3. Гидравлический расчет тепловой сети

Для гидравлического расчета тепловой сети необходимо знать расчетные значения расходов теплоносителя для каждого цеха. В соответствии с рис.1, максимальный расход теплоносителя будет соответствовать температуре наружного воздуха в точке излома. При этом расчетные расходы теплоносителя, кг/с, рассчитываются по следующим формулам:

– на отопление:

(3.1)

– на вентиляцию:

(3.2)

– на ГВС:

(3.3)

где , , – расчетные расходы тепла на отопление, вентиляцию и ГВС (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 1, 2); , – температуры теплоносителя в подающем теплопроводе и после системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха на отопление t_н.о (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 5); , – температуры теплоносителя в подающем теплопроводе и после калорифера при расчетной температуре наружного воздуха на вентиляцию t_н.в (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 5); , – температуры теплоносителя в подающем теплопроводе и после подогревателя ГВС при температуре наружного воздуха в точке излома (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 5); c – теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙К).

Суммарный расчетный расход сетевой воды определяем по формуле:

. (3.4)

Проведем расчет для Складского помещения.

Из табл. 1: ,

Из табл. 2:

Из табл. 5: = 120^оС, = 70^оС, = 107,75^оС, = 49,5^оС, = 70^оС, = 30 ^оС.

Результаты расчетов для остальных цехов сведены в табл. 6.

Таблица 6 – Результаты расчета расходов сетевой воды для помещений

№ п/п	Объект	Qор, кВт	Qвр, кВт	Qгвср, кВт	Gор, кг/с	Gвр, кг/с	Gгвср, кг/с	Gр, кг/с	Gр, т/час
1	Помещение складское	160	0	0	0,76	0	0	0,76	27,36
2	Ремонтный цех	469	70	25,35	2,24	0,29	0,15	2,68	96,48
3	Насосная	65	31	0	0,31	0,13	0	0,44	15,84
4	Гальванический цех	547	2808	8,45	2,61	11,5	0,05	14,16	509,76
5	Административное здание	36	0	2	0,17	0	0,01	0,18	6,48

Расчет проводим согласно методике, изложенной в [7, стр. 159 – 164]. Для расчета используем номограмму [7, стр. 162, рис. VI.2] и [7, Приложение 17].

Перед выполнением гидравлического расчета разрабатываем расчетную схему тепловых сетей в соответствии с рис.1.

Рисунок 7 – Расчетная схема тепловой сети

На схеме проставляем номера участков (сначала по главной магистрали, а затем по ответвлениям), расходы теплоносителя (т/ч), длины участков в метрах. За главную магистраль принимаем наиболее протяженную ветвь сети от источника теплоты (ЦТП) до административного корпуса.

Расходы на отдельных участках равны сумме расходов потребителей, подключенных к участку.

Участок 1 (подключены ВЗТ, цеха 1, 2, 3, 4, ЦКБ, ЦЗЛ, диспетчерская, административный корпус, два склада, гараж, РИЦ, компрессорная, литейный цех):

G₁ = 29,41 + 71,42 + 36,53 + 33,96 + 11,84+ 13,31+ 13,91 + 1, 2 + 2,97 + 7,5 + 2,87 + + 2,09 + 0,14 + 3,24 = 230,39 т/час.

Для остальных участков расчеты аналогичны и сведены в табл. 7.

Таблица 7 – Результаты расчета расходов воды на участках сети
№ участка	G, т/ч	№ участка	G, т/ч
Главная магистраль		Ответвления
1	200,52	5	96,48
2	104,04	6	27,36
3	24,12	7	52,56
4	6,48	8	17,64

Расчет выполняем в два этапа: предварительный и окончательный

В предварительном расчете определяем:

1) Ориентировочное значение α_ср:

, (3.5)

где z – коэффициент, для водяных сетей z= 0,01 [7]; G – расход теплоносителя в начальном участке разветвленного теплопровода, т/ч.

2) Для главной магистрали задаемся располагаемым перепадом давлений ΔP_с в диапазоне 30 – 50 кПа согласно рекомендациям [1, стр. 27], при этом удельные линейные потери R_л.ср на главной магистрали не должны превышать 80 Па/м.

Рассчитываем средние удельные потери давления R_л.ср, Па, по располагаемому перепаду давлений:

(3.6)

где ΔP_с – располагаемый перепад давлений, – сумма длин участков.

Удельные потери давления для ответвлений не должны превышать 300 Па/м [7, стр. 163]. Если R_л.ср> 300 Па/м, то уменьшаем R_л.ср до величины, меньшей 300 Па/м.

3) По известным расходам теплоносителя на участках G₁, ..., G_n и известному R_л.ср с помощью таблиц или номограмм определяем диаметр труб с округлением до стандартных размеров.

В окончательном расчете уточняем гидравлические сопротивления на всех участках сети при выбранных диаметрах труб следующим образом:

1) при округлении диаметров труб до стандартных размеров по тем же таблицам или номограммам определяем фактические значения удельных потерь давления по длине R₁, …, R_n и, если необходимо, скорости теплоносителя w₁,..., w_n;

2) определяем эквивалентные длины местных сопротивлений на расчетных участках l_э1,..., l_эn согласно [7, Приложение 17];

3) вычисляем полные потери давления на участках сети, Па:

; (3.7)

4) определяем суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной магистрали, Па, которые сравниваем с располагаемым в ней перепадом давления:

. (3.8)

Расчет считается удовлетворительным, если гидравлические сопротивления не превышают располагаемый перепад давлений и отличаются от него не более чем на 10%. В этом случае расчетный расход теплоносителя будет обеспечен с ошибкой не более +3,5%. Если не удается добиться заданной величины гидравлической невязки изменением диаметров трубопроводов, то на ответвлениях устанавливаются дроссельные шайбы.

Минимальный диаметр труб независимо от величины расхода теплоносителя:

– для распределительных тепловых сетей − 40 мм;

– для ответвлений к отдельным зданиям − 25 мм.

Конечные результаты гидравлического расчета следует перевести в метры вод.ст. по формуле:

, (3.10)

где ρ – плотность воды, равная 1000 кг/м³, g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Пример расчета.

Сначала рассчитываем главную магистраль, включающую участки 1 – 4.

В качестве примера рассчитаем участок 1.

Предварительный расчет:

1. Задаемся средним удельным падением давления на главной магистрали при располагаемом перепаде давлений ΔP_с = 30000 Па согласно рекомендациям [1, стр. 27]:

R_л.ср = 171 Па/м.

2. По номограмме [7, стр. 162, рис. VI.2] и расходам G₁ – G₁₁ находим диаметры труб с округлением до стандартных. Например, для участка 1 при расходе G₁ = 200 т/ч диаметр трубопровода равен 219×6 мм, округляя до стандартного, получаем 219 мм.

Окончательный расчет:

1. По диаметру трубопровода, равному 219 мм, и расходу G₁ = 200 т/ч согласно номограмме [7, стр. 162, рис. VI.2] определяем фактическое значение удельных потерь давления R_л:

R_л= Па/м.

2. Рассчитываем эквивалентную длину участка 1 с учётом сопротивлений на компенсаторы, повороты и тройники. Принимаем эквивалентную шероховатость K_э = 0,5 мм [7].Число компенсаторов на участке, шт.:

(3.11)

где l− длина прямолинейного участка, м.

В результате расчета выясняем, что на участке 1 компенсаторов нет.

Эквивалентные длины участков трубопровода, м, определяем по формуле:

l_э=l_экn_к+ l_эоn_о+ l_этпn_тп+ l_этоn_то+l_зn_з, (3.12)

где n_к– количество компенсаторов на участке, шт.; n_о– количество отводов на участке, шт.; n_тп– количество проходов тройников на участке, шт.; n_то– количество ответвлений тройников на участке, шт.; n_з–количество задвижек на участке, шт.; l_эк, l_эо,l_этп,l_это, l_з–

эквивалентные длины местных сопротивлений: сильфонных компенсаторв, отводов, проходов, ответвлений тройников соответственно (при­ведены в [7, Приложение 17]).

На участке 1 установлен один отвод при делении потоков ответвление и одна задвижка. Значит:

l_э1 =1∙4,2+1∙3,36 = 7,56 м.

Количество компенсаторов, отводов, тройников и задвижек на каждом участке трубо­провода, а также диаметры участков трубопровода и эквивалентные длины с учётом местных сопротивлений приведены в табл. 8.

Таблица 8 – Местные сопротивления
№ участка	Кол-во П-образных компенсаторов		Кол-во отводов		Кол-во тройников					Кол-во задвижек			d × δ,мм			lэ,м
					проход		ответвление
1	2		3		4		5			6			7			8
Главная магистраль
1	0	1		0		0					1			219 × 6			7,56
2	0	0		0		0					1			159× 4,5			2,24
3	0	0		0		0					1			89× 3,5			1,28
4	0	0		0		0					1			57× 3,5			0,65
Ответвления
5	0	0		0		0					0
6	0	0		0		0					0
7	0	0		0		0					0
8	0	0		0		0					0

3. Вычисляем полные потери давления и напора на участке сети:

Результаты расчета для остальных участков приведены в табл. 9.

Таблица 9 – Результаты гидравлического расчета
№ участка	Предварительный расчет			Окончательный расчет
	G, т/ч	l, м	d × δ, мм		Rл, Па/м	lэ, м	l + lэ, м		ΔP, Па			ΔН, м			dш, мм
Главная магистраль
1	200,52	37,8	219 × 6		171	7,56	45,36		7745			0,79			–
2	104,04	58,5	159× 4,5		177	2,24	60,74		10744			1,1			–
3	24,12	48,6	89× 3,5		186	1,28	49,88		9268			0,94			–
4	6,48	9	57× 3,5		190	0,65	9,65		1834			0,19			–
Ответвления
5
6
7
8

4. Сравниваем суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной магистрали с располагаемым в ней перепадом давления:

7745+10744+9268+1834= 29591≤ 30000,

условие выполняется, при этом невязка составляет:

что меньше 10 %, следовательно, расчет считаем удовлетворительным.

Пример расчета простого ответвления (участок 15).

1. Потери располагаемого давления:

ΔP_с = ΔP₃ = 1540Па.

2. Значение α_ср:

3. Среднее удельное падение давления:

4. По и расходу G₁ = 200 т/ч с помощью номограммы определяем, что диаметр трубопровода на участке 1 равен 219×6.

5. Затем по диаметру и расходу определяем фактические линейные потери напора:

R₁₅ = 27 Па/м.

6. Определяем эквивалентную длину местных сопротивлений. На участке установлены: сильфонный компенсатор, отвод, тройник при делении потоков ответвление, задвижка. Следовательно:

l_э1 = 1∙4,2 +1∙3,36 = 7,56 м.

_{7. Потери давления и напора:}

Невязка составит:

что больше 10%. Поэтому на участке 25 необходимо установить дроссельную шайбу, чтобы компенсировать избыточный напор:

Принимаем стандартный диаметр 81 мм.

Результаты расчета для остальных ответвлений приведены в табл. 9.