Теплофикация и тепловые сети. Практикум

где рит , рп – сопротивление источника и потребителя, принимаемые по

отв

заданию, Па; рk – сумма сопротивлений от первого участка сети до

k 1

ответвления, Па.

11. Расчет ответвлений от главной магистрали производится из условия максимального гашения напора от узловой точки до потребителя. Для ответвления 1-4 определяется удельная потеря давления по формуле

гдеAвd – коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости, при-

нимаемый для водяных тепловых сетей равным 117 *10-3, м0,62 / кг0,19.

На участках ответвлений 1-2, 2-3 и 3-4 определяются расчетные диаметры труб.

13.По П4 принимаются стандартные диаметры участков ответв-

лений.

14.В зависимости от принятых стандартных диаметров ответвлений

определяются доли местных потерь давления отв' .

15. Производится уточнение удельных линейных потерь давления на участках ответвлений, Па/м

гдеAв – коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости, при-

нимаемый для водяных тепловых сетей равным 13,62 *10-6, м3,25кг.

16. Выполняется проверка располагаемого напора у потребителя (точка 4) по уравнению

где R'л,отв,k – удельная потеря давления на k участке ответвления, Па/м; α'отв,к – доля местных потерь давления на k участке; lотв,k – длина участка k-ответвления, м.

21

17.Полученное значение располагаемого напора должно удовле-

творять условию ∆р4 ≥ ∆рп. Если данное условие не выполняется, то необходимо увеличить диаметры на участках ответвления на одну или две ступени.

18.Дополнительно рассчитываются скорости движения воды на

участках ответвления wi и проводится проверка wi ≤ wдоп. Скорость воды на участке может быть определена по формуле:

где ρ – плотность теплоносителя, кг/м3.

Допустимая скорость воды принимается в пределах 2,5-3 м/с [1,2].

Задача №8

Решение задачи начинается с определения абсолютных расходов пара j-потребителю (номер потребителя указан на рис. 2 к задаче 8), кг/с

Dj Dj D0 ,

гдеD j – относительный расход пара j-потребителю, D0 – суммарный расход пара предприятием, выраженный в кг/с.

1.Вычисляются расходы пара на k-участках паровой сети путем суммирования расходов потребителям.

2.Определяется направление главной магистрали. Для этого вычисляются удельные линейные потери давления по направлениям, Па/м

где Р0, Рj – давления на выходе из источника теплоты и у j-потребителя, выраженные в Па.

В знаменатель включаются длины участков до j-потребителя. Для схемы, изображенной на рис. 2, необходимо рассчитать четыре R напрл по

следующим путям 0-1-2-6, 0-1-2-3-7, 0-1-2-3-4 и 0-1-5. Критерием выбора направления главной магистрали является минимальное значение

R напрл R глл min .

3. В узловых i-точках главной магистрали предварительно определяются температуры пара, °С

m

ti+1 = t0 – 0,01 lk ,

k 1

где t0, ti+1 – температуры пара на выходе из источника теплоты и последующих точек главной магистрали, °С, lk – длина k-участка главной магистрали, м, m – число участков главной магистрали.

22

4.По давлению и температуре пара в узловых i-точках главной магистрали с использованием таблиц воды и водяного пара или h-s диаграммы определяются плотности теплоносителя, ρi.

5.На k-участках главной магистрали рассчитываются средние плотности, кг/м3

ρk 0,5(ρi ρi 1) .

6.Определяются внутренние диаметры трубопроводов на k- участках главной магистрали, м

где Ad – коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости трубопровода при транспорте пара Ad = 0,414 м0,0475.

7. По справочным данным, приведенным в П4, выбираются стандартные типоразмеры трубопроводов: внутренниеdk' , наружные и услов-

ные диаметры dн,k, do,k и минимальная толщина изоляции δиз,к.

8. Определяется суммарное термическое сопротивление паропровода на k-участке, м К/Вт

R Σ,k (1/2π1из) n(1 2δиз,к/d'н,к ) (1/π12 (2δиз,к d'н,к )) ,

где λиз – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м К; α2 – коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающую среду, Вт/м2К.

Коэффициент теплоотдачи оценивается по приближенной зависимости [1], Вт/м2К

α2 = 11,2 + (wв)0,5.

9. Тепловые потери на k-участке главной магистрали, Вт

Qтп,k = (tk – tнв) lk(1 + β) /RΣ,k,

где β – коэффициент местных потерь теплоты, принимаемый равным 0,1 – 0,15 [2].

10. Потери температуры на k-участке главной магистрали, °С tk = (Qтп,k / сп,кDk) + ( t/ p) ) k ,

где сп,к – средняя теплоемкость пара на k-участке, t/ p – дифференциаль-

ный дроссель-эффект, принимаемый для перегретого пара в диапазоне давлений 0,5-1,5 МПа и температуры 300-350°С равным (12-14)*10-6 К/Па,

вблизи кривой насыщения (25-30)*10-6 К/Па [1].

11.Вычисляются уточненные значения температур в i-узловых точках главной магистрали, °С

23

12. С помощью таблиц [4] воды и водяного пара или h-sдиаграммы по параметрам узловых точек рi и ti' проверяется область пара. При ti' >tн,i –

это область перегретого пара, при ti' <tн,i – область влажного пара, в этом случае следует принять ti' = tн,i и рассчитать количество сконденсированного пара

Gк = 10-3Qтп,k / r,

где r – удельная теплота парообразования при среднем давлении пара на участке, кДж/кг.

13. По значениям давлений и уточненных температур определяются плотности пара в i-узловых точках главной магистрали, i' , затем средние

плотности на k-участке, ρ'k .

14. Уточняются удельные линейные потери давления на k-участке главной магистрали, Па/м

15. Доли местных потерь давления на участках сети ( k' ) определя-

ются в зависимости от типа сети, условного диаметра участка, применяемых компенсаторов, приведенных в табл. П5 [3].

16. Рассчитываются потери давления на k-участках главной магистрали, Па

m

pk R'л,k (1 α'k )lk .

k1

17.Определяются давления пара в узловых точках и конце главной магистрали, Па

m

pi = р0 – рk .

k 1

18. Проверяется условие ркон ≥ pглj ,

гдеpглj – заданное давление у j-потребителя, присоединенного в конце

главной магистрали.

При выполнении данного условия расчет участков главной магистрали завершается, в случае невыполнения необходимо увеличить диаметры на участках главной магистрали.

19. Расчет ответвлений производится из условия максимального гашения избыточного давления. Для любого ответвления определяется удельная линейная потеря давления, Па/м

24

где lотв – длина участка ответвления, м; αотв – доля местных потерь давления, определяемая по приближенной формуле αотв = 0,19*D 0,5к .

20.По выражению, приведенному в п.3, предварительно вычисляется температура пара в конце ответвления.

21.По средним значениям давления и температуры на участке от-

ветвления определяется средняя плотность пара, ρk .

22. Рассчитывается диаметр трубопровода ответвления, м

23. Дальнейший расчет ответвления производится в той же последовательности, что и для главной магистрали (см. п. 7-15).

24. Потери давления на ответвлении, Па

p k (R отвл )' (1 α'k )lk ,

где(R отвл )' – уточненная величина удельной линейной потери давления на

ответвлении, Па/м.

25. Давление в конце ответвления, Па pкон = рi – рк.

26. Проверяются условия ркон ≥ p j и w ≤ wдоп,

где wдоп – допустимая скорость, принимаемая для перегретого пара 6070 м/с и насыщенного 40-50 м/с.

При выполнении указанных условий расчет ответвления заканчивается и осуществляется в той же последовательности расчет следующего ответвления.

Задача №9

Решение задачи рекомендуется выполнять в следующей последовательности.

1. Для выбранного участка паровой сети диаметром dн задачи №8 выписать среднюю температуру пара на участке, t .

2.Принять четыре значения толщины изоляционного слоя, например

δиз = 80, 120, 160, 200 мм.

3.Для указанных толщин изоляции рассчитать суммарные термические сопротивления, мК/Вт

RΣ (1/2π1из) n(1 2δиз/dн) (1/π12 (2δиз,к dн)).

25

4. Определить линейную плотность теплового потока для участка сети, Вт/м

q= (t – tнв) / RΣ.

5.Рассчитать годовые потери 1 метра трубопровода, Вт/м

Qтп = q(1 + β)τраб. 6. Стоимость тепловых потерь, руб./год

Итп = СQQтп.

7. Стоимость изоляционной конструкции и покровного слоя, отнесенные на 1 м трубопровода, руб.

К = СизVиз + СпсFпс,

где Vиз – геометрический объем изоляционного слоя 1 м трубы, м3/м; Fпс – поверхность покровного слоя 1 м трубы, м2/м.

8. Рассчитать удельные годовые затраты для 1 м трубы, руб./ м год

з = (Итп + рК) + К / М,

где М – коэффициент, учитывающий приведение разновременных затрат

кбазовому году, определяемый по выражению

(1 Е)Т 1 .

МЕ(1 Е)Т

Здесь Е – норма дисконта, принимаемая равной 0,1, Т – срок эксплуатации системы пароснабжения, год.

9.Для четырех значений толщины изоляции строится график зависимости удельных затрат от δиз.

10.Минимальное значение удельных затрат определяет оптимальное значение толщины изоляционного слоя (рис. 6).

Рис. 6. Изменение затрат в зависимости от толщины тепловой изоляции

Задача №10

1. Из решения задачи №8 выписать наружные диаметры всех участков сети dн,k.

26

2. Принимая максимальную температуру пара на выходе их источника t0 и dн,k при надземной прокладке трубопровода выписать из П6 [5] нор-

мативные значения линейной плотности теплового потока, qнk .

3. Толщину изоляции для каждого k-участка сети рассчитать по приближенной зависимости [6], м

δиз,к 0,5(еА 1)dн,к ,

где А = 2πλиз (t0 – tнв) / qнk .

4. Рассчитать годовые абсолютные теплопотери системы теплоснабжения, кВт ч/год

n

Qтп = 10-3(1 + γ) qнklk (1 β)τраб ,

к 1

где γ – коэффициент, учитывающий утечки пара и затраты на пуск и останов системы, принимаемый в пределах 0,03-0,05, n – число участков сети.

5. Расчетная тепловая нагрузка j-потребителя, кВт

Qj = Dj(hj – hk,j),

где Dj – расход пара j-потребителя, кг/с; hj, hk,j – энтальпии пара и конденсата, определяемые по параметрам теплоносителя у потребителя c использованием [4], кДж/кг. Значения Dj, hj, hk,j определяются по данным из задачи №8.

6. Годовой полезный отпуск теплоты с паром, кВт ч/год

υ

Q = Qjτи ,

j 1

где ν – количество потребителей. 7. КПД тепловой сети

η тс = Q / (Q + Qтп).

Задача №11

Последовательность выполнения задачи.

1. Рассчитывается годовой полезный отпуск теплоты потребителю, который включает нагрузку отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, МВт ч/год

27

Qг Qгот Qгв Qггвс

где Qгот , Qгв , Qггвс – годовые тепловые нагрузки отопления, вентиляции, го-

рячего водоснабжения, МВт·ч/год, tсрнв.от , tсрнв.в – средние температуры наружного воздуха отопительного периода и вентиляции в диапазоне температур t*нв tнв(в) °С, τот , τв – продолжительность отопительного периода и

продолжительность интервала температур tнв(в) tнв(о) , ч/год.

2. Для расчета теплопотерь за годовой период эксплуатации сетей требуется определить среднегодовые температуры теплоносителя в подающей и обратной магистрали, °С

где τz – продолжительность стояния z– температуры наружного воздуха,

определяемая по месту расположения системы теплоснабжения [1], ч/год. 3. В зависимости от средней температуры, способа прокладки и диаметра трубопровода по П8 определяются среднегодовые нормативные теп-

ловые потериqнпс, к , qнос, к для к-участка сети, Вт/м.

4. Абсолютные годовые тепловые потери через изоляцию трубопроводов рассчитываются по уравнению

n

Qиз (qнпс,к qнос,к) lк (1 β) τраб , к 1

где к – номер участка сети для подающей и обратной тепломагистрали, n – число участков сети.

5. Расход воды на подпитку вычисляется по формуле, м3/ч

Gут g (Vвнеш Vвн) ,

где g – норма утечки воды для закрытой системы, принимается на уровне 0,0025 1/ч от объема воды; Vвнеш , Vвн – геометрические объемы внешних

сетей и внутренних систем отопления и подогревателей горячего водоснабжения зданий, м3.

6. Объемы внешних сетей и внутренних систем, м3

Vвнеш π m di 2 li ,

4 i 1

Vвн v Q,

28

где v – удельный объем внутренних систем зданий, принимаемый для жилых помещений в размере 26 м3/МВт [2].

7. Годовые потери теплоты с утечками сетевой водой ГДж/год

8. КПД тепловой сети вычисляется по формуле

ηтс г Qг . Q Qут Qиз

9. Для определения экономических показателей системы транспорта теплоты необходимо определить стоимость тепловой сети по формуле, руб.

Kтс Аинф Впр ki li , i

где Аинф – коэффициент, учитывающий изменение стоимости в текущем году к базовом для 2015 г. составляет 1, Впр – коэффициент учета прочего

оборудования, принимается на уровне 1,15-1,25, ki – удельная стоимость прокладки i-участка теплопровода по табл. П9, руб./м.

10.Издержки на амортизацию и ремонт тепловой сети, руб./год

Иам рам Kтс,

Ирем ррем Kтс,

где рам– коэффициент отчислений на амортизацию (реновацию), принимается 0,03-0,05 1/год, ррем – коэффициент отчислений на ремонт оборудова-

ния тепловой сети, принимается 0,03-0,04 1/год. 11. Затраты на заработную плату, руб./год

Изп nшт Q Фзп (1 асс) ,

где nшт – штатный коэффициент тепловых сетей, 0,15-0,25 чел./МВт, Фзп – годовой фонд заработной платы на одного человека, руб./(чел.·год), асс –

доля отчислений в фонд социального страхования работников, принимается на уровне 0,35.

12. Мощность, потребляемая сетевым насосом, определяется по фактическим данным, кВт

насоса Па (принимаются из результатов расчетов задачи №7), ηну – КПД

29

насосной установки, принимается по справочным данным, ηэд – КПД

электродвигателя, 0,95-0,98, ρ – плотность воды, определяемая по табл. П1, кг/м3.

13. Стоимость потребленной электрической энергии, руб./год

Иээ Сэ Nсн τраб γспр,

где Сэ – стоимость покупной электроэнергии, руб./кВт·ч, γспр – коэффи-

циент спроса (неравномерности) потребляемой энергии, принимается

0,7-0,8.

14. Затраты на тепловые потери, руб./год

Итп Сq (Qтп Qут),

где Сq – стоимость тепловой энергии, руб./ГДж.

Суммарные эксплуатационные затраты вычисляются руб./год

ИΣ Иам Ирем Изп Иээ Итп

14.Удельная себестоимость и стоимость транспорта теплоты,

руб./ГДж

Sтр ИΣ/Qг .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 472 с.

2.Водяные тепловые сети: справ. пособие по проектированию / под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.

3.СНиП 41-02-2003. Тепловые сети (Актуализированная версия). – М.: Госстрой России, 2003. – 22 с.

4.Александров А.А., Орлов К.А., Очков В.Ф. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики: справочник. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 224 с.

5.СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. – М.: Госстрой России, 2003. – 41 с.

6.Яковлев Б.В. Теплофикация и тепловые сети: учеб. пособие по практическим занятиям и курсовому проектированию. – Минск: УВИЦ при УП «Белэнергосбереже-

ние», 2003. – 126 с.

7.Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям: учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 232 с.

30