Гидравлический расчет тепловых сетей: понятие, определение, методика расчета с примерами, задачи и оформление. Гидравлический расчет тепловой сети

Страница 1

Гидравлический расчёт является важнейшим элементом проектирования тепловых сетей.

В задачу гидравлического расчёта входят:

1. Определение диаметров трубопроводов,

2. Определение падения напора в сети,

3. Установление величин напоров (давлений) в различных точках сети,

4. Увязка напоров в различных точках системы при статическом и динамическом режимах её работы,

5. Установление необходимых характеристик циркуляционных, подкачивающих и подпиточных насосов, их количества и размещение.

6. Определение способов присоединения абонентских вводов к тепловой сети.

7. Выбор схем и приборов автоматического регулирования.

8. Выявление рациональных режимов работы.

Гидравлический расчёт производят в следующем порядке:

1) в графической части проекта вычерчивают генплан района города в масштабе 1:10000, в соответствии с заданием наносят место расположения источника теплоты (ИТ);

2) показывают схему тепловой сети от ИТ к каждому микрорайону;

3) для гидравлического расчёта тепловой сети на трассе трубопроводов выбирают главную расчётную магистраль, как правило, от источника тепла до наиболее удалённого теплового узла;

4) на расчётной схеме указывают номера участков, их длины, определяемые по генплану с учётом принятого масштаба, и расчётные расходы воды;

5) на основании расходов теплоносителя и, ориентируясь на удельную потерю давления до 80 Па/м, назначают диаметры трубопроводов на участках магистрали;

6) по таблицам определяют удельную потерю давления и скорость теплоносителя (предварительный гидравлический расчёт);

7) рассчитывают ответвления по располагаемому перепаду давлений; при этом удельная потеря давления не должна превышать 300 Па/м, скорость теплоносителя – 3,5 м/с;

8) вычерчивают схему трубопроводов, расставляют отключающие задвижки, неподвижные опоры, компенсаторы и другое оборудование; расстояния между неподвижными опорами для участков различного диаметра определяются на основании данных таблицы 2;

9) на основании местных сопротивлений определяют эквивалентные длины для каждого участка и вычисляют приведённую длину по формуле:

10) вычисляют потери давления на участках из выражения

,

Где α – коэффициент, учитывающий долю потерь давления на местных сопротивлениях;

∆pтр – падение давления на трение на участке тепловой сети.

Окончательный гидравлический расчет отличается от предварительного тем, что падение давления на местных сопротивлениях учитывается более точно, т.е. после расстановки компенсаторов и отключающей арматуры. Сальниковые компенсаторы применяют при d ≤ 250 мм, при меньших диаметрах – П-образные компенсаторы.

Гидравлический расчёт выполняется для подающего трубопровода; диаметр обратного трубопровода и падение давления в нём принимают такими же, как и в подающем (п. 8.5 ).

Согласно пункту 8.6 , наименьший внутренний диаметр труб должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм, а для циркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения – не менее 25 мм.

Предварительный гидравлический расчёт начинают с последнего от источника теплоты участка и сводят в таблицу 1.

Таблица 6 – Предварительный гидравлический расчёт

№ участка							lпр=lх (1+α), м	∆Р=Rхlпр, Па
МАГИСТРАЛЬ
РАСЧЕТНОЕ ОТВЕТВЛЕНИЕ
								∑∆Ротв =

Гидравлический расчет производят в следующей последовательности:

Выбирают на трассе тепловых сетей главную магистраль – наиболее протяженную и загруженную, соединяющую источник теплоснабжения с дальними потребителями.

Разбивают тепловую сеть на расчетные участки, проставляют номера (сначала по главной магистрали, затем по ответвлениям), определяют расчетные расходы теплоносителя и измеряют длину участков.

Задавшись удельными потерями давлений на трение, исходя из расходов теплоносителя на участках, по номограмме (приложение 10) , составленным для труб с коэффициентом эквивалентной шероховатости k e = 0,0005 мм, находят диаметр трубопроводов, действительные удельные потери на трение и скорость движения теплоносителя, которая должна быть не более 3,5 м/c.

Определив диаметры расчетных участков тепловой сети, разрабатывают монтажную схему теплопроводов, размещая по трассе запорную арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы.

По монтажной схеме устанавливают местные сопротивления на расчетных участках и находят сумму коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентные длины, в зависимости от диаметра трубопровода.

Определяют приведённую длину расчетного участка тепловой сети

Находят потери давления на расчетных участках тепловой сети

4.1 Определение расходов сетевой воды

Расчетный расход сетевой воды, т/ч , в закрытых системах теплоснабжения для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

На отопление :

где и – температуры в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования систем отопления и вентиляции.

На вентиляцию :

Расчетные расходы сетевой воды на горячее водоснабжение, т/ч зависят от схемы присоединения водоподогревателей. При двухступенчатой схеме присоединения расход воды определяют по следующим формулам:

где среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, т/ч.

И температура в подающем и обратном теплопроводах в точке излома графиков температур воды.

Формулы для определения расчетного расхода сетевой воды при параллельной схеме присоединения подогревателей приведены в .

Суммарный расчетный расход сетевой воды, т/ч, в двухтрубных тепловых сетях при качественном регулировании по отопительной нагрузке:

где коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение, принимается в зависимости от мощности системы теплоснабжения (k=1,0 при k=1,0 при ).

Для потребителей с тепловым потоком 10 МВт и менее суммарный расчетный расход воды следует определять по формуле:

При центральном качественном регулировании отпуска теплоты по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения расчетный расход сетевой воды определяется как сумма расходов воды на отопление и вентиляцию без учета нагрузки горячего водоснабжения:

Расчетный расход сетевой воды в неотопительный период, т/чопределяется по формуле:

где определяют по формуле (33), с учётом того, что максимальную тепловую нагрузку на горячее водоснабжение определяют с учётом повышения температуры холодной воды до 15 o C;

Коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному, принимаемый для жилищно-коммунального сектора равным 0,8. Для курортных и южных городов , для промышленных предприятий .

ПРИМЕР 4. Для двух кварталов района города определить расчетный суммарный расход сетевой воды. Данные по расчетным тепловым потокам взять из примера 1. Температура воды в подающем трубопроводе , в обратном Регулирование отпуска теплоты производится по совмещенной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение.

Расчетная схема теплосети от источника теплоты (ТЭЦ) до районных тепловых пунктов (РТП) приведена на рис. 2.5. Для компенсации температурных деформаций используем сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали примем в размере 30−80 Па/м.

Рис. 2.5. Расчетная схема магистральной тепловой сети

Выполним расчет для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от ТЭЦ (участки 1, 2, 3, 4, 9). По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе , а также в прил. 6, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3, 4, 9 диаметры трубопроводов d н xS , мм, фактические удельные потери давления R , Па/м и скорости воды V , м/с.

По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений Sx и их эквивалентные длины L э. Так, на участке 1 имеется головная задвижка (x = 0,5), поворот (x = 0,3), тройник на проход при разделении потока (x = 1,0); количество сальниковых компенсаторов (x = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l . Согласно приложения 7 для D у = 500 мм это расстояние составляет 140 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 2000 м следует предусмотреть пятнадцать сальниковых компенсаторов. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит:

L п = L + L э = .

Затем определим потери давления DP на участке 1:

DP = R × L п = .

Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2, 3 и 4 главной магистрали (см. табл. 2.6, 2.7).

Далее приступаем к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления DP от точки деления потоков до концевых точек (РТП) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:

∆P 5 = ∆P 6 ;∆P 6 = ∆P 2+ 7 ; DP 7 = DP 3+8 ;DP 8 = DP 4+9 ;DP 9 = DP 10 .

Исходя из этих условий найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для ответвления 7 получим:

.

Коэффициент a, учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определяем по таблице 6.2 приложения 6:

Па/м.

Ориентируясь на R = 142 Па/м, определим по таблицам гидравлического расчета диаметр трубопровода, удельные потери давления R , скорость V , потери давления DР на участке 7. Аналогично выполним расчет ответвлений 5, 6, 8 и 10, определив предварительно для них ориентировочные значения R :

Таблица 2.6

Расчет эквивалентных длин местных сопротивлений.

Таблица 2.7

Гидравлический расчет магистральных трубопроводов

Определим невязку потерь давления на ответвлениях:

Т.к. невязка на участках 5, 6 и 7 больше 10 %, излишний напор на ответвлениях должен быть погашен соплами элеваторов, дроссельными диафрагмами и авторегуляторами потребителей.

В задачу гидравлического расчета входят:

Определение диаметра трубопроводов;

Определение падения давления (напора);

Определение давлений (напоров) в различных точках сети;

Увязка всех точек сети при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

По результатам гидравлического расчета можно решить следующие задачи.

1. Определение капитальных затрат, расхода металла (труб) и основного объема работ по прокладке тепловой сети.

2. Определение характеристик циркуляционных и подпиточных насосов.

3. Определение условий работы тепловой сети и выбора схем присоединения абонентов.

4. Выбор автоматики для тепловой сети и абонентов.

5. Разработка режимов эксплуатации.

a. Схемы и конфигурации тепловых сетей.

Схема тепловой сети определяется размещением источников тепла по отношению к району потребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя.

Удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика, поскольку потребители пара – как правило, промышленные потребители – находятся на небольшом расстоянии от источника тепла.

Более сложной задачей является выбор схемы водяных тепловых сетей вследствие большой протяженности, большого количества абонентов. Водяные ТС менее долговечны, чем паровые вследствие большей коррозии, больше чувствительны к авариям из-за большой плотности воды.

Рис.6.1. Однолинейная коммуникационная сеть двухтрубной тепловой сети

Водяные сети разделяют на магистральные и распределительные. По магистральным сетям теплоноситель подается от источников тепла в районы потребления. По распределительным сетям вода подается на ГТП и МТП и к абонентам. Непосредственно к магистральным сетям абоненты присоединяются очень редко. В узлах присоединения распределительных сетей к магистральным устанавливаются секционирующие камеры с задвижками. Секционирующие задвижки на магистральных сетях обычно устанавливаются через 2-3 км. Благодаря установке секционирующих задвижек уменьшаются потери воды при авариях ТС. Распределительные и магистральные ТС с диаметром меньше 700 мм делаются обычно тупиковыми. В случае аварий для большей части территории страны допустим перерыв в теплоснабжении зданий до 24 часов. Если же перерыв в теплоснабжении недопустим, необходимо предусматривать дублирование или закольцовку ТС.

Рис.6.2. Кольцевая тепловая сеть от трех ТЭЦ Рис.6.3. Радиальная тепловая сеть

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ путем соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае получается кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания. Подобная схема имеет более высокую надежность, обеспечивает передачу резервирующих потоков воды при аварии на каком-либо участке сети. При диаметрах магистралей, отходящих от источника тепла 700 мм и менее, обычно применяют радиальную схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра трубы по мере удаления от источника и снижения присоединенной нагрузки. Такая сеть наиболее дешевая, но при аварии теплоснабжение абонентов прекращается.

b. Основные расчетные зависимости

Расчет ответвлений.

Участок 5. Располагаемое давление на уч.5 Р Р.5, Па, принимаем равным потерям давления на участке 4.

Р 4 = 23400 Па.

Вычисляем средние удельные потери давления на участке Rc P , Па/м, по формуле

Rср= Р Р, Уч / С пр, (2.25)

где - располагаемое давление расчетного участка, Па, равное потерям дав­ления из точки разветвления потоков до наиболее удаленного потребителя; С пр -приведенная длина расчетного участка, м.

Rср=23400/104 = 225 Па/м

Ориентируясь на значение Rc P =225 Па/м и G p =18,5 кг/с, по или прил. 4. принимаем диаметр участка d=125 мм, действительные удельные потери составят R 5 =270 Па/м.

Аналогично производится предварительный расчет других ответвлений. Ре­зультаты расчета заносятся в табл.2.2.

После проведения предварительного гидравлического расчета разрабатыва­ем монтажную схему теплопроводов (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Монтажная схема тепловой сети

Находим по монтажной схеме эквивалентную длину местных сопротивле­нии м, по прил.5, результаты заносим в табл. 2.3. Уточненные значения эквивалентных длин участков заносятся в табл.2.2 и проводится окончательный расчет: пересчитываются значения приведенных длин пр и потерь давлений Р на участках.

Вычисляется невязка между располагаемым давлением Р р, Па, и окончательными потерями давления на ответвлениях Р, Па, по формуле

В случае, если величина невязки превышает ±10%, может потребоваться шмена диаметра на некоторых участках и корректировка гидравлического расче-i.i 1 [ри невозможности увязки потерь давления подбором диаметров избыточное (Явление гасится на вводах в абонентские установки с помощью дроссельных (иафрагм или шайб.

2.5.5. Построение пьезометрического графика

После выполнения гидравлического расчета приступают к построению пье­зометрического графика (графика давлений) для расчетной магистрали и одного из ответвлений (по заданию руководителя). Пьезометрическим называется напор, отсчитанный от оси прокладки теплопровода.

Пьезометрический график позволяет определить напор и располагаемый напор в любой точке сети; учесть взаимное влияние рельефа местности, высоты присоединенных потребителей и потерь напора в сети; выбрать схемы присоеди­нения потребителей.

График давлений строится для статического и динамического режимов сис­темы теплоснабжения. При его построении по оси ординат откладывают значения напоров в подающей и обратной магистралях тепловой сети, отметки рельефа ме­стности и высоты присоединенных потребителей. По оси абсцисс строят профиль местности и откладывают длину расчетных участков. Ввиду небольшого заглубления теплопроводов (около 1,5 м) ось теплотрассы условно принимают совпа­дающей с поверхностью земли.

После построения профиля местности и нанесения высот присоединенных тотребителей разрабатывают график напоров при статическом режиме, когда циркуляция теплоносителя в тепловой сети отсутствует, и напор в системе под­держивается статическими (подпиточными) насосами. При таком режиме график напоров представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс, расположенную выше всех присоединенных потребителей на 3...5 м, для обеспечения заполнения водой систем отопления абонентов сети. Максимальный статический напор в теп­ловой сети при присоединении отопительных установок по зависимым схемам не должен превышать 60 м из условия механической прочности чугунных отопи­тельных приборов. При разработке статического режима следует стремиться к установлению одинакового статического напора для всей системы теплоснабже­ния. Когда невозможно достигнуть этого условия, тепловую сеть разделяют на несколько статических зон или присоединяют потребителей по независимой схе­ме.

После построения линии статического напора разрабатывают график напо­ров при динамическом режиме, когда циркуляция теплоносителя в тепловой сети осуществляется сетевыми насосами. Построение начинают с нанесения линий максимальных и минимальных допустимых пьезометрических напоров. Макси­мальный напор в подающем теплопроводе не должен превышать 160 м по усло­вию прочности стальных трубопроводов и арматура. Минимальный напор должен обеспечивать невскипание теплоносителя при его циркуляции в сети. Эта вели­чина зависит от расчетной температуры воды. Например, при Т] = 150С° напор, обеспечивающий невскипание теплоносителя, равен 38 м.

Для обратного теплопровода максимальный напор при зависимых схемах присоединения потребителей не должен превышать 60 из условия механической прочности чугунных отопительных приборов, при независимых схемах - 100 м из условия прочности водоподогревателей. Минимальный пьезометрический напор для обратной магистрали должен обеспечивать избыточный напор в сети для за­щиты системы от подсоса воздуха и предупреждения кавитации насосов. Мини­мальный напор принимают равным 5 м. Линии действительных динамических напоров подающей и обратной магистралей не должны выходить за линии пре­дельных значений напоров. На рис. 2.14 приведен пример построения пьезомет­рического графика для двухтрубной тепловой сети. Построение линий напора по­дающего и обратного трубопроводов производится на основании полученных по­терь давления на участках (см. табл. 2.2).

Иногда требуется построить пьезометрический график при заданном распо­лагаемом давлении. При этом должно быть известно значение напора в подающем трубопроводе.

Вычерчивание графика напоров подающей магистрали начинают из точки, соответствующей напору на вводе в микрорайон (по заданию). Напор в конце первого участка меньше на величину потерь напора при движении по нему рас­четного расхода теплоносителя, и далее - напор в конце каждого последующего участка уменьшается на величину потерь напора в нем. При построении следует обратить внимание, что в табл.2,2 приведены потери давления Р, измеряемые в

Длина 1, м

Паскалях, а на пьезометрическом графике откладываются значения напора 11, измеряемые в метрах водяного столба. Допустимо принять следующее соотношение: 1 м вод. ст. = 10 4 Па.

Потери давления в обратном трубопроводе принимаются такими же, как и в подающем, поэтому пьезометр обратной линии строят из точки, соответствующей давлению в обратной магистрали на вводе, симметрично пьезометру подающей пинии.