Гидравлический расчет водяной тепловой сети
Задачами гидравлического расчета водяной тепловой сети является определение диаметров трубопроводов на всех участках, определение падения давления (напора) в подающей и обратной линиях, определение напора сетевого насоса, построение пьезомет-рического графика.
Расчет диаметров водяной сети производится по максимальной тепловой нагрузке на отопление, вентиляцию и горячее водоснаб-жение в зимнее время.
Для выбранных диаметров трубопроводов водяных тепловых сетей в случае необходимости определяются потери давления при расходах воды, отличающихся от расчетных, например: расход в летнее время, при максимальном отборе на горячее водоснабжение в двухтрубных сетях при открытой системе и др. Гидравлический расчет разделяется на два этапа: предварительный и проверочный.
Предварительный расчет
Выбирается расчетная магистраль, т.е. направление от станции до одного из абонентов, которое характеризуется наименьшим удельным падением давления. Если падение давления между станцией и любым потребителем одно и тоже, то расчетной магистралью является линия, соединяющая станцию с наиболее удаленным потреблением. Такое положение имеет место в паровой сети при одинаковых давлениях пара у всех потребителей, а в двухтрубной водяной сети - при одинаковом располагаемом напоре у всех потреби-телей. В примере приведенном на рисунках 2 и 3 магистральной трассой будет направление 0-1-2, т.к. располагаемые напоры у абонентов 2 и 3 приняты одинаковыми, а абонент 2 является наиболее удаленным.
|
|
|
Расчет начинается с начального участка расчетной магистрали (0-1). По формуле Б.Л. Шифринсона определяется предварительное значение средней доли местных потерь давления на данном участке
,
где 
- расход теплоносителя на рассматриваемом участке 0-1, кг/с;
z – постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоноси-
теля. Для воды рекомендуется принимать z = 0,03 - 0,05;
для водяного пара z = 0,2 - 0,4 [4].
Предварительное значение удельного линейного падения давления на участке 0-1 
, Па/м, т.е. падение давления на единицу длины трубопровода определяется по формуле
где p – объемная плотность воды (приложение В, таблица В.1), кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
- потеря напора по всей длине трассы 0-1-2, м. Принимается рав-
ной потери напора в подающей линии 
;
- длина трубопровода на трассе 0-1-2, м.
Определяется предварительное значение диаметра трубопровода на участке 0-1 
, м
где Аd – постоянный расчетный коэффициент для определения
диаметра трубопроводов (приложение В, таблица В.2).
|
|
|
Проверочный расчет
Ориентировочное расчетное значение диаметра трубопроводов округляется до ближайшего большего стандартного внутреннего диаметра 
(приложение Е).
С помощью скелетной схемы тепловой сети и профиля трассы (рисунок 2, 3) определяется количество запорной арматуры, пово-ротов, компенсаторов, переходов диаметров, и наносится на схему (рисунок 3). При этом необходимо руководствоваться следующими правилами.
На водяных тепловых сетях секционирующие задвижки устанавливаются не реже, чем через каждые 1000 м с перемычкой между подающей и обратной линиями, задвижки устанавливаются также на всех ответвлениях и на вводах к крупным потребителям тепла. Число компенсаторов определяется в зависимости от расстояния между неподвижными опорами. Неподвижные опоры предусматриваются на трубопроводах при всех способах прокладки тепловых сетей. Рекомендуемые расстояния между неподвижными опорами приведены в приложении Ж. Тогда количество компенсаторов установленных на участке 0-1 будет равно
,
где l01 – длина рассматриваемого участка, м;
lx - расстояние между неподвижными опорами, м.
|
|
|
При установке П - образных компенсаторов длина трубопровода на участке 0-1 
, м, увеличивается на величину
где Н – вылет (плечо) компенсатора, м.
Вылет П - образного компенсатора Н, м, можно определить по формуле
где Сх – коэффициент конфигурации теплопровода, рекомендуется принимать Сх= 0,3;
Е – модуль упругости первого рода (приложение И), МН/м2;
dH01 – наружный диаметр трубопровода, м;
- максимальное допустимое напряжение при расчете усилий
тепловых удлинений, рекомендуется принимать
- расчетное тепловое удлинение трубопровода, м.
Расчетное тепловое удлинение трубопровода , м, можно определить по формуле
,
где К1- коэффициент зависящий от температуры теплоносителя
(таблица 5);
- коэффициент линейного расширения материала трубопровода
(приложение И), мм/м.град;
t1 – максимальная температура теплоносителя (принимается для
прямой и обратной линий, равной температуре теплоносителя в
прямой линии), °С;
t0 – температура окружающей среды, °С.
Температура окружающей среды принимается [3]:
- при надземной прокладке равной среднегодовой температуре наружного воздуха (приложение К);
|
|
|
- при подземной бесканальной прокладке или прокладке в непроходных каналах равной температуре грунта на глубине заложения оси трубопровода +5 °С;
- при подземной прокладке в тоннелях или полупроходных каналах равной температуре воздуха в канале +40 °С.
Таблица 5 - Коэффициент для расчета теплового удлинения
трубопровода
| Температура теплоносителя, °С | Коэффициент, К1 |
| Менее 250 | 0,5 |
| От 250 до 300 | 0,6 |
| От 300 до 400 | 0,7 |
| Более 400 | 1 |
Уточненное значение удельных линейных потерь давления на участке 0-1 
, Па/м, будет равно
где АR – вспомогательный расчетный коэффициент (приложение В,
таблица В.2);
Gp01 - расход теплоносителя на данном участке, кг/с.
При выполнении гидравлического расчета величину местных потерь выражают через эквивалентные линейные потери условных участков, имеющих эквивалентную длину lэ. Эквивалентную длину всех местных сопротивлений участка 0-1 lэ01, м, можно определить по формуле
где Аl- вспомогательный расчетный коэффициент (приложение В,
таблица В.2);
- сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном
участке;
- коэффициент отдельного местного сопротивления (приложе-
ние Л);
n –количество местных сопротивлений на данном участке.
Падение давления на участке 0-1 
, Па, будет равно
.
Потере напора на участке 0-1 
, м
Тогда располагаемый напор в т. I тепловой сети (рисунок 4) с учетом потери напора в подающей и обратной линиях 
, м, будет равен
На этом заканчивается расчет участка 0-1 магистрали.
Аналогично рассчитываются все остальные участки расчетной магистрали. Так, например, расчет следующего участка 1-2 начинается с предварительного определения доли местных потерь давления на этом участке
.
Далее определяется предварительное значение линейных потерь давления на участке 1-2 Rл12, Па/м
где l12 – длина трубопровода на участке 1-2;
- потеря напора на участке 1-2 расчетной магистрали, м.
Потеря напора на участке 1-2 
,будет равна
и т.д.
В аналогичной последовательности производится также расчет ответвлений. Все расчеты сводятся в таблицу 6.
При гидравлических расчетах водяных тепловых сетей удельные потери давления в трубопроводах рекомендуется принимать [4]:
- для участков расчетной магистрали от источника тепла до наиболее удаленного абонента - не более 80 Па/м;
- для ответвлений от расчетной магистрали - по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.
В случае, если действительные удельные потери давления превышают допустимые, то следует принять большой стандартный диаметр трубопровода.
По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график водяной тепловой сети (рисунок 4).
Таблица 6 - Сводная таблица гидравлического расчета водяных тепловых сетей
| Участок тепловой сети | Расход воды на участке
 , кг/с
| Длина участка по плану l, м | Располагаемый напор в начале участка 
| Предварит. доля местных потерь
| Предварит. удельные линейные потери напора Rл, Па/м | Предварительный
диаметр участка трубопровода
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 0-1 1-2 1-3 |
Стандартный внутренний диаметр трубопровода участка,
| Количество компенса-торов
 , шт
| Длина вылета всех компенса-торов lk,, м | Сумма
коэффициентов местных сопротивлений,
| Эквивалентная длина всех местных сопротивлений, lэ, м | Удельные линейные потери напора,
| Потеря напора на участке,
|
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| 0-1 1-2 1-3 |
5 Гидравлический расчет паровой линии
Гидравлический расчет паропроводов производится по заданным в исходных данных расходу и давлению пара, с учетом изменения состояния пара за счет падения давления при движении его по паропроводу и падении температуры, за счет потерь тепла в окружающую среду.
Таким же образом, как и для водяных тепловых сетей, составляется профиль и скелетная схема паропровода. Расчетным участком считается участок между двумя ближайшими ответвлениями. При расчете паропроводов большой протяженности длина расчетного участка принимается равной 300 – 500 м, при большом перегреве пара длину расчетного участка можно увеличить до 1000 м. Секционирующие задвижки на паропроводах не устанавливают.
Расчет разбивается на два этапа: предварительный и проверочный.
5.1 Предварительный расчет
Выбор расчетной магистрали производится методом, указанным в п.4.1. Расчет разветвленной паровой сети выполняется в такой же последовательности, как и расчет тепловой водяной сети.
Предварительное значение средней доли местных потерь давления на данном участке рассчитывается
,
где - расход теплоносителя на рассматриваемом участке 0-1, кг/с;
z – постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносителя
Для водяного пара z = 0,2 - 0,4 [5].
Задаются значением температуры пара у потребителя tпк таким образом, чтобы она была существенно выше чем температура насыщения водяного пара при давлении Рпк, заданном в исходных данных. Температуру насыщения водяного пара можно определить из приложения И, таблица И.2. Затем задаются падением температуры пара на рассматриваемом участке, рекомендуется принимать
∆tп = 10 – 20 оС на 1 км длины паропровода.
Задаются предварительным значением падения давления пара ∆Рп на расчетных участках паропровода в пределах 0,05 – 0,1 МПа на
1 км длины паропровода.
В примере приведенном на рисунках 2 и 3 потребителем пара является только промышленное предприятие (абонент 3), расчетная магистраль 0-1-3. Так как паропровод является транзитным, то расчет можно выполнять сразу для всей магистрали 3-0. Падение давления пара ∆Рп будет равно разности давлений на станции Рпн и у абонента Рпк.
Предварительное значение удельного линейного падения давления на рассматриваемом участке паропровода 
будет равно
,
где 
- длина участка паропровода по генплану, м.
Предварительное значение внутреннего диаметра паропровода 
можно вычислить по формуле
,
где Аd – вспомогательный расчетный коэффициент (приложение В,
таблица В.2);
D – расчетный расход пара на участке, задается в исходных
данных к проекту, кг/с;
ρ – средняя плотность пара на участке, кг/м3.
Состояние пара принимается для каждого расчетного участка при средней плотности. С достаточной степенью точности средняя плотность пара на участке 
, определяется по формуле
,
где ρпн, ρпк – соответственно плотности пара в начале и конце расчетного участка (приложение М), кг/м3.
5.2 Проверочный расчет
Предварительно рассчитанное значение диаметра трубопровода округляется до ближайшего стандартного внутреннего диаметра 
(приложение Е).
Местные сопротивления, а также эквивалентная длина местных сопротивлений 
количество и размеры компенсаторов, а также суммарная длина вылета П – образных компенсаторов 
вычисляются по методике приведенной для водяных тепловых сетей (п. 4.2).
Следует иметь в виду, что секционирующие задвижки на паропроводах расчетной магистрали не устанавливают. Задвижки устанавливаются на ответвления, а также перед вводом паропровода к абонентам. При совместной прокладке паропроводов и трубопроводов горячей воды принятые расстояния между мертвыми опорами должны быть одинаковыми или чтобы между небольшими пролетами можно было разместить дополнительные компенсаторы на трубопроводах с меньшими пролетами.
Уточненное значение удельных линейных потерь давления 
вычисляется по формуле Д Арси
,
где λ – коэффициент гидравлического трения.
Коэффициент гидравлического трения при любых значениях числа Рейнольдса допускается определять по формуле [4]
где кэ – абсолютная эквивалентная шероховатость паропровода
(приложение В, таблица В.2), м;
Re – число Рейнольдса.
Число Рейнольдса определяется по формуле
где ν – кинематическая вязкость перегретого пара (приложение Н,
таблица Н.1), м2/с.
Падение давления на рассматриваемом участке трубопровода 
будет равно
где l - длина участка паропровода по генплану, м.
Определяется скорость пара Wп, м/с, в паропроводе
Полученное значение скорости не должно превышать величины указанной в таблице 7. На ответвлениях к отдельным абонентам допускается увеличивать скорость пара по сравнению с предельными значениями, но не более чем на 30%.
Таблица 7 – Предельные скорости пара в паропроводах, м/с
| Условный диаметр паропровода, м | Перегретый пар | Насыщенный пар |
| до 0,2 м более 0,2 м | 50 80 | 35 65 |
Потери тепла паропроводом в окружающую среду Qп, кДж/с, 
определяются по формуле
,
где ql – удельные тепловые потери одним метром изолированного
паропровода при разности температур между температурой
пара и окружающей среды в один градус (приложение П),
кДж/(с.м);
tср - средняя температура пара на рассматриваемом участке, оС;
to – температура окружающей среды, оС. Принимается в
зависимости от типа прокладки паропровода (п.4.2).
Падение температуры перегретого пара 
оC на участке паропровода за счет теплопотерь в окружающую среду определяется по формуле
,
где сп - теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении и
средней температуре пара на участке (приложение Р),
кДж/(кг.град).
По результатам расчета определяют параметры пара на станции (давление 
температура 
и плотность 
), находят значение 
. Если значение средней плотности пара отличается от ранее принятого значения 
, более чем на 5%, то уточняют значения ΔРп и Rл и расчет повторяют. Если расхождения не велики, то расчет считается законченным.
Гидравлический расчет напорных конденсатопроводов производят аналогично гидравлическому расчету водяных тепловых сетей.
6 Тепловой расчет трубопроводов
Основными задачами теплового расчета являются определение тепловых потерь трубопроводами и выбор толщины тепловой изоляции.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 490; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!