Из общего расхода тепла на 1 жителя на отопление принимается 90%, т.е.

,кВт, (1,7)

где m - число работающих в цехе (приближенно принимается для производственных цехов m = 3V10³ чел., для административных зданий m = 10V10³ чел.);

a - норма расхода воды на 1 работающего в смену, кг;

с = 4,19 кДж/(кг°С) - теплоемкость воды;

t_гв = 65 ^оС; t_хв = 5 ^оС - температура горячей и холодной воды;

n - продолжительность работы предприятия в 1 или 2 смены (8ч, 16ч).

Для литейного цеха металлургического завода:

m=370000/1000=210 чел,

кВт.

1.4 Расчетный расход тепла на горячее водоснабжение жилых районов

Рис2 График годового расхода тепла промышленного района

(Q=398920кВт)

2. Гидравлический расчет тепловых сетей

Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования тепловых сетей. В его задачу входят: определение диаметров трубопроводов, определение потерь давления (напора); установление значений давлений (напоров) в различных точках сети, увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах для обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети абонента.

Исходными данными для гидравлического расчета трубопроводов тепловой сети являются расчетные тепловые нагрузки и принятые параметры теплоносителя.

2.1 Определение расходов сетевой воды

При теплоносителе - воде расчетные расходы воды для гидравлического расчета закрытых тепловых сетей определяются по формуле

, кг/с, (2,1)

где Q - суммарный расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение абонента, кВт;

_{1, ?2} - температуры сетевой воды в прямом и обратном трубопроводе соответственно при расчетных температурах наружного воздуха, °С;

с = 4,19 кДж/(кг*°С) - теплоемкость воды;

К_р =1,005 - коэффициент, учитывающий утечки воды из сети.

Для первого участка:

кг/с,

2.2 Гидравлический расчет водяных тепловых сетей

,

м,

Ориентировочно найденный диаметр трубопровода округляется до ближайшего большего стандартного диаметра трубы, значение которого на первом участке 0,359 м.

2.2.2 Поверочный расчет водяной тепловой сети

Число компенсаторов определяют в зависимости от диаметра трубопровода, рода теплоносителя и расстояния между неподвижными опорами L_x.

При установке П-образных компенсаторов длина трубопровода увеличивается на величину

, м, (2,5)

где Н - вылет (плечо) компенсатора, м,

n_к- число установленных на участке компенсаторов, шт.

Вылет компенсатора, в свою очередь, зависит от диаметра трубопровода, температуры теплоносителя. При расчете компенсатора определяется расчетное тепловое удлинение трубопровода

, м, (2,6)

где - коэффициент линейного расширения стали (1,210^-5 1/°С)

₁ - максимальная температура теплоносителя;

t_м - температура наружного воздуха при монтаже компенсатора, °С

Вылет компенсатора определяется по выражению

, м, (2,7)

где С_А = 0,3 - коэффициент формы компенсатора;

l_р = kl - температурное удлинение участка трубопровода с учетом предварительной растяжки;

k - степень растяжки компенсатора, зависящая от температуры теплоносителя (k=0,5);

Е = 19,610¹⁰ Па - модуль упругости первого рода;

^доп - допустимое напряжение от тепловых удлиннений, (7010⁶ Па).

Эквивалентная длина всех местных сопротивлений определяется по формуле

, м, (2,8)

где А_l - постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости труб.

Приведенная длина участка трубопровода определится из выражения:

, м; (2,9)

Уточненные удельные линейные потери давления подсчитываются из выражения

, Па, (2,10)

где А^в_R - постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости труб. Полная потеря давления на участке сети

Р = R_лl_пр, Па, (2,11)

или

, м в.ст., (2,12)

где g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения;

? - плотность теплоносителя при заданной температуре.

Для первого участка:

L_х=140 мм, ,

м,

l_р = 0,50,1848 = 0,0924 м,

м,

м,

м,

м;

Па/м,

Р = 64,91279,7 =83097 Па,

Для остальных участков расчет аналогичен. Результаты расчета сводим в таблицы.

2.3 Гидравлический расчет паропроводов

, м, (2,13)

где D- расход пара, кг/с.

При расчете R'_л пользуемся приведенными ранее формулами.

Ориентировочная средняя плотность пара определится из условия предварительно принятого падения давления и принятого падения температуры пара по длине участка

, кг/м³, (2,14)

где _н и _к - объемные плотности пара в начале и конце расчетного участка, кг/м³.

После округления ориентировочного диаметра паропровода до стандартного производится поверочный расчет паропровода.

Для первого участка:

,

кг/м³,

Па/м, (2,15)

м,

d_н= 0,184м, d_в= 0,194 м.

Для оставшихся участков расчет аналогичен. Результаты расчета сводим в таблицу.

2.3.2 Поверочный расчет паропровода

Местные сопротивления вычисляются аналогично указанному для водяных тепловых сете Секционирующие задвижки на паропроводе расчетной магистрали не ставятся. Задвижки ставятся на ответвлениях и перед вводом паропровода к потребителю.

Для стандартной трубы определяем область гидравлического режима работы паропровода. Для этого определяем число Re

, (2,16)

где - кинематическая вязкость пара, м²/с.

Предельное число Рейнольдса

. (2,17)

Для Re>Re_п удельные линейные потери давления вычисляются с помощью уравнения

, Па/м, (2,18)

где А_R - постоянный коэффициент.

Для первого участка:

,

, Re>Re_п,

, Па/м.

Определение приведенной длины паропровода производится аналогично приведенной длине водяных тепловых сетей.

Поскольку объемная плотность пара изменяется, необходимо определить теплопотери на трассе и уточнить среднюю теплоёмкость пара. Полные теплопотери на расчётном участке

Q = q_ll_р, кВт, (2,19)

где l_р - расчетная длина участка паропровода.

Температура пара изменяется на участке на величину

, ^оС, (2,20)

где С_р - теплоемкость пара, кДж/(кг*к).

Падение давления определяются по формуле

Р = R_лl_пр, Па. (2,21)

Для первого участка:

м,

м,

Q = 0,18993 = 178,7 кВт,

^оС,

Р = 52,421327 = 69548 Па.

Для оставшихся участков расчет аналогичен. Результаты расчета сводим в таблицу.

Расчёт конденсатопровода производят при 100%-ном возврате конденсата. Конденсат занимает полное сечение трубопровода. Диаметр конденсатопровода определяется по расходу конденсата и удельному падению давления по длине, которое принимается равным 100 Па/м.

Гидравлический расчет конденсатопровода производим используя номограммы. Результаты расчёта сводим в таблицу.

3. Построение графика центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке

Температурные графики выражают зависимость необходимых температур воды в тепловых сетях от тепловой нагрузки и от температуры наружного воздуха.

Уравнения для построения температурных графиков:

для подающей магистрали

, ^оС; (3,1)

для обратной магистрали

, ^оС; (3,2)

где t_вр - расчетная температура воздуха внутри помещения

t' - температурный напор в нагревательных приборах отопительной системы, °С

'_0? - температурный перепад в тепловой сети;

' - температурный перепад в отопительной системе;

- относительная тепловая нагрузка;

t_н, t_но - текущая наружная температура воздуха и расчетная температура наружного воздуха по отоплению, ⁰С.

Задаваясь различными значениями t_н в пределах от +8 до t_но, определяют '_{0 ??} и строим график температур воды в тепловой сети. Поскольку температура воды для горячего водоснабжения должна быть 60...65 °С, то минимальная температура воды в подающей магистрали должна быть 70° для закрытых систем теплоснабжения. Поэтому отопительный график срезается на уровне 70° и носит название отопительно-бытового. Температура наружного воздуха, при которой график имеет излом, делит его на две части.

В правой части осуществляется качественное регулирование отпуска теплоты, в левой части - местное регулирование (пропусками).

t'= 0,5('₃ +'₂) - t_вр = 0,5(95 + 70) - 18 = 64,5, ^оС, (3,3)

'_0?= '₀₁ - '₀₂ = 120 - 70 = 50, ^оС, (3,4)

'= '₀₃ - '₀₂ = 95 - 70 = 25, ^оС, (3,5)

, (3,6)

,

.

= 18 + 64,50,333^0,8 + (50 - 0,525)0,333 = 57,28^оС,

= 120 ^оС.

= 18 + 64,50,333^0,8 - 0,5250,333 = 41,01^оС,

= 70 ^оС.

Рис. 3. График температур воды в подающей и обратной магистрали при центральном регулировании по отопительной нагрузке

4. Тепловой расчет теплопроводов

В задачу теплового расчета входит выбор толщины основного слоя изоляционной конструкции, расчет потерь теплоты теплопроводами и определение эффективности изоляции.

4.1 Выбор толщины изоляции теплопроводов

Полное термическое сопротивление на пути теплового потока к окружающей среде при надземной прокладке трубопроводов

, Па/м, (4,1)

Полное термическое сопротивление на пути теплового потока к окружающей среде при подземной бесканальной прокладке трубопроводов

, Па/м, (4,2)

где - термическое сопротивление грунта, Па/м, (4,3)

- термическое сопротивление слоя изоляции, Па/м, (4,4)

- термическое сопротивление наружной поверхности изоляции, Па/м, (4,5)

d₂ - наружный диаметр изолированной трубы,

d₁ - наружный диаметр трубы без изоляции,

- коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м^оС),

- коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м^оС),

- коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху, первоначально принимаем 20 Вт/(м^2оС),

h - глубина заложения оси теплопровода, м,

Приближенное значение температуры наружной поверхности изоляции

, ^оС. (4,6)

Уточненное значение коэффициента теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху:

коэффициент теплоотдачи конвекцией

, Вт/(м^2оС), (4,7)

где щ - скорость воздуха, м/с,

коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием

, Вт/(м^2оС), (4,8)

_н = _к + _л, Вт/(м^2оС). (4,9)

Затем производим пересчет R_из и R_У.

При двухтрубном теплопроводе рассчитывается условное дополнительное сопротивление

, Па/м. (4,10)

Удельные тепловые потери трубопроводов при наземной прокладке

, Вт/м, (4,11)

где - температура теплоносителя в трубе,

t₀ - температура грунта на глубине оси теплопровода.

Удельные тепловые потери двухтрубных теплопроводов при подземной бесканальной прокладке:

теплопотери первой трубы

, Вт/м, (4,12)

где - температура теплоносителя в первой трубе,

- температура теплоносителя во второй трубе,

теплопотери второй трубы

, Вт/м. (4,13)

Тепловые потери трубопровода

Q = ql(1+), Вт. (4,14)

Коэффициент эффективности изоляции

, (4,15)

где Q - теплопотери изолированной трубы, Вт;

- теплопотери голой трубы, Вт.

Для первого участка:

Исходные данные: t₀=1 ^оС, =100 ^оС, =20 Вт/(м^2оС), =0,25.

^оС,

Вт/(м^оС).

Задаемся первоначально м.

Па/м,

Па/м,

Па/м,

^оС.

Вт/(м^2оС),

Вт/(м^2оС),

_н = 25,21+4,18 = 29,39 Вт/(м^2оС).

Па/м,

Па/м,

Вт/м.

По норме данная величина составляет 112 Вт/м. Погрешность невелика и пересчёт не требуется.

Q = 1021150(1+0,25) = 145251 Вт.

Вт/м,

Вт,

.

Расчёт остальных участков производится по приведённой схеме. Результаты расчёта сводим в таблицы.

5. Выбор схемы присоединения абонентов к водяной тепловой сети

На пьезометрический график распределения напоров в водяной тепловой сети наносятся профиль местности, где проложен теплопровод, и высоты присоединенных абонентов.

В зависимости от профиля местности, расстояния до источника теплоты, соотношения напоров в сети и высоты присоединенных зданий выбирается схема присоединения для каждого абонента (см. графический материал). В данном случае первый, второй, третий и четвёртый - по зависимой.

6. Выбор сетевых и подпиточных насосов

Требуемый напор сетевых насосов при суммарных расчетных расходах сетевой воды складывается из потерь напора в водонагревательной установке источника теплоты, суммарных потерь напора в подающем и обратном теплопроводах тепловой сети и потерь напора у абонента.

(6,1)

Для летнего периода напор сетевых насосов

, (6,2)

где G_л,G_з - расходы сетевой воды в летний и зимний периоды.

=71 м в. ст. (из пъезометрического графика),

G_з = 3,6201,8= 726,48 м³/ч,

G_л= 3,685,1 = 306,5м³/ч,

м в. ст.

По принятому напору и расчетной подаче принимаем

для зимнего периода 2 параллельно включенных насоса СЭ 500 -70,

для летнего - Д1250 -14.

Минимальное количество насосов в каждой группе - 2 шт., один из которых резервный.

Строится характеристика сопротивления сети

,мч²/м⁶. (6,3)

Сопротивление сети - величина постоянная и не зависит от расхода теплоносителя, а зависит только от эквивалентной шероховатости внутренней поверхности трубопроводов, эквивалентной длины местных сопротивлений и плотности теплоносителя. Характеристика сети строится по одному известному режиму (расчетному).

Задаваясь различными расходами воды при постоянной характеристике сети, определяем напор в сети. По этим данным строим характеристику сопротивления сети и совмещаем ее с характеристикой сетевых насосов. Точка пересечения указывает расход теплоносителя и напор, развиваемый сетевыми насосами.

Требуемый напор подпиточного насоса устанавливается исходя из необходимости поддержания определенного статического напора в тепловой сети и обеспечения невскипання воды в самой высокой точке абонентов при остановке сетевых насосов.

,мч²/м⁶.

Рис. 4. Гидравлическая характеристика сетевых насосов и тепловой сети

Подача подпиточных насосов определяется из условия восполнения утечек воды и принимается 0,75% от объема воды в теплопроводах и присоединенных к ним системах теплопотребления. Кроме того, должна предусматриваться аварийная подпитка сети до 20% от объема трубопроводов. Количество подпиточных насосов не менее 2-х один из них - резервный.

V = Q(V_c+V_м), (6,4)

где Q - мощность системы теплоснабжения, МВт;

V_с - удельный объем воды в тепловых сетях. V_с = 40 м³/МВт;

V_м - удельный объем сетевой воды в системах отопления зданий,V_м = 26 м³/МВт.

V = 42,078(40+26) = 2777,2 м³,

G_п= 0,00752761,4 = 20,8 м³/ч.

Выбираем подпиточный насос К45/50.

7. Экономика транспорта тепла

Одним из основных технико-экономических показателей работы тепловых сетей является себестоимость транспорта тепла, которая определяется как сумма эксплуатационных затрат на единицу отпуска тепла потребителям

, у.е./ГДж, (7,1)

где Q - отпущенное тепло (определяется из графика годовой нагрузки);

S_с - годовые эксплуатационное расходы на амортизацию, ремонт и обслуживание сети;

S_э - стоимость электроэнергии на передачу теплоносителя;

S_т - стоимость теплопотерь в сети.

, у.е./год, (7,2)

где f = 0,056 - годовые отчисления от стоимости сооружения теплосети;

К - стоимость теплосети, у.е.

(7,3)

где a и b - постоянные коэффициенты;

с - число параллельных трубопроводов;

- общая длина трубопроводов, м;

- сумма произведений диаметров труб на длину соответствующих участков.

Для подземной канальной и надземной прокладки а = 2, b = 120...150.

, у.е./год, (7,4)

где Н_цн и Н_пн - напоры циркуляционного и подпиточного насосов м;

G - часовой расход теплоносителя, т/час;

z_э = 0,015 у. е./кВт ч - стоимость электроэнергии;

= 0,6..0,7 - КПД насосов;

n - число часов работы насосов в году (n=3960 ч.).

, у.е./год, (7,5)

где М - материальная характеристика сети,

, (7,6)

где ' = 1,17. 1,75 Вт/м² - коэффициент теплоотдачи;

_ср - среднегодовая температура теплоносителя, ^оС (определяется из годового графика тепловой нагрузки);

t_ср - среднегодовая температура наружного воздуха;

z_т - стоимость тепла.

, у.е./год.

Для подающего и обратного трубопроводов:

надземная часть

М=8700,359+13400,184+1000,259=585,м.

подземная часть

М=(570+2270)0,259=735,6 м.

Для подающего трубопровода:

надземная часть

, у.е./год,

подземная часть

, у.е./год.

Для обратного трубопровода:

надземная часть

, у.е./год,

подземная часть

, у.е./год.

S_т= 142297,5 у.е./год.

К = 2 2 (870+900+570+2270+100+440) + 2 0,359 870+20,184 (900+440)+20,259(570+2270+100) = 23240,7у.е.

S_с = 0,056 23240,7 = 1301,5 у.е./год.

, у.е./ГДж.

Литература