kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

График давлений при статическом состоянии выражается горизонтальной прямой, проведенной по наивысшей отметке статического давления на абонентском вводе. Линия статического давления для подающей и обратной магистралей одна.

Линии динамического давления для подающей и обратной магистралей различны. Линия динамического давления подающей магистрали берет свое начало от точки, характеризующей на оси ординат давление после водоподогревательной установки ТЭЦ. Линия динамического давления обратной магистрали берет свое начало от точки, характеризующей давление в обратном коллекторе источника теплоснабжения. Уклоны линий динамического давления всегда направлены по ходу теплоносителя и характеризуют падение давления в магистралях. Тангенсы углов наклона линий динамического давления равны удельным потерям давления на каждом данном отрезке магистрали. Положение линий динамического давления относительно оси абсцисс по вертикали определяется оптимальным давлением в обратном коллекторе сети.

При построении линий давлений следует иметь в виду, что давление в системе потребителя определяется давлением в обратной магистрали и примерно равно ему. При прикрытии задвижки за системой можно поднять давление в системе до давления в подающей линии. Таким образом, минимально возможное давление в местной системе равно давлению в обратной линии теплосети, а максимальное – в подающей линии.

На рис. 6.4 приведен примерный график давлений тепловой сети, имеющей 8 потребителей. Среди потребителей – высотный дом (абонент 2). Согласно плану сети на графике давлений построен профиль трассы 0абвгде и т. д. За нулевую отметку принята отметка оси сетевого насоса. На профиле трассы вертикальными отрезками показаны высоты местных систем, соответствующие их статическим давлениям.

Все системы, кроме системы 8, работают на высокотемпературной воде по схеме присоединения с подмешиванием. Высотный дом изолирован гидравлически от сети присоединением через водоподогреватель. В системе 7 собственная высота меньше высоты давления паров воды перед смесителем, а статическое давление выше высоты самой системы и равно высоте давления паров перегретой воды. Система 8 работает на высокотемпературной воде без подмешивания, ее статическая высота также превышает фактическую высоту системы на величину, соответствующую давлению паров перегретой воды. В данном примере эта система после гидравлической изоляции высотного дома дала наиболее высокий уровень статического давления и определила его.

141

							Источники и системы теплоснабжения промышленных
							предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. –
							2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Е
В а
			в		г
						д
		ж	2	4			е	7
									IY
	1
Д									Г
					3	5	6
									8
И							Y
						5			Б	III
					3		6
У
										У
	1
		ж 2		4		д	е	7		х
					г
А а	б	ж	2		3			т
										II
			в			5
а	б			4	г		е		8
						д		7		Отметка
	1						2000		2500	сетевого
		500		1000		1500				насоса
	Длина трассы в м						6
			4			6
1
					г		е		8
а			в			д				I
ж			2		5
							7
		3
Рис. 6.4. График давлений водяной сети: I – план сети; II – профиль сети;
III – график давлений обратной магистрали; IY – график давлений подающей
магистрали; Y – линия статического давления системы; 1– 8 – номера абонентов;
а–ж – узловые точки сети; вертикальные отрезки от точек 1, 2, 3 и т. д. на
профиле сети – высота абонентских систем

142

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Линия динамического давления обратной магистрали АБ имеет своим началом давление в точке Б, которая выбрана с некоторым превышением против статического давления системы 8. Уклон этой линии по ходу теплоносителя определяется потерей давления на трение и равен величине отрезка АИ. Точка пересечения линии статического давления с линией динамического давления в обратной магистрали называется нейтральной точкой: в этой единственной точке графика давление остается неизменным при любом расходе теплоносителя.

Линия динамического давления в подающей магистрали ВГ также имеет уклон по ходу теплоносителя, соответствующий потере давления в трубах. Общая потеря давления на трение в подающей магистрали выражается отрезком ВД. Начальная точка В этой линии определяется давлением за водоподогревательной установкой. Потеря давления в установке обозначается отрезком ВЕ. Отрезок АЕ равен напору, развиваемому насосом во время работы сети с расчетной циркуляцией.

Расстояние между линиями динамического давления подающей и обратной магистралей на конце графика (т. е. отрезок ИД или ГБ) соответствует потере давления на вводе или напору на вводе абонента.

Таким образом, напор сетевого насоса складывается из следуюших потерь на трение в магистралях (АИ+ДВ), на вводе к абоненту ИД и потерь водоподогревательной установки ВЕ. Напор насоса двухтрубной сети не зависит от рельефа местности, профиля трассы и высоты систем потребителей. От динамических линий магистрали отходят линии давления в ответвлениях к потребителям (а1, б2, ж3, в4, г5, д6, е7, е8).

В некоторых из них располагаемый в узлах ответвлений напор используется полностью (б3, г5 и е7). В других на вводах остается избыточный напор, который должен погаситься задвижками, диафрагмами или соплами элеваторов. Все потребители, кроме 6, как при статическом, так и при динамическом режимах оказываются под давлением, не превышающим предельно допустимого (6 ати). Потребитель 6, оказавшийся под давлением 8 ати, присоединяется через водоподогреватель, так же как и потребитель 2 (высотный дом), присоединенный по той же схеме с целью защиты всей сети от его высокого статического давления.

Потребитель 4 имеет статическое давление более высокое, чем в его обратной линии, – у него устанавливается автоматический регулятор подпора для обеспечения залива системы. Потребитель 3 при работе сети не нуждается в подпоре, однако, эта необходимость появляется, если, например, систему потребителя выключить задвижкой на подающей линии (например, авторегулятором местных пропусков). Таким образом, и у потребителя 3 должен устанавливаться автоматический регулятор подпора. На основе последнего случая следует сделать вывод, что

143

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

регуляторы подпора должны устанавливаться у всех потребителей, статические высоты которых оказываются выше линии динамического давления в обратной магистрали (а не в ответвлении от нее). Все остальные потребители в приведенном примерном графике давлений присоединяются по открытой схеме без специальной защиты.

На рис. 6.5 показаны линии давлений абонентов 1, 2, 3, 4, 5, 6 при наличии подстанций.

Д

													Ж
		К
																																Г
																Е
															Б																		В
У																																			У
		А		1			2				3			И								4			5			6			7

Рис. 6.5. График давлений в водяной сети при наличии подстанции

Если бы подстанций не было, то уровень давлений обратной магистрали представлен был линией АВ, а подающей магистрали – линией КГ. При введении подстанции в середине обратной магистрали можно удвоить допускаемое удельное падение напора; тогда уровень давлений обратной магистрали выразится ломаной линией АБИВ, а подающей магистрали (при одинаковых диаметрах труб) – линией ДГ. Если в целях снижения давлений на подающей магистрали также поставить подстанцию, то ее уровень давлений примет вид КЕЖГ. С необходимостью установки насосной подстанции на обратной магистрали приходится встречаться в том случае, когда трасса после насосной станции имеет уклон. Если разность геодезических отметок насосной станции и нижних точек трассы равна или превышает допустимое для абонентов давление, установка подстанций на обратной магистрали обязательна, подающая же магистраль при этом не требует устройства подстанции.

На рис. 6.6 приведен график давлений при двух насосных подстанциях на обратной магистрали, что позволяет допустить работу с большим удельным падением напора в трубах. В точках Б и Г устанавливаются подстанции; уровень давлений обратной магистрали выражается ломаной линией ОАБВГД, а уровень давлений подающей магистрали,

144

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

имея одинаковое с обратной удельное падение на пора, – линией ЕЖ. Для устранения недопустимого давления в низших точках, когда статический уровень давления превышает 6 ати, создают ступенчатый статический уровень, как это показано в приведенной схеме (рис. 6.6) (у–у и у1 у1). Осуществляется ступенчатый статический уровень при помощи автоматических клапанов, отключающих нижнюю часть сети от верхней в момент остановки насосов.

Е

А

у

у

В

Ж

0

у1

у1

Д

Н 1 2 Б 3 4 Г

5 6 К

Рис. 6.6. График давлений в водяной сети при двух насосных подстанциях на обратной магистрали

Отключение должно произойти при этом как по прямой, так и по обратной магистрали, причем импульсом должно явиться повышение давления в обратной магистрали. При подъеме профиля насосной подстанции на обратной магистрали делать обычно не приходится, т. к. располагаемое падение напора в этом случае обычно достаточно. Но на подающей линии в целях снижения давления в главной подающей магистрали иногда целесообразно бывает поставить насосную подстанцию. В практических условиях, при установке одной-двух подстанций на магистрали, экономия энергии составляет 15÷25 %.

Случайная остановка насосов на подстанции ведет обычно к значительному повышению давления в обратной магистрали у концевых абонентов. Для устранения этого предусматриваются специальные автоматические устройства.

Профиль трассы теплосети получают на основании геодезических отметок. В числителе репера указывается геодезическая разность высот местности H гi и станцииH гс: H г=H гi − H гс , а в знаменателе – геоде-

зическая отметка местности по отношению к уровню моря. Пьезометрический график позволяет определить значения пьезометрических на-

145

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

поров воды в подающем и обратном трубопроводах, характеризующих потенциальную энергию жидкости относительно уровня земли:

H пьезом=H i − H г , м,

(6.23)

где H i – напор жидкости, приведенной к уровню нулевого отсчета.

При завышенном напоре воды в обратном коллекторе ( H коллек > 20 м) и наличии насосной станции на обратной магистрали теплосети осуществляется корректировка обратной пьезометрической линии на участке от насосной станции до источника путем ее параллельного снижения до достижения значения напора H коллек = 20 м.

Корректировка пьезометрического графика характеризует снижение напора насосной станции на величину уменьшения напора воды

вобратном коллекторе котельной.

Сцелью установления надежного гидродинамического режима работы системы теплоснабжения на пьезометрическом графике указывается минимально допустимый напор воды в подающей линии теплосети, определяющий ее вскипание. Линия минимального допустимого напора

H рmin эквидистантна профилю местности и располагается по отношению к нему на высоте

р	=106[(	/179)4 −	P0	]/(ρg) , м,	(6.30)
H min	tmax

где P0 – атмосферное давление, равное 0,1013 МПа;

t max – максимальная температура воды в подающей линии тепло-

сети, °C.

При использовании в системе теплоснабжения водогрейных котлов должна быть обеспечена надежность эксплуатации, предусматривающая защиту от вскипания воды в котлах. Это достигается поддержанием напора воды на нагнетании сетевых насосов. Указанный напор вычисляется по формуле

H сн	≥106	[( ''	+ 25/179)4	+	Pк	−	P0	]/(ρg) , м,	(6.31)
		tк

где t'к' – максимальная температура воды на выходе из водогрейного

котла (приблизительно равна максимальной температуре воды в подающем трубопроводе);

Pк – потерядавленияводывводогрейномкотле, 0,15≤ Pк≤ 0,25МПа.

В случае невыполнения условия (6.31) требуется увеличить напор на всасе сетевых насосов на величину недостатка. Это приведет к увеличению напора во всех точках теплосети на ту же величину.

146

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

По энергетическим показателям (расходу электроэнергии на привод насосов) установка насосных станций как на подающей, так и обратной линиях сети является положительным фактором, т. к. расход воды в трубопроводах сети в местах установки насосных станций всегда меньше, чем в котельной, однако сооружение насосных станций требует дополнительных капиталовложений.

На пьезометрический график горизонтальной линией наносится статический напор сети, который создается подпиточными насосами при выключенных сетевых насосах.

Статический напор воды определяется максимальной разностью между верхней отметкой абонентов, присоединенных к сети по зависимой схеме, и уровнем нулевого отсчета Hстат ≥ (Hздан−Hг)завис = max, гдеH здан – высота здания; для жилых зданий принимается 3 метра на

этаж.

Пьезометрический график позволит установить работоспособность системы теплоснабжения, выбрать сетевые и подпиточные насосы, а также схемы присоединения абонентов к теплосети (зависимую, независимую, с регулятором подпора, элеватором, насосами смешения и т. д.).

По величине напора сетевого насоса и расходу воды в прямой линии сети выбираются сетевые насосы.

По величине напора насосной станции и расходу воды на участке сооружения насосной станции выбираются насосы насосной станции.

На основании значений материальной характеристики сети (M) и суммарной длины (bL) определяются капиталовложения в тепловую сеть

	Ктс=a(bL) +bM , р.,	(6.32)
	Куд=Ктс / (bL) , р./м,	(6.33)
где Ктс	– капиталовложения в теплосеть, р.;
Куд	– удельные капиталовложения в теплосеть, р./м;

a,b – стоимостные коэффициенты теплосети.

На основании значений условной материальной характеристики се-

ти (MYS) и длины сети (bL) определяется годовая потеря теплоты в окружающую средуQтп , стоимость потерянной в окружающую среду теп-

лоты S тп, удельная стоимость годовых теплопотерь:

S тп=Z тQтп , р./год,	(6.34)
S уд=S тп / (bL) , р./(год · м),	(6.35)

147

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

где Qтп – годовая потеря теплоты в окружающую среду Гкал (ГДж); S тп – стоимость потерянной в окружающую среду теплоты, р./год; S уд – удельная стоимость годовых теплопотерь, р./(год · м);

Z т – стоимость тепловой энергии, р./ГДж.

На основании результатов расчета величины напоров насосов и расходов воды определяется годовой расход электроэнергии на привод сетевых, подпиточных насосов установленных на насосной станции:

Э =100	[Gпр H сн +1,28 G H стат +Gs Ннс], кВт· ч/год,	(6.36)
	подп

где Gпр,Gподп,Gs – расходы воды в коллекторе станции, подпиточной

воды в теплосети, на участке расположения насосной станции, кг/с;

H пр,H стат,H нс – напоры сетевых, подпиточных насосов и станции,

м вод. ст .

Удельный расход электрической энергии на привод насосов

	Eпр=	Э 103	, кВт·ч/ГДж,	(6.37)
		Gпр (tвр−tор)0,3
	где tвр – температура воздуха внутри помещений, °С;
	tор – расчетная температура наружного воздуха для проектирования

отопления, °С; На основании значений условной материальной характеристики

теплосети (MYS) и расхода воды на выходе из котельной (Gпр) опреде-

ляется среднегодовое значение коэффициента полезного действия теплосети

				−0,01(MYS)
η	тс	= [1−0,1αут(tвр −tор)0,3 ]	1		10	2 , %,	(6.38)
		Gпр(tвр −tор)0,3

где αут – утечка воды из теплосети; принимается по величине расчетной мощности теплопотребления αут = 0,05 (кг/c)/МВт.

148

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

Приложение

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ЕДИНИЦАМИ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХИЭНЕРГЕТИЧЕСКИХВЕЛИЧИН

Работа, энергия, количество тепла

1 кДж = 1 кВт·с = 1/3600 кВт·ч = 0,27778 кВт·ч = 0,238846 ккал = = 101,972 кгс·м; 1 кВт ·ч = 3600 кДж = 859,845 ккал = 367098 кгс· м;

1 ккал = 10–6 Гкал = 10–3 Мкал = 4,1868 кДж = 426,935 кгс·м; 1 кгс · м = 9,80665 Дж = 2,34228 кал = 2,72407 10–3 Вт·ч.

Мощность

1 кВт = 102 кгс·м/с = 860 ккал/ч = 0,239 ккал/с; 1 кгс·м/с = 9,81 Вт.

Давление (механическое напряжение)

1 Па = 1 Н/м2 = 0,102 кгс/ м2 = 10,2 10–6 кгс/см2 (ат) =

=102 ·10–9 кгс/мм2 = 10–5 бар = 0,102 мм вод. ст. = 7,5·10–3 мм рт. ст; 1 кПа = 10,2·10–3 ат; 1 МПа = 10,2 ат;

1 кгс/см2 (ат) = 98,1·103 Па = 0,0981 МПа = 0,981 бар = 104 мм вод. ст. =

=735,6 мм рт. ст.

Удельная массовая теплоемкость, удельная энтропия

1 кДж/(кг·К) = 0,239 ккал/(кг·К); 1 ккал/(кг·К) = 4,187 кДж/(кг·К).

Коэффициент теплоотдачи и теплопередачи

1 кДж/(м2 ·К· ч) = 0,239 ккал/(м2 ·К· ч); 1 кВт/(м2 ·К) = 860 ккал/(м2 ·К· ч);

1 ккал/(м2·К·ч) = 4,187 кДж/(м2·К·ч) = 1/860 кВт/(м2·К) = 1,163 Вт/(м2·К); 1 Вт/(м2·К) = 3,6 кДж/(м2·К·ч).

149

Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.

ЛИТЕРАТУРА

1Бузников Е. Ф., Сидоров В. И. Водогрейные котлы и их применение на электростанциях и в котельных. – М.: Энергия, 1965.

2Громов Н. К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей. Проектирование и эксплуатация. – М.: Энергия, 1979.

3Громов Н. К. Городские теплофикационные системы. – М.: Энер-

гия, 1974.

4Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. – М.: Стройиздат, 1970.

5Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям.

– М.: Энергоатомиздат, 1995.

6Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Энергия, 1982.

7Соколов Е. Я., Громов Н. К., Сафонов А. П. Эксплуатация тепловых сетей. – М.: Госэнергоиздат, 1955.

8Шубин Б. П., Левин Б. И. Проектирование теплоподготовительных установок ТЭУ и котельных. – М.: Энергия, 1970.

9Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей / под ред. А. А. Николаева. – М.: Энергия, 1965.

10Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч. 1. Отопление / под ред. И. Г. Староверова. – М.: Стройиздат, 1990.

11Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: справочник/

В. И. Манюк, Я. И. Каплинский. – М.: Стройиздат, 1988.

12.Апарцев М. М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения: справ. пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

13Соловьев Ю. П. Проектирование крупных центральных котельных для комплекса тепловых потребителей. – М.: Энергия, 1976.

14Бузников Б. Ф, Роддатис К. Ф., Берзиньш Э. Я. Производственные и отопительные котельные. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

15Эстеркин Р. И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. – Л.: Энергоатомиздат, 1983.

16Щекин Р. В., Кореневский С. М., Бем Г. Е. и др. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Отопление и теплоснабжение. – Киев: Будивельник, 1968.

17Козин В. Е., Левина Т. А., Марков А. П. Теплоснабжение. – М:

Высш. шк., 1980.

18Теплотехнический справочник. Т. 1, 2 / под ред. В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева. – М.: Энергия, 1975.

150