8757

УДК 621.182 (075.8)

Корягин М.В., Гордеев А.В. / Обеспечение безопасности систем теплоснабжения и теплогенерирующих установок [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / М.В.Корягин; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2023.

–72с. – Текст : электронный.

Внастоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Обеспечение безопасности систем теплоснабжения и теплогенерирующих установок» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций и в подготовке к практическим занятиям.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Обеспечение безопасности систем теплоснабжения и теплогенерирующих установок» по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника профиль Тепломассообменные процессы и установки.

© М.В. Корягин, 2023 © А.В. Гордеев, 2023

© ННГАСУ, 2023

2

Оглавление

Введение………………………………………………………………………………………4

1.Гидравлические режимы тепловых сетей………………………………………………...6 2. Надежность тепловых сетей. Основные понятия надежности теплоснабжения…….46

Список литературы…………………………………………………………………………71

3

ВВЕДЕНИЕ

Целями освоения учебной дисциплины Обеспечение безопасности систем теплоснабжения и теплогенерирующих установок являются:

формирование у студентов знаний, умений и навыков по обеспечению надежной

ибезопасной работы систем теплоснабжения.

Врезультате изучения дисциплины должны быть освоены следующие компетенции.

Перечень компетенций

4

5

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ГРАФИКИ. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЖИМУ ДАВЛЕНИИ

Из-за большой плотности вода оказывает значительное гидростатическое давление на трубы и оборудование, поэтому гидравлический расчет водяных систем теплоснабжения включает две части первую — собственно гидравлический расчет, при котором определяют диаметры теплопроводов, и вторую — проверку соответствия гидравлического режима предъявляемым требованиям.

Проверяют режим при статическом состоянии системы (гидростатический режим), когда циркуляционные насосы не работают, и при динамическом состоянии системы (гидродинамический режим) с учетом геодезических высот проложения трубопровода. В результате определяют линии максимальных давлений в подающем и обратном теплопроводах из условия механической прочности элементов системы и линии минимальных давлений из условия предотвращения вскипания высокотемпературного теплоносителя и образования вакуума в элементах системы. Пьезометрические линии проектируемого объекта не должны выходить за эти крайние границы. При разработке гидродинамического режима тепловой сети выявляют параметры для подбора циркуляционных насосов, а при разработке гидростатического режима — для подбора подпиточного насоса.

При гидравлическом расчете паровых сетей ввиду малой плотности пара разностью высотных отметок отдельных точек паропровода пренебрегают.

Для изучения режима давлений в тепловых сетях и местных системах зданий широко используют пьезометрические графики. На графиках в определенном масштабе наносят рельеф местности по разрезам вдоль тепловых трасс, указывают высоту присоединяемых зданий, показывают напор в подающих и обратных линиях теплопроводов и в оборудовании теплоподготовительной установки. Роль пьезометрического графика при разработке гидравлических режимов систем теплоснабжения очень велика, так как он позволяет наглядно показать допустимые границы давлений и фактические их значения во всех элементах системы.

Рассмотрим график напоров в теплопроводе, проложенном под землей (рис. 1.1). В населенных пунктах тепловые сети заглубляют примерно на 1 м. Ввиду малого заглубления при вычерчивании профиля трассы теплопровода его ось условно совмещают с поверхностью земли.

За горизонтальную плоскость отсчета принята плоскость ОО, проходящая через нулевую отметку. Все геодезические отметки профиля трассы соответствуют масштабу, указанному на шкале слева. Таким образом, величина Zi показывает геодезическую высоту оси трубопровода в точке i над плоскостью отсчета.

6

Так как движение теплоносителя в трубопроводах носит стационарный характер, для определения напоров и давлений в теплопроводе воспользуемся уравнением Бернулли и напишем его в механической форме для сечений 1 и 2 (см. рис.1.1). Энергию теплоносителя в сечениях 1 и 2, баланс которой отражает уравнение Бернулли, отнесем к единице силы — ньютону (Н). В таком случае каждый член уравнения будет измеряться в Дж/Н=Н·м/Н=м, что очень удобно для построения пьезометрических графиков, так как геометрические высоты и удельные энергии будут иметь одну и ту же единицу – метр и их можно изображать в масштабе графика.

Рис 1.1 - График напоров в теплопроводе

1 - линия полных напоров без учета потерь на тренне; 2 - лнння полных напоров без учета потерь на трение и скоростного напора; 3 - линия полных напоров с учетом потерь на тренне; 4 - лнння полных напоров с учетом потерь на трение и без учета скоростного напора; 5 - ось теплопровода

Уравнение Бернулли для сечений 1 и 2 имеет вид:

Каждый член уравнения (1.1) отражает удельную энергию жидкости в данном сечении (отнесенную к единице силы), которую называют напором (высотой):

– геометрическая высота, м, отражающая удельную потенциальную

энергию положения; 2 – скоростной напор (высота), м, отражающий

2

кинетическую энергию потока; = – пьезометрический напор (высота),

7

м, отражающий потенциальную энергию давления; ∆ = ∆ – потери

напора на трение и в местных гидравлических сопротивлениях, м, соответствующие потерям потенциальной энергии давления. Потерянная энергия превращается в теплоту и повышает энтальпию жидкости.

Уравнение (1.1) написано для жидкости с неизменной плотностью при движении.

На графике рис. 1.1 показаны напоры (высоты) для сечений 1, 2, 3. Полный напор теплоносителя для любого сечения трубопровода равен

Если рассматривать идеальную систему без потерь энергии, тогда / полный напор полн′ для всех сечений трубопровода будет одинаковым. С изменением геометрической высоты один вид потенциальной энергии будет преобразовываться в другой. Так, с подъемом трубопровода от сечения 1 к сечению 3 потенциальная энергия положения потока ( ) будет расти, а потенциальная энергия давления — пьезометрический напор — уменьшаться. Полный напор будет неизменным. Если сечение трубы будет уменьшатся, тогда скоростной напор будет расти за счет пьезометрического напора.

В тепловых сетях скоростной напор несоизмеримо меньше пьезометрического и мало изменяется по длине трубопровода, поэтому в расчетах его не учитывают. В таком случае полный напор полн будет равен сумме геометрической высоты и пьезометрического напора .

Потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений ∆ определяются как разность полных напоров в начале и конце рассматриваемого участка. Для участка трубопровода, показанного на рис 1.1, потери напора равны:

или, пренебрегая скоростным напором,

Пьезометрический напор соответствует манометрическому давлению р и отсчитывается от оси трубопровода. Таким образом, пьезомет-

8

рический напор определяется избыточным давлением в трубе и его возможное максимальное значение зависит от прочности трубопровода.

Пьезометрический напор измеряется в метрах. Давление, соответствующее данному напору , будет прямо пропорционально удельному весу у жидкости: = = . Оно может быть измерено столбом жидкости, текущей по трубопроводу. Так, если в теплопроводе, по которому протекает вода, пьезометрический напор равен 10 м, тогда избыточное давление в нем будет равно 10 м вод ст, или 0,0981 МПа ≈ 0,1 МПа (1 кгс/см2).

Если в уравнении Бернулли энергию отнести к единице объема, его члены будут измеряться в единицах давления:

Уравнение (1.1) будет иметь следующий вид:

где = — удельная энергия положения, Па; 2 — скоростное

2

давление, Па; р — пьезометрическое (статическое) давление, Па; ∆ — потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений, Па.

9

Рис. 1.2. Пьезометрический график (а), однолинейная схема трубопроводов ( б ) и схема двухтрубной тепловой сети ( в )

I — I I I — абоненты; 1, 2 , 3 — узлы; П — подающая линия; О —обратная линия; Н — напоры; Г — теплоподготовительная установка; С И — сетевой насос; Р Д — регулятор давления; Д — точка отбора импульса для Р Д ; П Н — подпиточный насос, Б — бак подпиточной воды; Д К — дренажный клапан.

Рассмотрим пьезометрический график для тепловой сети, расположенной на местности со спокойным рельефом (рис. 8.2). Плоскость с

10