреваемой воды между секциями водоподогревателя.
Горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения должно присоединяться к подающему и обратному трубопроводам двухтрубных водяных тепловых сетей через регулятор смешения воды (рис. 5.13) для подачи в систему горячего водоснабжения воды заданной температуры.
Отбор воды для горячего водоснабжения из трубопроводов и приборов систем отопления не допускается.
В открытых системах теплоснабжения циркуляционный трубопровод системы горячего водоснабжения рекомендуется присоединять к обратному трубопроводу тепловой сети после отбора воды в систему горячего водоснабжения (рис. 5.13), при этом на трубопроводе между местом отбора воды и местом подключения циркуляционного трубопровода должна предусматриваться диафрагма, рассчитанная на гашение напора, равного сопротивлению системы горячего водоснабжения в циркуляционном режиме.
|
|
|
|
|
|
В систему горячего |
|
|
|
|
|
|
|
водоснабжения |
|
Из тепловой |
7 |
12 |
27 |
|
|
21 |
tн |
|
|
|
|||||
|
|
PO |
|
|
|
||
сети |
|
|
15 |
|
|
|
|
1 |
|
|
м |
|
|
В систему отопления |
|
28 |
|
|
|
|
8 |
26 |
|
|
|
|
|
м |
|
||
|
|
|
|
|
10 |
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
29 |
|
|
|
|
|
Из системы отопления |
В тепловую |
|
|
7 |
Циркуляция горячего |
|||
сеть |
|
|
водоснабжения |
||||
|
|
|
|||||
Рис. 5.13. Схемы присоединения систем горячего водоснабжения и отопления в ИТП при зависимом присоединении системы отопления через элеватор (пунктиром – с циркуляционным насосом) с учетом теплоты по тепломеру:
1–26 – см. рис. 5.5.–5.9; 27 – регулятор смешения горячей воды; 28 – тепломер двухпоточный трехточечный; 29 – дроссельная диафрагма
В открытых системах теплоснабжения при давлении в обратном трубопроводе тепловой сети, недостаточном для подачи воды в систему ГВС, на трубопроводе горячей воды после регулятора смешения следует предусматривать повысительно-циркуляционный насос (см. рис. 5.14).
121
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
|
|
м |
В систему горячего |
|||
|
|
водоснабжения |
||||
Из тепловой |
7 |
27 |
21 |
tг |
|
tн |
PO |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
сети |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
14 |
|
|
м |
|
В систему отопления |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Перемычка |
15 |
|
|
01 |
|
|
м |
25 |
|
||
|
|
для подпитки |
|
2 |
||
|
|
системы |
|
|
|
|
2 |
|
отопления |
02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В тепловую |
21 |
|
|
|
|
|
сеть |
|
|
21 |
7 |
23 |
24 |
|
|
|
||||
721 Циркуляция горячего водоснабжения
Рис. 5.14. Схемы присоединения систем горячего водоснабжения и отопления в ИТП при независимом присоединении системы отопления с учетом теплоты по водомеру: 1–26 – см. рис. 5.5–5.9, 5.13; 27 – регулятор смешения горячей воды; 28 – тепломер двухпоточный трехточечный; 29 – дроссельная диафрагма баковаккумуляторов на горячее водоснабжение или среднего теплового потока на горячее
водоснабжение; Qсргвс – при наличии баков-аккумуляторов
Горячее водоснабжение для технологических нужд допускается предусматривать из системы горячего водоснабжения для хозяйствен- но-бытовых нужд, если параметры воды в системе хозяйственнопитьевого водопровода удовлетворяют требованиям технологического потребителя, при условии:
–наличия горячей воды питьевого качества для технологических процессов;
–отсутствия производственного водопровода с качеством воды, пригодным для данного технологического процесса.
При теплоснабжении от одного теплового пункта производственного или общественного здания, имеющего различные системы потребления теплоты, каждую из них следует присоединять по самостоятельным трубопроводам от распределительного (подающего) и сборного (обратного) коллекторов. Допускается присоединять к одному общему трубопроводу системы теплопотребления, работающие при различных режимах, удаленные от теплового пункта более чем на 200 м, с проверкой работы этих систем при максимальных и минимальных расходах
ипараметрах теплоносителя.
122
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Обратный трубопровод от систем вентиляции присоединяется перед водоподогревателем горячего водоснабжения І ступени.
При этом, если потери давления по сетевой воде в водоподогревателе І ступени превысят 50 кПа, оборудуется перемычка вокруг водоподогревателя, на которой устанавливаются дроссельная диафрагма или регулирующий клапан, рассчитанные на то, чтобы потери давления
вводоподогревателе не превышали расчетной величины.
Кпаровым тепловым сетям потребители теплоты могут присоединяться: по зависимой схеме – с непосредственной подачей пара в системы теплопотребления (с изменением или без изменения параметров пара); по независимой схеме – через пароводяные подогреватели.
Использование для целей горячего водоснабжения паровых водонагревателей барботажного типа не допускается.
При необходимости изменения параметров пара должны предусматриваться редукционно-охладительные, редукционные или охладительные установки.
Размещение этих устройств, а также установок сбора, охлаждения
ивозврата конденсата в ЦТП или в ИТП следует предусматривать на основании технико-экономического расчета, в зависимости от числа потребителей и расхода пара со сниженными параметрами, количества возвращаемого конденсата, а также расположения потребителей пара на территории предприятия.
При проектировании систем сбора и возврата конденсата следует
руководствоваться требованиями разд. 3 СНиП 2.04.07–86 .
Втепловых пунктах с установками сбора, охлаждения и возврата конденсата должны предусматриваться мероприятия по использованию теплоты конденсата путем:
– охлаждения конденсата в водоподогревателях с использованием нагретой воды для хозяйственно-бытовых или технологических потребителей горячей воды,
– получения пара вторичного вскипания в расширительных баках с использованием его для технологических потребителей пара низкого давления.
Втепловых пунктах, в которые возможно поступление загрязненного конденсата, должна предусматриваться проверка качества конденсата в каждом сборном баке и на дренажных трубопроводах. Способы
контроля устанавливаются в зависимости от характера загрязнения и схемы водоподготовки на источнике теплоснабжения паром.
На трубопроводах тепловых сетей и конденсатопроводах при необходимости поглощения избыточного напора должны предусматриваться регуляторы давления или дроссельные диафрагмы.
123
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
6.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ИРЕЖИМЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
6.1. Основные задачи
При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.
В процессе эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов.
Таким образом, в задачу гидравлического расчета входит:
1)определение диаметров трубопроводов;
2)определение падения давления (напора);
3)установление величин давлений (напоров) в различных точках
сети;
4)увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров
всети и абонентских системах.
Результаты гидравлического расчета дают исходный материал для решения следующих задач:
1)определение капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;
2)установление характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;
3)выяснение условий работы тепловой сети и абонентских систем
ивыбор схем присоединения абонентских установок к тепловой сети;
4)выбор авторегуляторов для тепловой сети и абонентских вводов;
5)разработка режимов эксплуатации.
Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение станции и потребителей и расчетные нагрузки.
6.2. Расчетные зависимости
Падение давления в трубопроводе может быть представлено как сумма двух слагаемых – линейного падения и падения в местных сопротивлениях:
124
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
p = pл + pм , Па, |
(6.1) |
где рл – падение давления вследствие трения на прямолинейных участках трубопровода, Па;
рм – падение давления в арматуре (вентилях, задвижках, кранах и т. д.) идругихэлементахоборудования(коленах, шайбах, переходахит. д.).
Формулы для гидравлического расчета трубопроводов водяных тепловых сетей [20] приводятся ниже.
Суммарные потери давления в трубопроводах на трение и в местных сопротивлениях
|
P = R lпр , Па, |
(6.2) |
||
где |
lпр – приведенная длина трубопровода, м; |
|
||
|
lпр = l +lэ, м, |
(6.3) |
||
где l – длина участка трубопровода по плану, м. |
|
|||
|
Эквивалентная длина местных сопротивлений |
|
||
|
l э = ∑ξ Di , м, |
(6.4) |
||
|
|
λ |
|
|
где |
Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений; |
|
||
|
Di – внутренний диаметр, м; |
|
||
|
λ – коэффициент гидравлического трения. |
|
||
|
Удельные потери давления на трение |
|
||
|
R = 6,27 10−8 λ |
Gi2 |
, Па/м, |
(6.5) |
|
|
|||
|
5 |
|
|
|
|
|
Di ρ |
|
|
где Gi – суммарный расчетный расход сетевой воды в двухтрубных тепловых сетях открытых и закрытых систем теплоснабжения, кг/ч;
ρ– средняяплотностьтеплоносителянарассчитываемомучастке, кг/м3. Внутренний диаметр труб
Di = 5 |
6,27 10−8 λ Gi2 |
, м. |
(6.6) |
|
R ρ |
||||
|
|
|
Коэффициент гидравлического трения:
– для области квадратичного закона (при Re ≥ Reпр)
λ |
= |
|
|
1 |
|
|
; |
|
|
+ |
|
|
Di |
(6.7) |
|||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
2 |
lg |
|
|
|
|
|
|
1,14 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
k э |
|
|
125
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
– для любых значений числа Рейнольдса (приближенно)
|
|
|
k э |
|
68 |
0,25 |
|
|
λ |
= 0,11 |
|
+ |
|
|
, |
(6.8) |
|
|
|
|||||||
|
|
|
Di |
|
Re |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где kэ – коэффициент эквивалентной шероховатости, м.
Предельное число Рейнольдса, характеризующее границы переходной области и области квадратичного закона,
Reпр = 568 |
Di |
. |
(6.9) |
|
k э |
||||
|
|
|
Предельная скорость, т. е. скорость потока, при которой (и выше) имеет место квадратичная зависимость падения давления от расхода,
wпр = 568 |
νi |
, м/с. |
(6.10) |
|
k э |
||||
|
|
|
6.3. Конструктивный гидравлический расчет двухтрубной водяной сети
Конструктивный гидравлический расчет тепловой сети рекомендуется проводить по принятой величине удельной линейной потери давления.
В задачу расчета входит определение диаметров трубопроводов участков сети, потерь напора по участкам и напора сетевых насосов. Расчет ведется по таблицам или номограммам гидравлического расчета [6].
Рекомендуется при расчете величину удельной линейной потери давления принимать:
– для магистральных сетей P ≤ 80 Па/м;
– дляраспределительнойсетииответвлениякзданиям P =150÷300 Па/м. Гидравлическийрасчетпроводитсявследующейпоследовательности:
1.Вычерчивается расчетная схема тепловой сети, нумеруются участки сети, на расчетные участки сети наносятся длины и расчетные расходы воды.
2.Выбирается главная (расчетная) магистраль.
3.По суммарному расчетному расходу сетевой воды на участке по номограмме или таблице определяется стандартный диаметр трубопровода, соответствующий допустимым значениям удельной линейной по-
тери давления или напора. Фиксируется значение Pл ( hл), соответствующее выбранному стандартному диаметру трубопровода.
4. Гидравлический расчет рекомендуется начинать с последнего участка. По известному диаметру трубопровода на участке и принятому
126
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
типу прокладки сети (подземная в непроходных каналах или надземная) выбирается тип компенсатора: сальниковый или П-образный. Принимая расстояние между неподвижными или подвижными опорами, определяется количество компенсаторов [6, 9].
5.Определяется эквивалентная длина местных сопротивлений lэ,
взависимости от характера сопротивления и диаметра трубопровода, по табл. [3].
6.Определяется потеря давления или напора на расчетном участке по формуле
Pуч = Pл(1+lэкв) = Pлlпр , Па |
(6.11) |
или |
|
hуч = hл(1+lэкв) = hлlпр , м вод. ст., |
(6.12) |
где lпр – приведенная длина участка трубопровода.
В расчетах двухтрубных закрытых тепловых сетей принимается, что потери давления (напора) в подающем трубопроводе равны потерям давления (напора) в обратном трубопроводе.
7. По окончании расчета участков тепловой сети определяется суммарная потеря давления (напора) в главной (расчетной) магистрали тепловой сети
n |
|
Pcр = ∑ Pуч, Па |
(6.13) |
1 |
|
или |
|
n |
|
H cр = ∑ hуч , м вод. ст. |
(6.14) |
1 |
|
Результаты гидравлического расчета заносятся в табл. 6.1.
Таблица 6.1
|
Расход |
|
Длина участка, м |
Диа- |
Ско- |
Удель- |
Потери |
При- |
||
|
|
по |
эквив. |
привед. |
метр |
рость |
ные по- |
на уча- |
меча- |
|
|
воды |
|
||||||||
№ |
|
плану |
длина |
длина |
услов. |
воды |
тери |
стке |
ние |
|
|
G |
|
l |
lэкв |
lпр |
D(у) |
w |
рл |
P |
h |
|
т/ч |
|
м |
м |
м |
м |
м/c |
Па/м |
Па |
м вод.ст |
Главная расчетная магистраль |
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I. |
Ответвление |
I |
|
|
|
|
|
|
∑Δp |
∑Δh |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I. |
Ответвление |
II |
|
|
|
|
|
|
∑Δpотв |
∑Δhотв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑Δpотв |
∑Δhотв |
127
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
8. Находится необходимый располагаемый напор сетевых насосов
|
H cн = H тпу + H сР + H цтп , м вод. ст., |
(6.15) |
где H тпу – потери напора в подогревателях сетевой воды ТЭУ, при- |
||
нимается |
H тпу = 15÷20 м вод. ст.; |
|
H цтп |
– располагаемый напор на ЦТП, принимается |
H цтп= |
= 20÷25 м вод. т.
При расчете ответвлений на ЦТП необходимо соблюдать условие:
H отв ≥ H пототв ÷ H цтп , м вод. ст.
H пототв – потери напора в ответвлении, м;
H цтп – располагаемый напор в магистрали, в точке присоедине-
ния ответвления, определяется из пьезометрического графика главной магистрали.
6.4. Построение пьезометрического графика
Вид пьезометрического графика показан на рис. 6.1. Пьезометрический график строится в масштабе по результатам гидравлического расчета с привязкой к рельефу местности и в следующей последовательности.
Н, |
110 |
|
|
|
м в.ст |
100 |
У |
|
|
|
П |
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
90 |
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
70 |
|
|
|
н |
60 |
|
|
|
с |
в |
п |
п |
|
H |
|
т |
т |
т |
|
о |
ц |
ц |
|
|
50 |
H |
H |
H |
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
30 |
|
Линия статического напора |
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
H |
10 |
|
|
L, м |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ТЭЦ |
1 |
2 |
ЦТП |
|
|
|
|
||
L, м
G, кг/c
D, мм
h, м
Рис. 6.1. Пьезометрический график главной магистрали и одного ответвления
128
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
1.Вычерчивается однолинейная схема тепловой сети в масштабе.
2.От условной линии отсчета наносится рельеф местности. Для этого откладываются геодезические отметки местности Z, которые нанесены на схему тепловой сети. При этом минимальная отметка Z принимается за относительный ноль. Принимается, что ось трубопровода сети совпадает с рельефом местности.
3.Откладывается высота всасывания Нвс сетевых насосов от оси трубопровода. Высота всасывания эквивалентна напору в обратном трубопроводе на всасывании сетевых насосов и может быть принята
впределах 15÷30 м вод. ст.
4. Откладывается напор сетевых насосов H сн, и фиксируется располагаемый напор на коллекторах ТЭЦ
H тэц = H сн – H тпу , м вод. ст. |
(6.16) |
5. Строятся линии напоров в подающем и обратном трубопроводах подающей и обратном трубопроводах главной магистрали. На графике показываются значения располагаемых напоров (перепадов давления)
на ЦТП и в точках присоединения ответвлений – H цтп, H отв .
6. Выбирается величина статического давления, и на пьезометрическом графике наносится линия статического напора.
6.5. Поверочный гидравлический расчет двухтрубной водяной сети
Цель поверочного расчета – определение потерь давления на участках трубопроводов двухтрубной водяной сети и располагаемых напоров на тепловых вводах потребителей. Методика предназначена для действующей сети (известны диаметры трубопроводов и расходы теплоносителей по участкам).
Перед гидравлическим расчетом определяется суммарный расчетный расход сетевой воды (на основании результатов расчета тепловых нагрузок заданного района теплоснабжения), складывающийся из расчетных расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.
Если отсутствуют проектные данные по объектам теплопотребления, то для определения расхода сетевой воды для каждого объекта (и соответствующего присоединенного к нему участка тепловой сети) по укрупненным показателям рассчитывают тепловые нагрузки данного объекта, а затем из уравнения теплового баланса находится расход сетевой воды на этот объект.
Составляется расчетная схема тепловой сети с нанесением на ней длин и диаметров трубопроводов, местных сопротивлений и расчетных расходов теплоносителей по всем участкам сети (см. рис. 6.2).
129
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Для заполнения таблицы исходных данных рассчитывается расход воды для участка, как сумма расходов воды для тепловых вводов, входящих в данный участок. Расчет производится, начиная от концевых участков (т. е. участков без предшественников). Далее рассчитывается расход для тех участков, которые являются предшествующими для концевых. Результирующим является расход последнего участка (ближайшего к источнику тепла) перечня в описании наружной сети. Поэтому для ускорения просчета в характеристике наружной сети рекомендуется сначала располагать конечные участки, потом те, которые входят в них. Последним в перечне должен быть участок, определяющий начало тепловой сети. Если участок не содержит тепловых вводов, тогда расход воды для этого участка определяется как сумма расходов воды предыдущих участков (см. рис. 6.2).
Ниже приводится последовательность гидравлического расчета двухтрубной тупиковой водяной сети.
Потери напора на i-м участке трубопровода определяются
H i =β hтр(i)L 10−3+ hм , м вод. ст., |
(6.17) |
где β – поправочный коэффициент, применяемый при коэффициенте
эквивалентной шероховатости отличном от Кэ = 0,5 мм [24]; L – длина трубопровода на i-м участке, м;
hтр – удельные линейные потери напора на трение, мм/м:
hтр = |
0,102 |
λ w2 |
ρ |
(6.18) |
|
|
|
|
, мм/м, |
||
(2 d вн) |
|
||||
|
|
|
|
||
где d вн− внутренний диаметр трубопровода, м;
λ – коэффициент гидравлического трения.
Тепловые сети, как правило, работают при турбулентном режиме движения теплоносителя в квадратичной области, поэтому коэффициент гидравлического трения определяется по формуле (6.7).
Скорость теплоносителя w находится из уравнения неразрывности
w = 4 Gd /(3,6 π Di2ρ ) , м/с. |
(6.19) |
Потери напора hм в местных сопротивлениях |
|
hм=∑ζw2 ρ/2, м вод. ст. |
(6.20) |
Расчетные потери напора от источника тепла определяются из потерь на двух трубопроводах (подающем и обратном) на каждом участке, учитывая структуру наружной тепловой сети.
130