Гидравлический расчет задачи гидравлического расчета

Задачи гидравлического расчета:

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 используют для:

1) 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;

4) выбора средств авторегулирования в тепловой сети на ГТП, МТП и на абонентских вводах;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

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

Схемы и конфигурации тепловых сетей

Тепловая сеть является соединительным и транспортным звеном системы теплоснабжения.

Она должна обладать следующими качествами:

1. надежностью; они должны сохранять способность непрерывной подачи теплоносителя к потребителю в необходимом количестве в течение всего года, за исключением кратковременного перерыва для профилактического ремонта в летнее время;

2. управляемостью – т.е. обеспечивать необходимый режим работы, возможность совместной работы источников теплоснабжения и взаимного резервирования магистралей.

Необходимый режим работы – это быстрое и точное распределение теплоносителя по тепловым пунктам в нормальных условиях, в критических ситуациях, а также при совместной работе источников теплоты для экономии топлива.

Схема тепловой сети определяется:

• размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления;

• характером тепловой на грузки потребителей района;

• видом теплоносителя.

Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети — надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов.

Повышение надежности сети осуществляется следующими методами:

• повышением надежности отдельных элементов, входящих в систему;

• применением «щадящего» режима работы системы в целом или наиболее повреждаемых ее элементов путем поддержания температуры воды в подающих линиях 100С и выше, а в обратных линиях 50С и ниже;

• резервированием, т.е. введением в систему дополнительных элементов, которые могут заменить полностью или частично элементы, вышедшие из строя.

По степени надежности все потребители делятся на две категории:

I – лечебные учреждения со стационарами, промышленные предприятия с постоянным потреблением теплоты на технологические нужды, группы городских потребителей с тепловой мощностью 30 МВт. Перерыв в подаче теплоты допускается только на время переключения, т.е. не более 2 часов;

II – все остальные потребители.

Пар в качестве теплоносителя используется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Основная нагрузка паровых сетей обычно концентрируется в сравнительно небольшом количестве узлов, которыми являются цехи промышленных предприятий. Поэтому удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Когда по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением служит прокладка однотрубного паропровода с конденсатопроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо одного трубопровода, рассчитанного на 100 %-ую нагрузку, двух параллельных, рассчитанных на 50 %-ную нагрузку, площадь поверхности трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, т.к. их нагрузка менее концентрирована.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми из-за:

• большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов подземных водяных сетей по сравнению с паропроводами;

• чувствительности к авариям из-за большей плотности теплоносителя (особенно в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети).

При выборе схемы водяных тепловых сетей особое внимание уделяют вопросам надежности и резервирования систем теплоснабжения.

Водяные тепловые сети разделяться на магистральные и распределительные.

К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой.

Режим работы магистральных тепловых сетей должен обеспечивать наибольшую экономичность при выработке и транспорте теплоты за счет совместной работы ТЭЦ и котельных.

Режим работы распределительных сетей должен обеспечивать наибольшую экономию теплоты при ее использовании за счет регулирования параметров и расхода теплоносителя в соответствии с необходимым режимом потребления, упрощения схем тепловых пунктов, снижения расчетного давления для их оборудования и уменьшения количества регуляторов отпуска теплоты для отопления.

Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые пункты или местные тепловые пункты к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям допускается только при присоединении крупных промышленных предприятий.

Магистральные тепловые сети с помощью задвижек разделяются на секции длиной 1—З км. При раскрытии (разрыве) трубопровода место отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды и сокращается длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается из условия, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре для отопления не опускалась ниже минимального предельного значения, которое принимают обычно 12—14 °С в соответствии с договором теплоснабжения. Время, необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диаметра трубопровода, а также расстояния между секционирующими задвижками.

Рис.1. Принципиальная схема двухтрубной тепловой сети с двумя магистралями: 1 – коллектор ТЭЦ; 2 – магистральная сеть; 3 – распределительная сеть; 4 – секционирующая камера; 5 – секционирующая задвижка; 6 – насос; 7 – блокирующая связь.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть меньше при больших диаметрах трубопроводов и при более низкой расчетной наружной температуре для отопления.

Условие проведения ремонта теплопровода большого диаметра за период допустимого снижения внутренней температуры в отапливаемых зданиях трудно выполнить, так как время ремонта существенно возрастает с увеличением диаметра.

В этом случае необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети, если не выполняется вышеприведенное условие о времени ремонта. Одним из методов резервирования является блокировка смежных магистралей.

Секционирующие задвижки размещают в узлах присоединения распределительных сетей к магистральным тепловым сетям.

В этих узловых камерах кроме секционирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными котельными.

В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунктом. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебойное теплоснабжение абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабжении, должна быть предусмотрена возможность резервного теплоснабжения от газовых или электрических нагревателей или же от местных котельных на случай аварийного прекращения централизованного теплоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на отопление и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение). Для предприятий, в которых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дублированные или кольцевые схемы тепловых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответствии с режимом работы предприятий.

Радиус действия тепловой сети (рис.1) 15 км. До конечного района теплопотребления сетевая вода передается по двум двухтрубным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с ТЭЦ 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры магистральных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления сетевая вода вводится по четырем магистралям диаметром 700 мм, а затем распределяется по восьми магистралям диаметром 500 мм. Блокировочные связи между магистралями, а так же резервирующие насосные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между секционирующими задвижками (на схеме 2 км) время, необходимое для ремонта трубопровода диаметром 700 мм, меньше времени, в течение которого внутренняя температура отапливаемых зданий при отключении отопления при наружной температуре 1 снизится от 18 до 12 °С (не ниже).

Блокировочные связи и секционирующие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистрали диаметром 800 мм и более обеспечивается теплоснабжение всех абонентов, присоединенных к тепловой сети. Теплоснабжение абонентов нарушается только при авариях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается теплоснабжение абонентов, расположенных за местом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ посредством соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания (рис. 2). В такую же систему могут быть в ряде случаев объединены тепловые сети ТЭЦ и крупных районных или промышленных котельных.

Объединение магистральных тепловых сетей нескольких источников теплоты наряду с резервированием теплоснабжения позволяет уменьшить суммарный котельный резерв на ТЭЦ и увеличить степень использования наиболее экономичного оборудования в системе за счет оптимального распределения нагрузки между источника ми теплоты.

Блокирующие связи между магистралями большого диаметра должны иметь достаточную пропускную способность, обеспечивающую передачу резервирующих потоков воды. В необходимых случаях для увеличения пропускной способности блокирующих связей сооружаются насосные подстанции.

Независимо от блокирующих связей между магистралями целесообразно в городах с развитой нагрузкой горячего водоснабжения предусматривать перемычки сравнительно небольшого диаметра между смежными распределительными тепловыми сетями для резервирования нагрузки горячего водоснабжения.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от станции и снижения присоединенной тепловой нагрузки (рис. 3). Такая сеть наиболее дешевая по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации. Однако при аварии на магистрали радиальной сети прекращается теплоснабжение абонентов, присоединенных за местом аварии. Например, при аварии в точке «а» на радиальной магистрали 1 прекращается питание всех потребителей, расположенных по направлению трассы от ТЭЦ после точки а. Если происходит авария на магистрали вблизи станции, то прекращается теплоснабжение всех потребителей, присоединенных к магистрали. Такое решение допустимо, если время ремонта трубопроводов диаметром не менее 700 мм удовлетворяет вышесказанному условию.

Для более надежного теплоснабжения тепловые сети должны сооружаться по блочному принципу. Блоком должна являться распределительная сеть с радиусом действия 500-800 м. Каждый блок должен обеспечивать теплоснабжение жилого микрорайона примерно в 10 тыс квартир или тепловая мощность которого 30-50 МВт. Блок должен быть непосредственно присоединен к коллектору источника, или иметь двустороннее теплоснабжение от тепловых магистралей.

Рекомендуется следующий порядок проектирования сетей:

• на тепловой карте района ориентировочно намечаются места ГТП;

• после размещения ГТП намечают возможные трассы магистралей и перемычек между ними;

• намечают размещение распределительных сетей.

Распределительные сети проектируются тупиковыми, секционирующие задвижки не проектируются.

Распределительные сети разрешается прокладывать по подвалам зданий