Гидравлический и тепловой расчет сети
При проектировании тепловых сетей решаются следующие вопросы:
• рациональной трассировки с учетом размещения источников и потребителей теплоты;
• гидравлического и теплового расчета с учетом расчетных
тепловых нагрузок и расходов воды в тепловой сети;
• выбора метода и типа прокладки тепловых сетей.
Для разработки схемы теплоснабжения необходимо подготовить план города с указанием источников теплоты, нумерацией кварталов и условным обозначением перспективных максимально-часовых расходов теплоты потребителями района. Источник тепла должен размешаться по возможности в промышленной зоне или за городской чертой с учетом господствующих ветров. Вместе с тем источник тепла должен быть расположен как можно ближе к центру тепловых нагрузок. В этом случае радиус действия тепловых сетей будет кратчайшим, а расходы на транспортировку будут минимальными.
Тепловые сети, соединяющие источник теплоты с потребителями, подразделяются следующим образом:
• магистральные - главные теплопроводы от источника теп
лоты до каждого микрорайона или крупного потребителя;
• распределительные - межквартальные, ответвляющиеся от
магистральных тепловых сетей и обеспечивающие теплотой от
дельные кварталы города, ЦТП и предприятия средней величины;
• внутрикварталъные — тепловые сети, отходящие от распре-
делительных или магистральных сетей, ЦТП и заканчивающихся в
индивидуальных тепловых пунктах (ИТГТ) потребителей.
При выборе трассы тепловых сетей следует учитывать ряд технико-экономических рекомендаций:
• прокладка тепловых сетей должна совмещаться с другими
инженерными сетями города;
• трассы магистральных сетей должны быть максимально ко-
роткими и проходить вблизи центров тепловых нагрузок;
• тепловые сети должны быть дешевыми в сооружении и на-
дежными в эксплуатации, а их прокладка и архитектурное оформ
ление должны отвечать требованиям ремонтопригодности, безо
пасности движения и эстетического восприятия.
После разработки тепловой карты города составляется схема гидравлического расчета тепловой сети (рис. 6.3), на которой в произвольном масштабе изображаются источник теплоты, трассы магистральных, распределительных и внутриквартальных сетей. Все рас-
четные участки тепловой сети нумеруют в направлении от источника к потребителям. Расчетным считается участок трубопровода между двумя смежными ответвлениями. Далее на схему наносят в виде флажков значения тепловых нагрузок (Q, Гкал/ч), расхода (С, т/ч) и скорости (К м/с) теплоносителя, а также длину расчетного участка (/, м) и удельные потери давления в трубопроводе (АИ, ГТа/м).
Рис. 6.3. Расчетная схема тепловой сети:
A, В, С - микрорайоны города; 1 и 2 - узлы теплосети
Количество циркулирующего теплоносителя определяется по формуле
где ∆t - расчетная разность температур, которая принимается в зависимости от принятого температурного графика отпуска теплоты и вида подключенной нагрузки. Так, например, при графике 15О/70°С расчетная разность температур для отопительной нагрузки ∆t0 = 150 - 70 = 80°С, вентиляции ∆tB = 80°С, горячего водоснабжения при закрытой независимой схеме ∆tГB= 65 - 25 = 40°С. В задачу гидравлического расчета тепловых сетей входит:
• определение диаметров трубопроводов, потерь давления и
конечных параметров теплоносителя в различных точках сети при
заданных расходах и начальных параметрах теплоносителя;
• определение пропускной способности трубопроводов, паде-
ния давления в сети при известном диаметре трубопроводов и за-
данной потере давления.
Гидравлический расчет радиальных тупиковых сетей выполняется при помощи номограмм и таблиц, а сложных и кольцевых -на ЭВМ по специальным программам. Критерием для определения оптимального диаметра тепловых сетей являются удельные потери давления и скорость движения воды в трубопроводах.
Полное гидравлическое сопротивление тепловых сетей состоит из суммы линейных и местных потерь давления:
где ∆Нтр , ∆Нм - потери давления на трение и в местных сопротивлениях.
Удельные потери давления (∆h) определяют по формуле
или
где λ- коэффициент сопротивления трения;
V- скорость теплоносителя, м/с;
g = 9,8 м/с2;
D - внутренний диаметр трубы, м;
G- суммарный расход теплоносителя на расчетном участке;
γ - удельная плотность теплоносителя кг/м3.
Приведенная длина трубопровода
|
где lэ - эквивалентная длина местных сопротивлений,
ИЛИ
где ζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений;
α - поправочный коэффициент на длину трубопровода для учета местных сопротивлений.
Скорость движения теплоносителя определяется по формуле
Гидравлический расчет выполняется в следующей последовательности:
• выбирается основная расчетная магистраль до наиболее
удаленного потребителя;
• принимаются удельные потери давления на трение для ма-
гистральных сетей ∆h < 8 кг/(м2-м);
• по таблицам (номограммам) для гидравлическою расчета
определяются диаметры трубопроводов и уточняются действитель-
ные удельные потери давления на трение и скорость по участкам
основной расчетной магистрали, которая не должна превышать V =
= 2,5... 3 м/с.
Результаты гидравлического расчета представляются в табличной форме, на расчетной схеме и в виде пьезометрического графика (рис. 6.4). Они являются исходной базой для:
• определения объема работ и капитальных вложений в теп-
ловые сети;
• выяснения условий и режимов эксплуатации тепловых сетей;
• установления характеристик и выбора сетевых и подпиточ-
ных насосов;
• определения схем подключения индивидуальных тепловых
пунктов потребителей.
Тепловой расчет выполняется с целью определения тепловых потерь, падения температуры теплоносителя и выбора конструкции тепловой изоляции теплопровода. При расчете потерь теплоты необходимо учитывать: способ прокладки, глубину заложения, температуру и свойства грунта, расстояние между трубопроводами, температуру теплоносителя.
Рис. 6.4. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети:
А - полный напор в подающей магистрали; Б - полный напор в обратной магистрали: В - полный статический напор; Нс - напор, создаваемый насосной станцией: ЛИ - дросселируемый напор; Нн - напор насосов у абонентов; 7.- отметка местности и рекомендуемые схемы присоединения систем отопления
зданий: зависимые I - с элеватором; II - с элеватором и клапаном подпора; III - с элеватором и насосом на обратной линии; IV - со смесительным насосом;
независимые V - без и VI - с насосом; 1 - элеватор; 2 - задвижка: 3 - клапан подпора: 4 - насос: 5 - подогрепатель
Удельные потери теплоты можно определить по формуле
где к - коэффициент теплопередачи - определяется по выражению
где Rиз, Rтр, Rоб, Rмт - термическое сопротивление соответственно изоляции, трубы, оболочки, грунта и взаимного теплообмена.
Термическое сопротивление отдельных элементов тепловой сети определяются следующим образом:
• изоляции
трубы
• оболочки
• грунта
• взаимного теплообмена труб
где D1 и D - внутренний и внешний диаметры оболочки, м;
d1 и d- внутренний и внешний диаметры трубы, м;
λиз, λтр, λоб, λмт - теплопроводность материалов изоляции, труб, оболочки и грунта, Вт/(м°С);
z - глубина укладки труб по осевой линии, м;
С-расстояние между осевыми линиями двух смежных труб, м.
Для ускорения расчетов в специально разработанных справочных таблицах приводятся значения коэффициента теплопередачи или удельных тепловых потерь. Тогда суммарные потери теплоты определяются следующим образом:
где кип - коэффициент учитывающий местные теплопотери;
li - длина i-го участка тепловой сети, м;
qi - удельные тепловые потери на i-м участке теплопровода,
Вт/м.