Курсовая работа: Теплоснабжение районов г. Казани

9. Гидравлический расчет трубопроводов тепловой сети

В задачу гидравлических расчетов входит определение диаметров участков тепловой сети и потерь напора на них и в целом по магистрали.

Гидравлический расчет проводится по известным значениям расчеты расходов теплоносителя на участках и нормированной величине удельного линейного падения давления Rл , которая принимается для главной магистрали равной 80 Па/м.

Расчет выполняется в 2 этапа:

I. Предварительный расчет:

1. Вычерчивается расчетная схема магистральной тепловой сети без масштаба. Указываются номера расчетных участков, их длины, расчетные расходы теплоносителя.

2. Выбирается главная магистраль как наиболее протяженная. Расчет производится последовательно, начиная с головного участка (это 1-й участок) главной магистрали, после чего переходят к расчету ответвлений.

3. По номограмме (прил. 8) для Rл= 80 Па/м и расчетному расходу теплоносителя на каждом участке определяется предварительное значение диаметров тепловой сети (dн х S).

4. По предварительному расчетному значению диаметра трубопровода на участке уточняется стандартное значение диаметра (dу) и удельное линейное падение давления (уточненное), Rлу используя ту же номограмму (прил. 8). При этом заполняем таблицу 4 (предварительный расчет).

5. Далее на расчетной схеме расставляется запорная арматура, неподвижные опоры, компенсаторы. Расстояния на участках между неподвижными опорами определяются в зависимости от типа компенсаторов, способа прокладки и диаметра трубопроводов по прил.9. По этому расстоянию определяется количество тепловых камер ТК и компенсаторов К. Тип компенсаторов выбирается в зависимости от диаметра трубопровода и способа прокладки согласно прил.(8, 9) П-образные компенсаторы целесообразно устанавливать на участках открытой прокладки трубопровода; сальниковые компенсаторы требуют для ремонта и обслуживания смотровых камер, поэтому их размещают попарно. Тепловые камеры ТК размещаются на поворотах к ответвлениям.

II. Окончательный расчет:

1. По типу и количеству местных сопротивлений на каждом участке определяется их суммарная эквивалентная длина, м:

 [9.35]

- определяется по приложению 10, м:

n – число местных сопротивлений на расчетном участке

2. Определение падение давления на каждом участке, Па:

 [9.36]

3. Вычисляется величина падения напора на участке, м:

 [9.37]

- плотность воды 935,4 кг/м3

g = 9.81 м/c2

4. Далее определяется величина суммарных потерь напора на каждом расчетном участке .

После расчета главной магистрали переходим к расчету ответвлений (и предварительного и окончательного). Расчет проводится в следующей последовательности.

1. Предварительно по результатам расчета главной магистрали определяются потери давления на ответвлениях  (располагаемый напор) как разность потерь напора в главной магистрали и потерь напора на участках до ответвлений, м:

 [9.38]

2. Находим долю местных потерь давления в магистральной сети

Gр – расход теплоносителя на головном участке (1-й участок главной магистрали), т/ч:

3. Определяем удельное линейное падение давления на ответвлениях, Па/м:

 ; [9.39]

 ; [9.40]

 - длина ответвления, м:

4. Зная Rл, определяется по номограмме (прил. 8) стандартное значение диаметров трубопроводов.

5. Уточняется  

Далее окончательный расчет проводится аналогично, как и для главной магистрали. Результаты расчета заносятся в таблицу № 9.1

После расчета ответвлений переходим к гидравлическому расчету главной магистрали для неотопительного (летнего) периода, задача которого состоит в определении потерь напора, при расходах теплоносителя соответствующих неотопительному периоду и известных диаметрах трубопровода.

Предварительно определяются расходы воды по отдельным участкам главной магистрали для летнего периода.

Пересчет режимов работы производим по формуле.

 [9.41]

 из таблицы №8.1 для каждого ЦТП

 из таблицы №8.1 для каждого ЦТП

Участок №1 0,37

Участок №2 0,35

Участок №3 0,12

10. Подбор компенсаторов

Для компенсации температурных удлинений трубопроводов устанавливаются как сальниковые, так и П-образные компенсаторы.

Тепловые удлинения трубопроводов между опорами, обусловленное удлинением труб при нагревании, рассчитывается по формуле, мм:

 [10.42]

L - длина трубопровода между неподвижными опорами, м.

α = 0,012 мм/(м·˚С) коэффициент линейного удлинения стальных труб.

τ = τ1 – темпер. сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети при tн.о, ˚С

Расчетная компенсирующая способность компенсатора, мм.

 [10.43]

 - компенсирующая способность компенсатора, мм. (прил. 13)

z = 50 мм неиспользуемая компенсирующая способность компенсатора.

Установочная длина компенсатора, мм.

 [10.44]

А – длина компенсатора с полностью выдвинутым стаканом, мм (прил. 13)

Монтажная длина компенсатора, мм.

 [10.45]

Для трубопровода Dн- 273 мм, ℓмонт = 1181,6 мм

Для трубопровода Dн- 219 мм, ℓмонт = 1121,6 мм

tн= 10˚C. температура воздуха для монтажа компенсатора.

11. Расчет тепловой изоляции

Прокладка в непроходных каналах. Определяем норму потерь тепла для подающего и обратного трубопроводов.

При Dн = 273 мм, qпод = 105 Вт/м; qобр = 70 Вт/м

При Dн = 219 мм, qпод = 92 Вт/м; qобр = 59 Вт/м

τ = 90˚С ; tо = 5˚С

Общее сопротивление для подающего трубопровода

; м·˚С/Вт [11.46]

При прокладке в непроходном одноячейковом канале

 [11.47]

Сопротивление изоляции

 [11.48]

Для определения Rп.сл и Rн предварительно примем конструкцию теплоизоляции. Основной изоляционный слой – маты минералватные прошивные в обкладке из металлической сетки δиз = 50 мм; λп.сл = 0,38 Вт/(м˚С); λгр= 1,7 Вт/(м˚С);

Среднегодовая темп. грунта на глубине заложения оси трубопр. (h=1.2 м) при +5

Определение наружного диаметра трубы с изоляцией

Dиз= Dн+2δиз

Dк= Dиз+2δп.сл

Подбираем канал типа КС и определяем его эквивалентный диаметр

; м [11.49]

F – поперечная площадь канала, м2

П – длина поперечного периметра канала, м

Сопротивление покровного слоя

; м·˚С/Вт [11.50]

Сопротивление переходу тепла от поверхности конструкции к воздуху канала

; м·˚С/Вт [11.51]

Сопротивление перехода тепла от воздуха к поверхности канала

; м·˚С/Вт [11.52]

В непроходных каналах αкан= αн= 8,14

Сопротивление грунта

; м·˚С/Вт [11.53]

Сопротивление влияние обратного трубопровода на подающий

; м·˚С/Вт [11.54]

; Вт/м [11.55]

Определяем толщину изоляции трубопроводов

; мм [11.56]

λиз = 0,076 коэффициент теплопроводности изоляции

е = 2,72

Для трубопровода Dн- 273 мм, δиз= 22,8 принимаем 30мм

Для трубопровода Dн- 219 мм, δиз= 15,3 принимаем 20мм

12. Построение пьезометрического графика тепловой сети

График строится при двух режимах работ систем теплоснабжения: статическом и динамическом.

Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых (циркуляционных), но включенных подпиточных насосах.

Динамический режим характеризуется давлением, возникающим в сети и в системе теплопотребителей при работающей системе теплоснабжения, работающих сетевых насосах.

Построение пьезометрического графика на основании данных гидравлического расчета для зимних и летних условий выполняется в следующей последовательности:

1. Вычерчивается профиль местности (по геодезическим отметкам на
генплане) и наносятся отметки высот характерных зданий на профиль в принятом масштабе (1 этане - 3 м).

2. Проводится линия статического напора (Нст), обеспечивающего заполнение системы водой (на 3-5 м выше самого высокого абонента (здания)).

3. Устанавливаем предельное положение пьезометрического графика об- . ратного трубопровода в динамическом режиме, исходя из того, что:

-   максимальный пьезометрический напор не должен превышать 60 м в радиаторах нижних этажей зданий;

-  для защиты системы отопления от опорожнения пьезометрическая линия должна быть не менее чем на 3-5 м выше самого высокого абонента.

4. Из точки А проводим линию падения давления по напору, обратную линии тепловой сети от ТЭЦ до конечного абонента, где действительный уклон пьезометрической линии обратного трубопровода определяется по данным гидравлического расчета (получаем точку В). Падение давления в главной магистрали тепловой сети равномерное, поэтому точку А соединяем с точкой В прямой. В действительности на ответвлениях от главной магистрали наблюдается некоторое незначительное падение давления на преодоление дополнительного I сопротивления (поворот), но мы его учитываем в гидравлическом расчете глав- % ной магистрали.

5. Строится линия потерь напора у концевого абонента. Располагаемый напор на ЦТП принимается не менее 25-30 м.

6. Строится, пьезометр для подающего трубопровода (зеркальное отображение обратного) и линию потерь напора в теплоподготовительной установке (на ТЭЦ), которые принимаются 25-30 м.

7. Проводится линия невскипания на расстоянии 40 м от каждой точки рельефа местности.

8. Строится пьезометр летнего режима (аналогично зимнему, только потерей в ТПУ принимаем 10 - 12 м).

13. Подбор сетевых и подпиточных насосов

1. Производительность рабочих сетевых насосов по суммарному расчетному расходу воды на головном участке тепловой сети для отопительного периода (∑G из табл. 8.1=170,41 т/ч), т/ч:

- в отопительный период Gзсет.нас =∑G ;

Напор сетевых насосов, м:

- в отопительный период

Нзсет.нас = ∆Нзтпу + ∆Нзпод + ∆Нзоб + ∆Нзцтп = 67,32 м, [13.57]

 Нзсет.нас = 30 + 6,31 + 6,31 + 25 = 67,32 м,

2. Производительность рабочих подпиточных насосов в закрытых системах теплоснабжения.

Объем воды в системе теплоснабжения, м3:

- в отопительный период

V3 = Q3 - (VC +VM) = 1404,75 м3, [13.58]

где Q3 =  - тепловая нагрузка системы теплоснабжения, МВт (таблица 3.2).

Vc, VM - удельные объемы сетевой воды соответственно в ТПУ, наружных сетях и в местных системах соответственно, м3/МВт.

Для жилых районов рекомендуется принимать:

Vc = 40 - 43 м3/МВт; VM = 30 - 32 м3/МВт.

Производительность подпиточных насосов, м3/ч:

- в отопительный период

Gзпод.нас = 0,5·Vз/ 100% = 7,02 м3/ч, [13.59]

Рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку в количестве 2 % от объема воды, м3/ч:

- в отопительный период

Gзпод.нас авар= 2%·Vз/ 100% = 28,1 м3/ч, [13.60]

Напор подпиточных насосов берется с пьезометрического графика.

Число насосов следует принимать:

- не менее двух сетевых, из которых один является резервным;

- в закрытых системах не менее двух подпиточных.

Основные технические характеристики насосов

Таблица 13.1

14. Тепловой расчет подогревателей ГВС ЦТП

Целью теплового расчета подогревателей является расчет поверхности нагрева, выбора типоразмера и количества секций. Подогреватели должны обеспечивать заданную теплопроизводительность при любых температурных режимах сетевой воды. Наиболее не благоприятный режим соответствует точке излома температурного графика регулирования. Поэтому расчет подогревателя ГВС ЦТП при всех системах подключения их к тепловым сетям производится по параметрам сетевой воды при температуре наружного воздуха.

Расчет последовательной двухступенчатой схемы присоединения подогревателей ГВС.

Дано: из таблицы № 3.2

τ´1 = 150 0С; τ´2 = 41,6 0С; τ´3 = 95 0С;

τ˝´1 = 77,3 0С; τ˝´2 = 31,7 0С; τ˝´3 = 50 0С;

t˝´н = +1 °С (точка излома температурного графика);

tх = 5 °С; tг = 60 °С; tв = 18 °С.

1. Балансовый (расчетный) расход тепла:

Q = 1,2·Q = 1,2· Q/Rг , кВт; [14.61]

где Q, Q- средняя и максимальная тепловая нагрузка на ГВС

Rг – коэффициент часовой неравномерности, принимается Rг =2.

2. Балансовая тепловая производительность подогревателя I ступени:

Qб.1 = Q·(t˝´п - tх)/ tх - tг , кВт; [14.61]

где t˝´п = τ˝´2 – (5…10) = 24,7 0С – температура водопроводной воды на выходе из подогревателя I ступени;

(5…10) – величина недогрева водопроводной воды;

tх - температура холодной водопроводной воды (зимой);

tг = температура горячей воды;

с = 4,187 кДж/кг· 0С – теплоемкость воды.

3. Балансовый расход сетевой и водопроводной воды:

Gб.мт = G`о+G =; [14.62]

где Q`о - тепловая нагрузка на отопление (таблица 2 для своего ЦТП).

Gб.тр=  ,кг/ч; [14.63]

4. Максимальный расход сетевой и водопроводной воды:

G=1,1· Gб.мт , кг/ч [14.64]

G=  , кг/ч; [14.65]

5. Температура сетевой воды после подогревателя I ступени при Q

 = - 0С. [14.66]

6.  Среднелогарифмическая разность температура в подогревателе I ступени при Q

∆tб,I =  ,0С. [14.67]

7. Безразмерный параметр ФI для I ступени

ФI = . [14.68]

8. Безразмерная удельная тепловая производительность ε1 I ступени при Q:

ε1 = ; [14.69]

где Gмен и Gбол – выбираются из величин G, G.

9. Коэффициент смешения насосно-смесительной установки (элеватор)

U = 1,15·; [14.70]

U* = 1+U/φб,

где φб = Gб.мт / G`о = 1,39 – расчетный коэффициент смешения.

10.Безразмерная характеристика отопительной системы при  и Q

εо =  [14.71]

где = 0,5· = 40,85 0С – средняя температура нагревательных приборов в точке излома температурного графика;

φм = G/ G`о = 1,54 – отношение суммарного расхода воды к расчетному расходу воды на отопление при максимальном часовом расходе тепла на ГВС.

11. Суммарный перепад температур сетевой воды в I и II ступенях при Q:

δ = 3600 Q/с·G, 0С [14.72]

12. Температура сетевой воды после отопительной системы при максимальном водозаборе:

 = , 0С [14.73]

13. Тепловая производительность I и II ступени при Q:

Q= Q·(- tх / tг - tх)·ε1 ,кВт [14.74]

Q= Q- Q, кВт [14.75]

14. Температура сетевой воды перед элеватором:

= - 3600·Q/с·G, 0С [14.76]

15. Температура сетевой воды после I ступени подогревателя:

= - 3600·Q/с·G, 0С [14.77]

16. Температура водопроводной воды после I ступени подогревателя при максимальном водоразборе:

= tх + 3600·Q/с·G, 0С; [14.78]

17. Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в I ступени:

∆tсрI = , 0С; [14.79]

где ∆tб = ( - tх) = 12,29 0С;

∆tм = ( - ) = 0 0С.

18. Задав скорость воды в трубках и межтрубном пространстве ω = 1 м, определим предварительное значение площади трубок и межтрубного пространства:

fтр = G/3600·ω·ρ = 0,01207 м2 – ЦТП-1; [14.80]

fмт = G/3600·ω·ρ = 0,02204 м2 - ЦТП-1; [14.81]

где ρ – 1000 кг/м3 – плотность воды.

Для ЦТП2: fтр = 0,01922 м2; fмт = 0,03494 м2.

Подбираем водяные подогреватели из (приложения 12).

Технические характеристики водяных подогревателей

Таблица № 14.1

19. Действительные скорости воды:

ωтр = G/3600·fтр·ρ = 1,0 м2 [14.82]

ωмт = G/3600·fмт·ρ = 1,0 м2. [14.83]

Для ЦТП-1,2

20. Коэффициенты теплоотдачи:

- от греющей воды к стенкам трубок:

αмт = (1630+21·tср- 0,041·t2ср) ·ω0,8мт/= 4414,12 Вт/(м2 ·0С), [14.84]

где tср = 0,5·(tх - ) = 18,6 0С – ЦТП-1.

- от трубок к нагреваемой среде:

αтр = (1630+21·τср- 0,041·τ2ср) ·ω0,8мт/= 4992,46 Вт/(м2 ·0С), [14.85]

где τср = 0,5·( - τ2мах) = 24,74 0С – ЦТП-1.

Для ЦТП-2: αмт = 4353,93 Вт/(м2 ·0С);

αтр = 4992,46 Вт/(м2 ·0С);

21. Коэффициент теплопередачи водоподогревателя в I ступени:

k = β /= 2078,24 Вт/(м2 ·0С) [14.86]

где β = 0,85 – коэффициент загрязнения поверхности нагрева (трубок);

 - толщина стенки трубки, м (= 0,001 м);

 - теплопроводность стенки, Вт/(м2 ·0С) ( = 110 Вт/(м2 ·0С).

22. Необходимая площадь нагрева подогревателя I ступени:

FI = Q/ k·∆tсрI·µ = 67,29 м2 – ЦТП-1; [14.87]

FI = 107,1 м2 – ЦТП-2

где µ - коэффициент, учитывающий накипь и загрязнение трубок, µ = 0,8.

23. Количество секций:

n = FI / Fc = 2.36 ≈ 3 шт – ЦТП-1; [14.88]

n = 3.76 ≈ 4 шт – ЦТП-2.

24. Для подогревателя II ступени, составленной из секций того же типоразмера, число секций находится аналогичным образом:

∆tсрII = = 22,85 0С; [14.89]

где ∆tб = ( - ) = 29.87 0С;

∆tм = ( - г) = 17,3 0С.

τсрII = 0,5·( + ) = 69,68 0С [14.90]

tсрII = 0,5·( г+) = 46,1 0С [14.91]

ωтр и ωмт – остается такой же, как и для первой ступени.

ЦТП-1 αмт = (1630+21·tсрII- 0,041·tсрII2) ·ω0,8мт/= 5524.2 Вт/(м2 ·0С), [14.92]

ЦТП-2 αмт = (1630+21·tсрII- 0,041·tсрII2) ·ω0,8мт/= 5448,9 Вт/(м2 ·0С), [14.93]

αтр = (1630+21·τсрII - 0,041·τ2срII) ·ω0,8мт/= 6801.39 Вт/(м2 ·0С), [14.94]

k = β /= 2507.37 Вт/(м2 ·0С) [14.95]

ЦТП-1 FII = Q/ k · ∆tсрII ·µ = 30.68 м2 [14.96]

 n = FII / Fc = 1.51 ≈ 2 шт [14.97]

ЦТП-2 FII = Q/ k · ∆tсрII ·µ = 48.83 м2 [14.98]

n = FII / Fc = 1.71 ≈ 2 шт [14.99]

Последовательная двухступенчатая схема присоединения подогревателей ГВС

Схема № 14.2

Библиографический список

1.  Теплоснабжение района города «Методические указания к курсовому проекту по курсу Теплоснабжение». Томского государственного архтектурно-строительного университета, 2001 г.

2.  Расчёт и проектирование тепловых сетей. / А.Ю. Строй, В.Л. Скальский . –Киев.: Будивельник, 1981 г.