Учебное пособие: Методика расчета теплоснабжения промышленного жилого района

                                                                                (34)

где    Dtк - температурный напор в калорифере, определяемый при температуре tн (Dtк' - то же при температуре  )

                                                                (35)

                                                                (36)

         Dtpк - расчетный температурный напор в калорифере, определенный при температуре наружного воздуха, расчетной для систем вентиляции, :

                                                              (37)

t1v, t2v - значения температур сетевой воды соответственно в подающем трубопроводе перед калориферами и в обратном трубопроводе после калориферов при заданной температуре наружного воздуха  tн ;

;  - то же, но для точки излома температурного графика t.

;  - то же, но при расчетной температуре наружного воздуха для вентиляции, tнрv.

Уравнения (32) и (34) решаются методом подбора. Расчет температур сетевой воды для отопительных и повышенных графиков регулирования может быть выполнен с использованием таблиц и номограмм, приведенных в приложении.

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

 на отопление

                                                                                   (38)

на вентиляцию

                                                                                    (39)

на горячее водоснабжение

в открытых системах теплоснабжения

среднечасовой

                                                                                    (40)

максимальный

                                                                                 (41)

в закрытых системах теплоснабжения

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

                                                                                      (42)

максимальный, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

                                                                               (43)

среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

                                                                   (44)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

                                                                           (45)

В формулах (38 – 45) расчетные тепловые потоки приводятся в Вт, теплоёмкость  с  принимается равной . Расчет по этим формулам производится поэтапно, для температур .

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле:

                                                                        (46)

Коэффициент k3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице №2 :

Таблица №2. Значения коэффициента k3

ПРИМЕЧАНИЕ. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k3 принимается равным нулю.

Для закрытых систем теплоснабжения при регулировании по нагрузке отопления и тепловом потоке менее 100 МВт при наличии баков аккумуляторов у потребителей коэффициент k3 следует принимать равным единице.

Суммарный расчетный расход воды для потребителей при  при отсутствии баков аккумуляторов, а также с тепловым потоком 10 МВт и менее, следует определять по формуле:

                                                                               (47)

Расчетный расход воды, кг/ч, в двухтрубных водяных тепловых сетях в неотопительный период, , следует определять по формуле:

                                                                                            (48)

где  - коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (определяется по приложению №7).

Расход воды в обратном трубопроводе двухтрубных водяных тепловых сетей открытых систем теплоснабжения принимается равным в размере 10 % от расчетного расхода воды, определенного по формуле (41). Расчетный расход воды для определения диаметров подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения следует определять в соответствии со СНиП 2.04.01-85.

Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. По результатам гидравлических расчетов разрабатывают гидравлические режимы систем теплоснабжения, подбирают сетевые и подпиточные насосы, авторегуляторы, дроссельные устройства, оборудование тепловых пунктов. Гидравлический расчет выполняется, как правило, в 2 этапа:

Этап 1. Разработка расчетной схемы тепловых сетей.

На расчетной схеме проставляют номера участков (сначала по главной магистрали, затем по ответвлениям), расходы теплоносителя в кг/с или в т/ч, длины участков в метрах. Главной магистралью является наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя. При неизвестном располагаемом перепаде давления в начале теплотрассы, удельные потери давления R следует принимать:

а) на участках главной магистрали 20 - 40, но не более 80 Па/м;

б) на ответвлениях - по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.

Этап 2. Определение полных потерь давления на каждом участке трубопровода.

Полные потери давления DР складываются из потерь давления на трение  и потерь давления в местных сопротивлениях DРм     :      

                                                                                    (49)

Потери давления на трение  определяют по формуле:

                                                                                                (50)

где    R - удельные потери давления, Па/м, определяемые по формуле

                                                        ,                                    (51)

 здесь  l - коэффициент гидравлического трения;

  d - внутренний диаметр трубопровода, м;

  r - плотность теплоносителя, кг/м3;

  w - скорость движения теплоносителя, м/c;

  L - длина трубопровода, м.

Потери давления в местных сопротивлениях DРм определяют по формуле:

                                                                               (52)

где    åx - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления в местных сопротивлениях могут быть также определены по следующей формуле:

                                                            DРм = R Lэ,                                (53)

здесь Lэ - эквивалентная длина местных сопротивлений, которую определяют по формуле:

                                                                                           (54) 

Гидравлический расчет выполняют по таблицам и номограммам, представленным в приложении. Сначала выполняют расчет главной магистрали. По известным расходам, ориентируясь на рекомендованные величины удельных потерь давления R, определяют:

·  диаметры трубопроводов dн´S (см. приложение №12)

·  фактические удельные потери давления R, Па/м;

·  скорость движения теплоносителя w, м/с.

Условный проход труб, независимо от расчетного расхода теплоносителя не должен превышать в тепловых сетях 32 мм. Скорость движения теплоносителя (воды) не должна превышать 3,5 м/с.

Определив диаметры трубопроводов, находят:

·  количество компенсаторов на участках

·  местные сопротивления

Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле (52), либо, по формуле (53). Затем,  определив полные потери давления на участках главной магистрали и суммарные по всей ее длине, выполняют гидравлический расчет ответвлений, увязывая потери давления в них с соответствующими частями главной магистрали (от точки деления потоков до концевых потребителей).

Увязку потерь давления выполняют подбором диаметров трубопроводов ответвлений. Невязка не должна превышать 10 %. При невозможности полностью увязать диаметрами, излишний напор на ответвлениях должен быть погашен соплами элеваторов, дроссельными диафрагмами и авторегуляторами потребителей.

При известном располагаемом давлении DРр для всей сети, а также для ответвлений,  предварительно определяют ориентировочные средние удельные потери давления Rm, Па/м:

                                                                                (55)

где    åL - суммарная протяженность расчетной ветви (ответвления) на потери давления в которой используется величина DРр;

a - коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях (принимается по приложению №11).

Таблицы и номограммы гидравлического расчета, приведенные в литературе [5,6,7], составлены для эквивалентной шероховатости труб Кэ = 0.5 мм. При расчете трубопроводов с другой шероховатостью к значениям удельных потерь давления R следует принимать поправочный коэффициент b [6 табл. 4.14]. Диаметры подающего и обратного трубопроводов двухтрубных водяных тепловых сетей при совместной подаче теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, как правило,  принимаются одинаковыми.

Гидравлический расчет конденсатопровода выполняется по тем же пунктам, что и расчет трубопроводов водяных тепловых сетей. Тепловой расчет паропровода, проводимого к промышленному предприятию, как правило, ничем не отличается от обычного гидравлического расчета. Тепловой расчет паропровода можно выполнить по следующим пунктам:

1. По известному расходу пара  определяется диаметр паропровода по формуле:

                                                                           (56)

В большинстве расчетов удельное падение давления   лежит в пределах 180 – 220 Па/м.

rп = 6,25 кг/м3 – плотность пара при t = 230 °С.

Полученное значение диаметра d уточняется по ГОСТ 8731-74.

2. Уточняется значение удельного падения давления

                                                                       (57)

3.  Потери температуры по длине паропровода

                                                                                    (58)

где ql = 353 Вт/м – нормы тепловых потерь для паропровода при tп = 230 °С;

l – длина паропровода;

b = 0,2 – коэффициент местных потерь;

ср = 2449 кДж/(кг×°С) – теплоемкость пара.

4. Давление в конце паропровода

                                                          (59)

где a =  - доля местных сопротивлений;

Р1  – давление пара у источника;

Тср =  – средняя температура пара по длине паропровода;

5. Падение давления пара

                                                     DР = Р1 – Р2                                       (60)

6. Потери напора                                                                  (61)

6. Гидравлические режимы водяных тепловых сетей

Гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики) следует разрабатывать для отопительного и неотопительного периодов. Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети. Пьезометрические графики строятся для магистральных и квартальных тепловых сетей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный Мг 1:10000; вертикальный Мв 1:1000; для квартальных тепловых сетей: Мг 1:1000, Мв 1:500.

Пьезометрические графики строятся для статического и динамического режимов системы теплоснабжения. Пьезометрический график для отапливаемого периода строится поочередно, в 9 этапов:

1). За начало координат в магистральных сетях принять местоположение ТЭЦ.

2). В принятых масштабах построить профиль трассы и высоты присоединенных потребителей (приняв 9-ти этажную застройку). За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают отметку низшей точки теплотрассы или отметку сетевых насосов.

3). Построить линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 метров, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время не должна превышать максимальный рабочий напор для местных систем. Величина максимального рабочего напора составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 метров; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 метров; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 метров.

4). На оси ординат откладывается требуемый напор у всасывающих патрубков сетевых насосов (30 - 35 метров) в зависимости от марки насоса.

5). Используя результаты гидравлического расчета, строят линию потерь напора обратной магистрали. Величина напоров в обратной магистрали должна соответствовать требованиям указанным выше при построении линии статического напора.

6). Строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения расчетного квартала. Величина располагаемого напора в точке подключения квартальных сетей принимается не менее 40 м.

7). Строится линия потерь напора подающего трубопровода, а так же линия потерь напора в коммуникациях источника теплоты (ТЭЦ). При отсутствии данных потери напора в коммуникациях ТЭЦ могут быть приняты равными 25 - 30 м. Напор во всех точках подающего трубопровода исходя из условия его механической прочности не должен превышать 160 м. Пьезометрический график может быть перемещен параллельно себе вверх или вниз если возникает опасность «оголения» или «раздавливания» местных систем теплоснабжения. При этом необходимо учитывать, чтобы напор на всасывающем патрубке не превысил предельного значения для принятой марки насоса.

8). Под пьезометрическим графиком располагается спрямленная однолинейная схема теплотрассы с ответвлениями, указываются номера и длины участков, диаметры трубопроводов, расходы теплоносителя, располагаемые напоры в узловых точках.

9). На пьезометрическом графике главной магистрали строится график расчетного ответвления.

Для построения пьезометрических графиков для неотопительного периода необходимо:

 1). Определить потери давления в главной магистрали при пропуске максимального расхода сетевой воды на горячее водоснабжение Ghmax. В открытых системах потери давления в обратной магистрали определяют при пропуске расхода равного  0,1Ghmax.

2). Принять потери напора в коммуникациях источника, а также располагаемый напор перед расчетным кварталом такими же, как и для отопительного периода.

3). Следует учитывать, что квартальные сети являются продолжением магистральных сетей. Располагаемый напор в начале квартальных сетей (40 м.) должен быть использован на потери напора в местных системах теплопотребления зданий кварталов и на потери напора в подающей и обратной магистралях квартальных сетей.

4). Следует учитывать, что линии напоров пьезометрического графика квартальных сетей и при статическом, и при динамическом режимах будут продолжением соответствующих линий пьезометрического графика магистральных тепловых сетей.

Напор сетевых насосов  следует отдельно определять для отопительного и неотопительного периодов по формуле:

                                                         (62)

где   - потери напора в установках на источнике теплоты (при отсутствии более точных данных, могут быть приняты равными 30 м);

 - потери напора в подающем трубопроводе;

 - потери напора в обратном трубопроводе;

 - потери напора в местной системе теплопотребления (не менее 40м).

Потери напора в подающем и обратном трубопроводах для отопительного периода принимают по результатам гидравлического расчета при пропуске суммарных расчетных расходов воды.

Потери напора для неотопительного периода

а). в подающих трубопроводах:

                                                                          (63)

б). в обратном трубопроводе открытых систем теплоснабжения:

                                                                       (64)

где     - суммарный расход сетевой воды на головном участке системы теплоснабжения в отопительный период;

 - максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение в неотопительный период, определяемый по формуле (48).

Подача (производительность) рабочих насосов

а)      сетевых насосов для закрытых систем теплоснабжения в отопительный период - по суммарному расчетному расходу воды, определяемому по формуле (46) учебного пособия;

б)      сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения в отопительный период - по суммарному расчетному расходу воды, определяемому при k4 =1,4 по формуле

                                                                     (65)

в)      сетевых насосов для закрытых и открытых систем теплоснабжения в неотопительный период - по максимальному расходу воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (формула (48)).

Число сетевых насосов следует принимать не менее двух, один из которых - резервный; при пяти рабочих сетевых насосах, соединённых параллельно в одной группе, допускается резервный насос не устанавливать.

Напор подпиточных насосов Hпн должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического напора Нст и преодоления потерь напора в подпиточной линии DHпл, величина которых, при отсутствии более точных данных, принимается равной 10-20 м.

                                                                          (66)

здесь z – разность отметок уровня воды в подпиточном баке и оси подпиточных насосов.

Подача подпиточных насосов  

а). в закрытых системах теплоснабжения принимается равной расчетному расходу воды на компенсацию утечки из тепловой сети :

                                                                                                           (67)

б). в открытых системах - равной сумме максимального расхода воды на горячее водоснабжение  и расчетного расхода воды на компенсацию утечки :                         

                                                                                  (68)

Расчетный расход воды на компенсацию утечки , принимается в размере 0,75% от объема воды в системе теплоснабжения, аварийный расход на компенсацию утечки принимается в размере 2% от объема воды в системе теплоснабжения. Объем воды в системе теплоснабжения допускается принимать равным 65 м3 на 1 МВт расчетного теплового потока при закрытой системе теплоснабжения и 70 м3 на 1 МВт - при открытой системе теплоснабжения.

Число параллельно включенных подпиточных насосов

а). в закрытых системах теплоснабжения не менее двух, один из которых является резервным;

б). в открытых системах не менее трех, один из которых также является резервным.

Технические данные насосов для систем теплоснабжения приведены в приложениях №21 и №22. При подборе насосов следует учитывать требования по максимальной температуре воды, по величине допускаемых напоров на всасывающем патрубке насоса. Из условий экономии потребления электроэнергии величина КПД насоса , не должна быть менее 90% от величины максимального КПД .

Указание моделей и количества сетевых и подпиточных насосов произвести в разделе №12.

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов dк по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле:

                                                                        (69)

где    d - наружный диаметр трубопровода, м;

          е - основание натурального логарифма;

lк - теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·°С), (определяемая по приложению №15 и №24);

Rк - термическое сопротивление слоя изоляции, м ·°С/Вт, величину которого определяют в зависимости от способа прокладки трубопровода по следующим  выражениям:

При надземной прокладке (также прокладке в тоннелях и техподпольях):

                                                                                       (70)

При подземной прокладке

канальная прокладка

                                                  (71)

бесканальная прокладка

                                                                           (72)

где    - нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м (принимается по приложению 16);

 - средняя за период эксплуатации температура теплоносителя (при параметрах теплоносителя 150/90 принимается для подающего трубопровода 90С, для обратного 50С);

 - среднегодовая температура окружающей среды (определяется по приложению №18 в зависимости от вида прокладки трубопровода);

 - коэффициент, принимаемый по приложению №19.

 - термическое сопротивление поверхности изоляционного слоя, м·°С /Вт, определяемое по формуле:

                                                                             (73)

здесь - коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух (при прокладке в каналах  = 8; при прокладке в техподпольях и тоннелях = 11 ,  при  надземной  прокладке = 29) ; 

d – наружный диаметр трубопровода, м;

- термическое сопротивление поверхности канала, определяемое по формуле:

                                                                                   (74)

здесь  - коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности          канала (= 8 Вт/(м² ·°С)); 

          F - внутреннее сечение канала, м2;

P - периметр сторон по внутренним размерам, м;

 - термическое сопротивление стенки канала, определяемое по формуле:

                                               ,                           (75)

здесь  - теплопроводность стенки канала (для железобетона = 2,04 Вт/(м·°С));

           - наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м;

 - термическое сопротивление грунта, определяемое по формуле:

                                          ,               (76)

здесь  - теплопроводность грунта, зависящая от его структуры и влажности (при отсутствии данных его значение можно принимать для влажных грунтов      = 2-2,5 Вт/(м·°С),        для сухих грунтов

= 1,0-1,5 Вт/(м·°С));

h - глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м;

 - добавочное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние труб при бесканальной прокладке, величину которого определяют по формулам:

·  для подающего трубопровода

                                                             (77)

·  для обратного трубопровода

                                                                (78)

где    h - глубина заложения осей трубопроводов, м;

b - расстояние между осями трубопроводов, м, принимаемое в зависимости от их диаметров условного прохода по данной таблице:

Таблица №3. Расстояние между осями трубопроводов

,  - коэффициенты, учитывающие взаимное влияние температурных полей соседних теплопроводов, определяемые по формулам:

                                                                                                  (79)

                                                                                                  (80)

здесь ,  - нормированные линейные плотности тепловых потоков соответственно для подающего и обратного трубопроводов, Вт/м.

В тепловых сетях широко применяются сальниковые,  П - образные и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность  для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа).

Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода , мм, определяют по формуле:

                                                                                             (81)

где     - средний коэффициент линейного расширения стали,

 (для типовых расчетов можно принять ),

 - расчетный перепад температур, определяемый по формуле

                                                                                              (82)

где     - расчетная температура теплоносителя, оС;

            - расчетная температура наружного воздуха для проектирования        отопления, оС;

          L - расстояние между неподвижными опорами, м (см. приложение №17).

Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов уменьшают на величину запаса - 50 мм.

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке  определяется по формуле:

                                                                        (83)

где     - рабочее давление теплоносителя, МПа;

 - длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм;

 - наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

 - коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

При подборе компенсаторов их компенсирующая способность и технические параметры могут быть определены по приложению.

Осевая реакция сильфонных компенсаторов  складывается из двух слагаемых:

                                                                                               (84)

где     - осевая реакция, вызываемая деформацией волн, определяемая по формуле:

                                                                                               (85)

здесь Dl - температурное удлинение участка трубопровода, м;

e - жесткость волны, Н/м, принимаемая по паспорту компенсатора;

n - количество волн (линз).

 - осевая реакция от внутреннего давления, определяемая по формуле:

                                                                         (86)

здесь  - коэффициент, зависящий от геометрических размеров и толщины стенки волны, равный в среднем 0.5 - 0.6;

D и d – соответственно наружный и внутренний диаметры волн, м;

 - избыточное давление теплоносителя, Па.

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения s у основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90о поформуле:

                                                                       (87)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15