Определение расходов сетевой воды
Введение
Целью курсового проекта является выполнение гидравлического и теплового расчета магистральной тепловой сети, построение пьезометрического графика, выбор оборудования источника теплоснабжения. Освоение предложенной методики является обязательным для инженера - промтеплоэнергетика.
Задание на курсовой проект
Произвести выбор схемы тепловой сети, расчет расходов сетевой воды по участкам тепловой сети, выполнить гидравлический и тепловой расчет разветвленной тепловой сети, построить пьезометрический график тепловой сети, произвести выбор оборудования источника теплоснабжения.
Вариант задания на курсовой проект выбирается из таблицы 1, 2, 3. Согласно таблице 1 по предпоследней цифре шифра определяется тип водяной системы теплоснабжения, длины участков тепловой сети,
из таблицы 2 по первой цифре шифра студента определяется расход тепла на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение для промышленного предприятия и жилого района.
Таблица 1 – Варианты заданий на курсовой проект
| Пред после дняя циф ра шиф ра |
Тип водяной системы теплоснабжения |
Длина участков тепловой сети, м | ||
| 
| 
| ||
| 0 | трехтрубная, закрытая | 500 | 450 | 2500 |
| 1 | двухтрубная, открытая | 300 | 500 | 3700 |
| 2 | двухтрубная, закрытая | 250 | 350 | 4200 |
| 3 | трехтрубная, закрытая | 360 | 1300 | 3700 |
| 4 | двухтрубная, открытая | 430 | 1420 | 2900 |
| 5 | двухтрубная, закрытая | 470 | 560 | 2700 |
| 6 | трехтрубная, закрытая | 380 | 500 | 3500 |
| 7 | двухтрубная, закрытая | 370 | 350 | 4200 |
| 8 | трехтрубная, закрытая | 270 | 700 | 4500 |
| 9 | двухтрубная, открытая | 250 | 1200 | 3750 |
|
|
|
Таблица 2 – Варианты заданий на курсовой проект
| Пос лед няя циф ра шифра | Расход тепла, МДж/с | |||||
| промышленное предприятие | жилой район | |||||
отопление
| вентиля
ция
| горячее
водоснабж.
| отопление
| вентиля
ция
| горячее
водоснабж.
| |
| 1 | 762300 | 60980 | 15660 | 7920 | 3570 | 1860 |
| 2 | 872500 | 46980 | 11740 | 1100 | 3100 | 1500 |
| 3 | 674100 | 42870 | 19940 | 3240 | 2800 | 1550 |
| 4 | 639800 | 51340 | 14270 | 6460 | 3370 | 1360 |
| 5 | 385200 | 30810 | 12530 | 3440 | 1170 | 1200 |
| 6 | 725600 | 57980 | 14490 | 8340 | 3370 | 1590 |
| 7 | 468300 | 38620 | 14840 | 3640 | 1290 | 1440 |
| 8 | 253600 | 19930 | 11750 | 2980 | 1150 | 1280 |
| 9 | 564500 | 41900 | 15830 | 1600 | 3290 | 1150 |
| 0 | 539900 | 29800 | 16900 | 2450 | 2850 | 1600 |
По первой букве фамилии студента из таблицы 3 определяется район теплоснабжения, параметры пара у потребителя, тип котельной.
Пояснительная записка должна содержать: титульный лист (приложение А), задание на курсовой проект, введение, выбор схемы тепловой сети, расчет расходов сетевой воды по участкам тепловой сети, гидравлический расчет водяной и паровой тепловой сети, построение пьезометрического графика, тепловой расчет теплопроводов, выбор оборудования источника теплоснабжения, список использованной литературы.
|
|
|
В объем курсового проекта входит чертеж на листе формата А1, включающий в себя генплан района теплоснабжения, профиль трассы, пьезометрический график тепловой сети и схему источника теплоснабжения. Скелетная схема теплотрассы выполняется на листах формата А4 и прилагается к пояснительной записке.
Таблица 3 - Варианты заданий на курсовой проект
| Первая буква фамилии студента | Район теплоснабжения | Параметры пара у потребителя | Тип котельной | |
| расход, кг/с | давление, МПа | |||
| А Б В Г | Алматы Актобе Астана Атырау | 20 25 30 35 | 0,5 0,6 0,7 0,8 | паровая паро-водог. паровая паро-водог. |
| Д Е Ж З | Иркутск Казань Караганда Кокчетав | 40 45 50 45 | 0,9 1,0 1,1 1,2 | паровая паро-водог. паровая паро-водог. |
| И К Л М | Костанай Магнитогорск Москва Одесса | 40 35 30 25 | 1,3 1,4 1,5 1,4 | паровая паро-водог. паровая паро-водог. |
| Н О П Р | Павлодар Петропавловск Самара Семипалатинск | 20 25 30 35 | 1,3 1,2 1,1 1,0 | паровая паро-водог. паровая паро-водог |
| С Т У Ф | Талды-Корган Тараз Ташкент Тула | 40 45 50 45 | 0,9 0,8 0,7 0,6 | паровая паро-водог. паровая паро-водог. |
| Х Ц Ч Ш | Тбилиси Тюмень Усть-Каменогорск Уральск | 40 35 30 25 | 0,5 0,6 0,7 0,8 | паровая паро-водог. паровая паро-водог. |
| Щ Э Ю Я | Харьков Хабаровск Челябинск Шымкент | 20 25 30 35 | 0,9 1,0 1,1 1,2 | паровая паро-водог. паровая паро-водог. |
|
|
|
Схема тепловой сети
Для выполнения гидравлического расчета необходимо разработать генплан района теплоснабжения в соответствующем масштабе. Генплан разрабатывается студентами самостоятельно, при этом следует учитывать особенности местности заданного района теплоснабжения. Пример генплана района теплоснабжения в сельской местности приведен на рисунке 1. В том случае, если район теплоснабжения расположен в городе, можно задаваться перепадом высот. На генплане изображается роза ветров для зимнего и летнего месяцев, повторяемость ветров по направлениям приведена в приложении Б. Размещение источника и потребителей тепла должно учитывать господствующее направление ветров.
При выборе плана и профиля теплотрассы необходимо руководствоваться следующими положениями:
|
|
|
- надземная прокладка, как наиболее дешевая, рекомендуется для промышленных объектов и незастроенных районов, а также для заболоченных и сильно пересеченных местностей. Она осуществляется на эстакадах или отдельных стойках;
- подземная прокладка применяется для городских районов и районов, подлежащих застройке. Подземная прокладка в проходных и непроходных каналах усложняет условия дренирования сетей и каналов, удорожает сооружение сетей;
- пересечение теплотрассой различных инженерных сооружений требует специальных приспособлений и средств защиты, поэтому пересечения должны быть (по возможности) под прямым углом с выдержкой необходимых зазоров между сооружениями и трубопроводами.
По плану трассы составляется профиль местности и на нем выбирается способ прокладки трубопроводов, т.е. профиль трассы (рисунок 2). Необходимые размеры каналов, траверс, эстакад и стоек заносятся в графу «тип канала или эстакады» после расчета диаметров труб. С помощью плана и профиля трассы легко подсчитывается количество поворотов и подъемов на участках.
Составляется скелетная схема трубопровода (рисунок 3), на которой намечаются узлы отводов. Тепловую сеть разбивают на расчетные участки. Расчетным участком считается участок между двумя ближайшими ответвлениями. Нумерацию участков тепловой сети начинают от источника теплоснабжения. На водяных тепловых сетях секционирующие задвижки устанавливаются не реже, чем через
Рисунок 1 - Генплан района теплоснабжения
Рисунок 2 – Профиль трассы тепловой сети
Рисунок 3 – Скелетная схема теплотрассы
каждые 1000 м с перемычкой между подающей и обратной линиями, задвижки устанавливаются также на всех ответвлениях и на вводах к крупным потребителям. В нижних точках устанавливают дренажи, а в наиболее высоких – воздушники. Разработка схемы завершается после окончания гидравлического расчета.
Определение расходов сетевой воды
Расчетный часовой расход воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях должен определяться отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием, по приведенным ниже формулам.
Расчетный часовой расход воды на отопление Go, кг/с
.
Расчетный часовой расход воды на вентиляцию Gв, кг/с
,
где Q0max, QBmax – максимальные расходы тепла соответственно на
отопление и вентиляцию предприятия и жилого
района, кДж/с;
с - теплоемкость воды (приложение В), кДж/(кг.град);
t1, t2 – температуры воды в подающей и обратной линиях водяной
тепловой сети при расчетной температуре наружного
воздуха для проектирования отопления tHO , 0C;
t1B, t2B – температура воды в подающей и обратной линиях при
расчетной температуре наружного воздуха для
проектирования вентиляции tHВ, могут приниматься
равными соответственно t1 и t2, 0С.
Температура воды в подающем трубопроводе двухтрубных водяных сетей при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования принимается t1= 1500С. Допускается при обосновании применение воды с более низкой (до 950С) или более высокой (до 2000С) температурой [5]. При теплоснабжении от промышленной котельной температуру воды в подающей линии рекомендуется принимать 95 – 115 оС.
При одновременной подаче тепла по двухтрубным водяным тепловым сетям на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение должно приниматься центральное регулирование отпуска тепла. При этом температура воды в обратном трубопроводе должна приниматься t2= 700С – для закрытых систем теплоснабжения и t2= 600С – для открытых систем теплоснабжения [4].
Расчетный расход воды на горячее водоснабжение Gгв, кг/с, при открытых системах теплоснабжения
,
где tг, tx – температуры воды, поступающей в систему горячего
водоснабжения потребителей и холодной водопроводной
воды, 0С.
При отсутствии данных о температуре холодной водопро-водной воды ее принимают в отопительный период равной tхз= 5 оC и в летний период tхл= 15 оC [5].
Расчетный расход воды на горячее водоснабжение в закрытых ситемах теплоснабжения Gгв, кг/с, при параллельной схеме присоединения водонагревателей потребителей
,
где t1 - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети в
точке излома графика температур воды, 
t3 – температура воды после параллельно включенного
водонагревателя горячего водоснабжения в точке излома
графика температур воды. Рекомендуется принимать
t3= 300С [5].
В закрытых системах теплоснабжения суммарный расчетный расход воды в тепловой сети является суммой расходов воды на отдельные виды тепловой нагрузки. Причем, поскольку вода из тепловой сети не разбирается, расходы в падающей и обратной линиях сети одинаковы
.
При открытых системах теплоснабжения расчетные расходы воды получаются в ряде случаев различными для подающей и обратной линий. Однако подающие и обратные линии сети обычно прокладываются одного диаметра. Расчетный расход воды для таких тепловых сетей должен выбираться из условия, чтобы суммарная потеря напора при расходе воды в подающей ( 
) и обратной линиях ( 
) была равна суммарной потере напора при одинаковом расходе Gp в падающей и обратной линиях. Этот расчетный расход воды, по которому и следует выбирать диаметры тепловой сети при открытой системе [3] определяется
,
где 
- суммарный расход сетевой воды на отопление и
вентиляцию.
Расчетный расход воды определяется для каждого участка тепловой сети. Результаты расчетов заносятся в таблицу 4.
Таблица 4 - Расчетные расходы воды
| Номер участка | Расчетные расходы воды, кг/с | |||
| Gо | Gв | Gгв | Gр | |
| 0-1 1-2 1-3 | ||||
Пьезометрический график
На пьезометрическом графике в определенном масштабе наносятся рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети.
Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения гидравлического расчета водной тепловой сети наметить уровень статистических напоров, а также линии предельно допустимых максимальных и минимальных гидродинамических напоров в системе. Ориентируясь по ним, выбрать характер пьезометрического графика из условия, чтобы при любом ожидаемом режиме работы напоры в любой точке системы теплоснабжения не выходили за допустимые пределы.
При любом режиме работы системы теплоснабжения должны соблюдаться условия надежности, которые сводятся к следующему:
а) действительные давления не должны превышать допустимых давлений в оборудовании источника теплоснабжения, тепловой сети и абонентских установок;
б) во всех элементах системы теплоснабжения должно поддер-живаться избыточное давление (сверх атмосферного) для предупреж-дения кавитации насосов и защиты системы от подсоса воздуха. Минимальная величина избыточного давления принимается 0,05 МПа (5 м.вод.ст.);
в) при гидродинамическом режиме системы теплоснабжения (т.е. при циркуляции воды) для обеспечения невскипания воды во всех точках системы должно поддерживаться давление, превышающее давление насыщения водяного пара при температуре воды в системе. Давление насыщения определяется по приложению В, таблица В.1.
Последнее условие не учитывается при рассмотрении гидростатического режима, т.к. температура воды может быть снижена до 100°С и ниже путем выключения подогрева сетевой воды на станции, при этом не требуется обеспечивать избыточного давления, т.к. температура насыщенного водяного пара при давлении 0,1 МПа равна 100 °С.
Разработка пьезометрического графика начинается с гидростатического режима, т.е. когда циркуляция воды в тепловой сети отсутствует и система заполнения водой с температурой 100°С, при этом все потребители тепла присоединяются по зависимой схеме. Намечается уровень полного статического напора в системе и проверяется возможность установления общей статистической зоны для всей системы теплоснабжения, а также выявляются причины, препятствующие такому решению. Установление общей статистической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным.
При зависимой схеме присоединения отопительных установок к тепловой сети, полный статический напор определяется из условия обеспечения в верхних точках наиболее высоко расположенных отопительных установок, избыточного давления не менее 0,05 МПа (5 м.вод.ст.), по выражению:
где z - геодезическая отметка, на которой расположено здание, м;
L - высота здания, м.
Под полным статистическим напором находятся все элементы системы теплоснабжения, однако пьезометрический статистический напор неодинаков для различных элементов системы теплоснабжения. Для каждого элемента системы пьезометрический статистический напор можно определить по выражению:
,
где zi - геодезическая отметка каждого элемента системы, м.
По величине пьезометрического статистического напора проверяются условия механической прочности всех элементов системы теплоснабжения с учетом допустимых величин, значения которых приведены в приложении Г. Наименьший допустимый напор, как правило, имеют местные системы отопления зданий, на которые и ориентируются при анализе графика для статического режима.
В том случае, если напор меньше 60 м.вод.ст. получается только у отдельных зданий, то их местные системы следует присоединить по независимой схеме с использованием теплообменников. Если такой завышенный напор отмечается для целого района, то тепловую сеть разделяют на отдельные зоны.
На рисунке 4 приведен пример графика напоров для статического режима системы теплоснабжения. Условно принимается, что отметка прокладки трубопроводов, установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадает с отметкой земли, а источник теплоснабжения расположен на отметке 0. Здания промышленного предприятия имеют высоту 20 м и расположены на геодезической отметке 15 м. Жилые здания имеют высоту 33 м и расположены на геодезической отметке 12 м. Наиболее высокой точкой системы будет верхний этаж жилых зданий. Тогда полный статистический напор в системе будет равен:
.
Пьезометрические напоры соответственно в оборудовании источника теплоснабжения, в нижних этажах жилых и промышленных зданий будут равен:
,
Следовательно, для данной системы теплоснабжения возможно присоединение отопительных установок абонентов по зависимой схеме и устанавливается общая статистическая зона для всей системы. При этом пьезометрические напоры не будут превышать допустимых значений.
При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения график напоров разрабатывается для условий установившегося движения воды при расчетных расходах и максимальной расчетной температуре воды. Напоры в любой точке системы также должны удовлетворять указанным выше условиям надежности.
На график наносят уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линий системы.
При построении линий напоров для оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты (например, пиковые водогрейные котлы имеют высоту 10-15 м), величина допустимого максимального пьезометрического напора отсчитывается от нижней точки, а величина допустимого минимального пьезометрического напора – от верхней точки оборудования. Кроме этого, в связи с возможным локальным нагревом воды в отдельных трубах водогрейного котла выше расчетной температуры, для выходного коллектора величина минимального допустимого пьезометрического напора определяется по температуре, превышающей расчетную на
30 °С.
Величина максимального допустимого гидродинамического пьезометрического напора обычно определяется:
- для подающей линии, из условия механической прочности оборудования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоснабжения (пароводяные подогреватели, водогрейные котлы);
- для обратной линии, при зависимой схеме присоединения абонентов, из условия механической прочности отопительных и вентиляционных приборов абонентских установок; при независимой схеме присоединения абонентов из условия механической прочности водо-водяных подогревателей.
Величина минимального допустимого гидродинамического напора обычно определяется:
- для подающей линии из условия защиты от вскипания воды;
- для обратной линии из условия предупреждения вакуума в
системе, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.
Рисунок 4 – Построение графика гидродинамических напоров
системы теплоснабжения
На рисунке 4 показано построение графика гидродинамического напоров системы теплоснабжения рассмотренной выше. Расчетная температура воды в подающей линии задана 150 °С. Полный стати-ческий напор принят 50 м. Отопительные установки (чугунные радиаторы) абонентов присоединены по зависимой схеме. У источника тепла установлен стальной водогрейный котел, имеющий высоту 10 м и подогреватель сетевой воды.
Линия Пб показывает максимально допустимые напоры в подающей линии от падающего коллектора на станции до абонентских вводов. Она определяется условиями прочности стального водогрейного котла с учетом гидравлических потерь
(220 м), трубопровода и арматуры подающей линии (160 м).
Линия Пм показывает минимально допустимые напоры в подающей линии системы. Она определяется условиями обеспечения невскипания воды в верхней точке котла при температуре 175 °С (10+93=103 м ) и в подающей линии при температуре 145 °С (40 м).
Линия Об показывает максимально допустимые напоры в обратной линии системы от абонентских вводов до входного коллектора теплофикационного подогревателя. Она определяется условиями механической прочности подогревателя (140 м) и чугунных радиаторов отопления, присоединенных по зависимой схеме (60 м).
Линия Ом показывает минимально допустимые пьезомет-рические напоры в обратной линии системы. Она определяется условиями обеспечения избыточного давления в обратной линии и на всасывающей линии насосов, для предупреждения подсоса воздуха и кавитации (5м. вод.ст.).
Для построения графика действительных напоров в тепловой сети задаются значениями располагаемых напоров на коллекторах станции и у абонентов. Значение требуемого располагаемого напора на абонентском вводе или центральном тепловом пункте 
НАб зави-сит от характера местной теплопотребляющей установки и схемы ее присоединения к тепловой сети. При размещении узлов присоединения непосредственного на абонентском вводе можно принимать значения приведенные в таблице 5.
Полный напор на обратном коллекторе станции Н0, м должен быть не менее 5 м.вод.ст. из условия обеспечения избыточного давления в обратной линии. В расчетах рекомендуется принимать 
.
Величина полного напора на подающем коллекторе станции Нп, м, будет равна
где Нсн - напор развиваемый сетевым насосом, м.
Таблица 5 - Располагаемые напоры у абонентов [4]
| Схема присоединения |  Наб, м
|
| 1. Зависимое присоединение отопительных и вентиляционных установок без применения элеваторов, а также независимое присоединение с помощью поверхностных подогревателей. | 6-10 |
| 2. Присоединение отопительных установок с помощью элеватора. | 15-20 |
| 3. Последовательное включение водо-водяных подогревателей горячего водоснабжения и элеваторного узла. | 20-25 |
Отсюда следует, что величина Нп должна предварительно задаваться по двум условиям:
- величина Нп не должна выходить за пределы ограниченные линиями Пб и Пм (рисунок 4), с учетом возможного увеличения Нп на 25% при испытаниях системы;
- величина Нп зависит от Нсн, следовательно необходимо ориентироваться на напоры развиваемые существующими насосами, с учетом производительности этих насосов (характеристики сетевых насосов приведенных в приложении Д).
Тогда располагаемый напор на коллекторах станции 
, м, будет равен
где 
- потеря напора сетевой воды в теплоподогревательной уста-
новке станции, пиковой котельной и станционных комму-
никациях (обычно 20-25 м).
Задавшись располагаемым напором на коллекторах станции и располагаемым напором у абонента Наб можно определить располагаемую потерю напора на трение в трубопроводах тепловой сети ∆Нтс, м
.
В двухтрубной закрытой системе теплоснабжения эта потеря напора располагается поровну между подающей и обратной линиями тепловой сети
,
где 
, 
, – соответственно потеря напора в подающей и обратной
линиях тепловой сети, м.
Наличие в закрытых системах насосных, насосно-смесительных или дросселирующих подстанций, особенности открытых систем, особенности рельефа местности накладывают свои особенности на пьезометрический график, которые необходимо учитывать.
Для построения графика действительных напоров в тепловой сети предварительно задаются характером падения напора в расчетной магистрали. Если нет каких-либо ограничений по условиям профиля, высотности зданий или другим соображениям, то линию падения напора (пьезометрический график) выбирают прямолинейной.
Желательно, чтобы при зависимой схеме присоединения линия действительных полных гидродинамических напоров подающей линии не пересекала линию статистических напоров. В этом случае в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети не требуется сооружения повысительных насосных подстанций, что упрощает систему и повышает надежность ее работы. Линия действительных полных гидродинамических напоров в обратной линии, как правило, пересекает линию статистических напоров.
Линии действительных гидродинамических напоров наносят на график. На рисунке 4 линия П показывает напоры в подающей линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями Пб и Пм. Линия О показывает действительные напоры в обратной линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями Об и Ом.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 575; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!