1. Система теплоснабжения

Система теплоснабжения это совокупность устройств, конструкций и сооружений,обеспечивающих: 1) приготовление теплоносителя; 2) транспортировку теплоносителя и 3)распределение теплоносителя по потребителям в требуемых количествах и с требуемыми параметрами.

Теплоноситель – жидкое или газообразное вещество, применяемое для передачи тепловой энергии.

В качестве теплоносителя в системах теплоснабжения используются пар или горячаявода.

1) Приготовление теплоносителя осуществляется в источнике теплоты.

2) Для транспортирования тепловой энергии (теплоносителя в виде воды или пара) к потребителям служат специальные трубопроводы – тепловые сети.

3) Существует четыре категории потребителей в системах теплоснабжения. В качестве потребителей в системе теплоснабжения выступают такие внутренние санитарно-технические системы, как система отопления (СО), система вентиляции и кондиционирования воздуха (ВиК), система горячего водоснабжения (ГВС). К четвертой категории потребителей относится

технологическое оборудование промышленных предприятий, потребляющее тепловую энергию в виде воды или пара технологичес.нужды (т.н.).

2.Классификация и схемы систем теплоснабжения

1.1.1 В зависимости от количества обслуживаемых зданий различают централизованные и децентрализованные системы теплоснабжения (местные, автономные системы теплоснабжения).

Система централизованного теплоснабжения (СЦТ) это система, состоящая из одного или нескольких источников теплоты, тепловых сетей (независимо от диаметра, числа и протяженности наружных теплопроводов) и потребителей теплоты. Централизованную систему теплоснабжения большой мощности характеризует наличие разветвленных тепловых сетей большой протяженности – до 20 и более км. (иногда до 40 км.). Децентрализованные (автономные) системы теплоснабжения обслуживают одно здание

или его часть. При автономном теплоснабжении отсутствуют тепловые сети.

1.1.2 По виду теплоносителя различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

В водяных системах в качестве теплоносителя используется высокотемпературная вода.

Параметры теплоносителя в водяных тепловых сетях: в подающем трубопроводе – 1=150С (130, 110, 115, 95), в обратном трубопроводе – 2=70С; давление – выше атмосферного. Величина давления воды в тепловой сети зависти от температуры воды. Для обеспечения невскипания высокотемпературной воды при 1=150С необходимо создавать избыточное давление в тепловой сети не менее P=3,693,7 атм. изб. (т.е. напор – не менее 38,2 м.вод.ст.)

.В паровых системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используется пар. Температура пара находится в пределах 194-550С в зависимости от конструкции котельного агрегата и давления пара. Давление пара находится в пределах P=0,7-1,6 МПа (может достигать до 28 МПа в ТЭЦ при t=550С). Водяные системы наиболее распространены и применяются в основном для теплоснабжения сезонных потребителей (систем отопления и вентиляции и кондиционирования) и горячего водоснабжения, а в некоторых случаях и для технологических процессов. Паровые системы устраиваются преимущественно на промышленных предприятиях, где пар используется для технологических процессов. По обратному трубопроводу в паровой системе теплоснабжения возвращается конденсат. Пар, отдавая теплоту потребителю, охлаждается

1.1.3 По количеству трубопроводов, транспортирующих теплоноситель, различают одно-, двух, и многотрубные системы теплоснабжения.

Однотрубные системы применяют в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно в источник теплоты не возвращается. В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается в ис- точник теплоты, где он подогревается и восполняется.

Двухтрубные системы состоят из подающего и обратного трубопроводов (Т1 и Т2). Многотрубные (3-х и 4-хтрубные) системы устраивают при необходимости выделения отдельных видов тепловой нагрузки.

1.1.4 Различают открытые и закрытые системы теплоснабжения.

В открытых системах теплоснабжения теплоноситель отбирается из тепловых сетей, т.е. теплоноситель не возвращается в источник теплоты, либо возвращается частично.

Закрытая система теплоснабжения это система, в которой теплоноситель полностью возвращается в источник теплоты (за исключением утечек).

1.1.5 По способу отпуска и распределения теплоносителя различают одно- и мно-гоступенчатые системы теплоснабжения.

В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители теплоты присоединены непосредственно к тепловым сетям (рис. 1.5). В многоступенчатых системах (рис.1.6) между источником теплоты и потребителями размещают центральные тепловые пункты (ЦТП), в которых подготавливается вода для ГВС,

3.Источники теплоты,классификация.Структурная схема теплоснабжения от водогрельной котельной.Теплофикация

Источниками теплоты при централизованном теплоснабжении могут быть:

1) ТЭЦ, осуществляющие комбинированную выработку электрической и тепловой энергии; котельные установки;

2) (КУ) большой мощности, вырабатывающие только тепловую энергию;

3) устройства для утилизации тепловых отходов промышленности;

4) установки для использования теплоты геотермальных источников.

В системах децентрализованного теплоснабжения источниками теплоты служат:

5) печи, 6) водогрейные котлы, 7) водонагреватели (в том числе солнечные) и т. п.

1. В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные установки подразделяют на: а) отопительные, вырабатывающие теплоту для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения; б) производственно-отопительные – для покрытия нагрузок на отопления, вентиляцию, горячее водоснабжение и для технологические нужды; в) производственные – вырабатываю теплоту для технологических целей.

2. В зависимости от типа котлов КУ подразделяют на водогрейные, паровые и комбинированные (смешанные).

Структурная схема теплоснабжения от водогрейной котельной показана на рис. 1.7.

I - система ГВС; II - система отопления; III - система вентиляции; 1 - водогрейный котел; 2 - рециркуляционный насос; 3 - сетевой насос; 4 - грязевик; 5 - регулятор подпитки; 6 - подпиточный насос; 7 - установка химводоочистки.Циркулирующая при помощи сетевых насосов 3 сетевая вода поступает в водогрейные котлы, нагревается и вновь направляется в тепловую сеть к потребителям теплоты. Для

восполнения утечек насосом 6 через регулятор подпитки 5 в сеть добавляется подпиточная вода из ХВС проходя предварительно через установку химводоочистки 7 (ХВО), и деаэратор (на рисунке не показан). Деаэратор – устройство для удаления из теплоносителя коррозионно-активных газов (кислорода и углекислого газа). Для повышения температуры воды, поступающей в котлы (до значений выше точки

росы с целью предотвращения сернистой коррозии поверхностей нагрева котла), применяют

рециркуляционный насос 2, подающий горячую воду из линии после котлов в линию перед котлами.

Теплофикация – централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

Схемы ТЭЦ, обеспечивающих комбинированную выработку теплоты и электроэнергии, зависят от типа теплофикационных турбин и принятой системы теплоснабжения.

Рис. 1.8 Структурная схема теплофикации

1 - паровой котел; 2 - турбина; 3 - генератор переменного тока; 4 - водонагреватель; 5 - пиковая котельная;

6 - задвижка; 7 - регулятор подпитки; 8 - грязевик; 9 - сетевой насос; 10 - подпиточный насос; 11, 13 - конденсатные

насосы; 12 - конденсатор турбины; 14 - регенеративный подогреватель; 15 - установка химводоочистки

4.Тепловые сети,классификация и способы прокладки.

Тепловая сеть – один из наиболее дорогостоящих и трудоемких элементов систем централизованного теплоснабжения. Она представляет собой совокупность трубопроводов, состоящих из соединенных междусобой сваркой стальных труб, покрытых тепловой изоляцией и гидроизоляцией, компенсаторов тепловых удлинений, запорной и регулирующей арматуры, опор трубопроводов, устройств для дренажа и спуска воздуха из системы. В состав тепловых сетей включают следующие здания и сооружения: насосные станции, тепловые пункты, тепловые камеры, каналы для подземной прокладки трубопроводов.

1) По количеству трубопроводов, параллельно проложенных для одного абонента

(здания) различают однотрубные, двухтрубные и многотрубные (трех-, четырехтрубные)

2) По виду транспортируемого теплоносителя тепловые сети разделяют на водяные и паровые.

3) По назначению тепловые сети подразделяются на магистральные, распределительные, квартальные и ответвления от магистральных и распределительных тепловых сетей к отдельным зданиям и сооружениям.

- магистральные тепловые сети: Тепловые сети (со всеми сопутствующими конструкциями и сооружениями), транспортирующие горячую воду, пар, конденсат водяного пара, от выходной запорной арматуры (исключая ее) источника теплоты до первой запорной арма-туры (включая ее) в тепловых пунктах;

- распределительные тепловые сети: Тепловые сети от тепловых пунктов до зданий, сооружений, в том числе от ЦТП до ИТП;

- квартальные тепловые сети: Распределительные тепловые сети внутри кварталов городской застройки (называются по территориальному признаку);

-ответвление: Участок тепловой сети, непосредственно присоединяющий тепловой пункт к магистральным тепловым сетям или отдельное здание и сооружение к распределительным тепловым сетям.

4) По конфигурации тепловые сети могут быть кольцевыми и тупиковыми (радиальными).

Радиальные сети сооружают с постепенным уменьшением диаметров трубопроводов в направлениях от источника теплоты до конечных участков. Такие сети наиболее просты и экономичны по начальным затратам. Основной недостаток тупиковых тепловых сетей – отсутствие резервирования.

1 - магистральный трубопровод тупиковой сети; 2 – тепловые потребители (тепловые вводы зданий);

3 – перемычки; 4 – районная котельная; 5 - секционирующие камеры; 6 - кольцевая магистраль;

7 – центральный тепловой пункт; 8 – промышленные предприятия.

Рис. 1.9 Схемы тепловых сетей:

а – радиальная

б – кольцевая тепловая сеть с тремя источниками теплоснабжения

Тепловые сети могут быть кольцевыми и тупиковыми, резервированными и нерезервированными. Радиус действия водяных тепловых сетей в крупных городах достигает 15–20 км.

5) По способу прокладки тепловые сети подразделяются на наземные, надземные иподземные. При наземной прокладке трубопроводы прокладываются на низких опорах, при надземной – на высоких опорах, например, при переходе теплотрассы через препятствие – автомобильную дорогу, овраг, ручей и т.п. Наземная и надземная прокладки тепловых сетей используются на территории промышленных предприятий или при невозможности осуществления подземной прокладки – высоком уровне грунтовых вод, скальных породах и т.

Надземная прокладка осуществляется на отдельно стоящих стойках (опорах), эстакадах и подвесных конструкциях На территории промышленных предприятий межцеховые коммуникации иногда прокладывают на кронштейнах, заделанных в стены зданий.

Преобладающим способом прокладки трубопроводов тепловых сетей в населенных пунктах является подземная прокладка. При обосновании допускается надземная прокладка тепловых сетей, кроме территорий детских и лечебных учреждений. Существует несколько видов подземной прокладки тепловой сети:

а) бесканальная прокладка – трубы в защитных оболочках укладываются прямо на грунт;

б) канальная в непроходных каналах; (бывают прямоугольного сечения, сводчатые и цилиндрические.

Их сооружают из унифицированных железобетонных блоков заводского изготовления)

в) канальная в полупроходных каналах; (Полупроходные каналы используются в основном при прокладке тепловых сетей под проездами с интенсивным движением транспорта, под железнодорожными путями и в других местах, где вскрытие каналов для ремонта может быть затруднено, а также при пересечении)

г) канальная в полнопроходных каналах (коллекторах, тоннелях Полнопроходной канал это протяженное подземное сооружение с высотой прохода в свету 1,8 м, и шириной прохода между изолированными трубопроводами равный Дн+100 мм, но).

5.Сооружения тепловых сетей(ЦТП,насосные станции,тепловые камеры)

К сооружениям тепловой сети относятся следующие здания и сооружения: насосные станции, тепловые пункты, тепловые камеры, каналы для подземной прокладки трубопроводов,компенсаторные ниши для устройства П-образных компенсаторов при подземной прокладке теплопроводов, вытяжные и приточные шахты подземных тоннелей, смотровые колодцы.

1.5.1 Центральные тепловые пункты и насосные станции -Центральный тепловой пункт (ЦТП) это отдельно стоящее или пристроенное здание, предназначенное для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок двух и более зданий.

В ЦТП предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляются следующиефункции:

- преобразование вида теплоносителя или его параметров;

- контроль параметров теплоносителя;

- учет тепловых нагрузок, расходов теплоносителя и конденсата;

- регулирование расхода теплоносителя и распределение по системам потребления

Минимальные расстояния от отдельно стоящих наземных ЦТП до наружных стен жилых и общественных зданий должны быть не менее 25 м. В особо стесненных условиях допускается уменьшение расстояния до 15 м при условии обеспечения снижения шума до допустимого по санитарным нормам уровня.

Насосная станция - комплекс сооружений и устройств, предназначенных для изменения параметров теплоносителя. Чаще всего используется для обеспечения гидравлического режима в водяных СЦТ (т.е. преобразования давления в т.с. – повышение или понижение).

Тепловая камера - сооружение на тепловой сети, проложенной подземно, для размещения и обслуживания оборудования, измерительных приборов, арматуры, дренажных устройств, конструкций трубопроводов .

Тепловые камеры устраиваются преимущественно в местах ответвлений тепловой трассы, а также в местах установки оборудования, требующего регулярного обслуживания. Камеры выполняют из кирпича, сборных плит, объемных элементов или из монолитного железобетона. В местах ответвления тепловых сетей к небольшим зданиям тепловые камеры могут быть выполнены в виде смотровых колодцев из круглых, сборных железобетонных колец

6.Трубопроводы,конструкции и устройства

К конструктивным элементам тепловой сети относят: трубопроводы, соединения труб, футляры, тепловая изоляция, гидроизоляция, компенсаторы тепловых удлинений, запорная и регулирующая арматура, опоры трубопроводов, устройства для дренажа и спуска воздуха из системы.

Трубопроводы тепловых сетей следует изготовлять из стальных электросварных трубили бесшовных стальных труб. Трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) допускается применять для тепловых сетей при температуре воды до 150 °С и давлениидо 1,6 МПа включительно. Для трубопроводов паровых сетей при рабочем давлении пара P≤0,07МПа и водяных сетей при рабочих параметрах ≤115 °С, P≤1,6 МПа допускается применять неметаллические трубы, если качество и характеристики этих труб удовлетворяют санитарным требов.

Арматура трубопроводов тепловых сетей по функциональному назначению бывает:

1) Запорная – арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей среды с

определенной герметичностью (кран, вентиль, задвижка), В том числе:

-Спускная (дренажная) арматура – запорная арматура, предназначенная для сброса рабочей среды из емкостей (резервуаров), систем трубопроводов.

- Контрольная арматура – арматура, предназначенная для управления поступлением рабочей среды в контрольно-измерительную аппаратуру, приборы.

2) Регулирующая – арматура, предназначенная для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения расхода

3)Защитная (отключающая, отсечная) арматура – арматура, предназначенная для защиты оборудования и трубопроводов от аварийного изменения параметров среды путем отключения обслуживаемой линии или участка.

4) Предохранительная арматура – арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды

5) Распределительно-смесительная арматура – арматура, предназначенная для распределения потока рабочей среды по определенным направлениям или для смешивания потоков

6) Фазоразделительная арматура – арматура, предназначенная для разделения рабочих сред, находящихся в различных фазовых состояниях

Опоры трубопроводов устанавливают для восприятия усилий, возникающих в теплопроводах, и передачи их на несущие конструкции или грунт. По способу восприятия нагрузки различают промежуточные подвижные (свободные) опоры и неподвижные (мертвые). Промежуточные опоры предназначены в основном для восприятия вертикальной нагрузки от массы труб, теплоносителя и изоляции. Они рассчитаны также на воспринятие небольшой горизон-тальной нагрузки, возникающей от трения опорных конструкций труб на стойках. Неподвижные опоры воспринимают вертикальную и горизонтальную нагрузку трубопроводов.

Подвижные опоры воспринимают вес теплопровода и обеспечивают ему свободное перемещение на строительных конструкциях при температурных деформациях. Подвижные опоры используют при всех способах прокладки, кроме бесканальной, когда теплопроводы укладывают на утрамбованный слой песка, что обеспечивает более равномерную передачу весовых нагрузок на грунт. По принципу свободного перемещения различают опоры скольжения, качения и подвесные.

Скользящие опоры бывают самых свободно опираются на несущие строительные конструкции. Для уменьшения сил трения и ис-тирания несущих конструкций в бетон заливают стальную опорную плиту с приваренными к ней лапами для скрепления с бетоном. Таким образом, в скользящих опорах происходит скольжение. Роликовые опоры используют при прокладке труб диаметром 175 мм и более при горизонтальных перемещениях труб под углом к оси трассы, прокладке в коллекторах и на отдельно стоящих опорах.

Катковые опоры применяются для прокладки труб диаметром 200 мм и более при осевом перемещении труб при прокладке в тоннелях, на кронштейнах, на отдельно стоящих опорах и эстакадах. Шариковые опоры предназначены для прокладки труб диаметром 200 мм и более при горизонтальных перемещениях труб под углом к оси трассы при прокладке в тоннелях, на кронштейнах, на отдельно стоящих опорах и эстакадах.

Подвесные опоры применяют в тех случаях, когда по условиям размещения трубопроводов относительно несущих конструкций скользящие и катящие опоры не могут быть установлены. Пружинные или подвесные опоры применяются для труб диаметром 150 мм и более в местах вертикальных перемещений труб.

Неподвижные опоры предназначены для закрепления трубопровода в отдельных точках, разделения его на независимые по температурным деформациям участки и для восприятия усилий, возникающих на этих участках. Неподвижные опоры устраняет возможность последовательного нарастания горизонтальных усилий и передачу их на оборудование и арматуру. Горизонтальная нагрузка при температурных удлинениях труб может достигать больших значений. Неподвижные опоры по способу закрепления трубы бывают упорные(упорные стальные неподвижные опоры, представляют собой стальную несущую конструкцию (балку или швеллер), располагаемую между упорами, приваренными к трубе),

щитовые (железобетонные неподвижные опоры, обычно выполняют в виде щита , устанавливаемого при бесканальной прокладке на фундамент или защемляемого в основании и перекрытии каналов и камер)

хомутовые.( представляет собой стальную конструкцию из двух упоров по одному с каждой стороны несущей конструкции, привариваемых при монтаже к трубопроводу, и одного или двух хомутов, привариваемых к несущей конструкции. )

Для устранения (или значительного уменьшения) усилий, возникающих при тепловых удлинениях труб в тепловых сетях, служат компенсационные устройства – компенсаторы.

Компенсация температурных удлинителей трубопроводов требуется при средней t теплоносителя более +50°C. Тепловые перемещения теплопроводов обусловлены линейным удлинением труб при нагревании. Тепловое удлинение трубопровода, в мм, рассчитывают по формуле: L = L(t – tо),

где коэффициент линейного удлиннения, мм/м·°С; L длина трубопровода между двумя неподвижными опорами, м; t - температура теплоносителя, °С; tо- температура окружающей среды, °С.

Необходимое число компенсаторов для расчетного прямолинейного участка трубопровода составляет:

n=Lуч/Lmax,

где Lуч- длина расчетного прямолинейного участка трубопровода, м; Lmax - максимально допустимое расстояние между неподвижными опорами.

По принципу действия компенсаторы можно разделить на две группы:

1) радиальные или гибкие устройства, воспринимающие удлинения теплопроводов изгибом (плоских) или кручением (пространственных) криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы;

2) осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинящих вставок.

Радиальные компенсаторы устанавливают на теплосети любой конфигурации, так как они компенсируют как осевые, так и радиальные усилия. К радиальным компенсаторам, применяемым в тепловых сетях, относятся гибкие и волнистые шарнирного типа.Гибкие компенсирующие устройства самые распространенные. Наиболее простая компенсация достигается естественной гибкостью поворотов самого трубопровода, изогнутого под углом не более 150°. Естественная компенсация температурных деформаций происходит в результате изгиба трубопроводов

Лирообразные компенсаторы, особенно со складками, из всех гибких компенсаторов обладают наибольшей эластичностью, но вследствие усиленной коррозии металла в складках и повышенного гидравлического сопротивления применяются редко.

П-образные компенсаторы со сварными и гладкими коленами получили наибольшее распространение на практике вследствие простоты изготовления. Их компенсирующая способность определяется суммой деформаций по оси каждого из участков трубопроводов.

Волнистые компенсаторы шарнирного типа являются наиболее совершенной разновидностью линзовых компенсаторов . Эти компенсаторы, установленные на S- и Z-образных участках трубопроводов, позволяют значительно увеличить компенсирующую способность изломанного участка.