Теплоснабжение и тепловые сети

му здесь возможна наиболее дешевая и распространенная зависимая схема присое-

динения с элеваторным смешением. На рис. 11.4, а приведена принципиальная схе-

ма ввода и пьезометрический график, из которого 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 достаточно для защиты системы отопления от опорожнения и не превышает 0,6 МПа, т. е. не опасно для радиаторов. Однако при динамическом режиме система отопления бу-

дет опорожняться через обратный трубопровод, так как его пьезометрическая ли-

ния проходит ниже верха здания. Поэтому здесь возможна зависимая схема с эле-

ваторным смешением, но с установкой на обратном трубопроводе регулятора дав-

ления «до себя», который автоматически создает в точке В подпор, исключающий опорожнение системы отопления (рис. 11.4, б). В результате располагаемый для системы отопления напор уменьшится на величину подпора ∆Нп и будет равен

∆Н'2, а давление в радиаторах повысится.

Абонент 3 находится в тех же условиях, что и абонент 2. Однако при останов-

ке 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. 11.4, в). Регу-

лятор настраивается на давление, исключающее опорожнение системы отопления.

Когда давление в обратной магистрали наружной сети становится меньше давле-

ния настройки, регулятор отключает систему отопления от наружной сети.

141

Рис. 11.4 Принципиальные схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям

Система отопления защищается от опорожнения через подающий трубопро-

вод с помощью обратного клапана. Независимая схема здесь также допустима и обеспечит более надежную работу. Однако она будет дороже и по капитальным затратам (дополнительно требуются водонагреватели, циркуляционные насосы,

расширительный бак) и по эксплуатационным расходам (требуется электроэнер-

гия до работы насосов).

Абонент 4 может быть присоединен только по независимой схеме (рис. 11.4, г),

так как при статическом и динамическом режимах в тепловой сети отопительные приборы нижнего этажа данного здания находятся под напором более 60 м.

Абонент 5, хотя и расположен в статической зоне непосредственного присое-

динения но должен быть присоединен по независимой схеме (рисунок 11.4, г), так как при динамическом режиме напор в обратной магистрали превышает допусти-

мые 60 м.

142

Абонент 6 находится в тех же условиях, что и абонент 1. Однако располагае-

мый на вводе напор ∆Н6 <10 м недостаточен для работы водоструйного элеватора.

Для подмешивания воды из обратной магистрали требуется установка насоса (ри-

сунок 11.4 д).

Приведенные примеры не исчерпывают все возможные варианты присоедине-

ния систем отопления к тепловым сетям, но они наглядно свидетельствуют о важ-

ности построения пьезометрических графиков для выбора схем абонентских вво-

дов.

11.3.Подбор насосов

Вводяных тепловых сетях насосы используются для создания заданных давле-

ний подачи необходимого количества воды к потребителям тепла. В паровых сетях насосами перекачивается конденсат от потребителей к тепловому центру.

Сетевые насосы создают циркуляцию воды в системе теплоснабжения, а под-

питочные компенсируют утечки воды и поддерживают необходимый уровень пье-

зометрических линий как при статическом, так и при динамическое режимах. Ко-

личество сетевых насосов принимается не менее двух, из которых один резервный.

Если для работы сети при расчетных условия требуется установка четырех насосов,

резервные насосы не предусматриваются. В закрытых системах теплоснабжения устанавливается не менее двух подпиточных насосов, а в открытых — не менее

трех которых один является резервным.

Для подбора насоса необходимо знать его производительность и величину на-

пор; Для сетевых насосов производительность определяют по расчетному расходу воды: головном участке тепловой сети. При подборе сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения расход воды на горячее водоснабжение принимают как среднечасовой, но с коэффициентом 1,2. В летний период производительность сете-

вых насосов принимают по максимальному часовому расходу воды на горячее во-

доснабжение.

Производительность подпиточных насосов для закрытых систем теплоснабже-

ния принимают из расчета компенсации утечек в количестве 0,5 % от объема воды,

находящейся в трубопроводах, и в непосредственно присоединенных абонентских

143

системах. При подборе подпиточных насосов для закрытых систем рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку, необработанной водой в количестве

2% от объема воды, находящейся в трубах наружной сети и в системах отопления и вентиляции.

В открытых системах производительность подпиточнных насосов принимают по максимальному расходу горячей воды с учетом компенсации утечек. Аварийная подпитка здесь не предусматривается.

Объем воды, находящийся в системе теплоснабжения, ориентировочно можно определить по формуле

где Q—тепловая мощность системы теплоснабжения, МВт;

Vc, Vм - удельные объемы сетевой воды, находящейся в наружных сетях с подогревательными установками и в местных системах, м3 /МВт.

Для тепловых сетей с подогревательными установками жилых районов

Vc = 40÷43 м3 /МВт, промышленных предприятий Vc =22÷30 м3 /МВт; для систем отопления гражданских зданий Vм =26 м3 /МВт, промышленных VM =13 м3 /МВт;

для систем горячего водоснабжения Vм=5,2 м3/МВт.

Напор сетевого насоса определяют по формуле

где ∆Нт - потери напора в тепловом центре, м; ∆Нп, ∆Н0,— потери напора в подающем и в обратном магистральных тру-

бопроводах, м; ∆На — необходимый напор на вводе концевого абонента, м.

Напор сетевого насоса для летнего периода определяют по формуле

где Gn— расход воды в летнее время, т/ч;

144

G — то же, в зимний период, т/ч.

Расчетная величина напора подпиточного насоса может быть определена по формуле

где Нс—статический напор в сети по отношению к оси подпиточного насоса, м; ∆Н— потери напора в трубопроводах подпиточной линии от питательного бака

до точки присоединения к тепловой сети, м;

z— разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке, м.

По известным параметрам работы насосов (G и Нп.н) с помощью рабочих характеристик подбирают насосы по общепринятой методике.

Напор сетевого насоса двухтрубной сети не зависит от рельефа местности и высоты присоединения зданий.

В двухтрубных сетях замкнутым кольцом циркуляции воды всасывающий и напорный патрубки насоса находятся под одинаковым статическим давлением столба воды расширительного бака или подпиточного насоса, перекачивающего воду из открытого нижнего бака в верхний, насос в двухтрубных сетях никакого фактического подъёма воды не осуществляет, а лишь перемещает её по замкнутому кольцу.

Таким образом, если в первом случае (при отсутствии замкнутого кольца) давление насоса тратится на то, чтобы поднять воду на высоту всасывания плюс высоту нагнетания и на преодоление сопротивления трубопровода, то в двухтрубных сетях всё давление расходуется только на преодоление сопротивления циркуляционного кольца системы теплоснабжения.

Количество насосов сетевых, подпиточных и аварийных принимается согласно

[1.

ПРИМЕР 11.1. Подобрать сетевые насосы для ТЭЦ при условии, что потери напора в пиковых котлах и станционных коммуникациях составляют 20 м, в

подающих и обратных теплопроводах теплосети - 70 м, а требуемый напор у абонентов - 20 м. Расход сетевой воды в зимний период Gс = 1200 м3/ч, в летний

Gds =500 м3/ч.

Р е ше н и е . Требуемый напор сетевых насосов в зимний период

Нн = ∆Нл у + ∆Нl tot+ ∆Наб =20+ 70+ 20 = 110 м.

145

один насос Д 500-36. Строим характеристику его работы в данной сети ( рис. 11.5).

К установке принимаем два насоса Д 500-36, один из них резервный.

ПРИМЕР 11.2. Требуется подобрать подпиточные насосы для закрытой системы теплоснабжения жилого микрорайона тепловой мощностью 100 МВт.

Статический напор в системе составляет 60 м. Уровень воды в подпиточных баках поддерживается на отметке 3 м по отношению к оси подпиточных насосов, а потери напора в подпиточной линии равны 2 м.

Р е ш е н и е . Объем воды в системе теплоснабжения определяем по формуле 11.1

V = Q ( V с + V м ) ,

где Q - мощность системы теплоснабжения, МВт;

V c - удельный объем воды в тепловых сетях, Vc= 40 м3/МВт;

VM - удельный объем сетевой воды в системах отопления гражданских зданий равный 26 м3/МВт,

V = 100 (40 + 26) = 6600 м3.

Подача подпиточных насосов

G п =0,0075 6600 = 49,5 м3/ч.

Требуемый напор подпиточных насосов

Í íï Í ñò Í 6 Í ï î äï 60 3 2 59 ì .

По характеристике насоса выбираем насос К 90/55, который при подаче 50 м /ч

развивает напор 62 м. К установке принимаем два насоса, один из которых резервный. Аварийная подпитка водопроводной водой

G = 0,02 6600 = 132 м3/ч.

Для аварийного режима принимаем к установке подпиточный насос

6 НДв, который при аварийной подаче 140 м3/ч развивает напор 58 м.

147

Глава 12

ВЫБОР ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

12.1. Назначение тепловой изоляции, требования к теплоизоляционным материалам и их свойства

Экономическая эффективность систем централизованного теплоснабжения при современных масштабах теплового потребления в значительной мере зависит от тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности. Борьба за снижение транспортных потерь теплоты в теплопроводах является важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Дополнительные за-

траты, связанные с нанесением тепловой изоляции и антикоррозионных покрытий,

относительно невелики и составляют 5-8 % от общей стоимости тепловых сетей, но качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в резуль-

тате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов. Тепловая изоляция оздоровляет условия труда эксплуатационного персонала и позволяет со-

хранить высокие параметры теплоносителя на большом удалении от источника теп-

лоты.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применя-

ется при всех способах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теп-

лоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственны непрерывные колебания температуры, влажности и давления.

В крайне неблагоприятных условиях находится теплоизоляция подземных, и осо-

бенно бесканальных, теплопроводов традиционной прокладки. Ввиду этого тепло-

изоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований.

Соображения экономичности и долговечности требуют, чтобы выбор теплоизоляци-

онных материалов и конструкций производился с учетом способов прокладки и ус-

ловий эксплуатации, определяемых внешней нагрузкой на теплоизоляцию, уровнем

148

грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы теп-

ловой сети и др.

Теплоизоляционные конструкции изготавливают из материалов, обладающих высокими теплозащитными свойствами и низким водопоглощением в течение дли-

тельного срока эксплуатации.

Различают три группы материалов в зависимости от теплопроводности: низ-

кой теплопроводности до 0,06 Вт/(м оС) при средней температуре материала 25 оС

и не более 0,08 Вт/(мо С) при 125 оС; средней теплопроводности 0,06...0,115

Вт/(мо С) при 25 оС и 0,08...0,14 Вт/(мо С) при 125 оС; повышенной теплопроводно-

сти 0,115...0,175 Вт/(мо С) при 25 оС и 0,14...0,21 Вт/(мо С) при 125 оС . Для основ-

ного слоя теплоизоляционных конструкций при всех видах прокладок, кроме беска-

нальной из ПИ-труб, следует применять материалы со средней плотностью не более

400 кг/м3 и теплопроводностью не более 0,07 Вт/(мо С) при температуре материала

25 оС. При бесканальной прокладке с литой изоляцией соответственно не более

600 кг/м3 и 0,13 Вт/(мо С). Изоляционный матери из пенополиуретана имеет плот-

ность 50-60 кг/м3 и теплопроводность 0,02 0,03 Вт/(м оС).

Водопоглощение и гидрофобность (свойство поверхностного водоотталкива-

ния) имеют важное значение для сохранения начальных теплофизических свойств теплоизоляционного материала и для экономичности теплоснабжения. С увлажне-

нием коэффициент теплопроводности увеличивается иногда в 3-4 раза.

Наличие влаги в канале, где находятся теплопроводы, не только резко ухуд-

шает теплофизические свойства минераловатной изоляции (возрастают теплопро-

водность и, соответственно, тепловые потери) вследствие ее увлажнения, но и вы-

зывает активную кислородную коррозию наружной поверхности стального трубо-

провода. Скорость локальной очаговой коррозии иногда достигает величины выше 1

мм/год, что приводит к выходу из строя отдельных участков теплопроводов уже че-

рез 5-7 лет с начала эксплуатации.

Высокие требования предъявляются к химической чистоте изоляторов. Изо-

ляционные материалы, содержащие химические соединения, коррозионно-

агрессивные по отношению к металлу, не допускаются к применению, так как при

149

увлажнении эти соединения легко вымываются из теплоизоляции и, попадая на ме-

таллические поверхности, вызывают их коррозию. Наиболее агрессивными элемен-

тами являются серные и сернистые окислы (SO3, SO2), содержащиеся в большом ко-

личестве в различных шлаках и минеральных ватах. Шлаки и ваты относятся к чис-

лу качественных изоляторов, но содержание окислов серы более 3 % делает их не-

пригодными для применения во влажных условиях.

Воздухопроницаемость теплоизоляционного материала также необходимо учитывать при проектировании и изготовлении теплоизоляционной конструкции,

которая должна обладать соответствующей герметичностью, не допуская проникно-

вения влажного воздуха.

Теплоизоляционные материалы должны обладать повышенным электросопро-

тивлением, не допускающим попадания блуждающих токов к поверхности трубо-

проводов, особенно при бесканальных прокладках, что вызывает электрокоррозию труб.

Теплоизоляционные материалы должны быть достаточно биостойкими, т.е. не подвергаться гниению, действию грызунов и изменениям структуры и свойств в те-

чение длительного срока эксплуатации.

Состояние тепловой изоляции и ее долговечность зависят также от режимов работы теплопровода. Практика эксплуатации показала, что теплопроводы, перио-

дически отключаемые на сезонные ремонты, корродируют быстрее непрерывно дей-

ствующих. В непрерывно действующих теплопроводах потоки теплоты, проходя-

щие через слой изоляции, поддерживают ее в постоянно сухом состоянии.

И, наконец, теплоизоляционне материалы и конструкции должны иметь невы-

сокую стоимость, применение их должно быть экономически оправданным.

12.2. Тепловой расчет изоляции

В задачу теплового расчета изоляции входят:

а) определение требуемой толщины основного слоя изоляционной конструк-

ции по заданным (нормированным) теплопотерям;

150