I. Прачечная

1. Определяется число фактически работающих от общего числа: _Nфак  _Nобщ _{Nн р}, чел.

^где _{Nн р} ^{– рабочие, находящиеся в отпусках, больницах и т.д.;} _Nобщ ^–

общая численность работающих.

2. Определяется масса спецодежды, подлежащей стирке по весу одного комплекта:

М_общ  _Nфакqк, кг ^где q_к ^{– вес одного комплекта спецодежды.}

3. Определяется масса спецодежды, подлежащей стирке за рабочий день:

_М

n

_сут  ^Mобщк , кг/сут р.дн

^{где к – частота стирки спецодежды в месяц;} n_р.дн ^{– число рабочих дней в} месяц.

II. Столовая

^{1. Определяется численность посещающих столовую} N_ст^{, чел.} 2. По численности посещающих определяются расходы:

- на санитарно-гигиенические нужды:

7

_Nсг  _Nст.

- на приготовление горячих блюд. Количество горячих блюд принимает-

ся из расчета 4 блюда на посетителя:

_Mбл  4_Nст, бл.

- на приготовление холодных, овощных блюд из расчета одно блюдо на

посетителя:

_Mхз  _Nст, бл.

Общая масса овощей подлежащих мойке определяется из расчета 100 г

на порцию:

_Mовощ  _Mхз 0,1^{, кг}

-

 

на мытьё посуды. Количество предметов подлежащих мойке, равно числу приготовляемых блюд плюс 2 предмета (ложка, вилка):

_Мпр  42 _Nст, предметов.

III. Буфет

Расход горячей воды буфетом определяется аналогично, как и для сто-ловой по числу посетителей буфета, за вычетом расхода на приготовление пищи.

IV Душевая

Расход горячей воды на душевую промышленного предприятия ведётся по нормативным данным:

375 л горячей воды на 1 сетку, со временем расхода 45 мин (0,75 ч). Нагрузку на 1 сетку принимают от 5 до 10 чел. в зависимости от загрязнен-ности производства. Для исключения большего количества сеток в душевых следует составлять график режима работы душевой.

РАСЧЕТРАСХОДАТЕПЛА НАТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕНУЖДЫ

Расход тепла предприятием на технологические нужды можно опреде-лить по удельному расходу тепла на выработку единицы выпускаемой про-дукции по формуле

_т



Q Q q П



_ех  _тех  _{ i i} ^{, (1.8)} где q_i – удельный расход теплоты на выработку единицы продукции, кДж/т; П_i – производительность предприятия, т/ч;

_т

Q

_ех – расход теплоты, не зависящей от количества выпускаемой продук-ции, кДж/ч.

8

ГРАФИКИ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

Для организации расчётных работ всего теплового хозяйства района, го-рода, предприятия и всего хозяйства ТЭЦ необходимо рассчитать значение и характер тепловой нагрузки. Другими словами необходимо иметь графики потребления тепла во времени: сезон года, месяц, суток и т. д.

1. График потребления тепла по месяцам (рис. 3.1). Строится по средним температурам каждого месяца. Значения среднемесячных температур для г. Кемерово даны в табл. 3.1.

Таблица 1.1 Средняя температура (°С) по месяцам за отопительный период согласно СНИП 2.01.01–82

Ян-варь	Фев-раль	Мар т	Ап-рель	Ма й	Сен-тябрь	Ок-тябрь	Но-ябрь	Де-кабрь
–19,2	–17	–10,6	0	+9,2	+9,3	+1,1	–9,8	–17

Рисунок 1.1 График потребления тепла по месяцам

Круглогодичное Q_тех + Q_г.вд, как правило, не зависят от наружных темпе-ратур региона. Сезонное Q_отопл + Q_вен – в значительной степени зависят от наружных температур.

2. График часового потребления тепла в зависимости от температуры наружного воздуха (рисунок 2, а) и длительности стояния данной температу-ры в отопительный период (рисунок 2, б).

График строится в следующей последовательности:

1. Рисунок 2, а; рассчитываются тепловые нагрузки на отопление, вен-

9

тиляцию, горячее водоснабжение и технологию по формуле

Q

i

i

р

t t

^ср Q^max ^{tiвн tiн , Вт (1.1)}

iвн н

_г

i

i

де Q^ср_, Q^max _{– соответственно средние и максимальные нагрузки на отоп-}

^л

н

ение ^{и вентиляцию (табл. 1.1);} t_iвн ^{– внутренняя температура воздуха внут-ри помещения (табл. 1.1);} t_iн ^{– температура наружного воздуха принимаемая} для расчета графика; t^р – температура наружного воздуха, принимаемая для расчета максимальной тепловой нагрузки (табл. 1.1).

Расчетная нагрузка на горячее водопотребление во всем диапазоне рас-

ч

от л

Q Q

етных температур будет уменьшаться в интервале _гв  _гв (табл. 1.2). Расчетная температура на технологию не зависит от температур наруж-

ного воздуха и будет оставаться постоянной. Результаты расчета сводятся в табл. 3.2.

Таблица 1.2Расчет тепловых нагрузок в зависимости от температур наружного воздуха

Потребитель	Температура tн, С
	–39	–35	–30	–25	–20	–15	–10	–5	0	+5	+8
Отопление
Вентиляция
Гор.водопотр.
Технология
Σ

2. Рис. 1.2, б; из климатологических таблиц составляется табл. 1.3 дли-тельности стояния температур наружного воздуха в отопительный период для расчетного региона

Таблица 1.3 Длительность стояния температур

tн, °С	–39	–35	–30	–25	–20	–15	–10	–5	0	+5	+8
Z, ч	15	90	207	494	926	1584	2467	3352	4237	5055	5568

3. Построение графика

Поле графика ординатой (Q, Вт) восстанавливаемой с 0 делится на две половины t_н °С ← 0 → Z ч.

На левой половине (а) по данным табл. 1.2 строятся линии зависимости

10

нагрузок от наружной температуры.

На правой половине (б) оси абсцисс в масштабе наносятся точки стояния температур Z_i, ч, с каждой точки восстанавливаются перпендикуляры. Затем суммарные нагрузки в функции наружных температур, левая половина гра-фика ΣQ = f(t_н) по горизонтали переносятся на правую половину графика на перпендикуляр соответствующего стояния температур. Полученные точки соединяются, и получается искомый график (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 График часовой тепловой нагрузки

Анализ графика

1. Если на построенном в масштабе первой половине графика продол-жительности сезонной тепловой нагрузки построить равновесный прямо-угольник овсdо с площадью, равной площади графика, то высота его ов будет равна среднему расходу тепла за отопительный период:

г

Q

cp

од

Q

c

n

 ^c , 0

где _n0  длительность отопительного сезона, ч/год.

2. Если на этой же половине построить прямоугольник okвn с площадью равной площади графика, то основание этого прямоугольника оn будет равно длительности использования расчётной тепловой нагрузки за отопительный период

г

Q

c

Q

од n  _max ,

c

_г

c от в

де Q^max Q^max Q^max _.

11

3. График годового потребления тепла по периодам (рис. 1.3).

Этот график строят по данным табл. 3.3 и по продолжительности расчетных периодов N_пер.

- N mах холодный период - N среднеотопительный - N летний

 17 сут;  215 сут;  133 сут.

Q, МВт

Q

Q_ср

_ср

Q_лет

Всего 365 суток. N, сут

Рисунок 1.3. График годового потребления тепла по периодам

По данному графику подбирают тип и количество котлоагрегатов для котельной.

4. Информационные данные для самоконтроля при проектировании 1.Декретные температуры горячей воды для отопления:

- до 150 °С – производственные помещения, со взрывобезопасной сре-дой по пыли, газу; лестничные клетки, прачечные, рестораны, столовые, ма-газины, вокзалы;

- до 130 °С – производственные помещения, связанные с выделением невзрывоопасной органической, неядовитой пыли;

- до 115 °С – для зрелищных помещений (театры, клубы, бассейны и т.д.);

- до 105 °С – для жилых и административных зданий, гостиницы, учеб. заведения, общие лечебные заведения и т.д.;

- до 95 °С – музеев, выставок, библиотек, книгохранилищ; - до 85 °С – больницы, родильные дома.

2. Средний удельный показатель отопительного норматива:

- по России 425 кВт/(м²·год); 0,127 ГДж/мес; 0,03046 Гкал/мес; - по Кемерово, с учетом перерыва отопления в летний период 0,067

ГДж/мес; 0,0160 Гкал/мес.

3. Удельный показатель на горячее водоснабжение по Кемеровской об-ласти 0,033 ГДж/(сутчел.); 0,0078 Гкал/(сутчел.) при среднем потреблении 120 л/(сутчел.); [СНиП 2.04.0185 (прил. 3)].

4. Нормативные среднегодовые потери тепла через изоляцию трубопро-водов:

- при подземной прокладке

12

Q

пз

^с.г _{= 3,72 МВт (3,2 Гкал/ч); (3.6)} - при надземной прокладке

Q

нз

^с.г _{= 0,585 МВт (0,486 Гкал/ч); (3.7)}

- среднегодовая температура наружного воздуха t_н = –8,2 °С;

- среднегодовая температура грунта на глубине заложения сетей

t

гр

^ср = +4 °С. (3.8)

Более подробно нормы плотности теплового потока с поверхности труб в зависимости от способа прокладки даны в СНиП [17].

13

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определёнии наивыгоднейших диаметров труб по задан-ным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

Результаты гидравлического расчёта необходимы для построения пье-зометрических графиков, выбора схем абонентских вводов, подбора насос-ного оборудования, определения стоимости тепловых сетей и других целей.

Гидравлический расчёт удобно вести по методу средних удельных по-терь давления.

Для расчёта составляется общая схема тепловой сети с последующей разбивкой на расчётные участки.

Расчётным участком разветвлённой сети принято называть трубопровод, в котором расход теплоносителя не изменяется. Как правило, расчётный участок располагается между двумя соседними ответвлениями. Иногда рас-чётный участок делят на несколько, если в его пределах требуется изменить диаметр труб.

Гидравлический расчёт ведут от наиболее удалённого участка в направ-лении к главной магистрали и к теплогенератору (котельной).

При расчётах для упрощения принимают, что давление вдоль главной магистрали падает равномерно.

По величине средней удельной потери давления и известным расходам теплоносителя выбирают такие диаметры труб, при которых располагаемое циркуляционное давление будет достаточно полно использовано.

Перед гидравлическим расчётом необходимо начертить в масштабе рас-чётную схему теплосети, которая была составлена на генеральном плане объектов теплоснабжения.

На схеме (рис. 2.2) показывается местоположение котельной или начало сети, которое можно обозначить заглавной буквой, например «А» затем вы-деляют и обозначают составные ветви магистрального трубопровода, отхо-дящие от котельной или другого источника тепла.

Это может быть одна или несколько ветвей. Конец ветви обозначают со-ответствующей буквой, например «Б». Затем на схеме магистрального тру-бопровода римскими цифрами нумеруют узлы, к которым присоединяются ответвления. Нумерация узлов или место заложения теплового колодца (ТК) обычно идёт от источника тепла. На рис. 2.2 это узлы I и II. Трубопровод между узловыми точками называют участком магистральной сети. После этого арабскими цифрами нумеруют отходящие от узловых точек рабочие участки, по которым осуществляют теплоснабжение расчётных абонентов. На рис. 2.1 это 1, 2, 3. У каждого абонента устанавливают «флажок» на кото-ром указывается потребление горячей воды (G, т/ч), требуемый напор (H,

14

т



C

/ч), длина участка (L, м) определяемая на генеральном плане. Расход горя-чей воды определяют по расчётной тепловой мощности (табл. 2.1 и 2.2) и по ^{температурам теплоносителя из выражения} G  ^Q (t^t^)^{, кг/с. Получен-}

p

ные данные заносятся в таблицу гидравлического расчёта (табл. 2.2). Гидравлический расчёт начинают от наиболее удалённого участка в

направление к источнику тепла. На рис. 2.2 это участок 1. Расчёт выполняют в два этапа.

В предварительном расчёте определяют:

1) ориентировочное значение доли потерь давления в местных сопро-тивлениях;

2

п

) значение средней удельной потери давления R _ср вдоль главной ма-гистрали рекомендуется принимать до 80 Па/м. Для отдельных участков – по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м

Перепад давления у абонента ∆Р_аб это разность давлений теплоносите-ля между подающим Р_под и обратным Р_обр трубопроводами и (см. схему). Ве-личина этого перепада обуславливается сопротивлением теплопотребителя замыкающего участковую систему теплосистемы. Это может быть обогрева-тельные приборы системы отопления, калориферы системы вентиляции и др.

Рис. 4.1. Схема определения перепада давлений у потребителя

Величина перепада давлений задаётся техническим заданием или рас-считывается при непосредственном расчёте конечных потребителей отопле-ния, вентиляции или принимается по СНиП.

В общем случае располагаемый перепад давлений обосновывается тех-нико-экономическими расчётами.

3

п

. По номограмме по заданным R _ср , Па/м; σ, т/ч, определяют диаметры труб с округлением до стандартных размеров [9].

В окончательном расчёте уточняются гидравлические сопротивления на всех участках сети при выбранных стандартных диаметрах труб. Определяют суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной ма-гистрали, которые сравнивают с располагаемым в ней перепадом давления. Расхождения не должно превышать 10 %. В этом случае расчетный расход теплоносителя будет обеспечен с ошибкой не более +3,5 %.

15

к

Диаметры распределительных трубопроводов принимают не менее 50 мм, а ответвлений – не менее 25 мм.

Недоиспользованное давление в ответвлениях узла рекомендуется по-гашать установкой искусственно созданным сопротивлением в виде дрос-сельных шайб, которые выбирают по номограммам и таблицам (рис. 2.10 и табл. 2.3) или регуляторами давления (табл. 2.5) [9] или по каталогам.

Предпочтение следует отдавать регуляторам давления, поскольку дрос-сельные шайбы относительно быстро «зарастают» отложениями в связи, с чем требуются дополнительные эксплуатационные затраты. Шайбы и регу-ляторы давления устанавливают на трубопроводах ответвлений для каждого потребителя.

Пример 1

Определить диаметры теплопроводов водяной сети, длины участков ко-торой и расчетные расходы воды приведены на схеме, если на участках через 80–100 м установлены сальниковые компенсаторы, располагаемый перепад давлений для всех абонентов одинаков и равен ∆Р_С = 0,084 МПа.

Кот.

Рисунок 2.2. Расчетная схема водяной тепловой сети

1. Определяем ориентировочное значение доли потерь давления в мест-ных сопротивлениях на участках по суммарному расходу из котельной:

G_к = G₁ + G₂ + G₃ ∙ G_к = 100 + 200 + 250 = 550 т/ч;

_ср = z G _ср = 0,01 550 = 0,234,

где z – коэффициент, для водяных сетей z = 0,01, для паровых 0,1; G_к – расход теплоносителя по участку, т/ч.

(2.1)

z = 0,05 

2. Находим среднее удельное линейное падение давления по общей длине магистрали (участки К–I; I–II):

Σl = 500 + 400 = 900 м.

16



Р

с



n

Rлср  1 _ср_l , 1

где ∆Р_С – заданный располагаемый перепад давлений по всей сети.

0

  75,6

Па/м.

R

,08410^{6 лср} 10,235900

(2.2)

(2.3)

П



олученный результат не превышает допустимой величины R_лср = 80 Па/м.

3. По величине R_лср и расходам G₁, G₂, C₃ по монограмме (рис. 2.2) находим диаметры труб для расчетных участков.

ПРИМЕЧАНИЕ. Расчетный диаметр трубы, получаемый по номограмме следует округлять в большую сторону, до стандартного диаметра по ГОСТ [9]. Для окончательного выбранного диаметра по этой же номограмме опре-деляется расчетное значение R_лср и окончательно рассчитываются общие потери на участке.

Участок II–1

1. По R_лср = 75,6 Па/м и G = 100 т/ч по номограмме определяем, что данный участок должен быть выполнен трубопроводом d = 194×5 мм. Требу-емый диаметр совпадает со стандартным. Окончательно принимаем трубу d = 194 × 5 мм для которой остается R_лср = 75,6 Па/м, а W = 1,09 м/с.

2. Определяем эквивалентную длину местных сопротивлений на участ-ке. Это пять сальниковых компенсаторов и одна задвижка. По табл. 4.1 вы-бираем эквивалентные длины сальникового компенсатора и задвижки для трубы d = 194×5 мм и с внутренней шероховатостью К = 0,5 мм.

ℓ_эк компенсатора = 2,1 м; ℓ_эк задвижки = 2,9 м; Эквивалентная длина местных сопротивлений составит: ℓ_эк = 2,1 ∙ 5+2,9 ∙ 1 = 13,4 м;

Полная длина участкового трубопровода:

ℓ = ℓ+ℓ_эк = 600 + 13,4 = 613,4 м

3. Общие потери давления на участке:

∆ Р_II-1 = 75,6 ∙ 613,4 = 46373 Па или

∆ H_II-1 = ∆Р/ gρ = 46373 / 9,81∙995 = 4,75 м вд. ст. Потери в узле II будут равны потерям на участке II-1

17

∆ H_II-I = 4,75 м вд. ст.

В изложенной последовательности рассчитывают все остальные участ-ки.

Участок II–2

По номограмме ближайший диаметр по ГОСТ d = 273×7 мм для трубо-провода при расчетном расходе G = 200 т/ч, удельные сопротивления соста-вят R_лср = 55 Па/м, W = 1,13 м/с.

Эквивалентная длина состоит из трех сальниковых компенсаторов через 80 м и одной задвижки.

ℓ_эк = 3,3 ∙ 3 + 3,3 ∙ 1 = 13,2 м; Общая длина участка:

ℓ = 260 + 13,2 = 273,2 м Падение давления на участке:

∆Р_II-2 = 55 ∙ 273,2 = 15026, Па или

∆H_II-2= 15026 / 9,81∙995 = 1,56 м вд. ст.

Разность сопротивления между ∆H_II-I и ∆H_II-2 составляющую 4,75–1,56 = 3,19 м необходимо выровнять на участке II–2 установкой дрос-сельной шайбы или регулятором давления. Диаметр дроссельной шайбы

d

H

_д 10^{4 G}2 _{, мм}

2

200

d_д 10⁴ _3,17 106_{, мм}

В участковом трубопроводе d = 273 мм устанавливаем дроссельную шайбу d_ш = 106 мм или регулятор давления, например, типа РД.

Регулятор давления выбирают по диаметру трубы 273 мм, расходу теп-лоносителя – 200 т/ч и перепаду выравниваемых давлений 0,015 МПа.

Предпочтение следует отдавать регуляторам давления.

Магистральный участок II-I.

По участку II–I будет проходить расход G_II-I = G₁+G₂,

G_II-I = 100 + 200 = 300 т/ч.

На этот расход выбираем диаметр трубы предварительно при R_лср =

75,6 Па/м. По номограмме требуется d = 290 мм. Ближайший стандартный диаметр d_тр = 325 мм. На этом диаметре при расходе 300 т/ч средние удель-ные линейные потери составят 48 Па/м. Скорость потока W = 1,2 м/с.

Эквивалентная длина состоит из трех сальниковых компенсаторов и од-ной задвижки.

18

ℓ_эк = 3,3 ∙ 3 + 3,3 ∙ 1= 13,2 м. Общая длина:

ℓ = 400 + 13,2 = 413,2 м. Общие потери на участке II–I

∆Р = 413,2 ∙ 48 = 19833 Па ∆H_II-1 = 2,02 мм вд. ст.

Потери в узле I

∆H_I = ∆H_II + ∆H_I-II, ∆H_I = 4,75 + 2,02 = 6,77м.

Участок I–3

Расход 250 т/ч, диаметр трубы 273×7 м, удельные потери 75,6 Па/м, ско-рость 1,34 м, эквивалентная длина 3,3 м, общая длина 323,3 м, общие потери 2,5 м. Поскольку сопротивление в узле 6,77 м недоиспользованный напор 6,77 – 2,5 = 4,27 м следует погасить шайбой или регулятором давления. Шай-ба

2

250

d_ш 10⁴ _4,27 107 _мм.

Участок I–К (А) Общий расход

G_к = G₁ + G₃, G_к = 300 + 250 = 550 т/ч.

Труба d = 377 × 10 м, скорость потока 1,6 м/с, удельное сопротивление 75,6 Па/м, эквивалентная длина на четыре сальниковых компенсатора

ℓ_эк = 3,3 ∙ 4= 13,2 м. Общая длина:

ℓ_общ=500 +13,2 = 513,2 м; ∆Р_I-К = 513,2 ∙ 75,6 = 38797 кПа;

∆H_I-К = 3,9 м вд. ст.

Общие потери по длине магистрального трубопровода составят ∆H_К = ∆H_I + ∆H_I-К,

∆H_К = 6,77 + 3,9 = 10,67 м. Результаты расчетов сводим в табл. 4.2.

По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график.

19

Рисунок 2.3. Номограмма для расчета трубопроводов водяных тепловых сетей (kэ = 0,5 мм,  = 958,4 кг/м):

20

Таблица 2.1Эквивалентные длины местных сопротивлений

Наименование местных сопро- тивлений	Эс-киз	КЭ, мм	Эквивалентные длины, м, при наружных диаметрах труб, мм
			57	76	89	108	133	159	194	219	273	325	377	426
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Задвижка		0,5 0,2	0,65 0,88	1 1,33	1,29 1,67	1,65 2,12	2,2 2,32	2,24 2,76	2,9 3,66	3,36 4,2	3,33 4,2	4,27 5,2	4,3 6,3	4,4 7,36
Вентиль с пря-мым шпинделем		0,5 0,2	8,4 11,4	9,6 12,5	10,2 13,3	13,5 17,4	18,5 23,8	24,6 30,4	33,4 42	39,5 49,3	 	 	 	 
Компенсатор сальниковый односторонний		0,5 0,2	 	 	 	0,66 0,85	0,88 1,13	1,68 2,07	2,17 2,74	2,52 3,15	3,33 4,2	4,17 5,2	5 6,3	10 12,5
Отводы круто-изогнутые R=(1,52) DН		0,5 0,2	0,65 0,88	1 1,33	1,28 1,67	1,65 2,12	2,25 2,82	2,8 3,45	3,62 4,6	4,2 5,25	5,55 7	325 8,7	8,4 10,5	10 12,5
Компенсаторы П-образные с отводами круто-изогнутыми R=(1,52)DН		0,5 0,2	5,2 0,1	6,8 10,5	7,9 12,9	9,8 14,9	12,5 19,4	15,4 21,2	19 27,2	23,4 30,4	28 40	34 46,2	40 55	47 64,2

21

Продолжение таблицы 2.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Тройники при слиянии потоков		0,5 0,2 0,2	2,62 2,64 3,52	4 4 5,32	5,1 5 6,66	6,6 6,36 8,5	8,6 8,5 11,3	11,2 10,4 13,8	14,5 13,7 18,3	16,8 15,8 21	22,2 21 28	27,8 26,1 34,8	33,6 21,4 41,8	40 37,3 49,8
Ответвление
Проход
Ответвление
Тройники при делении потоков		0,5 0,5	1,3 1,96	2 3	2,55 3,82	3,3 4,95	4,4 6,6	5,6 8,4	7,24 10,9	8,4 12,6	11,1 16,7	13,9 20,8	16,8 25,2	20 30
Проход
Ответвление
Проход		0,2 0,2	1,76 2,64	2,66 4	3,83 5	4,24 6,36	5,65 8,5	6,9 10,4	9,15 13,7	10,5 15,8	14 21	17,4 26,1	20,9 31,4	24,9
Ответвление														37,3

22

Таблица 2.2 Гидравлический расчет теплосети

№ узла			II					I						К (А)
№ участка отходящего от узла			II – I		II – 2		узел II		II – I		I – 3		узел I			I – К		К
Предварительный	G, т /ч	100		200		300		300		250		550			550		550
	l, м	600		260		–		400		320		–			500		–
	dS, мм	194×5		260×7				290×7		273× 7					377× 10
	R, Па/м	75,6		75,6				75,6		75,6					75,6
	W, м/с	1,09		1,3				1,4		1,34					1,6
Окончательный	d×S, мм	194×5		273×7				325×8		273× 7					377× 10
	W, м/с	1,09		1,18		–		1,2		1,34		–			1,6		–
	Rлср , Па/м	75,6		56				48		75,6					75,6
	lэ, м	13,4		13,2				13,2		3,3					13,2
	lэ+l, м	613,4		273,2				413,2		323,3					513,2
	∆P, кПа	46,37		15		46,4		19,83		24,4		66,2			38,8		105,0
	∆H, м	4,75		1,56		4,75		2,02		2,5		6,77			3,9		10,67
				Шай-ба Ø 106 мм						Шай ба Ø 107 мм

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ГРАФИКИ

Движение теплоносителя в трубопроводах осуществляется за счет разно-сти давлений в разных точках системы.

Система теплоснабжения может находиться в динамическом или в ста-тическом режимах. Динамический режим характеризуется разностью давле-ния по пути движения теплоносителя. При статическом режиме заполненная система находится в состоянии готовности к работе под давлением, но без движения теплоносителя в системе.

График давлений, или пьезометрический график, показывает располага-емое давление (разность давлений в подающем и обратном трубопроводах) теплоносителя в любой точке системы теплоснабжения, что необходимо для решения ряда важнейших вопросов при проектировании, строительстве, наладке и эксплуатации всех элементов системы.

Пьезометрические графики разрабатываются для зимних и летних рас-четных условий. Проектирование открытых систем теплоснабжения связано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопительно-го 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 теплоснабже-ния пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствующие из-быточному давлению, измеряемому обычными манометрами с последующим переводом результатов измерения в метрах вд. ст.

По пьезометрическому графику решаются такие вопросы как:

1) проверка правильности выбора диаметров тепловых сетей, определен-ных ранее сделанным гидравлическим расчетом трубопроводов;

2) выявление необходимости сооружения насосных станций для повы-шения давления в трубопроводах водяных тепловых сетей и коденсатопрово-дов в паровых системах теплоснабжения;

3) определение давлений при разных режимах работы и этапах развития системы, что необходимо для выбора сетевых и подпиточных насосов;

4) определение давлений в системе конденсатопроводов, что необходимо для выбора насосов перекачки конденсата;

5) выявление располагаемого давления на вводе у каждого потребителя при различных режимах работы;

6) выявление минимальных и максимальных давлений в подающем и об-ратном трубопроводах для выбора схемы теплоснабжения (зависимой или независимой), проверки условий “невскипания” воды и образования пара в системе.

Каждому теплоносителю и каждой системе теплоснабжения соответ-ствует свой особый график давлений, поэтому для водяных, паровых и кон-денсатных сетей строятся отдельные, свойственные им графики.

Рассмотрим пьезометрический график упрощенной системы теплоснаб-жения (рис. 2.4). Циркуляция воды в замкнутой сети осуществляется насосом 24

1. Расширительный бак 4, уровень воды в котором поддерживается постоян-ным, присоединен к обводной линии 2 циркуляционного насоса 1. и опреде-ляет статический напор. В реальных условиях вместо расширительного бака обычно устанавливают подпиточный насос. Если сетевой насос не работает, то напоры статические во всех точках системы теплоснабжения определяют-ся уровнем воды в расширительном баке или давлением подпиточного насо-са. При таком статическом состоянии системы теплоснабжения пьезометри-ческий график представляет собой горизонтальную линию SS, проведенную на уровне поверхности воды в расширительном баке.

При динамическом режиме, когда сетевой насос включается в работу, пьезометрический график изобразится линией К₁А₁В₁С₁С₂В₂К₂ для тепло-

вой сети и линией K₁NK₂ – для перемычки. Если за плоскость отсчета напоров принять уровень ОО, то отрезок Н_c будет характеризовать стати-ческий напор в тепловой сети.

I

H_p1

I I

Рисунок 2.4. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети с зависимыми схемами присоединения систем отопления: 1 – сетевой насос; 2 – перемычка сетевого насоса; 3 – станционный водонагреватель; 4 – рас-ширительный бак

При работе сетевого насоса отрезок Н_П характеризует напор в нагнета-

25

тельном 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 сопротив-лений при движении теплоносителя. Отрезки Н_Т, Н_П, Н_О составляют по-тери напора соответственно в подогревательной установке 3, подающей и обратной магистралях сети; Н_Р1, Н_Р2 – располагаемые напоры для абонент-ских систем I и II.

В системах отопления, присоединяемых к тепловой сети по открытой схеме с элеваторным смешением, располагаемые напоры (H₁, H₂) расхо-дуются в основном в водоструйных элеваторах. Потери напора в самих ото-пительных системах не превышают 1–2 м. Пренебрегая этой величиной, можно считать, что при работе сетевых насосов системы отопления и, в част-ности, наименее прочные их элементы – радиаторы испытывают давление со стороны обратной магистрали. Отрезки Н_Р1 и Н_Р2 характеризуют напоры в радиаторах нижних этажей при динамическом режиме системы теплоснаб-жения; Н_С1, Н_С2 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 (H_С1 < H_Р1), то в радиаторе абонента II напор увеличивается (H_С2 > H_Р2).

Для построения графика давлений должна быть предварительно разра-ботана тепловая карта, составлен план магистральных тепловых сетей и про-ведены соответствующие гидравлические расчеты сетей.

Построение графика давления водяных тепловых сетей, показанного на рис.2.5, выполняется обычно в следующем порядке.

1. На координатную сетку в соответствующем масштабе наносят про-филь поверхности земли по трассе тепловой сети на участке от источника тепла до наиболее отдаленного потребителя. Для построения профиля земной поверхности пользуются абсолютными геодезическими отметками.

2. На графике отмечают начальные и конечные точки каждого участка тепловой сети согласно данным расчетной схемы сети и в соответствующие колонки графика вписывают номер и длину расчетного участка.

3. В соответствующие колонки по данным сводной таблицы гидравличе-ского расчета сети записывают условные диаметры трубопроводов, скорость, удельные потери, расходы, потери давления (напора на участке).

4. Вычерчивают линии давления теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах в динамическом и статическом режимах системы.

26

Абсолютные отмет-ки поверхности земли, м
Номер расчетного участка или камеры	1	2	3	4	5	6	7
Расход, т/ч
Длина участка L, м	600	514	728	557	814	471	600
Условный диаметр труб Dу, мм	500	400	300		250		200
Скорость, м/с	1,8
Удельные потери напора на участке, м вд. ст./м	0,052	0,045	0,077	0,034	0,043	0,023	0,026

Рисунок 2.5 График давлений в водяных тепловых сетях

А

п.н

Б – линия давления в обратном трубопроводе в условиях динамиче-ского режима со значениями давления по отношению к уровню пола источ-ника тепла, МПа; БВ – располагаемое давление на вводе теплового пункта наиболее отдаленного потребителя тепла, МПа; ВГ – линия давления в по-дающем трубопроводе в условиях динамического режима со значениями давления по отношению к уровню пола источника тепла, МПа; ДГ – потери давления в источнике тепла, МПа; ЕЖ – линия давления в условиях стати-ческого режима, т. е. при работе подпиточных насосов и отключении сете-вых насосов, МПа; Р_с.н – (ДА) – разность давлении, создаваемая сетевыми насосами, МПа; Р_с – (ГА) – суммарные потери давления в наружных теп-ловых сетях, тепловом пункте и в местных системах потребителей тепла, _МПа; р^с.р _{– (ЕО) – давление в системе создаваемое подпиточными насоса-}

27

_м

п.н

и _{в условиях статического режима, МПа;} р^д.р _{– (АО) – то же в условиях}

динамического режима, МПа.

Построение обычно начинают с нанесения линии давлений динамиче-ского режима системы теплоснабжения АБВГД и затем наносят линию дав-ления статического режима системы ЕЖ. Линии давления строят следующим образом:

1. Наносят точку А линии давления динамического режима, соответ-ствующую давлению теплоносителя в обратном трубопроводе у стены ис-точника тепла. Точку А выбирают так, чтобы давление в обратном трубопро-воде было минимально допустимым, т. е. 0,2–0,3 МПа (20–30 м вод. ст.) над полом источника тепла. Это является достаточным для преодоления падения давления на тракте обратного трубопровода к всасу сетевых насосов источ-ника тепла, а также обеспечивает необходимое давление расположенным по-близости 5–9-этажным домам и препятствует образованию вакуума в элемен-тах местных систем, расположенных в верхних этажах и на чердаках зданий.

2. По данным гидравлического расчета сети по участкам в масштабе графика наносят линию давления в обратном трубопроводе АБ. Линия АБ строится по сечениям участков. Давления в рассматриваемом сечении рас-считывается как сумма давления в начальном сечении участка и потерь дав-ления на участке.

Например:

– сечение 1 Р₁ = Р_А + Р_А-1 = 0,3 + 0,052 = 0,352 МПа; (4.8) – сечение 2 Р₂ = Р₁ + Р_1-2 = 0,352 + 0,045 = 0,397 МПа. (4.9)

и т. д. до конечного сечения Б:

Р_Б = Р₆ + Р_6-7 = 0,574 + 0,026 = 0,6 МПа. (4.10)

В конечных точках каждого участка сети записывают значение вычис-ленного давления по отношению к отметке пола источника тепла. После по-строения линии АБ проверяют ее соответствие требованиям всех потребите-лей тепла по трассе данной магистрали.

Так, линия АБ, согласно СНиП, должна проходить не менее чем на 5 м. над перекрытиями верхнего этажа всех обеспечиваемых теплом зданий райо-на. Здания, для которых не удается осуществить это условие, следует присо-единять к системе по независимой схеме или применять регуляторы давления “до себя”. Для удобства проверки выполнения этого требования на графике указывают наиболее характерные здания и высоту их расположения.

Далее необходимо, чтобы линия АБ находилась не выше 60 м над по-верхностью земли. Это требование вызвано тем обстоятельством, что обыч-ные чугунные радиаторы и другие нагревательные приборы изготовляются на рабочее давление, не превышающее 0,6 МПа (60 м вд. ст.). Здания, для ко-торых данное условие невыполнимо, следует также присоединять по незави-симой схеме. Если линия АБ не удовлетворяет обоим указанным требовани-ям, ее положение изменяют, принимая соответствующее давление в точке А поднимая или опуская ее в зависимости от конкретных условий городского рельефа, высоты застройки и т. п. В некоторых случаях требуется сделать

28

линию АБ более пологой или более крутой. Для этого надо увеличить или со-ответственно уменьшить диаметры трубопроводов и заново произвести гид-равлический расчет тепловых сетей.

3. После построения, проверки и исправления линии АБ наносят на гра-фик давлений отрезок ВБ, изображающий потери давления Р в ТП и мест-ных системах самой отдаленной группы тепловых потребителей. Предпола-гая, что эти системы присоединены по зависимой схеме и в ТП установлены элеваторы, регуляторы расхода типа РР и аппаратура учета расходуемого тепла, потери давления, изображенные отрезком графика ВБ, составят 0,25 МПа (25 м вд. ст.). Отсюда следует, что потери давления, возникающие в си-стемах наиболее отдаленных потребителей тепла, в значительной степени определяют общее давление во всей системе теплоснабжения, как это видно из рис. 4.5. Поэтому всегда желательно максимальное снижение потерь дав-ления в районах, наиболее отдаленных от источников тепла потребителей. При этом можно получить значительный экономический эффект путем при-соединения отдельных групп потребителей тепла к районным тепловым се-тям по независимой схеме, а также применением аппаратуры учета тепла, имеющей малые потери давления.

4. Затем на график по данным гидравлического расчета сети наносят ли-нию давления в подающем трубопроводе ВГ. Линия давления ВГ имеет направление от наиболее отдаленного потребителя (точка В) к источнику тепла (точка Г). При построении графика давлений для закрытых схем тепло-снабжения линия давления подающего трубопровода ВГ в динамическом ре-жиме имеет вид зеркального изображения линии давлений в обратном трубо-проводе АБ. На графике давлений для открытой схемы теплоснабжения ли-ния давлении в обратном трубопроводе более полога, чем в подающем. Это объясняется тем, что в обратном трубопроводе протекает меньше теплоноси-теля и, следовательно, потери давления при одинаковых диаметрах труб бу-дут меньше. На линии ВГ записывают давления в конечных точках всех рас-четных участков сети, которые определяются по отношению к геодезической отметке пола источника тепла. Затем проверяют соответствие линии давле-ний ВГ следующему обязательному условию: во всех высоко расположенных точках района теплоснабжения, обеспечиваемых теплоносителем горячей во-дой с наивысшей температурой, давление должно быть выше, давления па-рообразования при данной температуре (табл. 4.2). Если линия ВГ показыва-ет давление ниже необходимого, то в целях предотвращения вскипания теп-лоносителя линию ВГ следует поднять выше. Если это не удается, то для по-требителей тепла, не удовлетворенных давлением в подающем трубопроводе, следует понизить температуру теплоносителя в местных системах или присо-единить их по независимой схеме.

Иногда в зависимости от рельефа поверхности земли города и других обстоятельств на основе технико-экономических соображений принимается решение о преломлении линий АБ к ВГ с сооружением в местах перелома насосной станции для повышения давления в сети (рис. 2.6, а и б).

29

Таблица условий “невскипания” воды по давлению

t, ºС	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190	200
Р, МПа	0,1	0,1 4	0,2	0,2 7	0,36	0,47	0,6	0,8	1,0	1,25	1,56
Н, м	10	14	20	27	36	47	60	80	100	125	156

5. Составление графика давлений заканчивается нанесением на него от-резка ГД, изображающего потери давления в источнике тепла. Потери давле-ния, возникающие в тракте водогрейных котлов, в пароводяных подогревате-лях, приборах учета тепла и системе трубопроводов источника, составляют 0,2–0,45 МПа (20–45 м вд. ст.). Как правило, потери давления в источни-ке тепла значительны по сравнению с потерями в системе теплоснабжения в целом, поэтому необходимо стремиться к их снижению.

Р



исунок 2.6 Некоторые типы графиков давлений в водяных тепловых сетях: а – с расположением подкачивающей насосной станции на обратном трубопроводе в сечении Б – А; б – с расположением подкачивающей насос-ной станции на подающем трубопроводе в сечении Г – В . Остальные обо-значения см. на рис 2.4.

После построения графика давлений при динамическом режиме работы тепловой сети на график наносят горизонтальную линию статического дав-ления ЕЖ. Статическое давление устанавливается в системе теплоснабжения, если по какой-либо причине перестают работать сетевые насосы. Заданное статистическое давление в сети могут поддерживать постоянно действующие подпиточные насосы. По отношению к линии статического давления суще-ствуют те же требования, что к линии давления в обратном трубопроводе при динамическом режиме сети:

1. Линия должна проходить не менее чем на 5 м выше перекрытия верх-него этажа зданий, стоящих на самой высокой отметке района присоединен-ных по зависимой схеме, с тем, чтобы их местные системы всегда были за-полнены водой, и в них не подсасывался воздух.

2. Линия должна находиться на высоте, не превышающей 60 м над по-лом первого этажа зданий, расположенных на самых низких отметках райо-на.

30

При невозможности обеспечения всего района централизованного теп-лоснабжения одной единой линией статического давления выбирают две или несколько горизонталей статического давления на разных отметках, каждая в отдельности из которых обеспечивает работоспособность, и надежность си-стемы своей обособленной части района (рис. 2.6, а).

Из графика давлений можно определить:

1) необходимую разность давлений, создаваемую при работе сетевых насосов, измеряемую ординатой ДА–ДГ:

р_с.н = 1,4 – 0,2 = 1,20 МПа (120 м вд. ст.); (2.4) 2) располагаемое давление в любой точке системы теплоснабжения. Для

примера располагаемое давление у стены источника тепла измеряется отрез-ком ординаты ГА:

р_р = 1,20 – 0,3 = 0,90 МПа (90 м вд. ст.); (2.5) 3) необходимое давление, создаваемое подпиточными насосами в усло-

виях статического режима системы теплоснабжения, измеряемое ординатой ЕО:



п.н

р^с.р _{= 0,5 – 0 = 0,5 МПа (50 м вд. ст.); (2.6)}

4) необходимое давление, создаваемое подпиточными насосами в усло-виях динамического режима работы системы теплоснабжения измеряемое ординатой АО:



п.н

р^д.р _{= 0,3 – 0 = 0,3 МПа (30 м вд. ст.). (2.7)}

Подпиточные насосы следует выбирать для создания давления, превы-шающего по меньшей мере на 0,05 МПа (5 м вд. ст.) давление, определяемое по графику давлений (рис. 4.5). Таким образом, обеспечивается некоторый запас давления и создается компенсация потерь давления в насосной уста-новке.

Графики давлений (пьезометрические) для паровых сетей несколько от-личаются от графиков давлений в водяных сетях, однако построение их зна-чительно проще [3, 5].

Для анализа.

Допустимое давление в стальных трубопроводах и арматуре в большин-стве случаев составляет 1,6–2,0 МПа или 160–200 м пьезометрического напо-ра, отсчитываемого от геодезической отметки.

Для водогрейных котлов допустимое давление составляет 2,5 МПа – 250 м.

Для водяных подогревателей допустимое давление составляет 1,0 МПа – 100 м.

Для пароводяных – 1,4 МПа – 140 м.

Минимальное избыточное давление должно быть не меньше 0,05 МПа – 5 м.

Пьезометрическая линия обратного трубопровода должна располагаться выше верхней точки самого высокого здания не менее чем на 5 м.

Если пьезометрические давления в сети не обеспечивают все требования

31

необходимо сделать гидравлический перерасчет всей системы с заменой диаметров трубопроводов, или решать вопрос установкой промежуточных насосных станций обосновывая технико-экономическим сравнением.

ПРИМЕР АНАЛИЗА ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА

На рис. 2.7. представлен пьезометрический график для двухтрубной теп-ловой сети. Отметим, что давление в подающем трубопроводе достаточно и гарантирует в нем невскипание воды, так как линия NP не пересекается с по-верхностью земли. Однако эта линия пересекает абоненты 3 и 6 на отметках у₃ и y₆. Значит, водонагреватели и калориферы, работающие на сетевой воде, не могут располагаться выше указанных отметок.

С другой стороны, напор в подающей магистрали по отношению ко всем абонентам не превышает 100 м, и поэтому неопасен для местных водо-подогревателей горячего водоснабжения. Калориферы, допускающие давле-ние до 0,8 МПа, можно устанавливать в нижних этажах всех зданий, кроме здании 1 и 4, для которых напоры в подающем теплопроводе больше 80 м. У абонента 4, например, Н = 100 м, поэтому во избежание «раздавливания» ка-лориферов приточные вентиляционные камеры могут быть установлены не ниже отметки +20 м.

Такова общая характеристика гидравлического режима рассматриваемой тепловой сети.

Проанализируем условия работы систем отопления каждого из абонен-тов и выберем схему присоединения к тепловой сети.

Абонент 1 находится в статической зоне непосредственного присоеди-нения (между линиями SS и zz). При работе сетевых насосов напор в об-ратной магистрали не более 60 м, т. е. неопасен для радиаторов отопления. Опорожнение системы отопления невозможно ни при статическом, ни при динамическом режимах.

Располагаемый на вводе циркуляционный напор H₁ достаточен для ра-боты элеватора H_э и преодоления гидравлических сопротивлений системы отопления. Поэтому здесь возможна наиболее дешевая и распространенная зависимая схема присоединения с элеваторным смешением. На рис. 4.8, а приведены принципиальная схема ввода и пьезометрический график, из ко-торого видно, что максимальный напор в местной системе отопления (после элеватора) незначительно превышает напор в обратной магистрали наружной сети.

Абонент 2. При статическом режиме давление в тепловой сети доста-точно для защиты системы отопления от опорожнения и не превышает 0,6 МПа, т. е. неопасно для радиаторов.

32

Рисунок 2.7. Пьезометрический график тепловой сети района

Однако при динамическом режиме система отопления будет опорож-няться через обратный трубопровод, так как его пьезометрическая линия проходит ниже верха здания. Поэтому здесь возможна зависимая схема с элеваторным смешением, но с установкой на обратном трубопроводе регуля-тора давления “до себя”, который автоматически создает в точке В подпор, исключающий опорожнение системы отопления (рис. 2.7, б). В результате располагаемый для системы отопления напор уменьшится на величину под-пора Н_п и будет равен Н'₂, а давление в радиаторах повысится.

Абонент 3 находится в тех же условиях, что и абонент 2. Однако при остановке сетевых насосов система отопления будет опорожняться как через подающий, так и через обратный трубопроводы.

Здесь следует установить обратный клапан на подающем трубопроводе и регулятор давления на обратном (рис. 2.8, в). Регулятор настраивается на давление, исключающее опорожнение системы отопления. Когда давление в обратной магистрали наружной сети становится меньше давления настройки, регулятор отключает систему отопления от наружной сети. Система отопле-

33

ния защищается от опорожнения через подающий трубопровод с помощью обратного клапана. Независимая схема допустима и обеспечит более надеж-ную работу. Однако она будет дороже и по капитальным затратам (дополни-тельно требуются водонагреватели, циркуляционные насосы, расширитель-ный бак) и по эксплуатационным расходам (требуется электроэнергия для работы насосов).

Абонент 4 может быть присоединен только по независимой схеме (рис. 4.8, г), так как при статическом и динамическом режимах в тепловой сети отопительные приборы нижнего этажа данного здания находятся под напо-ром более 60 м.

Абонент 5 хотя и расположен в статической зоне непосредственного присоединения, но должен быть присоединен по независимой схеме (рис. 4.8, г), так как при динамическом режиме напор в обратной магистрали превыша-ет допустимые 60 м.

Абонент 6 находится в тех же условиях, что и абонент 1. Однако распо-лагаемый на вводе напор Н₆ < 10 м недостаточен для работы водоструйного элеватора. Для подмешивания воды из обратной магистрали требуется уста-новка насоса (рис. 4.8, д). При

веденные примеры не исчерпывают все возможные варианты присоединения систем отопления к тепловым сетям, но они наглядно свидетельствуют о важности построения пьезометрических графиков для выбора схем абонент-ских вводов.

Рисунок 2.8 Принципиальные схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям

34

РАСЧЕТ И ПОДБОР ДРОССЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Избыток напора в ответвлении дросселируют диафрагмами или регуля-торами давления согласно гидравлическому режиму.

Предпочтение следует отдавать регуляторам давления.

Величина дросселируемого напора определяется разностью между рас-полагаемым напором перед системой теплопотребления или отдельным теп-лоприемником и потерей напора в системе теплопотребления или теплопри-емнике.

Диаметр дроссельной диафрагмы при его отношении к внутреннему диаметру трубы менее 0,2 определяют по номограмме или по формуле

_d

2

G

_д 10⁴ _H ^,

где G – расчетный расход воды через диафрагму, т/ч; H – напор, гасимый диафрагмой, м. Для ускорения можно рассчитывать по номограмме рис. 3.1.

Таблица 3.1 Размеры дроссельной диафрагмы для установки во фланцы

Условный диа-метр трубы, мм	Наружный диа-метр диафрагмы, мм	Длина хвосто-вика l, мм	Толщина диафрагмы, мм
20	61	50	2–3
25	71	60	2–3
32	84	60	2–3
40	92	65	2–3
50	107	75	2–3
70	127	75	2–3
80	142	75	2–3
100	162	90	2–3
125	192	90	3–4
150	217	90	3–4
200	272	100	3–4

Во избежание засорения дроссельные диафрагмы должны иметь диаметр отверстия не менее 2,5 мм. Если по расчету он получился меньше, то уста-навливают последовательно две диафрагмы. Расстояние между ними в этом случае должно быть не менее 10 диаметров трубопровода.

35

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДОВ

Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспе-чения допустимой температуры изолируемой поверхности.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей при-меняется при всех способах прокладки независимо от температуры теплоно-сителя.

Транспортные потери тепла зависят от конструкции тепловой изоляции и способов прокладки теплопроводов.

Термические сопротивления и удельные тепловые потери относят обыч-но к 1 м длины теплопровода.

Эффективность применения того или иного вида изоляции следует оце-нивать по критическому диаметру, определяемому из выражения:

_d



кр _ 2_{из  d}тр _, н

где d_кр – критический диаметр изоляции; λ – коэффициент теплопроводно-сти изоляционного материала, Вт/(мС); d_тp – диаметр неизолированного

трубопровода; _н – коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изо-ляции в окружающую среду, Вт/(м²С).

^{Значение} _н ^{для цилиндрических поверхностей определяют по при-}ближенным формулам:

- в закрытых помещениях с температурой на поверхности изоляции t_пов  150 С

_н 10,30,052(t_пов t_o)^{, Вт/(м2·С)} - для объектов на открытом воздухе

_н ^{11,67 W , Вт/(м2·С)}

где _to – температура окружающей среды, С; W – скорость движения возду-ха, м/с. При отсутствии данных принимают W = 10 м/с.

При эффективно выбранной изоляции d_кр должно быть меньше d_тp Основной задачей теплового расчета теплопроводов всех видов прокла-

док является выбор конструкции тепловой изоляции, обеспечивающей раци-ональный минимум тепловых потерь и допустимое падение температуры теплоносителя.

При выборе толщины изоляции теплопроводов следует учитывать тре-бования со стороны производственного процесса, включая охрану труда и нормативные тепловые потери, установленные для данного производства с помощью технико-экономических расчетов.

К производственным требованиям относится, например, обеспечение за-данной температуры в паропроводе по его длине при транспортировке пере-

36

гретого пара отдельным абонентам.

Влияет также на выбор толщины изоляции необходимость поддержания по условиям техники безопасности температуры поверхности изоляции теп-лопроводов, проложенных в рабочих помещениях или в проходных каналах, не выше 40–50 С. Величина нормативных допустимых потерь тепла дана в прил. 3 п. 4 и [17].

По указанным выше требованиям определяется минимально необходи-мая толщина изоляции.

Следует учитывать, что увеличение толщины изоляции ведет, с одной стороны, к экономии средств путем снижения тепловых потерь, с другой сто-роны – к росту капиталовложений на сооружение изоляции.

Оптимальная толщина изоляции соответствует минимальным годовым приведенным затратам.

На результат технико-экономического расчёта могут влиять косвенные затраты, зависящие от толщины изоляции. К ним относятся: капитальные за-траты на выработку теплоты, теряющейся в окружающей среде; затраты на опорные конструкции теплопроводов; затраты на земляные работы и строи-тельные сооружения при подземных прокладках и др. Однако влияние этих затрат обычно незначительно.

Э

г u u

Q Q

ффективность теплоизоляции можно оценивать по коэффициенту S_из  ^{Q Q} ^1Q  0,850,95_,

г г

^г

Q

де Q_г ^, _u ^{– теплопотери голой и изолированной труб.}

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА Пример 1

Определить потерю тепла неизолированной трубы на открытом воздухе при наружной температуре _tн = +5 C и скорости ветра W = 2 м/с. Темпера-_{тура теплоносителя в трубе} t_{т = 150 С. Диаметр трубы dт = 216 мм, длина l} = 50 м.

1. Коэффициент среду:

Решение.

теплоотдачи от поверхности трубы в окружающую

_н ^{11,67 W;}

_x 11,67 2  21,5 Вт/(м²·ºС).

2. Для неизолированной трубы потери тепла в окружающую среду со-ставят:

Q = 2  r_m L _H (t_H – _to)

Q = 2 ^. 3,14 ^. 0,108 ^. 50 ^. 21,5^. (150 – 5) = 105,7 кВт

37

или 2,1 кВт/м.

Как видно, недопустимо большие потери.

Пример 2

Определить толщину изоляции паропровода с наружным диаметром d_тр = 0,273 м, проложенного на эстакаде. Среднегодовая температура окру-

жающей среды _to= 0 ºC, температура пара t_т = 200 С. Тепловая изоляция выполняется из минераловатных прошивных матов с обкладками.

Решение.

Для средней температуры изоляции _tиз = 100 С теплопроводность ми-

нераловатной изоляции составляет _λиз = 0,064 Вт/(мС). Нормативные теп-_{лопотери для паропровода составляют} q _{= 162 Вт/м. Полное термическое}

с

и

и

опротивление изолированного паропровода, рассчитанное по формуле R _з  (t_н t_о)/q^{, равно}R _з  (2000)/162 1,23 ^{мС/ Вт.}

По нормам предельная толщина изоляции составляет _из ^{= 0,18 м, отсюда диаметр изолированного трубопровода составит} d_из ⁼

0,273 + 2  0,18 = 0,633 м. Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоля-ции при скорости ветра W = 10 м/с определим по формуле

Проверяем условиях:

_αн 11,67 10 33,7, Вт/(м²·С).

пригодность минеральной ваты для изоляции в данных

d

α

_кр  ^{2λиз ;} н

d

33,7

_кр  ^20,064  0,00379 ^м,

т. к. d_кр = 0,00379  d_тр = 0,273, изоляция пригодна для рассматриваемого трубопровода.

Термическое сопротивление теплоотдачи от наружной поверхности изо-ляции в окружающую среду определим по формуле

^R

1

н

^ d_из _н ^.

^R

1

н

^ 3,140,63333,7 ^{ 0,015 м· С/Вт.}

Из формулы термического сопротивления цилиндрического слоя изоля-

ции:

R

и и н

2πλ d

_з  (R _з  R )  ¹ ln ^{dтр 2δиз} из тр

38

^п

р

ри d_тр 2δ_из  d_из ^.

Найдём расчётный диаметр изоляции:

l

р

и н

n (d_из /d_тр)  2πλ_из(R _з  R )^,

р

d

из

ln _0,273  23,140,064(1,230,015)  0,488,

откуда получаем

d

из

^р 0,273е^0,488 0,444_.

П

н

ри этой толщине изоляции термическое сопротивление R^р составит

^R

1

н

р ^ 3,140,44433,7 ^{ 0,0213 м. С/Вт,}

Продолжение прил. 5

а



толщина изоляции при этом

l

d

из

n _0,273  23,140,064(1,230,0213)  0,486^,

d

и



^_з  е^0,486 0,273, ^{соответственно} d_из  0,444 ^м.

П

р

олученное значение совпадает со значением толщины изоляции d_из. Следовательно, к монтажу принимаем изоляцию толщиной

_из ^{= 0,085 м, меньше допустимой} _из ^{= 0,18 м.}

Т

р

емпературу на поверхности изоляции при d_из = 0,444 м определим по формуле

t

и н н

t 

;

пов

н н

_т /(R _з  R^р)t_о / R^р 1/(R_изR^р)1/ R^р

2

C.

t   3,5

00/(1,230,0213)0/0,0213 ^пов 1/(1,230,0213) 1/0,0213

Температура на поверхности изоляции не превышает допустимой вели-чины.

Пример 3

О

1

пределить удельные потери тепла подающего и обратного трубопрово-дов диаметров d  d₂  0,273 м, проложенных бесканально (рис. 5.1) в ма-ловлажных суглинистых грунтах на глубине h = 1,5 м с расстоянием между осями труб по типовому проекту b = 0,65 м. Температура в подающем тру-

39

б

1

опроводе  = 150 С, в обратном ₂ = 70 С. Толщина изоляции на подаю-^{щем трубопроводе} _из ^{= 0,14 м, на обратном –} _из  0,05 ^{м. Коэффициент теплопроводности изоляции} λ_из  0,12 ^{Вт/(мС). Температура грунта на глубине заложения труб} t_o  5 ^{C, для этих условий коэффициент тепло-}проводности грунта λ_г 1,75 Вт/(мС).

x

yy

u

h

y

R

R

2 _u1

^R

t

г 0

₂ ^₁

2 ^b

1

Рисунок 3.1. Расчетная схема бесканального двухтрубного теплопровода

Решение

П

1 h

о соотношению глубины заглубления h и диаметра трубопровода d термическое сопротивление грунта определяется по формуле

R

г

г

 _2 ln 4_{d .}

Дополнительное условное термическое сопротивление с учетом влияния соседнего трубопровода определим по формуле

_R

1

д

 

 

b

_{оп } 2г _{ln 1}^2h² _;

R

1

д

 

0,65

 

_оп  _{23,141,75}ln 1^{21,5}2  0,141 м·ºС/Вт.

П

1  1 h

олные термические сопротивления подающего и обратного трубопро-водов находят по формуле

R

p и г

т г

 R _з  R  _2из ln ^dт _d^2из  _2 ln 4_dт _{ 2}из _.

40

г

 ln

г

;

 ln

Продолжение прил. 5

Для подающего трубопровода:

1

R  ln  ln 4 1,154

м·ºС/Вт.

0,27320,14 1 1,5 ¹ 23,140,12 0,273 23,141,75 0,553

Для обратного трубопровода:

^R

1 0,373 1 1,5

^{2 } 23,140,12^ln 0,273^ 23,141,75^ln40,373 ^{0,667 м ºС/Вт.} Удельные тепловые потери подающего и обратного трубопроводов

определим по формулам

(

1 2 д

q 

;

1

2

R R R

 t_о)R (₂ t_о)R _{оп 1 2}  _доп

(

1 1 д

q 

;

2

2

R R R

₂t_о)R ( t_о)R _{оп 1 2}  _доп

(

q  116,8

Вт/м;

2

1505)0,667(705)0,141 ¹ 1,1540,6670,141

(

q   72,8

Вт/м.

2

705)1,154(1505)0,141 ² 1,1540,6670,141

Температуру грунта в точке A при х = 0,8 м и у = 0,9 м определяем по формуле

t

q

1

_А t_о  _2 ln

x² (y  h)² q₂ x² (y h)^{2 2}

(x b)² (y  h)² (x b)² (y h)²

^t

116,8

^{А 5} 23,141,75^ln

0,8² (0,91,5)²

0,8² (0,91,5)²



72,8

23,141,75

(0,80,65)² (0,91,5)²

(0,80,65)² (0,91,5)²

33 ºС.

Для анализа.

Температуры на поверхности теплоизоляции труб и объектов, исклю-чающих опасность ожогов обслуживающего персонала:

- в обслуживаемой зоне помещений и содержания вещества температу-рой: >100 С – 45 С;  100 С – 35 С.

41

- на открытом воздухе в рабочей для обслуживания зоне при металли-ческом покровном слое – 55 С; для прочих видов – 60 С.

При расчете теплоизоляции температуру окружающей среды прини-мают в зависимости от местонахождения трубопроводов:

- в помещении – 20 С;

- на открытом воздухе – среднюю температуру наиболее холодной пя-тидневки.

Температура на поверхности теплоизоляции трубопроводов за преде-лами обслуживаемой зоны не должна превышать температурных

пределов применения материалов покровного слоя, но не выше 75 С, и должна соответствовать тепловому балансу потоков тепла:

- теплопроводностью через слой изоляции за счет разницы температур t_вн – t_пов;

- конвективностью за счет разности температур t_пов – t_нар: _из(t_вн – t_пов) =  _из(t_пов – t_нар),

_из(t_вн – t_пов) – теплопроводность;  _из(t_пов – t_нар) – конвекция.

ПРАКТИЧЕСКОНЕ ЗАНЯТИЕ № 4