Теплоснабжение жилого квартала города Самарканд

В трехтрубных системах по одному подающему трубопроводу подается тепло на отопительно-бытовые цели, по другому -- на технологические нужды. Или по одному подающему трубопроводу обеспечивается нагрузка отопления, по другому -- горячее водоснабжение.

Открытые водяные системы отличаются более простым оборудованием для смешения сетевой воды, используемой в местной системе горячего водоснабжения. Но значительный расход сетевой воды на горячее водоснабжение существенно увеличивает подпитку тепловых сетей. Открытые системы сооружаются как однотрубными, так и многотрубными. Основным типом открытых систем, как и в закрытых системах, являются двухтрубные водяные системы. Трех- и четырехтрубные открытые тепловые сети применяют с той же целью, что и закрытые многотрубные системы.

Однотрубные системы целесообразны в курортных и южных районах страны с высоким потреблением горячей воды. В большинстве случаев потребность горячего водоснабжения не превышает 30--40% от всех видов теплового потребления. По этим причинам возможности применения дешевых однотрубных сетей ограничены.

По ряду экономических соображений и санитарных требований охраны среды строительство крупных ТЭЦ на городских территориях запрещается. Вынос ТЭЦ далеко за черту города ближе к источникам водоснабжения и к месту добычи топлива требует больших капитальных вложений в тепловые сети. Однотрубные тепловые сети в этом отношении наиболее перспективны, так как позволяют значительно сократить эти расходы.

Советскими учеными разработано несколько видов однотрубных систем дальнего теплоснабжения. Проф. В. Б. Пакшвером предложена однотрубная система транспорта тепла от ТЭЦ допикового источника, расположенного вблизи города, с прокладкой в районе теплового потребления обычных двухтрубных распределительных сетей. Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей предназначена для транзитной передачи тепла и подпитки городских тепловых сетей. Подпитка распределительных сетей идет непрерывно и регулируется регулятором расхода РР, установленным в пиковой котельной района ПКР. Неравномерное потребление горячей воды из распределительных сетей регулируется установкой аккумуляторов для слива в них избытков воды.

Давление в распределительной сети поддерживается регуляторами РП и PC. При падении величины водозабора давление в распределительных сетях повышается. Импульс повышенного давления приводит к открытию клапана PC и сливу избытка воды S аккумулятор. С возобновлением максимального водоразбора. Превышающего величину подпитки по транзитному теплопроводу. Давление в распределительных сетях падает. В результате происходит открытие клапана РП и включение подпиточного насоса.

Для обеспечения работы такой системы с минимальным сливом горячей воды подпитка с ТЭЦ должна рассчитываться по среднечасовому расходу воды на горячее водоснабжение за неделю. Поэтому однотрубные системы предназначены для транспорта только той части тепла, при которой слив воды из распределительных систем отсутствует. Остальная часть тепловой нагрузки вырабатывается в пиковой котельной района.

Транзитный транспорт тепла с подпиточным расходом воды экономически выгоден при большой температуре теплоносителя. В однотрубных системах с радиусом действия более 25 км температура сетевой воды может достигать 250--270°С, так как высокотемпературный теплоноситель способствует сокращению расходов дорогостоящей сетевой воды и металла на изготовление трубопровода меньшего диаметра. Но при температуре воды выше 180-- 200в связи со значительным ростом давления усложняется транспорт тепла и требуется реконструкция действующих тепловых сетей, трубопроводы и арматура которых не рассчитаны на высокое давление.

6. Расчеты и построение графика регулирования отпуска тепла

Таким образом, однотрубные магистрали и распределительные сети работают с различными температурами и гидравлическими режимами. Температурный режим в распределительных сетях регулируется в ПКР путем смешения подпиточной воды, из однотрубной сети и сетевой воды, подогретой в ПКР.

ПКР с дешевыми водогрейными котлами большой тепло-производительности отводится ведущая роль в решении современной проблемы теплоснабжения, возникшей в результате отставания строительства ТЭЦ от сроков ввода в эксплуатацию объектов и жилых зданий. Использование ПКР в качестве временных базовых источников тепла дает выигрыш в сроках строительства источников тепла и в очередности капиталовложений, позволяя с минимальными затратами централизовать теплоснабжение в районах, где ввод в эксплуатацию потребителей тепла значительно опережает сроки сооружения ТЭЦ. -После сооружения ТЭЦ и тепловых сетей от них ПКР включаются в общую систему теплоснабжения и переводятся на пиковый режим работы.

Однотрубная система, разработанная Н. Н. Аграчевым, Л. А. Мелентьевым и С. Ф. Копьевым, предназначается для транспортирования тепла от ТЭЦ до центральных смесительно-аккумуляторных пунктов -- цеп, расположенных в районе теплового потребления. От ЦСП распределительные сети выполняются двухтрубными с непосредственным водоразбором на горячее водоснабжение. В этой системе в районе потребления теплоносителя дополнительные источники тепла не предусматриваются.

Прямоточные однотрубные тепловые сети дают большую экономию капиталовложений на строительство сетей, но требуют высокой автоматизации абонентских вводов. По этим причинам прямоточные системы целесообразны в курортных районах страны с большой нагрузкой горячего водоснабжения.

Высокая температура сетевой воды в однотрубных системах уменьшает выработку электроэнергии на базе теплового потребления за счет отбора пара повышенных давлений. Но более полное использование на ТЭЦ многочисленных источников тепла с температурой 15--30°С для нагрева больших расходов подпиточной воды и значительное удешевление однотрубной сети большой протяженности в ряде случаев перекрывают затраты, связанные с недоработкой электроэнергии по комбинированному циклу.

Пьезометрический график

Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который дает наглядное представление о давлении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местности, высота зданий, особенности абонентских систем и т. д.) при выборе оптимального гидравлического режима.

Пьезометрические графики разрабатываются для зимних и летних расчетных условий. Проектирование открытых систем теплоснабжения связано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопительного сезона с учетом максимальных водоразборов из подающих и отдельно из обратных трубопроводов.

Давление, выраженное в линейных единицах измерения, называется напором давления или пьезометрическим напором. В системах теплоснабжения пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствующие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными манометрами с последующим переводом результатов измерения в метры.

Рассмотрим пьезометрический график упрощенной системы теплоснабжения. Циркуляция воды в замкнутой сети осуществляется насосом, Расширительный бак 4, уровень воды в котором поддерживается постоянным, присоединен к обводной линии циркуляционного насоса 2. В реальных условиях вместо расширительного бака обычно устанавливают подпиточный насос. Если сетевой насос не работает, то напоры во всех точках системы теплоснабжения определяются уровнем воды в расширительном баке. При таком статическом состоянии системы теплоснабжения пьезометрический график представляет собой горизонтальную линию s -- s, проведенную на уровне поверхности воды в расширительном баке. Напор в любой точке сети определяется величиной вертикального отрезка между данной точкой и линией s -- s.

Следует обратить внимание, что остановка сетевого насоса по-разному влияет на изменения давлений в различных абонентских системах. При построении пьезометрического графика нужно выполнять следующие условия:

Давление в непосредственно присоединяемых к сети абонентских системах не должно превышать допускаемого как при статическом, так и при динамическом режиме. Для радиаторов систем отопления максимальное избыточное давление должно быть не более 0,6 МПа, что соответствует примерно напору в 60 м.

Максимальный напор в подающих трубопроводах ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок. Предельно допустимые напоры приведены ниже:

Таблица 11

Наименование оборудования	Предельно допустимые напоры, м
Стальные водогрейные котлы	250
Чугунные котлы	60
Подогреватели сетевой воды БО и БТ	140
Скоростные подогреватели воды МВН	100
Калориферы	80
Чугунные радиаторы	60
Панели со змеевиками из труб	80

Напор В подающих трубопроводах, по которым перемещается вода с температурой более 100°С, должен быть достаточным для исключения парообразования. Например, насыщенный пар, находящийся под давлением 0,4 МПа, имеет температуру 151,3°С. Если в сети температура воды тоже 151,3°С, то для исключения ее вскипания давление в сети должно быть больше 0,4 МПа. Следовательно, для рассматриваемого случая минимальный напор в подающей сети должен быть 43--45 м. На с. 179 приведены рекомендуемые из условия не вскипания напоры в подающих трубопроводах в зависимости от температуры воды. В связи с неравномерным нагреванием воды в отдельных трубках водогрейных котлов температуру воды в них для определения давления, обеспечивающего не вскипание, следует принимать на 30°С выше расчетной температуры сетевой воды.

Для предупреждения кавитации напор во всасывающем патрубке сетевого насоса должен быть не меньше 5 м.

В точках присоединения абонентов следует обеспечить достаточный напор для создания циркуляции воды в местных системах. При элеваторном смешении на абонентском вводе располагаемый напор должен быть не меньше 10--15 м. Наличие подогревателей горячего водоснабжения при двухступенчатой схеме требует увеличения напора до 20--25 м.

Уровни пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режиме следует устанавливать с учетом возможности присоединения большинства абонентских систем по наиболее дешевым зависимым схемам. Статическое давление также Не должно превышать допускаемого давления для всех элементов системы теплоснабжения. При определении статического давления Возможность вскипания воды в подающих трубопроводах, как правило, можно не учитывать.

Преимущества и недостатки систем теплоснабжения

Основным преимуществом открытых систем теплоснабжения является высокая эффективность теплофикации благодаря максимальному использованию низко потенциальных источников тепла на ТЭЦ для нагревания большого количества подпиточной воды. Б закрытых системах подпитка сетей не превышает 0,5% от объема сетевой воды, содержащейся в системе, поэтому возможности утилизации тепла сбросной воды и продувки на ТЭЦ значительно ниже открытых систем. Но для подготовки подпиточной воды в открытых системах требуется более мощное оборудование химической водоочистки и деаэрации.

Тепловые пункты открытых систем теплоснабжения проще и дешевле теплопунктов закрытых систем, так ка1К на абонентских вводах вместо подогревателей устанавливаются только смесители горячего водоснабжения. Трудности эксплуатации водонагревателей с дефицитными латунными трубками часто являются определяющими причинами широкого распространения открытых систем.

На горячее водоснабжение в открытых системах расходуется аэрированная сетевая вода, вследствие чего местные установки менее подвержены коррозии. В закрытых системах для уменьшения коррозии местных установок горячего водоснабжения требуется дополнительная затрата на оборудование для обработки водопроводной воды.

Открытые системы отличаются высокой нестабильностью гидравлических режимов, для повышения надежности теплоснабжения необходима установка аккумулирующих емкостей у источника тепла или на абонентских вводах.

Таким образом, выбор между открытой и закрытой системами может быть сделан исходя из норм качества холодной и горячей воды и затрат на теплоприготовительное оборудование источника тепла и абонентских вводов.

Зависимая схема присоединения отопительных систем не требует установки теплообменников, что обеспечивает ей широкое распространение, особенно при централизованном теплоснабжении от РК. Однако зависимая схема имеет многие недостатки. При недостаточном давлении, не обеспечивающем не вскипание воды, и высокой температуре теплоносителя в элеваторах происходит интенсивное вскипание воды, сопровождаемое стуком и сотрясением труб. В случае повреждений тепловых сетей происходит опорожнение не только сетей, но и отопительных систем. При этом из-за опорожнения систем отопление прекращается во всех зданиях. Подобная аварийная уязвимость местных отопительных систем, присоединенных в МТП и ЦТП по независимой схеме, полностью устраняется. При авариях на магистральных участках сети квартальные сети и местные отопительные системы остаются заполненными водой, что сокращает срок ликвидации аварии.

Многолетняя практика теплоснабжения свидетельствует о многочисленности преимуществ водяного теплоносителя перед паровым в покрытии любых тепловых нагрузок, в том числе и некоторых технологических.

Водяной теплоноситель повышает эффективность теплофикации и централизованного теплоснабжения за счет лучшего использования низко-потенциального тепла на ТЭЦ, отсутствия потерь конденсата и сохранения его на ТЭЦ или в котельной. Меньшие потери тепловой энергии в сетях позволяют транспортировать сетевую воду на значительно большие по сравнению с паром расстояния. Высокая теплоаккумулирующая способность воды и простота зависимого присоединения потребителей обеспечили водяным сетям широкое распространение в бытовом теплоснабжении.

Недостатки водяного теплоносителя объясняются: высокой плотностью, требующей дополнительных затрат электроэнергии на перекачку сетевой воды и создание больших давлений для заполнения нагревательных приборов, повышенной чувствительностью тепловых сетей к утечкам воды и авариям, малой скоростью перемещения по трубам.

Эти недостатки в паровых системах теплоснабжения отсутствуют. Благодаря высокой скорости движения, небольшой плотности пара и меньших утечек теплоносителя паровые сети в аварийных условиях длительное время могут работать без нарушения режимов теплоснабжения.

При выборе теплоносителя необходимо исходить из соотношения отопительно-бытовых и технологических нагрузок и назначения теплоносителя. В системах с преобладающей технологической нагрузкой, для покрытия которой требуется теплоноситель со среднегодовой температурой более 110°С, допускается использовать пар в качестве общего теплоносителя. Если среднегодовая температура потребного теплоносителя менее 110°С, то теплоснабжение должно обеспечиваться перегретой водой. В некоторых технологических процессах (нагрев насыпных материалов, пропарка древесины и др.) пар не может быть заменен водой, тогда необходимо учитывать местные возможности получения пара из сетевой воды.

Преимущества и недостатки однотрубных и многотрубных тепловых сетей зависят от климатического пояса, водных и грунтовых условий и многих других конкретных особенностей района, которые должны быть внимательно изучены при опенке экономических показателей избранной системы.

Схемы тепловых сетей

Схемы транспорта тепла от источника до потребителей зависят от вида теплоносителя, взаимного размещения источника тепла и потребителей и характера изменения тепловой нагрузки. На проектирование тепловых сетей большое влияние оказывает тепловая мощность источника и перспективы развития района теплоснабжения на ближайшие годы. Выбранная схема тепловых сетей вместе с высокой экономичностью затрат на исполнение должна отвечать современным требованиям срока службы и надежности эксплуатации.

Паровые сети проектируют в основном на площадках промышленных предприятий, где тепловая нагрузка сосредоточена на сравнительно небольших территориях, требующих прокладки паропроводов с несколькими ответвлениями к производственным цехам. Если технологические процессы допускают кратковременные перерывы потребления тепла, достаточные для ликвидации аварии тепловых сетей, то на территории таких предприятий рекомендуется прокладка радиальных однотрубных паропроводов

Радиальные сети сооружаются с постепенным уменьшением диаметров труб в направлении от источника тепла. Такие сети наиболее дешевы и просты в эксплуатации. Но при авариях на головных участках трубопроводов теплоснабжение за аварийным участком прекращается. Неудобны радиальные сети и при ремонте магистральных линий, так как на весь период ремонтных работ все потребители за ремонтируемым участком должны быть отключены. В этих случаях иногда применяют дублирование паропроводов, т. е. вместо одного паропровода прокладываются два паропровода с пропускной способностью колодного по 50%. Простые расчеты показывают, чтопри дублировании поверхность труб, а следовательно, и расход металла и стоимость сетей увеличиваются на 56 %.

Когда прекращения подачи тепла на технологические цели недопустимы, для резервирования теплоснабжения на аварийном участке могут быть использованы радиально-кольцевые сети, которые отличаются от радиальных устройством перемычек 2 между радиальными магистралями /. Резервирование по перемычкам в большинстве случаев оказывается малоэффективным из-за недостаточной пропускной способности перемычки, выполненной из трубы меньшего диаметра -- di<.di.

Водяные тепловые сети отличаются многочисленностью ответвлений и распределением тепловой нагрузки на больших территориях, большая подверженность водяных тепловых сетей авариям предъявляет высокие требования к соблюдению надежности теплоснабжения.

Радиальные водяные сети допускается сооружать при диаметрах магистральных трубопроводов до 700 мм со сроком ликвидации аварии до 24 ч. Перемычки в радиально-кольцевых сетях для водяного теплоносителя более целесообразны, чем для пара, так как с их помощью удобно решается подача сетевой воды на горячее водоснабжение во время летнего ремонта сетей на начальных участках.

Кольцевые сети (рис. П.П) самые дорогие, поэтому сооружаются в крупных городах. Замкнутые трубопроводы удобны для объединения нескольких источников тепла и благоприятны для оптимального распределения нагрузки по тепловым станциям и Загрузке наиболее крупных и экономичных агрегатов.

Технико-экономические исследования специалистов показали, дополнительные затраты на сооружение кольцевых сетей.

Для повышения надежности централизованного теплоснабжения систем большой протяженности Н. К. Громовым предложено разделять магистральные сети от распределительных включением контрольно-распределительных пунктов (КРП), Маневренный резерв тепла в таких сетях создается равномерным размещением КРП и блокировочных перемычек между магистралями через 1-- 3 км.

Секционирующие задвижки применяют для удобства двустороннего отключения участков сети с целью уменьшения аварийных утечек воды и сокращения времени наполнения труб сетевой водой после ликвидации аварии. Секционирование магистралей и устройство блокировочных перемычек позволяет производить аварийные работы на отключенном участке без прекращения теплоснабжения на других участках.

В разветвленных сетях длина секционируемой магистрали должна быть не менее 1 км. На магистральных направлениях с диаметром трубы более 600 мм допускается увеличение расстояния между секционирующими задвижками до 3 км, если ТЭЦ располагает мощной водо-подогревательной станцией, способной заполнить секционный участок подпиточной водой за время не более 5 ч.

Диаметры блокировочных перемычек рассчитывают на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого не менее 70% от расчетного. Перемычки используют для аварийной и резервной передачи избытков тепла между магистралями. По ним производится также переброс теплоносителя от резервных источников тепла, например пиковых котельных района.

Блокировочная перемычка может быть однотрубной и использоваться попеременно как подающая, так и обратная линия. Для этого в КРП производят соответствующее присоединение перемычки к магистральным трубам.

Практика показала, что продолжительность ликвидации последствий аварий в водяных сетях диаметром до 700 мм не превышает установленной для большинства районов страны нормы -- 24 ч. Поэтому при диаметрах магистралей до 700 мм блокировочные перемычки можно не устанавливать. Тогда на время непродолжительных аварий допускаетсяотключение потребителей с использованием аккумулирующей способности отапливаемых зданий.

В КРП распределительные сети присоединяются к магистральным сетям с обеих сторон секционирующей задвижки, благодаря двустороннему питанию непрерывное теплоснабжение обеспечивается при повреждении любого участка магистрали. При необходимости в КРП могут размещаться насосные подкачивающие или смесительные установки, а также водо-подогреватели. На подкачивающие насосы возлагается задача поддержания непрерывной циркуляции теплоносителя в распределительных сетях при авариях. Наличие насосов и регуляторов давления и температуры позволяет установить в распределительных сетях такие гидравлические и тепловые режимы, которые необходимы для потребителей тепла в районе. Местное регулирование тепловых и гидравлических режимов для большой группы потребителей, осуществляемое квалифицированным персоналом, открывает широкую перспективу более полного учета местных климатических условий района, этажности застроек и других факторов, определяющих Экономику и надежность теплоснабжения.

Разработка многоступенчатых систем теплоснабжения является крупным достижением советских специалистов по пути дальнейшего совершенствования методов управления с привлечением средств автоматики и электронной вычислительной техники. Применение таких систем снижает опасность возникновения аварий, позволяет сократить сроки их ликвидации и предупредить возможность их возникновения.

Регулирование тепловой нагрузки

Задачи и виды регулирования

Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей тепла, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов тепла многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход тепла на горячее водоснабжение и для ряда технологических процессов не зависит от температуры наружного воздуха, но изменяется как по часам суток, так и по дням недели.

В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление.

Групповое регулирование производится в центральных тепловых пунктах для группы однородных потребителей. В UTTl поддерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или во внутриквартальные сети.

Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов.

Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно утепло потребляющих приборов, например у нагреватель приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования.

Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не 1олько по характеру тепло-потребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска тепла дополняется групповым, местным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование.

где Q -- количество тепла, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой среде, кВт-ч; G -- расход теплоносителя, кг/ч; с -- теплоемкость теплоносителя, кДж/кг-°С; ti, т -- температура теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; п -- время, ч; k -- коэффициент теплопередачи, кВт/м2-°С;

Из уравнения {IV. 1) следует, что регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами: изменением температуры теплоносителя -- качественный метод; изменением расхода теплоносителя -- количественный метод; периодическим отключением систем -- прерывистое регулирование; изменением поверхности нагрева теплообменника. Сложность осуществления последнего метода ограничивает возможность его широкого применения.

Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей.

Количественное регулирование отпуска тепла производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе.

Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя.

Прерывистое регулирование достигается периодическим отключением систем, т, е, пропусками подачи теплоносителя, в связи с чем этот метод называется регулированием пропусками.

Центральные пропуски возможны лишь в тепловых сетях с однородным теплопотреблением, допускающим одновременные перерывы в подаче тепла, В современных системах теплоснабжения с разнородной тепловой нагрузкой регулирование пропусками используется для местного регулирования

В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение температур в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование паровых систем производится в основном количественным методом или путем пропусков. Однако периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению системы воздухом. Более эффективно местное или индивидуальное количественное регулирование.

Общее уравнение регулирования

Расчет режимов регулирования основан на уравнениях теплового-баланса, составленных для любого вида нагрузки при нерасчетных и расчетных условиях

где Q--текущая тепловая нагрузка; -- расход первичного (греющего) теплоносителя; G' -- расход вторичной (нагреваемой) среды; tj, Т2 -- температура первичного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника; t^, -- соответственно, температура нагреваемой среды на входе в теплообменник и на выходе из него. Индексом штрих обозначены все величины, относящиеся к расчетным условиям.

Из отношения равенств (IV.2) и (IV.3) получим общее уравнение' регулирования

где IFq, --большее и меньшее значения водяных эквивалентов тепло обменивающихся сред; W = Gc--эквивалент расхода воды, представляющий собой произведение массового, расхода теплоносителя на его удельную теплоемкость;

С учетом выражения (IV.5) уравнение регулирования (IV.4)' может быть записано в общем виде

Зависимость расхода или эквивалента расхода сетевой воды от тепловой нагрузки описывается эмпирическим уравнением

(IV.7)

Центральные тепловые пункты

Сооружение центральных тепловых пунктов (ЦТП) позволило объединить установки горячего водоснабжения, что дало такие преимущества перед МТП, как возможность снижения давления в тепловых сетях после ЦТП, освобождения значительного числа обслуживающего персонала и улучшения качества обслуживания, сокращения количества автоматических регуляторов, применения антикоррозионных установок, ЦТП устраивают для нескольких зданий, квартала или микрорайона, что позволяет вынести циркуляционные насосы систем горячего водоснабжения и весь узел приготовления горячей воды из подвалов домов в отдельно стоящее здание. Отопительные системы в каждом здании присоединяют к квартальной сети через элеваторы или через групповые водонагреватели.

Для закрытых систем теплоснабжения кварталов города Моспроектом разработаны типовые схемы ЦТП, одна из них приведена на рис. V.4. В ЦТП устанавливают насосы, обеспечивающие циркуляцию воды в местных системах отопления и горячего водоснабжения. Подогреватели горячего водоснабжения могут работать по двухступенчатой последовательной схеме (задвижка а закрыта, задвижка б открыта) или по двухступенчатой смешанной схеме (при открытой задвижке а и закрытой задвижке б сетевая вода из подогревателей П ступени поступает в обратную линию после отопительной системы квартала). Для защиты трубопроводов и оборудования от коррозии устанавливают доломитовые (магномассовые) фильтры.

ЦТП открытых систем теплоснабжения (рис. V.5) при высокой (более 105°С) температуре воды в подающем трубопроводе должны оборудоваться подмешивающими насосами, которые применяются также для регулирования гидравлического режима в квартале. Учет водоразбора в квартале производят по расходомерным диафрагмам на ЦТП, На обратных линиях квартальных теплопроводов устанавливают термометры для контроля за температурой возвращаемой воды. Расчетный гидравлический режим обеспечивается настройкой регулятора давления и клапана 2. По одной трубе из ЦТП подается вода на отопление. В крупных тепловых сетях насчитывается несколько ЦТП. С увеличением их числа регулирование режимов отпуска тепла усложняется, при этом возрастают эксплуатационные расходы. Экономически выгодная мощность ЦТП окончательно не установлена, но ориентировочно считают, что тепловая мощность ЦТП менее 7--U МВт малоэффективна. ЦТП сооружаются в отдельных зданиях или пристройках к теплофицируемым зданиям. Размеры помещений определяются габаритами и количеством установленного оборудования. Для выбора схемы ЦТП необходимо выполнить технико-экономические расчеты, сопоставив их с соответствующими расчетами схемы МТП. в технических подпольях или в существующих подвалах зданий дает практически равные капиталовложения по вариантам увеличивается

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. V.4. Схема ЦТП квартала города при закрытой системе теплоснабжения: 1 -- подогреватель ступени; 2 -- подогреватели ступени; 3 -- доломитовые фильтры; 4 -- грязевик; 5 -- подмешивающие насосы; 5 -- регулятор температуры; 7 --трёхходовые клапан; 8 -- расходомеры диафрагмы; 9 -- водомеру 10 -- циркуляционные-насосы горячего водоснабжения

Рис. V 5. Схема ЦТП квартала города при открытой системе теплоснабжения: 1 -- подмешивающий насос; 2 -- двухходовый клапан; 3 -- расходомерная диафрагма

Рис. V.6. Схема ЦТП промышленного предприятия с водяным теплоносителем: 1 -- трёхходовые клапаны; 2 -- подмешивающий насос; 3 -- подогреватель горячего водоснабжения

Тепловой энергии, числа и параметров теплоносителей и режимов потребления тепловой энергии. ЦТП небольших предприятий, потребляющих тепловую энергию для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, могут отличаться от ЦТП жилищно-коммунального сектора лишь установкой баков-аккумуляторов горячей воды при 10 и более душевых сетках.

От ЦТП промышленного предприятия тепловая энергия поступает по внутриплощадочным сетям в здания, цехи и сооружения. Имеющие, как правило, свои подогревательные установки (вторичные тепловые пункты). При многочисленности цехов, расположенных на территории предприятия, не всегда удается организовать нейтрализованный нагрев воды для горячего водоснабжения в одном пункте. Значительное число крупных предприятий имеют несколько вторичных ТП. В ЦТП рекомендуется устанавливать подмешивающие насосы, позволяющие создать автономный температурный режим для промышленного предприятия.

Под центральные тепловые пункты отводятся отдельные помещения или самостоятельные здания. Вторичные тепловые пункту могут размещаться в производственных помещениях.

Часто теплоснабжение зданий в рабочих поселках, расположенных вблизи предприятий производится от одного источника тепловой энергии. Практика показала, что теплоснабжение поселков необходимо отделять от теплоснабжения предприятий, сооружая для них самостоятельные тепловые пункты.

Контрольно-распределительные пункты (КРП). Усложнение схем и условий эксплуатации тепловых сетей потребовало повышения гибкости, маневренности и надежности теплоснабжения. Н. К. Громовым предложено отделять магистральные тепловые сети от распределительных с помощью КРП. На КРП возлагается управление гидравлическим и температурным режимами в распределительных сетях и перевод их на специальный режим в аварийных ситуациях. Тепловая нагрузка КРП может составлять 35--55 МВт, что соответствует присоединению 5--8 тыс. квартир с радиусом действия распределительных сетей до 1 км. В зависимости от количества присоединяемых зданий КРП можно разделить на три группы: индивидуальные (на 1 здание), групповые (на 5--10 зданий), районные (на 50--100 зданий). В КРП (рис. V.7) устанавливаются приборы контроля, автоматики и телемеханики. Необходимый режим давлений в распределительных сетях поддерживается насосами и регуляторами.

Автоматизация КРП позволяет: поддерживать постоянными давление в обратной магистрали и заданный перепад давлений в распределительной сети; отключать КРП от тепловой сети в случае небаланса расходов воды в подающей и обратной линиях закрытых систем; снижать температуру воды в распределительной сети; подавать сигнал в диспетчерский пункт о работе КРП-В крупных КРП арматура 2, 3, насосные установки.

7. Общий гидравлический расчет

Основные задачи и расчетные зависимости. При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

В процессе эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрических графиков, выбора схем абонентских вводов, подбора насосного оборудования, определения стоимости тепловой сети и других целей.

При движении теплоносителя по трубам потери давления складываются из гидравлических сопротивлений трения по длине трубопровода и местных сопротивлений:

Гидравлические сопротивления (Па) по длине трубопровода определяются по формуле Вейсбаха -- Дарси

Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re) и относительной эквивалентной шероховатости трубы. Шероховатостью трубы называют выступы и неровности, влияющие при турбулентном движении жидкости на линейные потери давления. В реальных трубах эти выступы и Неровности различны по форме, величине и неравномерно распределены по ее длине.

За эквивалентную шероховатость условно принимают равную номерную зернистую шероховатость, выступы которой имеют одинаковую форму и размеры, а потери давления по длине такие же, как и в реальных трубах. Величину эквивалентной шероховатости оттенок труб с учетом коррозии рекомендуется принимать; для паропроводов-- 0,2 мм; для водяных тепловых сетей -- 0,5 мм; для Конденсатопроводов -- 1 мм.

Для теплопроводов наружных сетей характерным является "Турбулентный режим движения теплоносителей.

Для гидравлически гладких труб при турбулентном движении коэффициент гидравлического трения можно определять по фор.муле Г. А. Мурина

Для гидравлически шероховатых труб когда решающее влияние на гидравлические сопротивления по всей длине трубопровода оказывают силы трения жидкости о стенку трубы, коэффициент гидравлического трения зависит только от относительной эквивалентной шероховатости и определяется по фор. муле проф. Б. Л. Шифринсона

В переходной области гидравлических сопротивлений, характеризующейся изменением комплекса рекомендуется формула проф. А. Д. Альтшуля

По формуле (VI.5) величина определяется достаточно точно для всех трех зон гидравлических сопротивлений (гладкой, переходной и шероховатой). Результаты расчета совпадают с данными Г. А. Мурина, и Б. Л. Шифринсона. Поэтому при построении расчетных номограмм была использована формула А. Д. Альтшуля.

Гидравлический расчет разветвленных трубопроводов удобно-производить по методу средних удельных потерь давления, поэтому часто используются следующие формы записи полных гидравлических сопротивлений:

где а -- коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях от сопротивлений по длине; -- удельное падение давления по длине, Па/м. Из формулы (VI.2) следует, что

где G -- расход теплоносителя, т/ч.

Для облегчения расчетов по формуле (VI.9) составляются таблицы или номограммы, которыми пользуются при проектировании тепловых сетей.

8. Расчет расхода воды

Основы гидравлического режима

Гидравлическим режимом определяется взаимосвязь между расходом теплоносителя и давлением в различных точках системы в данный момент времени.

Расчетный гидравлический режим характеризуется распределением теплоносителя в соответствии с расчетной тепловой нагрузкой абонентов. Давление в узловых точках сети и на абонентских вводах равно расчетному. Наглядное представление об этом режиме дает пьезометрический график, построенный по данным гидравлического расчета.

Однако в процессе эксплуатации расход воды в системе изменяется. Переменный расход вызывается неравномерностью водопотребления на горячее водоснабжение, наличием местного количественного регулирования разнородной нагрузки, а также различными переключениями в сети. Изменение расхода воды и связанное с ним изменение давления приводят к нарушению как гидравлического, так и теплового режима абонентов. Расчет гидравлического режима дает возможность определить перераспределение расходов и давлений в сети и установить пределы допустимого изменения нагрузки, обеспечивающие безаварийную эксплуатацию системы.

Гидравлические режимы разрабатываются для отопительного и летнего периодов времени. В открытых системах теплоснабжения дополнительно рассчитывается гидравлический режим при максимальном водоразборе из обратного и подающего трубопроводов.

9. Трубопроводы и арматура

Трубы являются наиболее ответственными элементами тепловых сетей, поэтому современная техника строительства предъявляет к ним ряд эксплуатационных требований: 1) высокая прочность и герметичность, необходимые для безаварийного транспорта теплоносителя под большим давлением и с высокой температурой; 2) малый коэффициент линейного удлинения, обеспечивающий низкие термические напряжения при переменных температурных режимах теплоносителя; 3) антикоррозионная стойкость; 4) высокое термическое сопротивление стенок труб, способствующее сохранению тепла и температуры теплоносителя; 5) неизменность свойств материала труб при длительном воздействии высоких температур и давлений; 6) небольшая стоимость, простота монтажа, надежность соединения и хранения труб и др.

Имеющиеся трубы не удовлетворяют в полной мере всей совокупности предъявляемых требований. Неметаллические трубы из асбестоцемента, стекла, полимеров (полиэтилен и полипропилен) и винипласта обладают высокой антикоррозионной стойкостью и значительно дешевле стальных труб. Стеклянные и полимерные трубы имеют гладкие внутренние поверхности, что обеспечивает им по сравнению со стальными трубами равных диаметров меньшие гидравлические сопротивления. Но асбестоцементные и стеклянные трубы хрупки, соединяются сложными стыковыми конструкциями. Из неметаллических труб только винипластовые трубы и трубы из полимерных материалов обладают высокой эластичностью и хорошо соединяются сваркой. Эти качества труб особенно ценны для монтажа внутренних систем горячего водоснабжения и конденсатопроводов. По данным исследований ВТИ неметаллические трубы могут применяться при температурах до 100°С<винипластовые до бО⁰С) и давлениях до 0,6 МПа в прокладках, доступных для постоянного наблюдения.

Тепловые сети сооружаются из более прочных стальных труб. Трубопроводы тепловых сетей при рабочем давлении пара более 0 07 МПа и температуре воды более 115°С делятся на 4 категории [23]. Выбор материалов и расчеты таких трубопроводов должны производиться по требованиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды». Согласно этим правилам подбор труб, запорно-регулирующей арматуры, фланцев и других устройств производится по условным давлениям и проходам.

Под условным давлением Ру понимается наибольшее избыточное давление, допустимое для длительной эксплуатации трубы или изделия при температуре 20°С. С повышением температуры теплоносителя допустимое давление должно уменьшаться и это фактическое допустимое давление называется рабочим! Связь между рабочим Рраб и условным давлением определяется зависимостью

(VII 1.1)

где е -- коэффициент, принимаемый в зависимости от температуры.

Под условным проходом Dy подразумевается номинальный внутренний диаметр трубы или изделия. Трубы с каким-то условным диаметром имеют постоянный наружный диаметр и отличаются лишь толщиной стенки.

В тепловых сетях применяются в основном бесшовные горячекатаные и электросварные трубы. Бесшовные горячекатаные тру-бы по ГОСТ 8732--78 выпускаются с наружными диаметрами 32--426 мм. Электросварные прямошовные по ГОСТ 10706--76 и со спиральным швом по ГОСТ 8696--74 изготовляются с наружными диаметрами более 426 мм. Основные данные по этим трубам приведены в приложении 16.

Бесшовные горячекатаные и электросварные прямошовные трубы с калиброванными торцами допускается использовать при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются для воздушных и канальных прокладок.

Стальные трубы соединяются между собой на электрической или газовой сварке. Наплавленный металлв сварном стыке может уступать прочности цельной стенки трубы. Прочность стыка еще более ослабляется в результате не провара металла, образования пустот и попадания в шов неметаллических включений. Поэтому в процессе монтажа трубопроводов сварные стыки должны быть подвергнуты механическому и кристаллографическому контролю по соответствующим техническим условиям.

В действующем теплопроводе возникают многочисленные напряжения. Внутреннее давление теплоносителя вызывает в стенках труб растягивающие напряжения, направленные по оси трубы и по радиусу. Под действием собственной массы трубы, массы теплоносителя и тепловой изоляции в трубопроводе образуются изгибающие напряжения. Температурные деформации трубопровода вызывают сжимающие и изгибающие напряжения от трения опор, усилий гнутых компенсаторов и участков естественной компенсации. В узлах с пространственными изгибами трубопровода возможны скручивающие напряжения. В надземных и бесканальных прокладках на трубопроводы действуют дополнительные нагрузки от массы снега, давления ветра, грунта и транспорта.

Расчет труб на прочность сводится к определению допустимого суммарного напряжения и толщины стенки трубы. Наружные водяные сети с давлением до 1.6 МПа и температурой до200°С рассчитываются на внутреннее давление по формулам:

где Рраб -- рабочее давление теплоносителя, Па; -- внутренний диаметр трубы, см; п -- коэффициент перегрузки (л=1,1); 5 -- толщина стенки трубы, см; Па; От -- предел текучести. Па.

Расчетное сопротивление металла трубы определяется по формуле

Толщина стенки трубы определяется по формулам

где -- наружный диаметр трубы, см.

По формулам (V111.2) -- (VIII.4) выбирается наименьшее напряжение и наибольшая толщина стенки трубы. Расчет толщины стенки трубопроводов с более высокими параметрами теплоносителя производится в соответствии с требованиями [23].

Запорная, регулирующая и предохранительная арматура предназначена для регулирования режимов потребления тепла и управления работой тепловых сетей. Арматура изготовляется из сталей, чугуна, цветных металлов и пластмасс. В тепловых сетях чаще всего принимается стальная арматура. Чугун уступает по прочности стали, поэтому область применения чугунной арматуры ограничена давлением 0,07 МПа (для пара) и температурой 115°С (для воды). Чугунная арматура должна размещаться на прямых участках труб, защищенных от изгибающих усилий. Ограничивается применение чугунной арматуры и на открытом воздухе с низкими отрицательными температурами [33], она более надежна в закрытых помещениях с постоянной температурой воздуха. Арматура из цветных металлов дефицитна, а пластмассовая -- Мало-прочна, поэтому в сетях они не нашли широкого применения.

Вся трубопроводная арматура имеет условное обозначение по классификации Центрального конструкторского бюро арматуростроения (ЦКБА). Условнее обозначение арматуры состоит из цифр и букв. Первые две цифры обозначают тип арматуры: 10 -- спускные краны; 14 и 15--вентили; 16 --обратные подъемные клапаны; 17--предохранительные клапаны; 18 -- редукционные клапаны; 25 -- регулирующие клапаны; 30 -- задвижки; 45 -- конденсатоотводчики и др. Буквы за первыми цифрами обозначают материал, из которого изготовлен корпус арматуры: С--сталь углеродистая; ЛС-- сталь легированная; НЖ -- сталь коррозионно-стойкая; КЧ -- ковкий чугун; Ч -- серый чугун; Б -- бронза; Л---латунь; А--алюминий; П-- пластмассы. Цифры (одна или две) после буквенного обозначения указывают конфигурацию арматуры в таблице обозначений. В трёхлитровом обозначении первая цифра обозначает вид привода: механический (с червячной передачей -- 3, с цилиндрической зубчатой передачей -- 4, с коническом зубчатой передачей -- 5); пневматический -- 6; гидравлический -- 7; электромагнитный .8-электрический--9. Последние бук-вы в шифре обозначают материал уплотнительных поверхностей: БР -- бронза; Л -- латунь; НЖ--нержавеющая сталь; К -- кожа; Р -- резина и др.

Арматура специального назначения в конце шифра дополняется также указанием внутренних покрытый: ГМ -- гуммирование; ЭМ--эмалирование-СВ -- свинцевание и др. Например, задвижка из углеродистой стали с коррозионно-стойкими уплотнительными кольцами обозначается -- 30С64НЖ, а с электроприводом и бронзовыми уплотнительными кольцами--30С964БР.

Вентили имеют запорный орган в виде золотника, который при закрытии плотно прилегает к седлу, создавая высокую герметичность перекрытия проходного отверстия. Крышка вентиля крепится на корпусе болтами или на резьбе. Подтяжка сальникового уплотнения производится двумя откидными болтами, укрепленными на крышке, или накидной гайкой.

Вентили бывают фланцевые и бесфланцевые. Бесфланцевые вентили подразделяются наприварные и муфтовые. Бесфланцевые приварные вентили соединяются с трубами на сварке и применяются на теплопроводах с давлением Ру1,6 МПа на резьбе.

Потеря давления теплоносителя в проходных сечениях вентиля зависит от расположения шпинделя. Вентили с наклонным расположением шпинделя (типа «Косва» и прямоточные) имеют наименьшее гидравлическое сопротивление. На трубопроводах вентили устанавливаются так, чтобы теплоноситель поступал под золотник, чем достигается уменьшение усилии на их открытие и предупреждается отрыв золотника от шпинделя.

Задвижки по конструктивному исполнению разделяются на клиновые и параллельные, с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Стальные задвижки имеют клиновое уплотнение

Уплотнение создается уплотнительными кольцами из бронзы или нержавеющей стали. Кольца запрессовываются на дисках клиньев и в корпусе.

В клиновых задвижках затвор состоит из сплошного или двухдискового клина, уплотнение обеспечивается путем прилегания плоскостей колец клина к плоскостям колец корпуса. При опускании двухдискового клина разжимной клин, находящийся между дисками, упирается в дно корпуса и распирает диски, плотно прижимая их к уплотнительным кольцам корпуса.

В параллельных задвижках затвор состоит из двух дисков с плоскими параллельно расположенными уплотнительными поверхностями. Закрытие задвижки производится аналогично клиновой задвижке с двухдисковым клиновым затвором.

В задвижках с выдвижным шпинделем маховиком вращается запрессованная в его ступицу гайка, которая сообщает шпинделю поступательное движение. Диски или клин соединены с выдвижным шпинделем шарнирно. В задвижках с невыдвижным шпинделем при вращении маховика происходит подъем или опускание дисков при помощи гайки, навернутой на нижнем конце шпинделя. Крупные задвижки выпускаются с обводными линиями. Открытием байпасных задвижек на таких линиях давление с обеих сторон запорного диска выравнивается, в результате усилие открытия арматуры уменьшается. На трубопроводах с диаметрами более 500 мм устанавливаются задвижки с электроприводом. На горизонтальных трубопроводах задвижки с Zy<500 мм и соответственных теплопроводах высокого давления.

Фланцы применяются для присоединения на трубопроводах различной фланцевой арматуры. Конструкции фланцев разнообразны (рис. Vni.3). Подбираются фланцы по условным проходам и давлениям, на которые рассчитаны трубы. В водяных тепловых сетях и паропроводах с Ру<2,5 МПа наибольшее распространение получили плоские приварные фланцы, которые устанавливаются с недоводом трубы до уплотнительного торца на величину Я. Недовод трубы устраняет попадание натеков сварочного грата на уплотнительные плоскости, при которых ухудшается герметичность фланцевого соединения. Фланцевые соединения по плотно" сти и прочности уступают сварным соединениям, однако их применение облегчает смену арматуры при ремонтных операциях.

Заглушки (рис. VIII.4) используются для отключения участков теплопроводов и ответвлений на период ремонтов или гидравлических испытаний сетей, а также для заглушенные торцов труб. Заглушки, как и фланцы, подбираются по условным давлениям и проходам. Плотность фланцевых соединений при давлении да 4 МПа и температуре до 450 ⁰С обеспечивается прокладками изпаронита толщиной I--2 мм. Применение толстых прокладок не рекомендуется, так как при этом увеличивается опасность их разрыва давлением теплоносителя и возникают перекосы фланцевых, соединений.

Фасонные изделия (отводы, тройники, крестовины, переходы диаметров) рекомендуется выполнять по размерам междуведомственных нормалей (МВН). С целью увеличения механической прочности изделия изготовляют из труб с повышенной (на 1--3 мм) толщиной стенки.

Отводы бывают гнутыми и сварными. Основной характеристикой отводов является радиус изгиба осевой линии трубы R. Гнутые отводы различаются на гладкие и со складками (рис. VIII.5). Гладкие отводы изготовляют из бесшовных труб для условных проходов Dy400 мм. Крутозагнутые гладкие отводы с радиусом изгиба, равным наружному диаметру трубы (R -- Dn), изготовляют на заводах протяжкой гидравлическими домкратами отрезка трубы в горячем состоянии через специальную изогнутую насадку.