4. Компенсация тепловых удлинений в сетях теплоснабжения

При нагревании участок трубопровода тепловой сети удлиняется на величину ,где: _t – коэффициент температурного расширения (для углеродистой стали  = 1210^-6К^-1); l – длина участка трубопровода; – разность температуры нагрева трубопровода теплоносителем;  – температура теплоносителя; t_ext – температурой наружного воздуха.

Для компенсации тепловых удлинений используют различные компенсирующие устройства – компенсаторы.

По принципу компенсации все компенсаторы могут быть разделены на две группы :осевые;радиальные (или гибкие).

К осевым компенсаторам относят: сальниковые; сильфонные.

К радиальным компенсаторам относятся: естественные изгибы самих трубопроводов (самокомпенсация); компенсаторы П-образной формы.

Сальниковые (телескопические) и сильфонные (упругие) компенсаторы устанавливаются на прямолинейных участках (их нельзя устанавливать близко к поворотам) и подбираются по компенсирующей способности, так чтобы температурное удлинение трубопровода l было меньше компенсирующей способности компенсатора.

Сальники требуют постоянного надзора, для их обслуживания необходимо сооружение камер больших размеров.

Устанавливают предварительно рас­тянутыми на проектную величину, указанную рисками на корпусе компенсатора.

Сильфонные осевые компенсаторы применяются при всех способах прокладки тепловых сетей, в том числе и при бесканальной прокладке тепловых сетей только на прямолинейных участках, ограниченных неподвижными опорами.

При использовании сильфонных компенсаторов следует выполнять требования по минимальной температуре наружного воздуха и химическому составу воды (во избежание повышенной коррозии).

Сильфонные компенсаторы с помощью фланцев или свар­кой присоединяют к участку трубопровода.

П-образные компенсаторы применяются при всех способах прокладки. Преимущества: небольшие усилия на неподвижные опоры; большая компенсирующую способность. Недостатки: большие габариты; увеличенное гидравлическое сопротивление; большая металлоемкость и трудоёмкость строительства.

Компенсирующая способность П-образного компенсатора определяется его размерами: вылетом l_в, створом l_с и радиусом отвода R.

Для гибких компенсаторов применяются крутоизогнутые отводы с радиусом гиба, равным диаметру трубы R=d, а также нормально изогнутые отводы с радиусом гиба Rd. В целях снижения расчетного температурного удлинения устанавливать П-образные компенсаторы с предварительной 50% растяжкой. В этом случае компенсатор рассчитывается на удлинение .

При самокомпенсации температурные деформации компенсируются естественными поворотами трубопроводов, возникающими как на основных участках трассы (горизонтальные), так и в местах ввода в здания (вертикальные). Участки самокомпенсации можно представить схемами, приведенными на рис. 4: угол поворота на 90; угол поворота от 90 до 130; z-образный участок. Максимальный угол поворота, используемый для самокомпенсации, не должен превышать 130.

6. Гидравлический расчет и увязка сетей горячего водоснабжения .

Расчет проводят в обратном направлении, т.е. начиная с самого дальнего секционного узла и до ЦТП. Потери давления на j участке между точками n и (n-1) определяются по формуле:

где: - удельные потери давления на участке, Па/м; - длина участка, м; - коэффициент, учитывающий местные потери;

- коэффициент, учитывающий увеличение потерь давления в процессе эксплуатации(процесс «зарастания»)..

Суммарные потери давления на главной магистрали подающего трубопровода определяются по формуле:

, Па Удельные потери определяются по таблицам гидравлического сопротивления трубопроводов горячего водоснабжения, в зависимости от расхода и диаметра труб. Расход воды на участках подающего трубопровода с циркуляцией определяется по формуле: , л/с где: - секундный расход горячей воды;

- коэффициент, учитывающий работу циркуляционного насоса.

При расчете следует соблюдать условия:

Скорость воды не должна превышать 1,5 м/с;

Суммарные потери давления не должны превышать 100 кПа;

Минимальный диаметр наружных сетей D_у > 25 мм

Полное давление в узле магистрали определяется сложением требуемого давления в основании наиболее удалённого от повысительного насоса секционного узла и потерь давления на участке от этого секционного узла до рассматриваемой точки по формуле:

, Па

Гидравлический расчет боковых ответвлений подающего трубопровода.Расчёт заключается в подборе диаметров боковых ответвлений таким образом, чтобы было погашено избыточное давление на ответвлении. Оно определяется как, разность давлений в n-й узловой точке основной магистрали и требуемого давления в основании наиболее удалённого секционного узла бокового ответвления из этой точки. Диаметры выбираются из условия, что потери давления на ответвлении, рассчитанные по формуле должны быть равны требуемым потерям с невязкой 10% т.о. При подборе диаметров следует учитывать следующие требования:Скорость воды должна быть не более 3,5 м/с;Минимальный диаметр принимается равным 25 мм;

В том случае, если подбором диаметров трубопроводов участков ответв ления не удается уравнять давления, то можно :

• внутри здания выполнить ступенчатый трубопровод;

• внутри здания на одном из участков установить вставку из трубы меньшего диаметра;

• установить дросселирующую шайбу , диаметр которой определяется по формуле:

В случае если даже при помощи шайбы либо ступенчатого трубопровода уровнять давления не удается, следует устанавливать регулирующий кран.

Запрещается менять диаметр наружного трубопровода на участке между

камерами.

5. Гидравлический расчет и увязка тепловых сетей.

Расчет основной магистрали начинается с наиболее удаленного от ЦТП теплового пункта. По результатам гидравлического расчёта строится пьезометрический график, необходимый для подбора насосов, регуляторов и выбора схемы присоединения потребителей теплоты.

Потери давления на расчетном участке магистрали определяются по формуле:

Па где - удельные потери давления, Па/м; - эквивалентная длина местных сопротивлений, м;

- коэффициент для определения эквивалентной длины расчетного участка, соответствующей местным сопротивлениям. Значение берется в зависимости от того, какие сети надо рассчитать и от тех местных сопротивлений, которые установлены на этих сетях. Его значение берется из таблицы.

При расчете следует соблюдать требования: удельные потери дав ления pj=20-180 Па /м ; скорость не более 1,5 м /с; минимальный диаметр принимается равным dУ 40 мм с; диаметры участков между узлами трубопроводов принимают постоянными . Полные потери давления на участке определяются с учетом потерь давления в местном тепловом пункте:

Полные потери давления в сети:

Гидравлический расчет боковых ответвлений. Расчёт заключается в увязке потерь давления в боковых ответвлениях с соответствующими им параллельными участками основной магистрали:

Гидравлическое сопротивление увязывается за счет подбора диаметров труб с невязкой 10%.

Диаметры трубопроводов боковых ответвлений определяются исходя из расчета параллельных трубопроводов:

Гидравлические потери на параллельных ветвях равны

Общий расход равен сумме расходов в каждом трубопроводе. Исходя из этих правил, гидравлический расчет боковых ответвлений заключается в увязке потерь давления в боковых ответвлениях с ответствующими им параллельными участками основной магистрали.

Если перепад давления в местных тепловых пунктах зданий на основной магистрали и бокового ответвления одинаковые, то увязываются только гидравлические сопротивления трубопроводов. При использовании элеваторной схемы присоединения системы отопления здания к распределительным сетям микрорайона располагаемое давление на вводе теплового пункта должно быть не меньше 0,1-0,15МПа (10-15 м). При

использовании регуляторов давления и регуляторов расхода это давление возрастает до величины 0,25Мпа (25м).

При расчете следует соблюдать требования скорость не более 3,5 м/с; минимальный диаметр принимается равным dУ 40 мм с; диаметры участков между узлами трубопроводов принимают постоянными. При невозможности увязки гидравлического сопротивления основной магистрали и бокового ответвления за счет подбора диаметров трубопроводов на вводах в здания устанавливаются вставки из труб меньшего диаметра или дроссельные шайбы:

где G – расход воды на участке, т/час; pш – перепад давления на шайбе, Па.

7. Гидравлический расчет и увязка паровых сетей.

Диаметр паропровода рассчитывают методом линейных потерь давления исходя из допустимых потерь давления и допустимой скорости пара.

Таблицы или номограммы для расчета паропроводов могут быть составлены только при определенной плотности пара. Наиболее часто плотность пара принимают равной _т=1 кг/м³. При ис­пользовании таких таблиц необходимо для каждого участка паропровода уточнять линейные сопротивления и скорости пара в зависимости от средней плотности пара на участке по формулам:

, Здесь , , – табличные значе­ния параметров.

Линей­ные гидравлические сопротивления зависят от диаметра паропровода d, массового расхода пара G и давления пара p. Для расчета паропроводов используют таблицы гидравлического расчета или номограммы составленные при эквивалентной шероховатости k_э=0,2 мм, и плотности пара _т=1 кг/м³.

Местные потери давления вычисляются по их эквивалентной длине

.

Полные потери давления на участке паропровода определяют как сумму линейных и местных потерь давления по приведенной длине:

К паровым сетям низкого давления относятся сети с давлением до 0,02 МПа включительно. Радиус действия этих сетей не превышает 200 м.

Конденсат в сетях низкого давления возвращается с помощью конденсатных насосов. Возврат самотеком не применяется, так как это связано с заглублением источника теплоты (котла). Если конденсат используется для технологических нужд, то паровую сеть предусматривают без конденсатопроводов.

1. Разрабатывается расчетная схема сети. На расчетной схеме указывается: расчетные точки; давление на выходе из котла p_кот; давление у потребителей p_п; длины участков l_i; расходы пара у потребителей G_п и на участках G_i. Расход пара у потребителей вычисляется по формуле , а на участках суммированием.

2. Выбирается главная магистраль – самый ударенный потребитель с минимальным давлением потребителя.

3. Вычисляется ориентировочное значение средней удельной потери давления по формуле , где  определяется по формуле . Вычисляется табличное значение средней удельной потери давления

4. Используя номограммы или таблицы по расходу пара и ориентируясь на среднее значение удельной потери давления , для каждого участка по ГОСТу подбирается труба с ближайшим внутренним диаметром. Для выбранного диаметра определяется табличное значение удельных потерь и табличная скорость .

5. Вычисляются действительные значения удельных потерь давления , и действительную скорость , которая не должна превышать максимальное значение.

6. Расставляются неподвижные опоры , компенсаторы, отключающая арматура. Определяются эквивалентные длины местных сопротивлений.

7. Вычисляются приведенные длины участков и потери давления на участках .

8. Вычисляются потери давления на главной магистрали и давление в конечной точке (у потребителя) главной магистрали , которое должно быть не менее заданного.

9. Рассчитываются диаметры ответвлений из условия равенства потерь давления на параллельных участках. Потери давления на участках ответвления равны разности давления в точке ветвления и давления у потребителя ответвления . Расчеты выполняются с невязкой 10%.

При давлении свыше 0,02 МПа необходимо учитывать изменение плотности пара по длине паропровода и попутную конденсацию пара. Плотность можно считать постоянной только на коротких участках, поэтому длинные участки разбивают на подучастки длиной 300-500 м. Исходными данными является давление пара у потребителя p_п и источника p_кот.

1. По формулам и определяются фактические значения удельных потерь давления и скорости на участках.

2. Расставляются неподвижные опоры, компенсаторы, отключающая арматура. Определяются эквивалентные длины местных сопротивлений. Вычисляются приведенные длины участков и потери давления на участках .

3. Вычисляются потери давления на главной магистрали , давления в узловых точках и давление в конечной точке (у потребителя) главной магистрали , которое должно быть не менее заданного.

4. определяются теплопотери Q_i и падение температуры на участках.

5. Вычисляется температура в узловых точках . По давлению определяется температура насыщения в узловых точках.

6. Выполняется проверка на попутную конденсацию пара на участках. Если в конце участка , то вычисляется количество сконденсировавшегося пара .

7. По уточненным температурам определяются средняя плотность на участках .

8. Выполняются аналогичные вычисления для боковых ответвлений.

9. Вычисляется расчетный расход пара на участках с учетом попутной конденсации на основной магистрали и на боковых ответвлениях.

10. По расчетным расходам для выбранных на предварительном этапе диаметров определяются табличные значения удельных потерь давления и скорости на участках. Вычисляются действительные значения удельных потерь давления и скорости V на участках. Вычисляются потери давления на участках, в узловых точках и у потребителей.

11. Расчет паропровода считается законченным, когда расход пара давление пара у потребителей близки к заданным, но не менее заданных. При значительных расхождениях следует изменить диаметры труб на отдельных участках с повторной проверкой давлений и температуры пара в узловых точках.

8.Пьезометрический график тепловых сетей.

П ри проектировании разветвленных тепловых сетей для выявления распола­гаемых и максимальных давлений на любом участке магистрали по данным гидравлического расчета строят графики давлений — пьезо­метрические графики. Для построения графика давлений используют, единицу гидродинамическо­го потенциала — пьезометрический на­пор. Напор — это давление столба жид­кости, выраженное в линейных едини­цах — метрах. Пьезометрический напор, м, и избы­точное давление, Па, связаны зависи­мостью: P = ρ*g*H, где Н — высота столба жидкости, м; р — избыточное давление, Па;ρ— плотность, кг/м³. Напор в данной точке на оси трубо­провода называется пьезометрическим напором или пьезометрической высотой.

Построение графика начинают с вычерчивания по оси абсцисс профиля (рельефа) местно­сти, где проходит трасса тепловой сети. Под профилем в том же масштабе вычер­чивают развернутую схему трассы до наиболее удаленного абонента с указа­нием всех ответвлений и геодезических высот присоединяемых зданий. За нача­ло отсчета (горизонтальную плоскость) напоров принимают уровень установки сетевых насосов. Задаваясь необходимым давлением во всасывающем патрубке, определяют на ординате пьезометриче­скую высоту — точку. От этого уровня последовательно откладывают полные потери давления на всех участках, на­чиная с обратной магистрали, у абонен­та, главной магистрали и в источнике теплоснабжения. Линии, образованные при соединении давлений (пьезометри­ческих высот) всех участков подающей и обратной магистралей, характеризуют динамическое состояние системы. Такой график выполняют не только в динамическом (при работающих сете­вых насосах), но и в статическом (при неработающих сетевых насосах) состоя­ниях системы. Благодаря наглядности пьезометрического графика можно легко определить располагаемые напоры и пол­ные давления в любой точке на трассе тепловой сети. Эти данные принимают за основу при выборе схем присоедине­ния тепловых потребителей, расчете се­тевых и подпиточных насосов, а также при необходимости выбора насосных подстанций и подкачивающих насосов, устанавливаемых на трассе тепловой сети. По пьезометрическому графику легко контролировать соблюдение основных требований, обеспечивающих надежную работу тепловых сетей и местных систем. Так, например, при динамическом сос­тоянии не допускается вскипания воды в подающей магистрали, а при стати­ческом (в холодном состоянии) давление в тепловой сети не должно превышать допустимого предела для местных сис­тем, присоединенных по зависимой схе­ме. Так, для систем отопления, в кото­рых нагревательными приборами являются чугунные радиаторы, это давле­ние ограничивается 0,6 МПа. Пьезометрическая высота статичес­кого давления из условия невскипания воды в системе с температурой более 100 °С при остановке сетевых насосов повышается и зависит от температуры (избыточного давления) теплоносителя. Она определяется высотой столба жидко­сти, соответствующего избыточному дав­лению сухого насыщенного пара при максимально возможной температуре воды в источнике теплоснабжения. Эту температуру принимают равной темпе­ратуре насыщения. Статическое давле­ние поддерживается подпиточными на­сосами.

D-D’-потери давления в итп; S-S’-статическое давление (должна проходить на высоте не мене чем на 5м(50кпа) выше самого высокого здания, но не более 0,6мпа); А-А’-перепады давления в сети; ; – потери давления в обратном трубопроводе; – потери давления в подающем трубопроводе; – максимальное рабочее давление; –нейтральное давление

Для определения возможности вскипания воды на графике давления строят линию вскипания. Линия вскипания строится графическим переносом (подъемом) на высоту равную по величине значению избыточного давления насыщения pнас линии уровня земли до линии подающего трубопровода, или графическим вычитанием из линии потерь давления в подающем трубопроводе этого напора