Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который дает наглядное представление о давлении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местности, высота зданий, особенности абонентских систем) при выборе оптимального гидравлического режима.
Пьезометрические графики разрабатываются для зимних и летних расчетных условий. Проектирование открытых систем теплоснабжения связано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопительного сезона с учетом максимальных водоразборов из подающих и отдельно из обратных трубопроводов. Давление, выраженное в линейных единицах измерения, называется напором давления или пьезометрическим напором . В системах теплоснабжения пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствующие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными манометрами с последующим переводом результатов измерения в метры.
Рис. 5.3. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети с зависимыми схемами присоединения систем отопления: 1 –сетевой насос; 2 – перемычка сетевого насоса;
3 – станционный водонагреватель; 4 – расширительный бак
Рассмотрим пьезометрический график упрощенной системы теплоснабжения (рис. 5.3). Циркуляция воды в замкнутой сети осуществляется насосом 1. Расширительный бак 4, уровень воды в котором поддерживается постоянным, присоединен к обводной линии циркуляционного насоса 2. В реальных условиях вместо расширительного бака обычно устанавливают подпиточный насос. Если сетевой насос не работает, то напоры во всех точках системы теплоснабжения определяются уровнем воды в расширительном баке. При таком статическом состоянии системы теплоснабжения пьезометрический график представляет собой горизонтальную линию s – s, проведенную на уровне поверхности воды в расширительном баке. Напор в любой точке сети определяется величиной вертикального отрезка между данной точкой и линией s – s.
При динамическом режиме, когда сетевой насос включается в работу, пьезометрический график изобразится линией K 1 A 1 B 1 C 1 C 2 B 2 K 2 для тепловой сети и линией K 1 NK 2 – для перемычки. Если за плоскость отчета напоров принять уровень О – О, то отрезок Н с будет характеризовать статический напор в тепловой сети.
При работе сетевого насоса отрезок Н п характеризует напор в нагнетательном патрубке насоса, а отрезок Н вс – напор у всасывающего патрубка насоса. Разность Н сн = Н п – Н вс соответствует напору, создаваемому сетевым насосом, который и расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений при движении теплоносителя. Отрезки DН т, DН п DН о составляют потери напора соответственно в подогревательной установке 3, подающей и обратной магистралях сети; DН 1 , DН 2 – располагаемые напоры для абонентских систем I и II.
В системах отопления, присоединяемых к тепловой сети по зависимой схеме с элеваторным смешением, располагаемые напоры (DН 1 , DН 2) расходуются в основном в водоструйных элеваторах. Потери напора в самих отопительных системах не превышают 1 – 2 м. Пренебрегая этой величиной, можно считать, что при работе сетевых насосов системы отопления и, в частности, наименее прочные их элементы – радиаторы, испытывают давление со стороны обратной магистрали. Отрезки Н р,1 и Н р,2 характеризуют напоры в радиаторах нижних этажей при динамическом режиме системы теплоснабжения; Н c,1 , Н с,2 – то же, при остановке сетевых насосов.
Следует обратить внимание, что остановка сетевого насоса по-разному влияет на изменения давлений в различных абонентских системах. Если у абонента I остановка насоса уменьшает напор в радиаторе (Н c,1 <Н p,1), то в радиаторе абонента II напор увеличивается (Н c,2 <Н p,2).
При построении пьезометрического графика нужно выполнять следующие условия:
1. Давление в непосредственно присоединяемых к сети абонентских системах не должно превышать допускаемого как при статическом, так и при динамическом режиме. Для радиаторов систем отопления максимальное избыточное давление должно быть не более 0,6 МПа, что соответствует примерно напору в 60 м.
2. Максимальный напор в подающих трубопроводах ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок.
3. Напор в подающих трубопроводах, по которым перемещается вода с температурой более 100 °С, должен быть достаточным для исключения парообразования. В связи с неравномерным нагреванием воды в отдельных трубках водогрейных котлов температуру воды в них для определения давления, обеспечивающего невскипание, следует принимать на 30 °С выше расчетной температуры сетевой воды.
4. Для предупреждения кавитации напор во всасывающем патрубке сетевого насоса должен быть не меньше 5 м.
5. В точках присоединения абонентов следует обеспечить достаточный напор для создания циркуляции воды в местных системах. При элеваторном смешении на абонентском вводе располагаемый напор должен быть, не меньше 10 – 15 м. Наличие подогревателей горячего водоснабжения при двухступенчатой схеме требует увеличения напора до 20 – 25 м.
6. Уровни пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режиме следует устанавливать с учетом возможности присоединения большинства абонентских систем по наиболее дешевым зависимым схемам. Статическое давление также не должно превышать допускаемого давления для всех элементов системы теплоснабжения. При определении статического давления возможность вскипания воды в подающих трубопроводах, как правило, можно не учитывать.
Пример построения пьезометрического графика для системы теплоснабжения (рис. 5.3) с учетом соблюдения вышеизложенных требований приведен на рис. 5.4. Сначала строится профиль местности по трассе теплопроводов. На профиле в принятом масштабе наносят высоты зданий. При построении пьезометрических графиков условно принимают, что оси трубопроводов совпадают с поверхностью земли. Такая условность вполне оправдана для подземных прокладок, когда заглубление трубопроводов не превышает 1 – 2 м. В этом случае фактические напоры в трубопроводах будут больше на величину их заглубления. Для воздушных прокладок, наоборот, напоры в трубопроводах будут меньше, и это обстоятельство следует учитывать при определении минимальных давлений, обеспечивающих невозможность вскипания воды в подающих или невозможность возникновения вакуума в обратных трубопроводах.
Статический напор (линия s – s) устанавливают из условия заполнения сетевой водой по возможности всех абонентских систем с запасом в 3 – 5 м по отношению к самому высокому абоненту. Проведем на 60 м ниже линии s – s горизонталь z – z. Тогда в зоне, расположенной между этими линиями, при статическом режиме напор не превышает 60 м и не опасен для чугунных радиаторов систем отопления.
Предельное положение пьезометрической линии для обратной магистрали при динамическом режиме (рис. 5.4, линия К 2 В 2 С 2) намечается из следующих соображений: а) максимальный пьезометрический напор не должен превышать 60 м в радиаторах нижних этажей систем отопления, присоединяемых по элеваторной схеме; б) для защиты систем отопления от опорожнения пьезометрическая линия должна быть не менее чем на 3 – 5 м выше зданий.
Действительный уклон пьезометрической линии определяется по данным гидравлического расчета. Потери напора в местной системе концевого абонента I соответствуют отрезку С 1 С 2 . Отложив от точки С 1 потери напора в подающей магистрали, проведем для этой магистрали пьезометрическую линию С 1 В 1 А 1 . Точка К 1 располагается выше точки А 1 на величину потери напора в станционной подогревательной установке.
Пьезометрическая линия подающей магистрали должна удовлетворять следующим условиям: а) максимальный напор не должен превышать допустимого для труб и подогревательных установок; б) минимальный напор не должен допускать вскипания воды.
Невозможность вскипания воды на пьезометрическом графике может быть отражена двумя способами.
По первому способу от каждой точки поверхности земли откладывают напор Н к, принимаемый по ниже приведенным данным:
Расчетная температура сетевой воды, о С 120 130 140 150 160 170 180
Максимальный напор, м 10 20 30 40 55 72 93
и проводят линию RLM, называемую линией невскипания.
Если пьезометрическая линия А 1 В 1 С 1 расположится выше линии RLM и нигде ее не пересекает, то вода в трубах кипеть не будет.
По второму способу ниже линии А 1 В 1 С 1 на величину Н к проводят линию NP. Во всех точках, расположенных ниже линии NP, кипение невозможно, так как напор в этих точках больше Н к. Только в местах пересечения линии NP с подающим трубопроводом и во всех точках, расположенных выше линии NP, при расчетных температурных условиях наступит парообразование. Второй способ наглядно иллюстрирует те уровни, до которых во избежание парообразования можно поднимать воду с расчетной температурой выше 100°С. В частности, у абонентов I и II сетевую воду из условия невскипания можно поднять только до отметок соответственно y 1 , у 2 .
Если перечисленные выше условия не могут быть выполнены для всех абонентов, то отдельные местные системы необходимо присоединять по независимой схеме.
При неровном рельефе местности, когда значительное количество потребителей теплоты выходит за границу нормального гидравлического режима, система теплоснабжения разбивается на независимые по давлению зоны.
По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график для главной магистрали и ответвления.
По известным горизонталям на генплане на график наносится профиль местности для магистрали и ответвления. На профиле в принятом масштабе наносят высоты зданий и линию статического давления на 3–5 м выше высоты зданий. Построение пьезометров подающей и обратной магистралей производится на основании полученных потерь напоров на участках (см. табл. П. 7).
Напор у наиболее удаленного потребителя принимать не менее 200 Па (20 м в. ст.). Потеря напора в подогревателях и пиковых котлах ТЭЦ принимается равной 300–400 Па (30–40 м в. ст.). На графике наносятся линия статики и линия "невскипания".
Построенный пьезометрический график должен удовлетворять следующим техническим условиям:
а) давление в местных системах отопления зданий не должно быть более 0,6 МПа (60 м в. ст.).
Если в некоторых зданиях это давление превышает 60 м, то их местные системы присоединяются по независимой схеме;
б) давление на всасе сетевых насосов должно быть не менее 5 м, во избежание кавитации насосов (вскипание горячей воды из-за низкого давления);
в) давление в обратной магистрали как в статическом, так и в динамическом (при работе сетевых насосов) режимах не должно быть ниже статической высоты зданий.
Если для некоторых зданий этого достигнуть не удается, то после системы отопления зданий необходимо установить регулятор «подпора»;
г) пьезометрическое давление в обратной магистрали должно быть не менее 5 м для предупреждения подсоса воздуха в систему;
д) давление в любой точке подающей магистрали должно быть выше давления насыщения при данной температуре теплоносителя (условие «невскипания»), т.е. пьезометр подающей магистрали должен располагаться выше линии «невскипания». Например, при температуре воды в сети 150° С подающий пьезометр должен отстоять от уровня земли на расстоянии не менее 38 м;
е) полный напор за сетевыми насосами должен быть ниже давления, допускаемого по условиям прочности трубок сетевых подогревателей типа БО - 140М и ПСВ-230М. При теплоснабжении от водогрейных котельных эта величина может доходить до 250 м.
Пьезометрические графики ответвлений необходимо построить, исходя из условия, чтобы потери напора от источника тепла до конечных потребителей главной магистрали и ответвлений были бы примерно равны. Это может потребовать некоторой корректировки полученных ранее диаметров труб ответвлений. Пьезометрический график определяет полный (отсчитанный от одного общего горизонтального уровня) или пьезометрический (отсчитанный от уровня прокладки сети трубопровода) напор, а также располагаемый напор в отдельных точках тепловой сети и абонентских систем.
Рис. 4. Пьезометрический график водяной тепловой сети
Теплофикационное оборудование ТЭЦ.
В проекте необходимо определить теплопроизводительность основных сетевых подогревателей и пиковых водогрейных котлов, необходимую производительность деаэраторов подпиточной воды и емкость баков-аккумуляторов горячей воды (для открытой системы), подобрать сетевые и подпиточные насосы.
При проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей, для учета взаимного влияния профиля района, высот присоединяемых зданий, потерь давления в тепловой сети и абонентских установках, используется график. По пьезометрическому графику легко определяется давление и располагаемый перепад давлений в любой точке тепловой сети.На основании пьезометрического графика выбирается схема присоединения абонентских установок, подбираются повысительные насосы, подпиточные насосы и автоматические устройства.
График давления разрабатывается для состояний покоя системы (гидростатический режим) и динамического режима.
Динамический режим характеризуется линией потерь напора в подающем и обратном трубопроводе, на основании гидравлического расчета сети, и определяется работой сетевых насосов.
Гидростатический режим поддерживается подпиточными насосами в период отключения сетевых насосов.
К водяным тепловым сетям присоединены абоненты, имеющие различные тепловые нагрузки. Они могут быть расположены на различных геодезических отметках и иметь различную высоту. Системы отопления абонентов могут быть рассчитаны на работу с различными температурами воды. В этих случаях необходимо заранее определять давления или напоры в любой точке тепловой сети.
Для этого строится пьезометрический график или график напоров тепловой сети, на котором в определенном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в тепловой сети; по нему легко определить напор (давление) и располагаемый напор (перепад давлений) в любой точке сети и абонентских системах.
Кроме определения напоров в любой точке сети и по пьезометрическому графику можно проверить соответствие предельных давлений в тепловой сети
| Изм. |
| Лист. |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист. |
| ВГЭТК.401Т.14.КП.46д.ПЗ |
Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Циркуляция воды в сети отсутствует. При этом подпиточные насосы должны развивать напор, обеспечивающий невскипаемость воды в тепловой сети.
Динамический режим характеризуется давлениями, возникающими в тепловой сети и в системах потребителей теплоты при работающих сетевых насосах, обеспечивающих циркуляцию воды в системе.
Пьезометрический график разрабатывается для основной магистрали теплосети и протяженных ответвлений. Он может быть построен только после выполнения гидравлического расчета трубопроводов - по рассчитанным падениям давления на участках тепловой сети.
График строится по двум осям - вертикальной и горизонтальной. На вертикальной оси откладывают напоры в любой точке сети, напоры насосов, профиль сети, высоты отопительных систем в метрах, на горизонтальной -длины участков тепловой сети.
При построении условно принимают, что ось трубопроводов и геодезические отметки установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в отопительных системах совпадает с верхней отметкой здания.
Полный напор в нагнетательном патрубке сетевого насоса соответствует
| Изм. |
| Лист. |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист. |
| ВГЭТК.401Т.14.КП.46д.ПЗ |
Напор, развиваемый сетевым насосом, соответствует вертикальному отрезку Н С =Н H -Н 0 , потери напора в теплоподготовительной установке источника теплоснабжения (в сетевых подогревателях или водогрейных котлах) соответствуют вертикальному отрезку Н Т. Таким образом, напор на подающем коллекторе источника теплоснабжения соответствует вертикальному отрезку Н ит =Н с - .
Методика построения графика:
1) Строится магистраль, условно ее отметка совпадает с отметкой земли;
2) На профиле трассы в принятом масштабе вычерчиваются высоты присоединения зданий;
3) Строится линия статического напора, из условий заполнения водой отопительных установок и создания в их верхних точках избыточного давления (запас напора 5 м выше самого высокого здания);
4) Пьезометрическое давление в обратном трубопроводе тепловой сети не должно быть меньше 5 м в. ст. во избежание образования вакуума и подсоса воздуха.
График выполняется на миллиметровке формата 297 х 420. Для построения применять следующие масштабы:
Горизонтальный – 1:1000, 1:500; вертикальный – 1см – 5м.
Определить располагаемый напор для каждой УТ (тепловой камеры):
Нрасп. = Нподающ.тр. – Нобратн.тр.
Подбор тепловой изоляции
Тепловая изоляция подвергается непосредственному воздействию наружных температур, влажности воздуха, давлению. В неблагоприятных условиях находится тепловая изоляция при подземной канальной прокладке и особенно при безканальной.
Назначение тепловой изоляции
Уменьшение потерь тепла в окружающую среду;
Получение определенной температуры на изолируемой поверхности;
Предохранение от внешней коррозии;
Тепловая изоляция применяется при всех видах прокладки тепловых сетей независимо от способа прокладки и температуры теплоносителя.
Таблица 4 – Подбор тепловой изоляции
Коэффициент линейного расширения трубных сталей, мм/м;
Длина рассматриваемого участка, м;
Максимальная температура стенки трубы, т.е. принимается равной максимальной температуры теплоносителя, ºС (
)
Максимальная температура стенки трубы, принимаемой равной расчётной температуры наружного воздуха для отопления (t 2 = t 0)
Для обеспечения правильной работы компенсаторов и самокомпенсации трубопроводы делятся неподвижными опорами на отдельные участки, независимые один от другого в отоплении теплового удлинения.
На каждом участке трубопровода, ограниченном сменными неподвижными опорами, предусматривается установка компенсатора или самокомпенсации.
При расстановке по трассе неподвижных опор нужно иметь ввиду следующие:
Неподвижные опоры устанавливаются в первую очередь в местах ответвлений трубопроводы;
При расстановке неподвижных опор (НО) на прямых участках исходят из допустимых расстояний между неподвижными опорами в зависимости от диаметра труб, типа компенсаторов и параметров теплоносителя.
Расчёт трубопроводов на компенсацию тепловых удлинений с гибкими
параметрами (П – образными) и при самокомпенсации производят на допускаемое изгибающее компенсационное напряжение труб ГОСТ 1074 – 01, которое можно принять:
Для П – образных компенсаторов, при Т ≤ 150 ºС, G доп – 11 кг/мм 2
Для расчёта участков самокомпенсации при Т ≤ 150 ºС, G доп – 8 кг/мм 2
Расчётный участок
Диаметр труб d у = 133*4
Расстояние между неподвижными опорами, м
Максимальная температура теплоносителя t = 130 ºC
Расчётная температура воздуха t 0 = - 34 ºC
Расчётная схема
Тепловое удлинение определяется по формуле:
(20)
м
ºC t 0 = - 34 ºC
Для увеличения компенсирующей способности П – образного компенсатора и компенсационных напряжений в трубопроводе следует предусматривать предварительную растяжку в размере 50% теплового удлинения.
223,696 = 111,848 мм
При спинке компенсатора равной половине высоты компенсатора т.е.
В – спинка компенсатора, м;
Н – вылет компенсатора, м
И величина (по монограмме на листах VI.9 VI.12) находим вылет компенсатора Н и силу упругой деформации.