Тепловая нагрузка абонентов не постоянна. Она изменяется в зависимости от метеорологических условий (температуры наружного воздуха, ветра инсоляции и др.), режима расхода тепла на ГВС, работы технологического оборудования и других факторов. Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, а также экономичных режимов выработки тепла на станции и транспорта его по тепловым сетям, выбирается соответствующий способ регулирования.
Ступени и способы регулирования в водяных тепловых сетях
В любой системе централизованного теплоснабжения регулирование отпуска теплоты в зависимости от изменяющейся потребности в ней присоединенных систем теплоиспользования осуществляется по меньшей мере как двухступенчатое. Первой ступенью является регулирование отпуска теплоты от теплоисточника (ТЭЦ или котельная). Такое регулирование называется центральным; им определяется график изменение температур, а иногда расходов воды в подающих трубопроводах тепловых сетей. Вместе с тем наряду с центральным необходимо регулирование отпуска теплоты из сетей в различные системы теплоиспользования присоединенных объектов. Такое регулирование называется местным и осуществляется на местных тепловых пунктах (ЦТП или ИТП). В соответствии со способами местного регулирования определяются расходы сетевой воды при ее заданной температуре в подающих трубопроводах, необходимые для отпуска количества теплоты, требуемых системами теплоиспользования при данном режиме. Суммированием таких расходов воды сначала по различным системам теплоиспользования каждого здания, а затем по группам зданий, снабжаемых теплотой через рассматриваемый участок сетей, получаются необходимые при данном режиме расходы воды в подающих трубопроводах соответствующих участков. Тот режим, при котором эти расходы оказываются максимальными в годовом разрезе, называются расчетным, а получаемые применительно к нему расходы воды по участкам являются исходными для гидравлических расчетов сетей, в частности при определении диаметров труб по участкам. В последнее время находит широкое применение индивидуальное регулирование, которое осуществляется на теплопотребляющих приборах абонентов.
Когда тепловая нагрузка однородна (например, только отопление) можно ограничиться только центральным регулированием отпуска теплоты. В большинстве случаев тепловая нагрузка в районе разнородна. В одном и том же районе и даже на одном и том же абонентском вводе к тепловой сети присоединяется разнородная тепловая нагрузка, например отопление и горячее водоснабжение; отопление, вентиляция и горячее водоснабжение и т. д. Кроме того, в крупных городах с протяженными теплосетями абоненты, расположенные на разном расстоянии от станции, из-за транспортного запаздывания теплоносителя находятся в неодинаковых условиях.
Для обеспечения высокого качества теплоснабжения следует применять комбинированное регулирование, которое должно являться рациональным сочетанием по крайней мере трех ступеней регулирования – центрального, группового или местного и индивидуального, в большинстве случаев регулирование ограничивается только двумя ступенями – центральным и групповым или местным. Эффективное регулирование может быть достигнуто только с помощью соответствующих систем автоматического регулирования (САР), а не вручную, как это имело место в начальный период развития централизованного теплоснабжения.
Центральное регулирование ведется по типовой тепловой нагрузке, характерной для большинства абонентов района. Такой нагрузкой может быть как один вид нагрузки, например отопление, так и два разных вида при определенном их количественном отношении, например отопление и горячее водоснабжение. Широкое применение нашло центральное регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, т.к. при этом возможно удовлетворять нагрузку ГВС без дополнительного увеличения или с незначительным увеличением расхода воды в сети на отопление. Снижение расчетного расхода воды в сети приводит к уменьшению диаметров трубопроводов теплосети, а, следовательно, и начальных затрат на их сооружение.
Как при групповом, так и при местном регулировании используются САР, управляющие подачей теплоты в группы однотипных теплопотребляющих установок или приборов. При таком решении значительно сокращается количество устанавливаемых авторегуляторов, однако подача теплоты производится по усредненному параметру для каждого вида тепловой нагркзк, замеряемому в одной или нескольких контрольных точках установки. При наличии в местной системе регулировки нарушается требуемый температурный режим в отдельных точках, хотя среднее значение регулируемого параметра в контрольной точке системы при этом выдерживается. Для высокого качества теплоснабжения необходима тщательная начальная регулировка абонентской установки (ИТП), обеспечивающая правильное распределение теплоносителя по отдельным приборам системы.
Основное количество теплоты в абонентских системах расходуется для нагревательных целей, поэтому тепловая нагрузка зависит в первую очередь от теплоотдачи нагревательных приборов. Несмотря на все их многообразие, теплоотдача всех нагревательных приборов может быть описана общим уравнением
Q = kF ∆ tn, (4.1)
где Q – количество теплоты, отданное нагревательным прибором за время n; ∆t – средняя разность температур, в первом приближении определяется как разность между среднеарифметическими температурами греющей и нагреваемой среды.
Как видно из (4.1), тепловая нагрузка принципиально может регулироваться путем изменения пяти параметров: коэффициента теплопередачи нагревательных приборов k , площади включенной поверхности нагрева F , температуры греющего теплоносителя на входе в прибор, расхода греющего теплоносителя, длительности работы n .
При использовании воды принципиально возможно использовать три способа центрального регулирования:
1) качественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем изменения температуры теплоносителя на входе в прибор при сохранении постоянным количества (расхода) теплоносителя, подаваемого в регулируемую установку;
2) количественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем изменении расхода теплоносителя при постоянной температуре его на входе в регулируемую установку;
3) качественно-количественный, заключающийся в регулировании отпуска теплоты путем одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя.
При автоматизации абонентских вводов основное применение в городах имеет в настоящее время центральное качественное регулирование, дополняемое на ЦТП и ИТП количественным регулированием или регулированием пропусками.
При теплоснабжении от ТЭЦ комбинированная выработка электрической энергии при центральном качественном регулировании больше, чем при других способах центрального регулирования, Центральное количественное регулирование уступает качественному в отношении стабильности теплового режима отопительных установок, присоединенных к теплосети по зависимой схеме с элеваторным смешением, без установки дополнительного смесительного насоса. Вследствие переменного расхода воды в сети, расход электроэнергии при количественном регулировании меньше, чем при качественном.
При разнородной тепловой нагрузке, когда при применении одной системы центрального регулирования в течение всего отопительного сезона невозможно сочетать требования различных абонентов, снабжаемых теплотой то единой тепловой сети, приходится изменять метод центрального регулирования на различных диапазонах отопительного сезона.
Следует иметь в виду, что понятие однородной тепловой нагрузки является идеализированным, так как даже при наличии в районе теплоснабжения только одного вида тепловой нагрузки, например отопления, сами тепловые потребители не являются идентичными по внутренним тепловыделениям, инфильтрации, инсоляции, конструктивному исполнению внутренних систем, расчетной внутренней температуре и другим факторам. Поэтому даже в условиях однородной тепловой нагрузки для создания индивидуального комфорта целесообразно независимо от центрального регулирования осуществлять дополнительно местное групповое или индивидуальное регулирование.
В качестве импульса для регулирования отопительной нагрузки на ЦТП и ИТП наиболее целесообразно использовать внутреннюю температуру отапливаемых помещений. Такая схема регулирования позволяет использовать температуру воды в подающей линии теплосети в качестве одного из маневренных параметров системы теплоснабжения.
При использовании регуляторов расхода центральное регулирование закрытых систем по совмещенной нагрузке применяют не в любом районе, а только в том случае, когда у большинства зданий района (не менее 75%) имеются установки ГВС. Как при использовании регуляторов отопления, так и при использовании регуляторов расхода режим центрального качественного регулирования по совмещенной нагрузке рассчитывается из условия постоянного расхода сетевой воды для удовлетворения суточного расхода теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение абонентов. Центральное регулирование открытых систем по совмещенной нагрузке производится обычно качественным или качественно-количественным способом при свободном располагаемом или постоянном напоре на коллекторах ТЭЦ.
При разнородной тепловой нагрузке нижним пределом температуры греющей (первичной) воды является температура, требуемая для ГВС (обычно 60 °С). Верхний её предел определяется допустимым давлением в подающей линии теплосети из условия невскипания воды.
Центральное регулирование городских районов ориентируют обычно на чисто отопительную нагрузку или же на совмещенную нагрузку отопления и горячего водоснабжения. Неравномерности суточного графика выравниваются за счет теплоаккумулирующей способности строительных конструкций зданий или же путем установки специальных водяных аккумуляторов. При разнородной тепловой нагрузке района независимо от центрального регулирования должно проводиться групповое или местное регулирование, как правило, всех видов тепловой нагрузки. При этом температура воды в подающей линии теплосети не должна снижаться ниже уровня, определяемого условиями ГВС.
Групповое или местное регулирование отопительной нагрузки может проводиться по различным импульсам: по усредненной температуре наружного воздуха за сравнительно длительный период времени (6 – 12 ч); по усредненной внутренней температуре представительных помещений; по внутренней температуре устройства, моделирующего тепловой режим зданий. Регулируемым параметром должен являться суммарный расход сетевой воды на здание или группу зданий или расход сетевой воды на отдельные виды тепловой нагрузки (отопление, вентиляция, ГВС и др.). Система группового или местного автоматического регулирования не должна допускать увеличение суммарного расхода сетевой воды выше заданного расчетного значения. Условия работы системы теплоснабжения существенно изменяются, когда местное или групповое регулирование отопительной нагрузки совсем не производится или же в узлах присоединения устанавливаются регуляторы расхода, которые по принципу работы не контролируют температурный режим отапливаемых помещений. В этом случае выбор системы центрального регулирования отпуска теплоты зависит от структуры тепловой района и гидравлической устойчивости теплосети.
Регулирование паровой тепловой нагрузки заключается в изменении температуры конденсации путем дросселирования или же в изменении времени n работы прибора, т. е. работа пропусками. Оба способа регулирования являются местными. При теплоносителе пар, уравнение (4.1) имеет вид:
Q = k F n(tк - (t1 + t2)/2), (4.2)
где tк - температура конденсации пара, °С; t1 и t2 – температуры нагреваемой среды на входе и выходе из нагревательного прибора, °С.
Режим отпуска теплоты от ТЭЦ
При удовлетворении от ТЭЦ сезонной нагрузки (отопление, вентиляция), а также сезонной нагрузки и горячего водоснабжения тепловая нагрузка теплофикационных турбин и параметры в отборе изменяются в зависимости от температуры наружного воздуха.
При понижении температуры наружного воздуха увеличивается тепловая нагрузка района. Одновременно должна повышаться температура воды в тепловой сети, а для этого необходимо увеличивать давление отработавшего пара, используемого для подогрева воды. При расчетной температуре наружного воздуха тепловая нагрузка района достигает максимума. Однако длительность стояния низких температур отопительного периода обычно невелика, поэтому максимальный отпуск теплоты имеет кратковременный характер.
Если тепловая мощность отборов турбин выбирается по максимуму тепловой нагрузки, присоединенной к ТЭЦ, то годовая длительность использования максимума тепловой мощности отборов мала, так как большую часть года они недогружаются. В то же время по условиям покрытия графика электрической нагрузки энергосистемы число часов использования максимума электрической мощности теплофикационных турбин должно составлять обычно около 5-6 тыс. ч/год, что приводит к существенному увеличению доли конденсационной выработки в годовом производстве электрической энергии на ТЭЦ. Прямым следствием такого решения является перерасход топлива в энергосистеме, поскольку удельный расход топлива на конденсационную выработку электрической энергии на ТЭЦ выше, чем на конденсационных тепловых электростанциях тех же начальных параметров. Завышение электрической мощности ТЭЦ вызывает также неоправданный перерасход капиталовложений из-за более высокой удельной стоимости ТЭЦ по сравнению с современными мощными конденсационными электростанциями.
Для уменьшения конденсационной выработки электрической энергии на ТЭЦ целесообразно максимум сезонной тепловой нагрузки (пиковая нагрузка) покрывать отработавшим паром теплофикационных турбин не полностью, а частично. Часть теплоты целесообразно отпускать непосредственно от пиковых котлов. Максимальный отпуск теплоты от ТЭЦ можно представить как сумму двух слагаемых
Qт = Qотб + Qп, (4.3)
где Qт – расчетная тепловая нагрузка ТЭЦ; Qотб – расчетная тепловая нагрузка отборов теплофикационных турбин; Qп – пиковая тепловая нагрузка, покрываемая непосредственно от котлов.
Доля расчетной тепловой нагрузки ТЭЦ, удовлетворяемая из отборов турбин, называется коэффициентом теплофикации ТЭЦ
αт = Qотб/Qт. (4.4)
Вопросы для самопроверки
1. Опишите основные ступени регулирования отпуска теплоты.
2. В чем сущность и достоинства центрального регулировании по совмещенной нагрузке ОВ и ГВС?
3. Расчет теплоотдачи нагревательных приборов теплопотребителя.
4. Приведите основные параметры регулирования тепловой нагрузки.
5. Основные способы регулирования отпуска теплоты.
6. Достоинства и недостатки центрального качественного регулирования по сравнению с количественным при теплоснабжении от ТЭЦ.
7. Особенности регулирования разнородной и однородной тепловых нагрузок.
8. По каким параметрам осуществляется групповое или местное регулирование отопительной нагрузки?
9. Особенности регулирования паровой тепловой нагрузки.
10. Основной параметр, от которого зависит тепловая нагрузка теплофикационных турбин ТЭЦ.
11. Опишите работу оборудования ТЭЦ при максимуме сезонной тепловой нагрузки.
12. Дайте определение коэффициента теплофикации ТЭЦ.
Раздел 5. ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ
РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
5.1.1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Основные задачи и исходные данные
Гидравлические расчеты трубопроводов водяных тепловых сетей являются необходимым этапом их проектирования, следующим за определением расчетных тепловых нагрузок, выбором трассы и определением расчетных расходов сетевой воды. Такие расчеты выполняются отдельно по каждому участку сетей, на протяжении которого внутренние диаметры труб и расчетные расходы сетевой воды остаются неизменными, и предназначены для решения следующих основных задач:
1) определения по заданным расчетным расходам воды внутренних диаметров труб для каждого участка сетей, причем этими диаметрами в сочетании с длинами трубопроводов и способом их прокладки в основном определяются капитальные вложения и расхода металла на сооружение сетей;
2)определения перепадов давления теплоносителя в пределах каждого участка при заданных расходах его, а также известных диаметрах и длинах труб на данном участке. Эти перепады давления являются исходными для последующего определения потребных напоров циркуляционных (сетевых) и подпиточных насосов, а в сочетании с данными о давлениях воды в сетях при неработающих сетевых насосах (статические режимы) – также для анализа гидравлических режимов сетей при работающих насосах (динамические режимы);
3) определения расходов теплоносителя на данном участке, соответствующих известным диаметрам труб и выбранным значениям перепадов давления, отнесенным к одному метру длины труб. Такие расчеты необходимы при рассмотрении аварийных режимов работы тепловых сетей, а также при разработке проектов расширения и реконструкции;
4) выяснения условий работы сети и абонентских систем и выбора схем присоединения абонентских установок к теплосети; выбора авторегуляторов для теплосети и абонентских вводов; разработки режимов эксплуатации.
Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль теплосети, указаны размещение станции и потребителей, и расчетные нагрузки.
Гидравлические расчеты водяных тепловых сетей базируются на основных положениях и закономерностей механики жидкостей применительно к движению воды в стальных трубопроводах. В этих сетях теплоноситель находится при температурах, которые в подающих трубопроводах изменяются в пределах от 60 до 150 °С (в перспективе до 200 °С), а в обратных – от 30 до 80 °С. Изменения физических параметров воды в этих интервалах температур оказывают существенное влияние на закономерности её движения, а потому должны учитываться в расчетах. Вместе с тем влияние давления на эти параметры, обусловленное в основном сжимаемостью воды, является ничтожным. В связи с этим физические параметры воды обычно приводятся применительно к давлениям, соответствующим кипению воды заданной температуры (так называемые параметры линии насыщения).
Существенное влияние на результаты гидравлических расчетов оказывают значения вязкости воды – либо динамической µв, Па·с, либо кинематической νв,м2/с, связанных между собой соотношением
νв= µв/ρв (5.1)
где ρв - плотность воды, кг/м3.
Основные расчетные зависимости
Тτечение жидкости по трубопроводам сопровождается потерями её энергии на преодоление сил трения, возникающих при соприкосновении поверхности движущейся жидкости с внутренней поверхностью труб (так называемые линейные потери). Кроме того, дополнительные потери энергии возникают в местах резкого изменения направления (повороты, изгибы) или площади сечения потока жидкости (переходы с одного диаметра труб на другой), при её прохождении через арматуру и измерительные приборы, а также при разделении одного потока на несколько потоков или их объединении в один поток. Средние скорости потока в поперечном сечении трубы связаны с количествами протекающей через это сечение жидкости за единицу времени уравнениями неразрывности потока:
V = fвн wср = 0,785 d²вн wср, (5.2) 
G = fвн wср ρ = 0,785d²внwсрρ, (5.3)
где V – объём, м3/с; G – масса жидкости, протекающей за секунду через сечение трубы площадью в свету f вн , м²; wср - средняя скорость потока, м/с, ρ - плотность жидкости, кг/м3.
Для стационарного течения вязкой жидкости при постоянстве её температуры и скорости в пределах рассматриваемого участка применение закона сохранение энергии к массе потока жидкости приводит к уравнению Бернулли:
+ Z 
g = 
+Z 
g + 
, (5.4)
или ∆pуч = p 
- p 
= p 
+ ρg( Z - Z ) , (5.5)
где p и p , Па, - давления жидкости в начальном и конечном сечениях труб в пределах участка; ρ, кг/м3 - плотность жидкости; Z и Z 
, м, - ординаты, соответствующие центрам начального и конечного сечений трубы относительно произвольной горизонтальной плоскости (геодезические отметки); g, м/с2 - ускорение силы тяжести в гравитационном поле Земли, которое в гидравлических расчетах можно принимать постоянным и равным 9,81 м/с2
Величина p соответствует перепаду давления между начальным и конечным сечениями трубы на участке, вызванному расходом энергии потока жидкости на преодоление сил трения между этим потоком и внутренней поверхностью трубопровода, а также местные потери.
Величина ∆Zуч = Z - Z , м, которая может быть либо положительной, либо отрицательной, соответствует разности между геодезическими отметками начального и конечного сечений трубы на участке. Эта величина равна нулю для горизонтально уложенных трубопроводов, а также для любых замкнутых контуров циркуляции жидкости, которые характерны для двухтрубных водяных теплосетей, обычно замыкающихся в источнике теплоснабжения. Поэтому суммарный перепад давлений по всем участкам трубопроводов, образующим такой контур, равен
∑pуч =∑p =pс.нач – pс.кон , (5.6)
В (5.7) pс.нач и pс.кон – значения давления сетевой воды в начальной и конечной точках циркуляционного контура, обычно замыкающегося в источнике теплоснабжения, причем эта разность давлений поддерживается за счет работы циркуляционных сетевых насосов.
В общем случае величина pуч состоит из двух слагаемых, соответствующих линейным и местным потерям, причем линейные потери в пределах участка из труб одного внутреннего диаметра и с одинаковыми на всем протяжении расходами воды пропорциональны длине lуч этого участка. Второе слагаемое ∆pм соответствует местным потерям энергии в пределах участка. Таким образом, имеем
∆pуч = ∆pтрlуч + ∆pм, (5.7)
Здесь ∆pтр, Па/м – удельное падение давления на трение, отнесенное к 1м длины участка.
.
Линейное падение давления. Величина удельного падения давления определяется уравнением д′Арси-Вейсбаха:
∆pтр = λтрρw²ср/2dвн, (5.8)
где λтр - безразмерный коэффициент гидравлического трения или гидравлического сопротивления.
Характеристикой режима течения жидкостей, в частности критерием перехода ламинарного течения в турбулентное, является безразмерный параметр Re (число Рейнольдса). Скорости воды в трубопроводах теплосетей при расчетном режиме обычно находятся в интервале 0,5 – 3,0 м/с. Расчеты показывают, что значения Re, меньшие 2000-2300, соответствующие ламинарному течению, практически не встречаются. При повышении числа Re и переходе ламинарного течения в турбулентное значение коэффициента λтр скачкообразно возрастает с 0,028 – 0,032 до 0,038 – 0,040. При дальнейшем росте числа Re это значение постепенно снижается и при некотором значении Re практически достигает минимального значения. При дальнейшем увеличении числа Re коэффициент гидравлического трения остается постоянным.
Особенностью турбулентного течения в трубах является влияние на значения λтр помимо числа Re шероховатости внутренней поверхности труб, возникающей в основном за счет коррозии этой поверхности. Шероховатую поверхность можно представить состоящей из элементарных выступов высотой k. В качестве первого характеристического параметра шероховатости принимают высоту выступа шероховатости, называемую абсолютной шероховатостью стенки. У большинства работающих стальных трубопроводов она составляет в зависимости от технологии изготовления труб и условий эксплуатации от 0,05 до 2,0 мм. В качестве второго характеристического параметра принимают отношение абсолютной шероховатости к радиусу трубы k/r, называемое относительной шероховатостью. Под эквивалентной относительной шероховатостью реального трубопровода понимается искусственная относительная равномерная шероховатость цилиндрической стенки, коэффициент гидравлического трения которой в области Re › Reпр такой же, как и в данном реальном трубопроводе.
Местное падение давления. Расчет местных потерь энергии при течении воды в различных элементах трубопроводов теплосетей, производится из допущения пропорциональности между этими потерями и кинетической энергией потока жидкости:
∆pм = ξмρw ² ср /2, (5.9)
где ξм - безразмерный коэффициент местного сопротивления, зависящий от характера сопротивления. Падение давления в местных сопротивлениях – это падение давления в арматуре (вентилях, задвижках, кранах и т.д.) и других элементах оборудования, не размещенных равномерно по длине трубопровода (коленах, шайбах, переходах и т.п.).
Если представить прямолинейный трубопровод, линейное падение давление на котором равно падению давления в местных сопротивлениях, то длина такого участка трубопровода называется эквивалентной длиной местных сопротивлений. Эти эквивалентные длины lэкв определяются исходя из сопоставления значений ∆pтрlэкв по формуле (5.9) и ∆pм по формуле (5.10). Отсюда
Lэкв = ξмdвн/λтр, (5.10)
Расчеты показывают, что эквивалентная длина местных сопротивлений пропорциональна сумме коэффициентов местных сопротивлений в первой степени и диаметру трубопровода в степени 1,25.
Отношение падения давления в местных сопротивлениях трубопровода к линейному падению в этом трубопроводе представляет собой долю местных потерь. Нетрудно видеть, что доля местных потерь равна отношению эквивалентной длины местных сопротивлений к длине трубопровода.
Сумма падений давления – линейного и в местных сопротивлениях – составляет суммарное падение давления.
Определение расчетных расходов воды и параметров насосов
Основным исходным значением для гидравлического расчета сети служит расчетный расход воды. При нахождении расчетного расхода целесообразно учитывать не только существующие нагрузки, но также и перспективы развития системы теплоснабжения.
Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты необходимо определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием этих расходов воды.
Расчетные расходы воды, кг/ч, определяются по формулам:
а) на отопление
Gomax = 3,6Qomax/c(t1 – t2); (5.11)
б) на вентиляцию
Gвmax = 3,6Qвmax/c(t1 – t2 (5.12)
в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:
средний –
Gгвср = 3,6Qгвср/с(tг – tх); (5.13)
максимальный –
Gгвmax = 3,6Qгвmax/c(tг – tх); (5.14)
г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:
средний, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей:
Gгвср = 3,6Qгвср/c(t1и – t3и); (5.15)
максимальный –
Gгвmax = 3,6Qгвmax/c(t1и – t3и); (5.16)
Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты определяются по формуле
G = Gоmax + Gвmax + k3Gгвср; (5.17)
где t1 – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха tо, °С; t2 – то же, в обратном трубопроводе тепловой сети, °С; t1и – температура воды трубопроводе тепловой сети в точке излома температурного графика воды, °С; t3и – температура воды после параллельно включенного водоподогревателя горячего водоснабжения в точке излома температурного графика воды, рекомендуется принимать равным 30 °С;
k3 – коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, при регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения принимается равным 0.
Одна из задач гидравлического расчета заключается в определении характеристик насосов.
Напор сетевых насосов следует определять для отопительного и летнего периодов и принимать равным сумме потерь давления в установках на источнике теплоты, в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети и в системе потребителя при суммарных расчетных расходах воды.
Подачу (производительность) сетевых насосов определяют:
а) для закрытых систем теплоснабжения в отопительный период – по суммарному расчетному расходу воды, определяемому по формуле (5.17);
б) для открытых систем в отопительный период – по той же формуле при t3 = 1,4;
в) для закрытых и открытых систем в летний период – по максимальному расходу воды на горячее водоснабжение в летний период.
Напор подпиточных насосов должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического давления и проверяться для условий работы сетевых насосов в отопительный и летний периоды.
Подачу рабочих подпиточных насосов в закрытых системах теплоснабжения принимают равной расчетному расходу воды на восполнение утечек из тепловой сети, а в открытых – равной сумме максимального расхода воды на горячее водоснабжение, определяемому по формуле (5,14), и расчетного расхода воды на восполнение утечек. Пьезометрический график
Помимо описанных выше гидравлических расчетов водяных тепловых сетей при их проектировании приходится дополнительно производить расчеты по определению значений давлений воды в различных точках сетей при разных режимах. Такие расчеты требуются для обоснованного выбора насосов, используемых для перекачки сетевой воды, - циркуляционных, подпиточных, подкачивающих, смесительных и т.п. Кроме того, значения давления воды являются исходными при разработке схем присоединения к сетям местных систем теплоиспользования. Так, при давлениях ниже атмосферного неизбежны подсосы воздуха в сети и системы через неплотности в них, что является недопустимым.
Для этих целей широко используется пьезометрический график (сокращенно пьезометр) (рис. 5.1), на котором в определенном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети; по нему легко определить напор (давление) и располагаемый напор (перепад давлений) в любой точке сети и абонентских системах.
По абсциссам этих графиков откладываются длины участков сетей от оси сетевых насосов (практически от точки выхода трубопроводов из здания теплоисточника) вплоть до характерного узла на трассе этих сетей, обычно до определяющего теплового пункта. В качестве ординат на этих графиках наносятся отметки поверхности земли по трассе сетей с привязкой к ним в случае надобности высот присоединяемых зданий, затем наносятся графики изменения напоров в подающих и обратных трубопроводах по трассе сетей. Построение графиков начинается с оценки минимально необходимого напора на всасе сетевых насосов, совпадающего с напором на нагнетании подпиточных насосов.
Разработку пьезометрического графика начинают с гидростатического режима, когда циркуляция отсутствует и система теплоснабжения заполнена водой с температурой 100 °С. На основе гидростатического режима из условия непревышения допустимого давления во всех элементах оборудования, включая абонентские установки, проверяют возможность установления общей статической зоны для всей системы теплоснабжения, т.е. возможность поддержания одного и того же полного статического напора во все системе, а также выявляют причины, препятствующие такому решению. Установление общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным. Наиболее просто эта задача решается при независимой схеме присоединения всех отопительных установок к тепловой сети, т.к. в этом случае механически слабый элемент системы – отопительные чугунные радиаторы – гидравлически изолируются от системы теплоснабжения.
Рис. 5.1. Схема и пьезометрический график двухтрубной тепловой сети
При гидравлическом расчете паровых сетей профиль паропровода можно не учитывать вследствие малой плотности пара. Падение давления на участке паропровода принимается равным разности давлений в концевых точках участка.
Правильное определение потери напора или падения давления в трубопроводах имеет первостепенное значение для выбора диаметров и организации надежного гидравлического режима сети. Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения гидравлического расчета водяной тепловой сети наметить возможный уровень статических напоров, а также линии предельно допустимых максимальных и минимальных гидродинамических напоров в системе и, ориентируясь по ним, выбрать характер пьезометрического графика из условия, чтобы при любом ожидаемом режиме работы напоры а любой точке системы теплоснабжения не выходили за допустимые пределы.
Основные требования к режиму давления водяных тепловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабжения сводятся к следующему:
1. Непревышение допустимых давлений в оборудовании источников теплоснабжения, теплосети и абонентских установок.
2. Обеспечение избыточного давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреждения кавитации (гидравлического удара) сетевых, подпиточных, смесительных насосов и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Невыполнение этого требования приводит к коррозии оборудования и нарушению циркуляции воды, В качестве минимального значения избыточного давления принимают 0,05 МПа (5 м вод. ст.).
3. Обеспечение невскипания воды при гидродинамическом режиме системы теплоснабжения, т.е. при циркуляции воды в системе. Во всех точках системы теплоснабжения должно поддерживаться давление, превышающее давление насыщенного водяного пара при температуре воды в системе.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 378.
