Schemat projektowy sieci ciepłowniczych wody. Obliczenia hydrauliczne sieci ciepłowniczej
Wady_6.doc
6. OBLICZENIA HYDRAULICZNE SIECI CIEPŁA
Do zadania obliczenia hydrauliczne obejmuje:Określanie średnicy rurociągu;
Określenie spadku ciśnienia (ciśnienia);
Wyznaczanie ciśnień (ciśnień) w różnych punktach sieci;
Łączenie wszystkich punktów sieci w trybie statycznym i dynamicznym w celu zapewnienia ciśnień dopuszczalnych i wymaganych w sieci i instalacjach abonenckich. Na podstawie wyników obliczeń hydraulicznych można rozwiązać następujące problemy.
Określenie kosztów kapitałowych, zużycia metalu (rur) i głównego nakładu pracy przy układaniu sieci ciepłowniczej.
Wyznaczanie charakterystyk pomp obiegowych i uzupełniających.
Określenie warunków pracy sieci ciepłowniczej i dobór schematów przyłączenia abonentów.
Dobór automatyki dla sieci ciepłowniczej i abonentów.
Rozwój trybów pracy.
6.1. Schematy i konfiguracje sieci ciepłowniczych
Układ sieci ciepłowniczej (TN) zależy od lokalizacji źródeł ciepła w stosunku do obszaru zużycia, charakteru obciążenia cieplnego i rodzaju chłodziwa. Specyficzna długość sieci parowych na jednostkę projektowego obciążenia cieplnego jest niewielka, ponieważ odbiorcy pary - zwykle odbiorcy przemysłowi - znajdują się w niewielkiej odległości od źródła ciepła.
Trudniejszym zadaniem jest wybór schematu sieci podgrzewania wody ze względu na jego dużą długość i dużą liczbę abonentów. Pojazdy wodne są mniej trwałe niż pojazdy parowe ze względu na większą korozję i są bardziej wrażliwe na wypadki ze względu na dużą gęstość wody.
Ryc.6.1. Jednoliniowa sieć komunikacyjna dwururowej sieci ciepłowniczej
Sieci wodociągowe dzielą się na sieci główne i dystrybucyjne. Chłodziwo dostarczane jest głównymi sieciami ze źródeł ciepła do obszarów zużycia. Sieciami dystrybucyjnymi woda dostarczana jest do grupowych i lokalnych punktów ciepłowniczych (GTP i MTP) oraz do abonentów. Abonenci bardzo rzadko łączą się bezpośrednio z sieciami szkieletowymi. W miejscach połączenia sieci dystrybucyjnych z sieciami głównymi instalowane są komory sekcyjne z zaworami. Zawory sekcyjne na głównych sieciach instaluje się zwykle co 2…3 km. Dzięki zamontowaniu zaworów sekcyjnych zmniejszają się straty wody podczas wypadków komunikacyjnych. Pojazdy dystrybucyjne i główne o średnicy mniejszej niż 700 mm są zwykle ślepe. W przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej na większości kraju dopuszczalna jest przerwa w dostawie ciepła do budynków na okres do 24 godzin. Jeżeli przerwa w dostawie ciepła jest niedopuszczalna, konieczne jest zapewnienie powielenia lub pętli zwrotnej systemu grzewczego.
Dostarczając ciepło do dużych miast z kilku elektrociepłowni, zaleca się zapewnienie wzajemnego blokowania elektrowni cieplnych poprzez połączenie ich sieci za pomocą połączeń blokujących. W tym przypadku efektem jest pierścień sieć ciepłownicza z wieloma zasilaczami. Taki schemat ma więcej wysoka niezawodność, zapewnia przesył nadmiarowych strumieni wody w razie awarii na dowolnym odcinku sieci. Gdy średnica sieci wychodzącej ze źródła ciepła wynosi 700 mm lub mniej, zwykle stosuje się promieniową konstrukcję sieci grzewczej ze stopniowym zmniejszaniem średnicy rury w miarę oddalania się od źródła i zmniejszania się podłączonego obciążenia. Sieć ta jest najtańsza, ale w razie wypadku następuje przerwanie dostaw ciepła do abonentów.
Ryc.6.2. Pierścieniowa sieć ciepłownicza z trzech elektrociepłowni Rys.6.3. Promieniowa sieć ciepłownicza
^
6.2. Podstawowe zależności obliczeniowe
| Jednowymiarowy ustalony ruch cieczy w rurze (patrz rys. 6.4) opisuje równanie Bernoulliego
Z 1 , Z 2 – wysokość geometryczna osi rury w odcinkach 1 i 2; w 1 i w 2 – prędkość płynu w sekcjach 1 i 2; P 1 i P 2 – ciśnienie płynu na osi rury w odcinkach 1 i 2; D P– spadek ciśnienia w segmencie 1-2; G– swobodne przyspieszenie |
Ryc.6.4. Schemat ruchu płynu w rurze
spada. Równanie Bernoulliego można zapisać dla ciśnień, dzieląc obie strony przez G.Prędkość płynu w rurociągach jest mała, więc energię kinetyczną przepływu można pominąć. Wyrażenie H=P/R G nazywa się głowicą piezometryczną, a suma wysokości Z i głowicy piezometrycznej nazywa się głową całkowitą.
H 0 =Zp/Rg = ZH.(6.1)
Spadek ciśnienia w rurze jest sumą liniowych strat ciśnienia i strat ciśnienia spowodowanych lokalnymi oporami hydraulicznymi.
D P=D P l D P m. (6,2)
W rurociągach D P l = R l L, Gdzie R l – specyficzny spadek ciśnienia, tj. spadek ciśnienia na jednostkę długości rury, określony wzorem d'Arcy'ego.
. (6.3)
Współczynnik opór hydrauliczny l zależy od reżimu przepływu płynu i bezwzględnej równoważnej chropowatości ścianek rury Do mi. W obliczeniach można przyjąć następujące wartości Do uh – w rurociągach parowych Do e = 0,2 mm; w sieciach wodociągowych Do e = 0,5 mm; w rurociągach kondensatu i instalacjach ciepłej wody Do e = 1 mm.
Przy laminarnym przepływie cieczy w rurze ( Odnośnie < 2300)
. (6.4)
W obszarze przejściowym 2300< Odnośnie < 4000
. (6.5)
Na
. (6.6)
Zwykle w sieciach ciepłowniczych Odnośnie > Odnośnie pr, dlatego (6.3) można sprowadzić do postaci
, Gdzie
. (6.7)
Stratę ciśnienia przy lokalnych oporach określa się ze wzoru
. (6.8)
Wartości współczynnika lokalnego oporu hydraulicznego X podane są w podręcznikach. Podczas wykonywania obliczeń hydraulicznych można uwzględnić straty ciśnienia spowodowane lokalnymi oporami na długości równoważnej.
.
Zatem gdzie A =
l równ /
l– udział lokalnych strat ciśnienia.
^
6.3. Procedura obliczeń hydraulicznych
Zwykle podczas obliczeń hydraulicznych określa się natężenie przepływu chłodziwa i całkowity spadek ciśnienia w danym obszarze. Musisz znaleźć średnicę rurociągu. Obliczenia składają się z dwóch etapów – wstępnego i weryfikacyjnego.
Zaliczka.
Ułamki lokalnych spadków ciśnienia ustawia się a=0,3...0,6.
Ocenić konkretną stratę ciśnienia
. Jeśli spadek ciśnienia w obszarze nie jest znany, są one ustalane według wartości R l< 20...30 Па/м.
Średnicę rurociągu oblicza się na podstawie warunków pracy w trybie turbulentnym, dla sieci ciepłowniczych przyjmuje się gęstość równą 975 kg/m 3.
, (6.9)
gdzie r jest średnią gęstością wody na danym obszarze. Na podstawie znalezionej wartości średnicy wybierana jest rura o najbliższej średnicy wewnętrznej zgodnie z GOST. Wybierając rurę, wskaż którąkolwiek z nich D y i d lub D n i d.
Kalkulacja weryfikacyjna.
W przypadku odcinków końcowych należy sprawdzić tryb jazdy. Jeśli okaże się, że tryb ruchu jest przejściowy, wówczas, jeśli to możliwe, należy zmniejszyć średnicę rury. Jeżeli nie jest to możliwe, obliczenia należy wykonać przy użyciu wzorów reżimu przejściowego.
Następnie wartości są udoskonalane R l podano rodzaje rezystancji lokalnych i ich długości zastępcze. Zawory instaluje się na wylocie i wlocie kolektora, w punktach połączenia sieci dystrybucyjnych z głównymi, odgałęzieniami do konsumenta i u konsumentów. Jeżeli długość odgałęzienia jest mniejsza niż 25 m, wówczas zawór można zainstalować tylko u konsumenta. Zawory sekcyjne instalowane są co 1…3 km. Oprócz zaworów możliwe są inne lokalne opory - zwoje, zmiany przekroju, trójniki, łączenie i rozgałęzianie przepływów itp.
Aby określić liczbę kompensatorów temperatury, długości odcinków dzieli się przez dopuszczalna odległość pomiędzy stałymi podporami. Wynik zaokrągla się do najbliższej liczby całkowitej. Jeśli w okolicy występują zakręty, można je wykorzystać do samokompensacji wzrostu temperatury. W takim przypadku liczba kompensatorów jest zmniejszana o liczbę zwojów.
Określa się stratę ciśnienia w danym obszarze. Dla systemów zamkniętych DP uch =2 R l (l l uh ). W przypadku systemów otwartych wstępne obliczenia opierają się na równoważnym natężeniu przepływu
Podczas obliczeń weryfikacyjnych konkretne liniowe straty ciśnienia obliczane są oddzielnie dla rurociągów zasilających i powrotnych dla rzeczywistych przepływów.
,
.
Po zakończeniu obliczeń hydraulicznych a wykres piezometryczny.
^
6.4. Wykres piezometryczny sieci ciepłowniczej
Wykres piezometryczny pokazuje w skali ukształtowanie terenu, wysokość przyłączonych budynków oraz ciśnienie w sieci. Za pomocą tego wykresu łatwo jest określić ciśnienie i ciśnienie dyspozycyjne w dowolnym punkcie sieci i instalacji abonenckiej.
Poziom 1 – 1 przyjmuje się jako poziomą płaszczyznę odniesienia ciśnienia (patrz rys. 6.5). Linia P1 – P4 – wykres ciśnień w linii zasilającej. Linia O1 – O4 – wykres ciśnienia na powrocie. N o1 – ciśnienie całkowite na kolektorze powrotnym źródła; Nсн – ciśnienie pompy sieciowej; N st – pełne ciśnienie pompy uzupełniającej lub pełne ciśnienie statyczne w sieci ciepłowniczej; N Do– ciśnienie całkowite w t.K na rurze tłocznej pompy sieciowej; D H t – strata ciśnienia w instalacji obróbki cieplnej; N p1 – ciśnienie całkowite na kolektorze zasilającym, N n1 = N k–D H t. Dostępne ciśnienie wody zasilającej w kolektorze CHP N 1 =N p1 - N o1. Ciśnienie w dowolnym punkcie sieci I oznaczony jako N Liczba Pi, H oj – pełne głowy w rurociągach przesyłowych i powrotnych. Jeśli wysokość geodezyjna w punkcie I Jest Z I , wówczas ciśnienie piezometryczne w tym punkcie wynosi N Liczba Pi - Z I , H o ja – Z jestem wyprostowany i rurociągi powrotne odpowiednio. Dostępna główka w punkcie I to różnica ciśnień piezometrycznych na rurociągach zasilającym i powrotnym – N Liczba Pi - H oj. Dostępne ciśnienie w sieci ciepłowniczej w miejscu przyłączenia abonenta D wynosi N 4 = N n4 – N o4.
Ryc.6.5. Schemat (a) i wykres piezometryczny (b) dwururowej sieci ciepłowniczej
W przewodzie zasilającym w sekcjach 1 - 4 następuje utrata ciśnienia
. W przewodzie powrotnym w sekcjach 1 - 4 występuje strata ciśnienia
. Gdy pracuje pompa sieciowa, ciśnienie ^N Prędkość pompy ładującej jest regulowana za pomocą regulatora ciśnienia N o1. Po zatrzymaniu pompy sieciowej w sieci powstaje ciśnienie statyczne N st, opracowany przez pompę uzupełniającą.
Przy obliczaniu hydraulicznym rurociągu parowego profil rurociągu parowego może nie być brany pod uwagę ze względu na małą gęstość pary. Na przykład straty ciśnienia u abonentów
, zależy od schematu podłączenia abonenta. Z mieszaniem elewacyjnym ^N e = 10...15 m, z wejściem bez windy – N wynosić =2...5 m, w obecności grzejników powierzchniowych N p =5...10 m, z pompą mieszającą N ns = 2…4 m.
Wymagania dotyczące warunków ciśnieniowych w sieci ciepłowniczej:
W żadnym punkcie instalacji ciśnienie nie powinno przekraczać maksymalnej dopuszczalnej wartości. Rurociągi systemu zaopatrzenia w ciepło projektuje się na 16 ata, rurociągi systemów lokalnych projektuje się na ciśnienie 6...7 ata;
Aby uniknąć wycieków powietrza w dowolnym miejscu układu, ciśnienie musi wynosić co najmniej 1,5 atm. Ponadto warunek ten jest niezbędny, aby zapobiec kawitacji pompy;
Aby uniknąć wrzenia wody, w dowolnym punkcie układu ciśnienie nie może być niższe niż ciśnienie nasycenia w danej temperaturze.
^
6,5. Cechy obliczeń hydraulicznych rurociągów parowych
Średnicę przewodu parowego oblicza się na podstawie dopuszczalnej straty ciśnienia lub dopuszczalnej prędkości pary. Gęstość pary w obliczonym obszarze jest wstępnie ustawiona.
Obliczając na podstawie dopuszczalnych strat ciśnienia, należy ocenić
, = 0,3...0,6. Za pomocą (6.9) obliczana jest średnica rury.
Przy obliczaniu na podstawie dopuszczalnej prędkości pary podaje się prędkość pary w rurze. Z równania na przepływ pary
znajdź średnicę rury.
Według GOST wybiera się rurę o najbliższej średnicy wewnętrznej. Określono określone straty liniowe i typy rezystancji lokalnych oraz obliczono długości zastępcze. Określa się ciśnienie na końcu rurociągu. Straty ciepła w obszarze obliczeniowym obliczane są na podstawie znormalizowanych strat ciepła.
Q pot = Q l l, Gdzie Q l – strata ciepła na jednostkę długości przy danej różnicy temperatur pomiędzy parą a środowisko biorąc pod uwagę straty ciepła na podporach, zaworach itp. Jeśli Q l określa się wówczas bez uwzględnienia strat ciepła na podporach, zaworach itp Q pot = Q l (T Poślubić – T o )( 1 ), Gdzie T Z p – średnia temperatura pary w obiekcie, T o – temperatura otoczenia, w zależności od sposobu montażu. Do montażu naziemnego T o = T nie, do podziemnej instalacji bezkanałowej T o = T g (temperatura gleby na głębokości układania), przy układaniu w kanałach przelotowych i półprzelotowych T o =40…50 0 C. Przy układaniu w nieprzejezdnych kanałach T o = 5 0 C. Na podstawie stwierdzonych strat ciepła wyznacza się zmianę entalpii pary w przekroju oraz wartość entalpii pary na końcu odcinka.
DI uch = Q pot / D, I Do = I N – DI uch .
Na podstawie znalezionych wartości ciśnienia pary i entalpii na początku i na końcu odcinka wyznacza się nową wartość średniej gęstości pary r avg = ( r n
r do )/2
. Jeżeli nowa wartość gęstości różni się od wcześniej określonej wartości o więcej niż 3%, wówczas obliczenia weryfikacyjne powtarza się z jednoczesnym wyjaśnieniem i R l.
^
6.6. Funkcje obliczania rurociągów kondensatu
Przy obliczaniu rurociągu kondensatu należy wziąć pod uwagę możliwe powstawanie pary przy spadku ciśnienia poniżej ciśnienia nasycenia (para wtórna), kondensację pary na skutek strat ciepła oraz parę przechodzącą za odwadniaczami. Ilość przepływającej pary zależy od charakterystyki odwadniacza. Ilość skroplonej pary zależy od strat ciepła i ciepła parowania. Ilość pary wtórnej określa się na podstawie średnich parametrów w obszarze projektowym.
Jeżeli kondensat jest bliski stanu nasycenia, obliczenia należy przeprowadzić jak dla rurociągu parowego. Podczas transportu przechłodzonego kondensatu obliczenia przeprowadza się w taki sam sposób, jak w przypadku sieci wodociągowych.
^
6.7. Tryb ciśnienia sieci i wybór schematu wprowadzania danych przez abonenta
Ciśnienie statyczne to ciśnienie powstające po wyłączeniu pomp obiegowych. Poziom ciśnienia statycznego (ciśnienia) należy wskazać na wykresie piezometrycznym. Wielkość tego ciśnienia (ciśnienia) ustalana jest na podstawie limitu ciśnienia dla urządzenia grzewcze i nie powinna przekraczać 6 ati (60 m). W spokojnym terenie poziom ciśnienia statycznego może być taki sam dla wszystkich konsumentów. Przy dużych wahaniach terenu mogą występować dwa, ale nie więcej niż trzy poziomy statyczne.
Rysunek 6.6 przedstawia wykres ciśnień statycznych i schemat systemu zaopatrzenia w ciepło. Wysokości budynków A, B i C są takie same i wynoszą 35 m. Jeśli narysujemy linię ciśnienia statycznego 5 metrów nad budynkiem C, to budynki B i A znajdą się w strefie ciśnienia 60 i 80 m. możliwe są następujące rozwiązania.
Instalacje grzewcze w budynkach A są podłączone według obwodu niezależnego, a w budynkach B i C - według obwodu zależnego. W takim przypadku dla wszystkich budynków ustalana jest wspólna strefa statyczna. Podgrzewacze wodno-wodne będą pod ciśnieniem 80 m, co jest akceptowalne z wytrzymałościowego punktu widzenia. Linia ciśnienia statycznego – S – S.
Instalacje grzewcze budynku C podłączone są według niezależnego schematu. W takim przypadku całkowitą wysokość statyczną można dobrać zgodnie z warunkami wytrzymałościowymi instalacji budynków A i B - 60 m. Poziom ten jest oznaczony linią M - M.
Instalacje grzewcze wszystkich budynków są podłączone według zależnego schematu, ale strefa zaopatrzenia w ciepło jest podzielona na dwie części - jedną na Poziom M-M dla budynków A i B, drugi dla Poziom S-S dla budynku C. W tym celu pomiędzy budynkami B i C instaluje się zawór zwrotny 7 na linii bezpośredniej i pompę zasilającą dla górnej strefy 8 oraz regulator ciśnienia 10 na linii powrotnej. Utrzymanie zadanego ciśnienia statycznego w strefie C odbywa się za pomocą pompy zasilającej strefy górnej 8 i regulatora zasilania 9. Utrzymanie zadanego ciśnienia statycznego w strefie dolnej odbywa się za pomocą pompy 2 i regulatora 6.
Ryc.6.6. Wykres ciśnień statycznych instalacji grzewczej
W hydrodynamicznym trybie pracy sieci powyższe wymagania muszą być spełnione także w dowolnym miejscu sieci przy dowolnej temperaturze wody.
Linie dopuszczalnych ciśnień podążają za terenem, ponieważ Przyjmuje się, że rurociągi układane są zgodnie z terenem. Odniesienie pochodzi od osi rury. Jeżeli urządzenie ma znaczne wymiary wysokości, wówczas minimalne ciśnienie liczy się od górnego punktu, a maksymalne od dołu.
Linia P max to linia maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia w linii zasilającej. Dla szczytowych kotłów wodnych maksymalne dopuszczalne ciśnienie liczone jest od dolnego punktu kotła (przyjmuje się, że znajduje się on na poziomie gruntu), a minimalne dopuszczalne ciśnienie liczone jest od górnego kolektora kotła. Dopuszczalne ciśnienie dla stalowych kotłów wodnych wynosi 2,5 MPa. Uwzględnienie strat poniesionych na wylocie kotła H max =220 m. Maksymalne dopuszczalne ciśnienie w linii zasilającej ograniczone jest wytrzymałością rurociągu ( R maks. =1,6 MPa). Dlatego przy wejściu do linii zaopatrzenia N maks. =160 m.
Ryc.6.7. Wykreślanie wykresu ciśnień hydrodynamicznych systemu zaopatrzenia w ciepło
Linia O max – linia maksymalnych dopuszczalnych ciśnień na powrocie. Zgodnie z warunkami wytrzymałościowymi podgrzewaczy wody, maksymalne ciśnienie nie powinno być wyższe niż 1,2 MPa. Zatem maksymalna wartość ciśnienia wynosi 140 m. Wartość ciśnienia dla instalacji grzewczych nie może przekraczać 60 m.
Minimalne dopuszczalne ciśnienie piezometryczne określa temperatura wrzenia, która przekracza temperaturę obliczeniową na wylocie kotła o 30 0 C. Linia P min – linia minimalnego dopuszczalnego ciśnienia w linii prostej. Minimalne dopuszczalne ciśnienie na wylocie kotła określa się na podstawie stanu niewrzenia w górnym punkcie - dla temperatury 180 0 C. Ustala się je na 107 m. Ze stanu niewrzącej wody o temperaturze 150 0 C, minimalne ciśnienie powinno wynosić 40 m.
Linia O min – linia minimalnego dopuszczalnego ciśnienia na powrocie. Na podstawie warunku niedopuszczalności wycieków powietrza i kawitacji pomp przyjęto ciśnienie minimalne 5 m.
W żadnym wypadku rzeczywiste przewody ciśnieniowe w rurociągach doprowadzającym i powrotnym nie mogą przekraczać granic maksymalnych i minimalnych przewodów ciśnieniowych.
Wykres piezometryczny daje pełny obraz ciśnień roboczych w trybie statycznym i hydrodynamicznym. Zgodnie z tymi informacjami wybierana jest taka czy inna metoda łączenia abonentów. Na ryc. Rysunek 6.8 przedstawia wykres piezometryczny dwururowej sieci wodociągowej.
Ryc.6.8. Wykres piezometryczny dwururowej sieci wodociągowej
AB – linia ciśnień hydrodynamicznych rurociągu zasilającego; CD – linia ciśnień hydrodynamicznych na rurociągu powrotnym; SS – linia ciśnienia statycznego.
Budynek 1. Dostępne ciśnienie wynosi ponad 15 m, ciśnienie piezometryczne jest mniejsze niż 60 m. Instalację grzewczą można podłączyć w obwodzie zależnym od windy.
Budynek 2. W tym przypadku również możesz aplikować obwód zależny, ale ponieważ ciśnienie w przewodzie powrotnym jest mniejsze niż wysokość budynku w miejscu przyłączenia, należy zainstalować regulator ciśnienia „przed”. Spadek ciśnienia na reduktorze musi być większy niż różnica między wysokością montażu a ciśnieniem piezometrycznym w przewodzie powrotnym.
Budynek 3. Ciśnienie statyczne w tym miejscu wynosi ponad 60 m. Najlepiej zastosować niezależny schemat.
Budynek 4. W tym miejscu dostępne ciśnienie jest mniejsze niż 10 m. W związku z tym winda nie będzie działać. Konieczne jest zainstalowanie pompy. Jego ciśnienie musi być równe stracie ciśnienia w układzie.
Budynek 5. Konieczne jest zastosowanie niezależnego schematu - ciśnienie statyczne w tym miejscu wynosi ponad 60 m.
Zadanie obliczeń hydraulicznych obejmuje:
Określanie średnicy rurociągu;
Określenie spadku ciśnienia (ciśnienia);
Wyznaczanie ciśnień (ciśnień) w różnych punktach sieci;
Powiązanie wszystkich punktów sieci w trybie statycznym i dynamicznym w celu zapewnienia ciśnień dopuszczalnych i wymaganych w sieci i instalacjach abonenckich.
Na podstawie wyników obliczeń hydraulicznych można rozwiązać następujące problemy.
1. Określenie kosztów kapitałowych, zużycia metalu (rur) i głównego nakładu pracy przy układaniu sieci ciepłowniczej.
2. Wyznaczanie charakterystyk pomp obiegowych i uzupełniających.
3. Określenie warunków pracy sieci ciepłowniczej i dobór schematów przyłączenia abonentów.
4. Dobór automatyki dla sieci ciepłowniczej i abonentów.
5. Rozwój trybów pracy.
A. Schematy i konfiguracje sieci ciepłowniczych.
Układ sieci ciepłowniczej zależy od lokalizacji źródeł ciepła w stosunku do obszaru zużycia, charakteru obciążenia cieplnego i rodzaju chłodziwa.
Specyficzna długość sieci parowych na jednostkę projektowego obciążenia cieplnego jest niewielka, ponieważ odbiorcy pary - zwykle odbiorcy przemysłowi - znajdują się w niewielkiej odległości od źródła ciepła.
Trudniejszym zadaniem jest wybór schematu sieci podgrzewania wody ze względu na jego dużą długość i dużą liczbę abonentów. Pojazdy wodne są mniej trwałe niż pojazdy parowe ze względu na większą korozję i są bardziej wrażliwe na wypadki ze względu na dużą gęstość wody.
Ryc.6.1. Jednoliniowa sieć komunikacyjna dwururowej sieci ciepłowniczej
Sieci wodociągowe dzielą się na sieci główne i dystrybucyjne. Chłodziwo dostarczane jest głównymi sieciami ze źródeł ciepła do obszarów zużycia. Sieciami dystrybucyjnymi woda dostarczana jest do GTP i MTP oraz do abonentów. Abonenci bardzo rzadko łączą się bezpośrednio z sieciami szkieletowymi. W miejscach połączenia sieci dystrybucyjnych z sieciami głównymi instalowane są komory sekcyjne z zaworami. Zawory sekcyjne na głównych sieciach instaluje się zwykle co 2-3 km. Dzięki zamontowaniu zaworów sekcyjnych zmniejszają się straty wody podczas wypadków komunikacyjnych. Pojazdy dystrybucyjne i główne o średnicy mniejszej niż 700 mm są zwykle ślepe. W przypadku wystąpienia sytuacji awaryjnej na większości kraju dopuszczalna jest przerwa w dostawie ciepła do budynków na okres do 24 godzin. Jeżeli przerwa w dostawie ciepła jest niedopuszczalna, konieczne jest zapewnienie powielenia lub pętli zwrotnej systemu grzewczego.
Ryc.6.2. Pierścieniowa sieć ciepłownicza z trzech elektrociepłowni Rys.6.3. Promieniowa sieć ciepłownicza
Dostarczając ciepło do dużych miast z kilku elektrociepłowni, zaleca się zapewnienie wzajemnego blokowania elektrowni cieplnych poprzez połączenie ich sieci za pomocą połączeń blokujących. W tym przypadku uzyskuje się sieć ciepłowniczą pierścieniową z kilkoma źródłami zasilania. Taki schemat ma wyższą niezawodność i zapewnia transmisję nadmiarowych przepływów wody w razie wypadku w dowolnej części sieci. Jeżeli średnica sieci odchodzącej od źródła ciepła wynosi 700 mm lub mniej, zwykle stosuje się promieniowy schemat sieci ciepłowniczej ze stopniowym zmniejszaniem średnicy rury w miarę zwiększania się odległości od źródła i zmniejszania się podłączonego obciążenia. Sieć ta jest najtańsza, ale w razie wypadku następuje przerwanie dostaw ciepła do abonentów.
B. Podstawowe zależności obliczeniowe
Ryc.6.1. Schemat ruchu płynu w rurze
Prędkość płynu w rurociągach jest niska, więc energię kinetyczną przepływu można pominąć. Wyrażenie H=P/R G nazywa się głowicą piezometryczną, a suma wysokości Z i głowicy piezometrycznej nazywa się głową całkowitą.
H 0 = Z + p/rg = Z + H.(6.1)
Spadek ciśnienia w rurze jest sumą liniowych strat ciśnienia i strat ciśnienia spowodowanych lokalnymi oporami hydraulicznymi.
D P=D P l + D P m. (6,2)
W rurociągach D P l = R l L, Gdzie R l – specyficzny spadek ciśnienia, tj. spadek ciśnienia na jednostkę długości rury, określony wzorem d'Arcy'ego.
. (6.3)
Współczynnik oporu hydraulicznego l zależy od reżimu przepływu płynu i bezwzględnej równoważnej chropowatości ścianek rury k e. W obliczeniach można przyjąć następujące wartości k e– w rurociągach parowych k e=0,2 mm; w sieciach wodociągowych k e=0,5 mm; w rurociągach kondensatu i instalacjach ciepłej wody k e=1 mm.
Przy laminarnym przepływie cieczy w rurze ( Odnośnie < 2300)
W obszarze przejściowym 2300< Odnośnie < 4000
. (6.5)
Na
. (6.6)
Zwykle w sieciach ciepłowniczych Re > Re pr, zatem (6.3) można sprowadzić do postaci
, Gdzie . (6.7)
Stratę ciśnienia przy lokalnych oporach określa się ze wzoru
. (6.8)
Wartości współczynnika lokalnego oporu hydraulicznego X podane są w podręcznikach. Podczas wykonywania obliczeń hydraulicznych można uwzględnić straty ciśnienia spowodowane lokalnymi oporami na długości równoważnej.
Więc gdzie a=l równ./l– udział lokalnych strat ciśnienia.
A. Procedura obliczeń hydraulicznych
Zwykle podczas obliczeń hydraulicznych określa się natężenie przepływu chłodziwa i całkowity spadek ciśnienia w danym obszarze. Musisz znaleźć średnicę rurociągu. Obliczenia składają się z dwóch etapów – wstępnego i weryfikacyjnego.
Zaliczka.
2. Ustaw część lokalnych spadków ciśnienia A=0.3...0.6.
3. Ocenić konkretną stratę ciśnienia
. Jeśli spadek ciśnienia w obszarze nie jest znany, są one ustalane według wartości R l < 20...30 Па/м.
4. Oblicz średnicę rurociągu na podstawie warunków pracy w trybie turbulentnym.W przypadku sieci ciepłowniczych przyjmuje się gęstość równą 975 kg/m 3.
Z (6.7) znajdujemy
, (6.9)
Gdzie R– średnia gęstość wody na danym obszarze. Na podstawie znalezionej wartości średnicy wybierana jest rura o najbliższej średnicy wewnętrznej zgodnie z GOST. Wybierając rurę, wskaż którąkolwiek z nich d y I D, Lub d n I D.
2. Obliczenia weryfikacyjne.
W przypadku odcinków końcowych należy sprawdzić tryb jazdy. Jeśli okaże się, że tryb ruchu jest przejściowy, wówczas, jeśli to możliwe, należy zmniejszyć średnicę rury. Jeżeli nie jest to możliwe, obliczenia należy wykonać przy użyciu wzorów reżimu przejściowego.
1. Wartości są wyjaśniane R l;
2. Określa się rodzaje rezystancji lokalnych i ich długości zastępcze. Zawory instaluje się na wylocie i wlocie kolektora, w punktach połączenia sieci dystrybucyjnych z głównymi, odgałęzieniami do konsumenta i u konsumentów. Jeżeli długość odgałęzienia jest mniejsza niż 25 m, wówczas zawór można zainstalować tylko u konsumenta. Zawory sekcyjne montuje się co 1 – 3 km. Oprócz zaworów możliwe są inne lokalne opory - zwoje, zmiany przekroju, trójniki, łączenie i rozgałęzianie przepływów itp.
Aby określić liczbę kompensatorów temperatury, długości odcinków dzieli się przez dopuszczalną odległość między stałymi podporami. Wynik zaokrągla się do najbliższej liczby całkowitej. Jeśli w okolicy występują zakręty, można je wykorzystać do samokompensacji wzrostu temperatury. W takim przypadku liczba kompensatorów jest zmniejszana o liczbę zwojów.
5. Określa się stratę ciśnienia w danym obszarze. Dla systemów zamkniętych Dp uch =2R l (l+l e).
W przypadku systemów otwartych wstępne obliczenia opierają się na równoważnym natężeniu przepływu
Podczas obliczeń weryfikacyjnych konkretne liniowe straty ciśnienia obliczane są oddzielnie dla rurociągów zasilających i powrotnych dla rzeczywistych przepływów.
, .
Na koniec obliczeń hydraulicznych tworzony jest wykres piezometryczny.
A. Wykres piezometryczny sieci ciepłowniczej
Wykres piezometryczny pokazuje w skali ukształtowanie terenu, wysokość przyłączonych budynków oraz ciśnienie w sieci. Za pomocą tego wykresu łatwo jest określić ciśnienie i ciśnienie dyspozycyjne w dowolnym punkcie sieci i instalacji abonenckiej.
Za poziomą płaszczyznę odniesienia ciśnienia przyjmuje się poziom 1 - 1. Linia P1 - P4 to wykres ciśnień w linii zasilającej. Linia O1 – O4 – wykres ciśnienia na powrocie. Н о1 – całkowite ciśnienie na kolektorze powrotnym źródła; Nsn – ciśnienie pompy sieciowej; Nst – pełne ciśnienie pompy uzupełniającej lub pełne ciśnienie statyczne w sieci ciepłowniczej; Nk – ciśnienie całkowite w t.K na rurze tłocznej pompy sieciowej; DHt – strata ciśnienia w instalacji obróbki cieplnej; Нп1 – całkowite ciśnienie na kolektorze zasilającym, Нп1= Нк - DHт. Dostępne ciśnienie wody zasilającej w kolektorze CHP N1=Np1-No1. Ciśnienie w dowolnym punkcie sieci i oznacza się jako Нпi, Hoi to całkowite ciśnienie w rurociągach doprowadzającym i powrotnym. Jeżeli wysokość geodezyjna w punkcie i wynosi Zi, wówczas ciśnienie piezometryczne w tym punkcie wynosi odpowiednio Нпi – Zi, Hoi – Zi odpowiednio w rurociągu doprowadzającym i powrotnym. Dostępne ciśnienie w punkcie i jest różnicą pomiędzy ciśnieniami piezometrycznymi w rurociągach doprowadzającym i powrotnym – Нпi – Hoi. Ciśnienie dyspozycyjne w pojeździe w miejscu podłączenia abonenta D wynosi H4 = Np4 – Ho4.
Ryc.6.2. Schemat (a) i wykres piezometryczny (b) dwururowej sieci ciepłowniczej
W przewodzie zasilającym w sekcjach 1 - 4 następuje utrata ciśnienia. W przewodzie powrotnym w sekcjach 1 - 4 występuje strata ciśnienia . Gdy pracuje pompa główna, ciśnienie Hst pompy zasilającej jest regulowane przez regulator ciśnienia do wartości nr 1. Po zatrzymaniu pompy sieciowej w sieci powstaje ciśnienie statyczne Nst, wytwarzane przez pompę uzupełniającą. Przy obliczaniu hydraulicznym rurociągu parowego profil rurociągu parowego może nie być brany pod uwagę ze względu na małą gęstość pary. Na przykład straty ciśnienia u abonentów zależy od schematu podłączenia abonenta. Z mieszaniem w windzie D N e= 10...15 m, z wejściem bez windy – D uwaga e =2...5 m, w obecności grzejników płaszczyznowych D N n=5...10 m, z pompą mieszającą D N ns= 2…4 m.
Wymagania dotyczące warunków ciśnieniowych w sieci ciepłowniczej:
B. w żadnym punkcie instalacji ciśnienie nie powinno przekraczać maksymalnej dopuszczalnej wartości. Rurociągi systemu zaopatrzenia w ciepło są zaprojektowane na 16 ata, rurociągi systemów lokalnych są zaprojektowane na ciśnienie 6-7 ata;
C. Aby uniknąć wycieków powietrza w dowolnym miejscu układu, ciśnienie musi wynosić co najmniej 1,5 atm. Ponadto warunek ten jest niezbędny, aby zapobiec kawitacji pompy;
D. w dowolnym punkcie układu ciśnienie nie może być niższe niż ciśnienie nasycenia w danej temperaturze, aby uniknąć wrzenia wody;
6,5. Cechy obliczeń hydraulicznych rurociągów parowych.
Średnicę przewodu parowego oblicza się na podstawie dopuszczalnej straty ciśnienia lub dopuszczalnej prędkości pary. Gęstość pary w obliczonym obszarze jest wstępnie ustawiona.
Obliczenia na podstawie dopuszczalnej straty ciśnienia.
Oceniać , A= 0,3...0,6. Za pomocą (6.9) obliczana jest średnica rury.
Są one ustalane na podstawie prędkości pary w rurze. Z równania na przepływ pary – G=wrF znajdź średnicę rury.
Według GOST wybiera się rurę o najbliższej średnicy wewnętrznej. Określono określone straty liniowe i typy rezystancji lokalnych oraz obliczono długości zastępcze. Określa się ciśnienie na końcu rurociągu. Straty ciepła w obszarze obliczeniowym obliczane są na podstawie znormalizowanych strat ciepła.
Qpot=q l l, Gdzie q l– straty ciepła na jednostkę długości dla danej różnicy temperatur pomiędzy parą a otoczeniem, z uwzględnieniem strat ciepła na podporach, zaworach itp. Jeśli q l określa się wówczas bez uwzględnienia strat ciepła na podporach, zaworach itp
Qpot=q l (tav – do)(1+b), Gdzie tsr- średnia temperatura pary na obiekcie, Do– temperatura otoczenia, w zależności od sposobu montażu. Do montażu naziemnego Do = nie, do podziemnej instalacji bezkanałowej Do = tgr(temperatura gleby na głębokości ułożenia), przy układaniu w kanałach przelotowych i półprzelotowych Do=40...50 0 C. Przy układaniu w nieprzejezdnych kanałach Do= 5 0 C. Na podstawie stwierdzonych strat ciepła wyznacza się zmianę entalpii pary w przekroju oraz wartość entalpii pary na końcu odcinka.
Diuch=Qpot/D, ik=in - Diuch.
Na podstawie znalezionych wartości ciśnienia pary i entalpii na początku i końcu odcinka wyznaczana jest nowa wartość średniej gęstości pary rср = (rn + rc)/2. Jeżeli nowa wartość gęstości różni się od wcześniej określonej wartości o więcej niż 3%, wówczas obliczenia weryfikacyjne powtarza się z jednoczesnym wyjaśnieniem i RL.
A. Funkcje obliczania rurociągów kondensatu
Przy obliczaniu rurociągu kondensatu należy wziąć pod uwagę możliwe powstawanie pary przy spadku ciśnienia poniżej ciśnienia nasycenia (para wtórna), kondensację pary na skutek strat ciepła oraz parę przechodzącą za odwadniaczami. Ilość przepływającej pary zależy od charakterystyki odwadniacza. Ilość skroplonej pary zależy od strat ciepła i ciepła parowania. Ilość pary wtórnej określa się na podstawie średnich parametrów w obszarze projektowym.
Jeżeli kondensat jest bliski stanu nasycenia, obliczenia należy przeprowadzić jak dla rurociągu parowego. Podczas transportu przechłodzonego kondensatu obliczenia przeprowadza się w taki sam sposób, jak w przypadku sieci wodociągowych.
B. Tryb ciśnienia sieci i wybór schematu wprowadzania danych przez abonenta.
1. Do normalnej pracy odbiorników ciepła ciśnienie w przewodzie powrotnym musi być wystarczające do napełnienia instalacji, Ho > DHms.
2. Ciśnienie w przewodzie powrotnym musi być poniżej dopuszczalnej wartości, po > padd.
3. Rzeczywiste ciśnienie dyspozycyjne na wejściu abonenta nie może być mniejsze niż obliczone, DHab DHcalc.
4. Ciśnienie w przewodzie zasilającym musi być wystarczające do napełnienia lokalnego systemu, Hp – DHab > Hms.
5. W trybie statycznym, tj. Podczas wyłączania pomp obiegowych nie powinno dochodzić do opróżniania układu lokalnego.
6. Ciśnienie statyczne nie powinno przekraczać wartości dopuszczalnej.
Ciśnienie statyczne to ciśnienie powstające po wyłączeniu pomp obiegowych. Poziom ciśnienia statycznego (ciśnienia) należy wskazać na wykresie piezometrycznym. Wartość tego ciśnienia (ciśnienia) ustalana jest na podstawie ciśnienia granicznego dla urządzeń grzewczych i nie powinna przekraczać 6 ati (60 m). W spokojnym terenie poziom ciśnienia statycznego może być taki sam dla wszystkich konsumentów. Przy dużych wahaniach terenu mogą występować dwa, ale nie więcej niż trzy poziomy statyczne.
Ryc.6.3. Wykres ciśnień statycznych instalacji grzewczej
Rysunek 6.3 pokazuje wykres ciśnień statycznych i schemat systemu zaopatrzenia w ciepło. Wysokości budynków A, B i C są takie same i wynoszą 35 m. Jeśli narysujemy linię ciśnienia statycznego 5 metrów nad budynkiem C, to budynki B i A znajdą się w strefie ciśnienia 60 i 80 m. możliwe są następujące rozwiązania.
7. Instalacje grzewcze w budynkach A podłącza się według obwodu niezależnego, a w budynkach B i C - według obwodu zależnego. W takim przypadku dla wszystkich budynków ustalana jest wspólna strefa statyczna. Podgrzewacze wodno-wodne będą pod ciśnieniem 80 m, co jest akceptowalne z wytrzymałościowego punktu widzenia. Linia ciśnienia statycznego – S - S.
8. Instalacje grzewcze budynku C podłączone są w niezależny obwód. W takim przypadku całkowitą wysokość statyczną można dobrać zgodnie z warunkami wytrzymałościowymi instalacji budynków A i B - 60 m. Poziom ten jest oznaczony linią M - M.
9. Instalacje grzewcze wszystkich budynków są podłączone według schematu zależnego, przy czym strefa zaopatrzenia w ciepło jest podzielona na dwie części - jedną na poziomie M-M dla budynków A i B, drugą na poziomie S-S dla budynku C. W tym celu , zawór zwrotny instaluje się pomiędzy budynkami B i C 7 na linii bezpośredniej a pompą zasilającą górnej strefy 8 i regulatorem ciśnienia 10 na linii powrotnej. Utrzymanie zadanego ciśnienia statycznego w strefie C odbywa się za pomocą pompy zasilającej strefy górnej 8 i regulatora zasilania 9. Utrzymanie zadanego ciśnienia statycznego w strefie dolnej odbywa się za pomocą pompy 2 i regulatora 6.
W hydrodynamicznym trybie pracy sieci powyższe wymagania muszą być spełnione także w dowolnym miejscu sieci przy dowolnej temperaturze wody.
Ryc.6.4. Wykreślanie wykresu ciśnień hydrodynamicznych systemu zaopatrzenia w ciepło
10. Konstrukcja linii maksymalnych i minimalnych ciśnień piezometrycznych.
Linie dopuszczalnych ciśnień podążają za terenem, ponieważ Przyjmuje się, że rurociągi układane są zgodnie z terenem. Odniesienie pochodzi od osi rury. Jeżeli urządzenie ma znaczne wymiary wysokości, wówczas minimalne ciśnienie liczy się od górnego punktu, a maksymalne od dołu.
1.1. Linia Pmax – linia maksymalnych dopuszczalnych ciśnień w linii zasilającej.
Dla kotłów wodnych szczytowych maksymalne dopuszczalne ciśnienie liczone jest od dolnego punktu kotła (przyjmuje się, że znajduje się on na poziomie gruntu), a minimalne dopuszczalne ciśnienie mierzone jest od górnego kolektora kotła. Dopuszczalne ciśnienie dla stalowych kotłów wodnych wynosi 2,5 MPa. Uwzględniając straty przyjmuje się, że na wylocie kotła Hmax = 220 m. Maksymalne dopuszczalne ciśnienie w przewodzie zasilającym ograniczone jest wytrzymałością rurociągu (рmax = 1,6 MPa). Dlatego przy wejściu do linii zasilającej Hmax = 160 m.
A. Linia Omax – linia maksymalnych dopuszczalnych ciśnień na linii powrotnej.
Zgodnie z warunkami wytrzymałościowymi podgrzewaczy wody, maksymalne ciśnienie nie powinno być wyższe niż 1,2 MPa. Zatem maksymalna wartość ciśnienia wynosi 140 m. Wartość ciśnienia dla instalacji grzewczych nie może przekraczać 60 m.
Minimalne dopuszczalne ciśnienie piezometryczne określa temperatura wrzenia, która przekracza temperaturę obliczeniową na wylocie kotła o 30 0 C.
B. Linia Pmin – linia minimalnego dopuszczalnego ciśnienia w linii prostej
Minimalne dopuszczalne ciśnienie na wylocie kotła określa się na podstawie stanu niewrzenia w górnym punkcie - dla temperatury 180 0 C. Ustala się je na 107 m. Ze stanu niewrzącej wody o temperaturze 150 0 C, minimalne ciśnienie powinno wynosić 40 m.
1.4. Linia Omin – linia minimalnego dopuszczalnego ciśnienia na linii powrotnej. Na podstawie warunku niedopuszczalności wycieków powietrza i kawitacji pomp przyjęto ciśnienie minimalne 5 m.
W żadnym wypadku rzeczywiste przewody ciśnieniowe w przewodach doprowadzającym i powrotnym nie mogą przekraczać granic maksymalnych i minimalnych przewodów ciśnieniowych.
Wykres piezometryczny daje pełny obraz ciśnień roboczych w trybie statycznym i hydrodynamicznym. Zgodnie z tymi informacjami wybierana jest taka czy inna metoda łączenia abonentów.
Ryc.6.5. Wykres piezometryczny
Budynek 1. Dostępne ciśnienie wynosi ponad 15 m, ciśnienie piezometryczne jest mniejsze niż 60 m. Instalację grzewczą można podłączyć w obwodzie zależnym od windy.
Budynek 2. W tym przypadku możesz również użyć schematu zależnego, ale ponieważ ciśnienie w przewodzie powrotnym jest mniejsze niż wysokość budynku w miejscu przyłączenia, należy zainstalować regulator ciśnienia „przed”. Spadek ciśnienia na reduktorze musi być większy niż różnica między wysokością montażu a ciśnieniem piezometrycznym w przewodzie powrotnym.
Budynek 3. Ciśnienie statyczne w tym miejscu wynosi ponad 60 m. Najlepiej zastosować niezależny schemat.
Budynek 4. W tym miejscu dostępne ciśnienie jest mniejsze niż 10 m. W związku z tym winda nie będzie działać. Konieczne jest zainstalowanie pompy. Jego ciśnienie musi być równe stracie ciśnienia w układzie.
Budynek 5. Konieczne jest zastosowanie niezależnego schematu - ciśnienie statyczne w tym miejscu wynosi ponad 60 m.
6.8. Tryb hydrauliczny sieci ciepłowniczych
Strata ciśnienia w sieci jest proporcjonalna do kwadratu natężenia przepływu
Korzystając ze wzoru na obliczenie straty ciśnienia, znajdujemy S.
.
Straty ciśnienia w sieci definiuje się jako , gdzie .
Przy określaniu rezystancji całej sieci obowiązują następujące zasady.
1. Łącząc szeregowo elementy sieci, sumuje się ich rezystancje S.
S S=S si.
11. Przy równoległym łączeniu elementów sieci sumuje się ich przewodnictwo.
. .
Jednym z zadań obliczeń hydraulicznych pojazdu jest określenie przepływu wody dla każdego abonenta oraz w sieci jako całości. Zwykle znane: schemat sieci, rezystancja sekcji i abonentów, ciśnienie dyspozycyjne na kolektorze elektrociepłowni lub kotłowni.
Ryż. 6.6. Schemat sieci ciepłowniczej
Oznaczmy S I - S V – opór odcinków autostrady; S 1 – S 5 – rezystancje abonenckie wraz z odgałęzieniami; V– całkowity przepływ wody w sieci, m 3 /s; Vm– przepływ wody przez instalację abonencką M; SI-5– rezystancja elementów sieci od odcinka I do gałęzi 5; SI-5=S ja+ S 1-5, gdzie S 1-5 – całkowity opór abonentów 1-5 z odpowiednimi gałęziami.
Przepływ wody przez instalację 1 znajdujemy z równania
, stąd .
Do instalacji abonenckiej 2
. Różnicę kosztów znajdziemy z równania
, Gdzie . Stąd
.
Dla ustawienia 3 otrzymujemy
Rezystancja sieci ciepłowniczej ze wszystkimi odgałęzieniami od abonenta 3 do ostatniego abonenta 5 włącznie; , to rezystancja odcinka III linii głównej.
Dla niektórych M konsument z N względny przepływ wody oblicza się ze wzoru
. Korzystając z tego wzoru, można obliczyć przepływ wody przez dowolną instalację abonencką, jeśli znany jest całkowity przepływ w sieci i rezystancje odcinków sieci.
12. Względny przepływ wody przez instalację abonencką zależy od oporów sieci i instalacji abonenckiej, a nie od wartości bezwzględnej przepływu wody.
13. Jeśli jest podłączony do sieci N abonentów, następnie wskaźnik zużycia wody przez instalacje D I M, Gdzie D < M, zależy tylko od rezystancji układu, zaczynając od węzła D do końca sieci i nie zależy od rezystancji sieci względem węzła D.
Jeżeli rezystancja zmieni się w którymkolwiek odcinku sieci, wówczas dla wszystkich abonentów znajdujących się pomiędzy tym odcinkiem a punktem końcowym sieci zużycie wody zmieni się proporcjonalnie. W tej części sieci wystarczy określić stopień zmiany zużycia tylko dla jednego abonenta. Kiedy zmienia się opór dowolnego elementu sieci, zmienia się natężenie przepływu zarówno w sieci, jak i dla wszystkich odbiorców, co prowadzi do nieprawidłowej regulacji. Niewspółosiowości w sieci są odpowiednie i proporcjonalne. Przy odpowiedniej niedopasowaniu znak zmiany kosztów pokrywa się. W przypadku deregulacji proporcjonalnej stopień zmiany natężenia przepływu jest zbieżny.
Ryż. 6.7. Zmiana ciśnienia w sieci po odłączeniu jednego z odbiorców
W przypadku odłączenia abonenta X od sieci ciepłowniczej wzrasta rezystancja całkowita sieci (połączenie równoległe). Zmniejszy się zużycie wody w sieci, zmniejszą się straty ciśnienia pomiędzy stacją a abonentem X. Dlatego wykres ciśnienia (linia przerywana) będzie prostszy. Ciśnienie dyspozycyjne w punkcie X wzrośnie, a co za tym idzie, zwiększy się przepływ w sieci od abonenta X do punktu końcowego sieci. Dla wszystkich abonentów od punktu X do punktu końcowego stopień zmiany natężenia przepływu będzie taki sam - deregulacja proporcjonalna.
Dla abonentów pomiędzy stacją a punktem X stopień zmiany zużycia będzie inny. Minimalny stopień zmiany zużycia będzie dotyczył pierwszego abonenta bezpośrednio na stacji - F=1. W miarę oddalania się od stacji f > 1 i rośnie. Jeżeli ciśnienie dyspozycyjne na stacji ulegnie zmianie, wówczas całkowite zużycie wody w sieci, a także zużycie wody przez wszystkich abonentów zmieni się proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego ciśnienia dyspozycyjnego na stacji.
6.9. Opór sieci.
Całkowita przewodność sieci
, stąd
.
podobnie
I
. Rezystancja sieci liczona jest od najdalszego abonenta.
A. Włączenie podstacji pompowych.
Podstacje pompowe można instalować na rurociągach zasilających, powrotnych,
jak również na zworku pomiędzy nimi. Budowa podstacji spowodowana jest niesprzyjającym ukształtowaniem terenu, dużym zasięgiem transmisji, koniecznością zwiększenia zdolności przesyłowych itp.
A). Montaż pompy na zasilaniu lub powrocie.
Ryc.6.8. Montaż pompy na linii przepływowej lub sekwencyjnej (praca sekwencyjna)
Podczas instalowania podstacji pompowej (PS) na liniach zasilających lub powrotnych zużycie wody dla odbiorców znajdujących się pomiędzy stacją a PP maleje, a dla odbiorców po PP wzrasta. W obliczeniach uwzględnia się pompę jako pewien opór hydrauliczny. Obliczenia postaci hydraulicznej sieci z OP przeprowadza się metodą kolejnych przybliżeń.
Ustawiany przez ujemną wartość oporu hydraulicznego pompy
Oblicz rezystancję w sieci, zużycie wody w sieci i u odbiorców
Przepływ wody i ciśnienie pompy oraz jej opór są określone przez (*).
Ryc.6.10. Podsumowanie charakterystyki pomp połączonych szeregowo i równolegle
Gdy pompy są połączone równolegle, całkowitą charakterystykę uzyskuje się poprzez zsumowanie odciętych charakterystyk. Przy włączeniu pomp szeregowo charakterystykę całkowitą uzyskuje się poprzez zsumowanie rzędnych charakterystyk. Stopień zmiany zasilania przy połączeniu równoległym pomp zależy od rodzaju charakterystyki sieci. Im niższa rezystancja sieci, tym efektywniejsze połączenie równoległe i odwrotnie.
Ryc.6.11. Równoległe połączenie pomp
Kiedy pompy są włączane szeregowo, całkowity dopływ wody jest zawsze większy niż dopływ wody każdej pompy z osobna. Im wyższa rezystancja sieci, tym skuteczniejsze jest sekwencyjne załączanie pomp.
B). Montaż pompy na zworku pomiędzy przewodami zasilania i powrotu.
Podczas instalowania pompy na zworku reżim temperaturowy przed i po NP to nie to samo.
Aby skonstruować całkowitą charakterystykę dwóch pomp, charakterystyki pompy A są najpierw przenoszone do węzła 2, w którym zainstalowana jest pompa B (patrz rys. 6.12). W danej charakterystyce pompy A2 - 2 ciśnienia przy dowolnym natężeniu przepływu są równe różnicy pomiędzy rzeczywistym ciśnieniem tej pompy a stratą ciśnienia w sieci C dla tego samego natężenia przepływu.
. Po sprowadzeniu charakterystyk pomp A i B do tej samej wspólnej jednostki, dodaje się je zgodnie z zasadą dodawania pomp pracujących równolegle. Gdy pracuje jedna pompa B, ciśnienie w węźle 2 jest równe natężeniu przepływu wody. Po podłączeniu drugiej pompy A ciśnienie w węźle 2 wzrasta do , a całkowity przepływ wody wzrasta do V>. Jednakże bezpośredni przepływ pompy B jest zredukowany do .
Ryc.6.12. Konstrukcja charakterystyk hydraulicznych układu z dwiema pompami w różnych zespołach
A. Praca sieciowa z dwoma zasilaczami
Jeżeli pojazd zasilany jest z kilku źródeł ciepła, w głównych liniach pojawiają się punkty styku strumieni wody z różnych źródeł. Położenie tych punktów zależy od oporów pojazdu, rozkładu obciążenia na linii głównej oraz ciśnień dostępnych na kolektorach elektrociepłowni. Zwykle określa się całkowity przepływ wody w takich sieciach.
Ryc.6.13. Schemat pojazdu zasilanego z dwóch źródeł
Punkt zlewni znajduje się w następujący sposób. Ustalane są przez dowolne wartości przepływu wody na odcinkach linii głównej w oparciu o I prawo Kirchhoffa. Reszty ciśnienia wyznaczane są w oparciu o II prawo Kirchhoffa. Jeżeli przy wcześniej wybranym rozkładzie przepływu zlewnia zostanie wybrana w t.K, wówczas drugie równanie Kirchhoffa zostanie zapisane w postaci - spadek ciśnienia na odbiorniku m+1 przy zasilaniu ze stacji V. lub .
2. Za pomocą równania (*) oblicza się drugie.
3. Oblicz opór sieci i natężenie przepływu wody dostarczanej ze stacji A i B.
4. Oblicz zużycie wody przez konsumenta - i.
5. Sprawdza się spełnienie warunku
, .
A. Sieć pierścieniowa.
Sieć pierścieniową można uznać za sieć z dwoma źródłami zasilania o jednakowych ciśnieniach pomp sieciowych. Położenie punktu zlewni na liniach zasilających i powrotnych pokrywa się, jeśli rezystancje linii zasilających i powrotnych są takie same i nie ma pomp wspomagających. W przeciwnym razie położenie punktu zlewni na zasilaniu i powrocie należy ustalić osobno. Zainstalowanie pompy wspomagającej powoduje przesunięcie punktu zlewni tylko w linii, na której jest zainstalowana.
Ryc.6.15. Wykres ciśnienia w sieci pierścieniowej
W tym przypadku HA = NV.
B. Podłączenie przepompowni w sieć z dwoma źródłami energii
Aby ustabilizować reżim ciśnieniowy w obecności pompy wspomagającej na jednej ze stacji, ciśnienie w kolektorze dolotowym utrzymuje się na stałym poziomie. Stacja ta nazywana jest stałą, inne stacje nazywane są bezpłatną. Podczas instalowania pompy wspomagającej ciśnienie w kolektorze dolotowym wolnej stacji zmienia się o wielkość .
A. Tryb hydrauliczny otwartych systemów grzewczych
Główną cechą trybu hydraulicznego otwartych systemów zaopatrzenia w ciepło jest to, że w obecności poboru wody przepływ wody w przewodzie powrotnym jest mniejszy niż w zasilaniu. W praktyce różnica ta równa się poborowi wody.
Ryc.6.18. Wykres piezometryczny układu otwartego
Wykres piezometryczny linii zasilającej pozostaje stały podczas każdego poboru wody z linii powrotnej, ponieważ natężenie przepływu w linii zasilającej jest utrzymywane na stałym poziomie za pomocą regulatorów przepływu na wejściach abonentów. Wraz ze wzrostem poboru wody natężenie przepływu w przewodzie powrotnym maleje, a wykres piezometryczny przewodu powrotnego staje się bardziej płaski. Gdy pobór wody jest równy natężeniu przepływu w linii zasilającej, natężenie przepływu w linii powrotnej wynosi zero, a wykres piezometryczny linii powrotnej staje się poziomy. Przy tych samych średnicach linii do przodu i do tyłu oraz braku poboru wody wykresy ciśnienia w liniach do przodu i do tyłu są symetryczne. W przypadku braku zaopatrzenia w wodę do zaopatrzenia w ciepłą wodę zużycie wody jest równe obliczonemu zużyciu ogrzewania - V.
Z równania (***) możemy znaleźć F.
1. Po pobraniu wody użytkowej z sieci zasilającej przepływ przez instalację grzewczą spada. Podczas analizowania z linii powrotnej wzrasta. Na B=0,4 przepływ wody przez instalację grzewczą jest równy obliczonemu.
2. Stopień zmiany przepływu wody przez instalację grzewczą -
3. Stopień zmiany przepływu wody przez instalację grzewczą jest tym większy, im mniejszy jest opór instalacji.
Zwiększenie poboru wody na CWU może doprowadzić do sytuacji, w której cała woda po instalacji grzewczej trafi do kranu CWU. W takim przypadku przepływ wody w rurociągu powrotnym wyniesie zero.
Z (***): , Gdzie (****)
Systemy podgrzewania wody są złożone układy hydrauliczne, w którym praca poszczególnych ogniw jest od siebie wzajemnie zależna. Jednym z ważnych warunków działania takich systemów jest zapewnienie w sieci ciepłowniczej przed centralnymi lub lokalnymi punktami ciepłowniczymi dostępnych ciśnień wystarczających do zapewnienia przepływów wody do instalacji abonenckich odpowiadających ich obciążeniu cieplnemu.
Obliczenia hydrauliczne są jedną z ważnych części projektowania i eksploatacji sieci ciepłowniczej. Projektując sieć ciepłowniczą, obliczenia hydrauliczne obejmują następujące zadania: określenie średnic rurociągów, określenie spadku ciśnienia, określenie ciśnień w różnych punktach sieci, powiązanie całego systemu z różne tryby działanie sieci. Wyniki obliczeń hydraulicznych dostarczają następujących danych wstępnych:
1) Aby określić inwestycje kapitałowe, zużycie metalu rurowego i główny nakład pracy przy budowie sieci ciepłowniczej;
2) Ustalenie charakterystyki pomp obiegowych i uzupełniających, liczby pomp i ich rozmieszczenia;
3) Wyjaśnienie warunków pracy źródeł ciepła, sieci ciepłowniczych i systemów abonenckich w zakresie wyboru schematów przyłączenia instalacji odbierających ciepło do sieci ciepłowniczej;
5) Opracowanie trybów pracy systemów zaopatrzenia w ciepło.
Zwykle podaje się początkowe dane do obliczeń: schemat sieci ciepłowniczej, parametry chłodziwa na wejściu do obliczanego odcinka, natężenie przepływu chłodziwa i długość odcinków sieci. Ponieważ na początku obliczeń nie jest znana liczba wielkości, problem należy rozwiązać metodą kolejnych przybliżeń w dwóch etapach: obliczeń przybliżonych i weryfikacyjnych.
Zaliczka
1. Rozporządzalną stratę ciśnienia w sieci ustala się na podstawie zapewnienia wymaganego ciśnienia statycznego na wejściu abonenta. Określany jest rodzaj wykresu piezometrycznego.
2. Wybierany jest najbardziej odległy punkt sieci ciepłowniczej (główny obliczeniowy).
3. Główny jest podzielony na sekcje zgodnie z zasadą stałego przepływu chłodziwa i średnicy rurociągu. W niektórych przypadkach na odcinku o równym przepływie zmienia się średnica rurociągu. Obszar zawiera sumę lokalnych oporów.
4. Obliczany jest wstępny spadek ciśnienia w tym obszarze, będący jednocześnie maksymalnym możliwym spadkiem ciśnienia w rozpatrywanym obszarze.
5. Wyznacza się udział strat lokalnych tego odcinka oraz właściwy liniowy spadek ciśnienia. Udział strat lokalnych to stosunek spadku ciśnienia w oporach lokalnych do liniowego spadku ciśnienia na odcinkach prostych.
6. Wstępnie określa się średnicę rurociągu obliczonego odcinka.
Kalkulacja weryfikacyjna
1. Wstępnie obliczoną średnicę rury zaokrągla się do najbliższego standardowego rozmiaru rury.
2. Określa się liniowy spadek ciśnienia i oblicza długość zastępczą lokalnych oporów. Długość zastępczą lokalnych oporów stanowi prosty rurociąg, którego liniowy spadek ciśnienia jest równy spadkowi ciśnienia na lokalnych oporach.
3. Obliczany jest rzeczywisty spadek ciśnienia w przekroju, będący całkowitym oporem tego odcinka.
4. Określa się stratę ciśnienia i ciśnienie dyspozycyjne w punkcie końcowym odcinka między przewodami zasilającymi i powrotnymi.
Wszystkie odcinki sieci ciepłowniczej obliczane są tą metodą i są ze sobą powiązane .
Aby przeprowadzić obliczenia hydrauliczne, zwykle podaje się schemat i profil sieci ciepłowniczej, a następnie wybiera się najbardziej odległy punkt, który charakteryzuje się najmniejszym spadkiem właściwym linii głównej. Szacunkowa temperatura wody sieciowej na zasilaniu i powrocie sieci ciepłowniczej: t1=150°C, t2=70°C. Schemat projektowy sieci ciepłowniczej pokazano na ryc. 5.1.
Dostępne ciśnienie w punkcie wejścia m. wody. Sztuka. Dostępne ciśnienie na wszystkich wejściach abonenta m. woda. Sztuka. Średni ciężar właściwy wody γ = 9496 N/m 2, długość projektowanej linii głównej, L(0-11) = 820 m.
Zużycie wody na terenach ustalamy zgodnie z schemat obliczeń i podsumuj wyniki w tabeli. 5.1.
Tabela 5.1.
Zużycie wody według obszaru
Numer działki | 1-2 | 2-3 | 3-4 | 4-5 | 5-6 | 6-7 | 7-8 | 8-9 | 9-10 |
G, t/godz | 65,545 | 60,28 | 47,1175 | 31,3225 | 26,6425 | 18,745 | 9,6775 | 6,1675 | 3,8275 |
Numer działki | 10-11 | 1-1.1 | 2-2.1 | 3-3.1 | 3.1-3.2 | 3.1-3.3 | 3.3-3.4 | 3.3-3.5 | 3.5-3.6 |
G, t/godz | 1,755 | 0,585 | 0,585 | 9,945 | 0,585 | 8,19 | 0,585 | 5,5575 | 3,51 |
Numer działki | 3.5-3.7 | 4-4.1 | 5-5.1 | 6-6.1 | 7-7.1 | 8-8.1 | 9-9.1 | 10-10.1 | 11-1.1 |
G, t/godz | 1,17 | 0,585 | 0,8775 | 0,585 | 0,8775 | 0,8775 | 0,8775 | 2,6325 | 0,8775 |
Zaliczka
Dostępna utrata ciśnienia m. woda. Sztuka. Tę stratę ciśnienia rozdzielamy równomiernie między przewody zasilające i powrotne sieci grzewczej, ponieważ sieć grzewcza jest wykonana w dwóch rurach, rury mają ten sam profil . woda Sztuka.
Spadek ciśnienia w sekcji 1-2, Pa:
δP1-2 = δH*ƴ*L1-2/L1-27=4748
∑Ƹ=∑Ƹtył+∑Ƹ90ᵒ+∑Ƹkomp=2,36
Określenie udziału lokalnych oporów
0,20
gdzie jest współczynnikiem równoważnej chropowatości..
Wstępnie obliczamy właściwy liniowy spadek ciśnienia, Pa/m i średnicę przekroju 1-2, m:
Pa/m;
,
gdzie jest współczynnikiem równoważnej chropowatości dla stalowe rury, .
Kalkulacja weryfikacyjna
Wybieramy najbliższą standardową średnicę wewnętrzną, mm zgodnie z GOST 8731-87 „Rury stalowe”.
Dв.1-2 = 0,261 mm.
Określamy konkretny liniowy spadek ciśnienia, Pa/m:
11,40Pa/m,
gdzie jest współczynnikiem równoważnej chropowatości, .
Obliczamy równoważną długość lokalnych oporów, m odcinka rurociągu na odcinku 1-2
28,68 m,
gdzie jest współczynnikiem zależnym od bezwzględnej równoważnej chropowatości.
Strata ciśnienia na odcinku rurociągu 0-1, Pa:
Strata ciśnienia na odcinku rurociągu 0-1, m słupa wody:
0,13 m.
Ponieważ strata ciśnienia na zasilaniu i powrocie sieci ciepłowniczej jest taka sama, dostępne ciśnienie w punkcie 1 można obliczyć ze wzoru:
Dla pozostałych rozpatrywanych odcinków autostrady obliczenia przeprowadza się analogicznie, a ich wyniki przedstawiono w tabeli. 5.2.
Tabela 5.2
Obliczenia hydrauliczne rurociągu ciepłowniczego
Wstępny | Weryfikacja | |||||||||||
№ | L, m | δP,Pa | Σξ | A | Rl, Pa/m | d, m | d", m | R", Pa/m | Le, m | δP", Pa | δH”, m | ΔH”, m |
0-1 | 1,34 | 0,46 | 40,69 | 0,29 | 0,313 | 9,40 | 17,05 | 348,14 | 0,04 | 29,93 | ||
1-2 | 2,36 | 0,20 | 49,38 | 0,28 | 0,261 | 11,40 | 28,68 | 1238,73 | 0,13 | 29,74 | ||
2-3 | 3264,25 | 1,935 | 0,24 | 47,83 | 0,28 | 0,261 | 11,04 | 23,69 | 868,90 | 0,09 | 29,82 | |
3-4 | 3857,75 | 2,105 | 0,22 | 48,58 | 0,28 | 0,261 | 11,21 | 25,68 | 1016,91 | 0,11 | 29,79 | |
4-5 | 10979,75 | 4,145 | 0,15 | 51,46 | 0,27 | 0,261 | 11,88 | 49,87 | 2789,63 | 0,29 | 29,41 | |
5-6 | 3857,75 | 2,105 | 0,22 | 48,58 | 0,28 | 0,261 | 11,21 | 25,68 | 1016,91 | 0,11 | 29,79 | |
6-7 | 7418,75 | 3,125 | 0,17 | 50,68 | 0,27 | 0,261 | 11,70 | 37,74 | 1903,62 | 0,20 | 29,60 | |
7-8 | 3,38 | 0,17 | 50,93 | 0,27 | 0,261 | 11,76 | 40,77 | 2125,15 | 0,22 | 29,55 | ||
8-9 | 2670,75 | 1,765 | 0,27 | 46,79 | 0,28 | 0,261 | 10,80 | 21,72 | 720,73 | 0,08 | 29,85 | |
9-10 | 1483,75 | 1,425 | 0,39 | 42,69 | 0,28 | 0,313 | 9,86 | 17,92 | 423,17 | 0,04 | 29,91 | |
10-11 | 890,25 | 1,255 | 0,57 | 37,74 | 0,29 | 0,313 | 8,72 | 16,25 | 272,45 | 0,03 | 29,94 |
Odgałęzienie oblicza się jako odcinki tranzytowe przy danym spadku ciśnienia (ciśnienia). Obliczając złożone gałęzie, najpierw określ obliczony kierunek jako kierunek z minimalnym spadkiem ciśnienia właściwego, a następnie wykonaj wszystkie pozostałe operacje.
Obliczenia hydrauliczne odgałęzienia rurociągu grzewczego pokazano w tabeli. 5.3.
Tabela 5.3
Wyniki obliczeń hydraulicznych odgałęzień
№ | L, m | δP,Pa | Σξ | A | Rl, Pa/m | d, m | d", m | R", Pa/m | Le, m | δP", Pa | δH”, m | ΔH”, m |
3-3.1 | 1,34 | 0,458607 | 25,36 | 0,31 | 0,313 | 5,86 | 19,07 | 229,1455 | 0,02 | 29,95 | ||
3.1-3.2 | 593,5 | 1,17 | 0,80085 | 27,35 | 0,31 | 0,313 | 6,32 | 16,36 | 166,6545 | 0,02 | 29,96 | |
3.1-3.3 | 2077,25 | 1,595 | 1,224859 | 22,87 | 0,32 | 0,313 | 5,29 | 23,27 | 308,2111 | 0,03 | 29,94 | |
3.3-3.4 | 593,5 | 1,17 | 0,80085 | 27,35 | 0,31 | 0,313 | 6,32 | 16,36 | 166,6545 | 0,02 | 29,96 | |
3.3-3.5 | 890,25 | 1,255 | 0,572688 | 26,32 | 0,31 | 0,313 | 6,08 | 17,71 | 199,023 | 0,02 | 29,96 | |
3.5-3.6 | 2,02 | 0,230444 | 19,65 | 0,33 | 0,313 | 4,55 | 30,55 | 411,7142 | 0,04 | 29,91 | ||
3.5-3.7 | 1,34 | 0,458607 | 25,36 | 0,31 | 0,313 | 5,86 | 19,07 | 229,1455 | 0,02 | 29,95 | ||
4-4.1 | 593,5 | 1,17 | 0,80085 | 27,35 | 0,31 | 0,313 | 6,32 | 16,36 | 166,6545 | 0,02 | 29,96 | |
5-5.1 | 890,25 | 1,255 | 0,572688 | 26,32 | 0,31 | 0,313 | 6,08 | 17,71 | 199,023 | 0,02 | 29,96 | |
6-6.1 | 593,5 | 1,17 | 0,80085 | 27,35 | 0,31 | 0,313 | 6,32 | 16,36 | 166,6545 | 0,02 | 29,96 | |
7-7.1 | 890,25 | 1,255 | 0,572688 | 26,32 | 0,31 | 0,313 | 6,08 | 17,71 | 199,023 | 0,02 | 29,96 | |
8-8.1 | 890,25 | 1,255 | 0,572688 | 26,32 | 0,31 | 0,313 | 6,08 | 17,71 | 199,023 | 0,02 | 29,96 | |
9-9.1 | 890,25 | 1,255 | 0,572688 | 26,32 | 0,31 | 0,313 | 6,08 | 17,71 | 199,023 | 0,02 | 29,96 | |
10-10.1 | 2670,75 | 1,765 | 0,268471 | 21,46 | 0,32 | 0,313 | 4,97 | 26,14 | 353,213 | 0,04 | 29,93 | |
11-11.1 | 890,25 | 1,255 | 0,572688 | 26,32 | 0,31 | 0,313 | 6,08 | 17,71 | 199,023 | 0,02 | 29,96 |
Wykres piezometryczny pokazano na ryc. 5.2.
6.Obliczanie grubości izolacji
Średnia roczna temperatura płynu chłodzącego t 1 =100, t 2 =56,9
Zdefiniujmy wewnętrzne D v.e i zewnętrzne D AD równoważne średnice kanału według wewnętrznych (0,9×0,6 m) i zewnętrznych (1,15×0,78 m) wymiarów jego przekroju poprzecznego:
M
M
Określmy opór cieplny wewnętrznej powierzchni kanału
Wyznaczmy opór cieplny ściany kanału Rк, przyjmując współczynnik przewodzenia ciepła żelbetu λst = 2,04 W/(m st):
Wyznaczmy, przy głębokości osi rury h = 1,3 m i przewodności cieplnej gruntu λgr = 2,0 W/(m st.), opór cieplny gruntu
Przyjmując temperaturę powierzchni izolacji termicznej na poziomie 40°C, wyznaczamy średnie temperatury warstw izolacji termicznej na zasilaniu t.p. i powrocie t.o. do rurociągów:
Zdefiniujmy również za pomocą przym. , współczynniki
przewodność cieplna izolacji termicznej (Wyroby termoizolacyjne
z pianki poliuretanowej) do podajnika λ k1 i do tyłu λ rurociągi k2:
λ Do 1 = 0,033 + 0,00018 T t.p = 0,033 + 0,00018 ⋅ 70 = 0,0456 W/(m⋅°C);
λ k2 = 0,033 + 0,00018 T t.o = 0,033 + 0,00018 ⋅ 48,45 = 0,042 W/(m⋅°C).
Określmy opór cieplny powierzchni warstwy termoizolacyjnej:
Weźmy to przez przym. znormalizowane liniowe gęstości strumieni ciepła dla rurociągów zasilających ql1 = 45 W/m i powrotnych ql2 = 18 W/m. Wyznaczmy całkowite opory cieplne rurociągów zasilających Rtot1 i powrotnych Rtot2 przy K1 = 0,9:
Wyznaczmy współczynniki wzajemnego oddziaływania pól temperaturowych rurociągów zasilających ϕ1 i powrotnych ϕ2:
Wyznaczmy wymagane opory cieplne warstw dla rurociągów zasilających Rk.p i powrotnych Rk.o, m ⋅°C/W:
R k.p = Rłącznie1 − R szt. - (1+ϕ 1)( R p.k + R k + R gr)=
2,37- 0,1433- (1+ 0,4)(0,055 + 0,02+ 0,138) =1,929 m⋅ °C/W;
R k.o = Rłącznie2 − R szt. - (1+ϕ 1)( R p.k + R k + R gr)=
3,27- 0,1433- (1+ 2,5)(0,055 + 0,02 + 0,138) = 2,381 m ⋅ °C /W.
Określmy wartości B dla rurociągów zasilających i powrotnych:
Określmy wymagane grubości warstw izolacji termicznej dla rurociągu zasilającego δk1 i powrotnego δk2:
Przyjmujemy grubość głównej warstwy izolacji dla rurociągów zasilających mm, powrotnych mm.
Obliczanie kompensatora
Kompensatory mają na celu kompensację rozszerzalności cieplnej i odkształceń, aby zapobiec zniszczeniu rurociągu. Kompensatory umieszczone są pomiędzy stałymi podporami.
Obliczanie kompensatora dla 3. sekcji.
Przyjmując współczynnik wydłużenia cieplnego α=1,25 10⋅ − 2 mm/(m ⋅°С) korzystając z danych z tabeli. 14,2 przym. 14 określamy maksymalną długość odcinka, na którym jeden kompensator mieszkowy może zapewnić kompensację:
Tutaj λ jest amplitudą skoku osiowego, mm, λ = 60mm
Wymagana liczba kompensatorów N w obliczonym obszarze będzie
komputer
Załóżmy równe rozpiętości pomiędzy stałymi podporami
83/2= L fa = 41,5 m.
Wyznaczmy rzeczywistą amplitudę kompensatora λ F z rozpiętością rozpiętości pomiędzy podporami stałymi L fa = 41,5 m .
R s. k, przyjmując równe rozpiętości pomiędzy stałymi podporami L= 41,5 m:
R c.k = R w + R r,
Gdzie R– reakcję osiową wynikającą ze sztywności skoku osiowego określa się ze wzoru (1.85)
R = Z λ λ f = 278 36,31 =10094,2 N
Gdzie Zλ – sztywność falowa, N/mm, ( Z λ = 278 N/mm);
R str– reakcja osiowa od ciśnienia wewnętrznego, N, zdefiniowany
Określmy reakcję kompensatora R s. Do
R c.k = R fa + R r = 10094,2+ 17708 = 27802,2 N.
W systemie zaopatrzenia w ciepło ważne miejsce zajmuje punkt grzewczy łączący sieć ciepłowniczą z odbiorcą ciepła. Za pomocą punktu grzewczego (TS) kontrolowane są lokalne systemy zużycia (ogrzewanie, dostarczanie ciepłej wody, wentylacja), a także przetwarzane są parametry chłodziwa (temperatura, ciśnienie, utrzymanie stałego natężenia przepływu, pomiar ciepła itp.) . Jednocześnie w punkcie grzewczym kontrolowana jest sama sieć, ponieważ rozprowadza chłodziwo w stosunku do sieci ciepłowniczej i kontroluje jej parametry
Realizujemy projekt węzła cieplnego dla 5-kondygnacyjnego budynku przyłączonego do działki nr 6.
Pokazano schemat pojedynczego punktu grzewczego
Dobór pomp mieszających
Wydajność pompy określa się zgodnie z SP 41-101-95 ze wzoru:
gdzie jest szacowane maksymalne zużycie wody na ogrzewanie z sieci ciepłowniczej kg/s;
ty– współczynnik mieszania, wyznaczany według wzoru:
gdzie jest temperatura wody w rurociągu zasilającym sieć ciepłowniczą przy projektowej temperaturze powietrza zewnętrznego do projektowania ogrzewania T nie, °C;
– także na rurociągu zasilającym system grzewczy, °C;
– to samo na powrocie z instalacji grzewczej, °C;
;
Ciśnienie pompy mieszającej przy takich schematach instalacji określa się w zależności od ciśnienia w sieci grzewczej, a także wymaganego ciśnienia w systemie grzewczym i przyjmuje się z marginesem 2-3 m.
Wybieramy pompy obiegowe WiloStratos ECO 30/1-5-BMS. Są to pompy standardowe z mokrym wirnikiem i połączeniem kołnierzowym. Pompy przeznaczone są do stosowania w instalacjach ciepłowniczych, przemysłowych systemy obiegowe, wodociągowych i klimatyzacyjnych.
WiloStratos ECO z powodzeniem stosowane są w instalacjach, w których temperatura tłoczonej cieczy mieści się w szerokim zakresie: od -20 do +130°C. Wielostopniowy (2, 3) przełącznik prędkości pozwala na dostosowanie urządzenia do aktualnych warunków pracy instalacji grzewczej.
Montujemy 2 pompy marki Wilo ECO 30/1-5-BMS o wydajności 3 m^3/h i ciśnieniu 6 m. Jedna z pomp pracuje w rezerwie.
Wybór pompa obiegowa
Wybieramy pompę obiegową typu GrundfosComfort. Pompy te tłoczą wodę w systemie CWU. Dzięki temu po otwarciu kranu natychmiast wypływa gorąca woda. Pompa posiada wbudowany termostat, który automatycznie utrzymuje zadaną temperaturę wody w zakresie od 35 do 65°C. Jest to pompa z „mokrym wirnikiem”, jednak ze względu na jej kulisty kształt prawie niemożliwe jest zablokowanie wirnika na skutek zanieczyszczenia pompy zanieczyszczeniami zawartymi w wodzie. Wybieramy pompę Grundfos UP 15-14 B o wydajności 0,8 m 3 /godz., wysokości podnoszenia 1,2 m i mocy 25 W.
Wybór magnetycznych filtrów kołnierzowych
Filtry magnetyczne przeznaczone są do wychwytywania trwałych zanieczyszczeń mechanicznych (w tym substancji ferromagnetycznych) w nieagresywnych cieczach o temperaturze do 150°C i ciśnieniu 1,6 MPa (16 kgf/cm2). Są instalowane przed zimnem i gorąca woda. Akceptujemy filtr FMF.
Wybór Mudmana
Kolektory błotne przeznaczone są do oczyszczania wody w instalacjach grzewczych z zawieszonych w niej cząstek brudu, piasku i innych zanieczyszczeń.
Na wejściu do punktu grzewczego na rurociągu zasilającym montujemy osadnik błota serii Du65 Ru25 T34.01 s.4.903-10.
Dobór regulatora przepływu i ciśnienia
Regulator stosowany jest jako regulator bezpośredniego działania do automatyzacji wejść abonenckich w budynkach mieszkalnych. Jest wybierany zgodnie ze współczynnikiem przepustowość łącza zawór:
gdzie d R= 0,03…0,05 MPa – spadek ciśnienia na zaworze, przyjąć D R= 0,04 MPa.
m 3 / godz.
Dobór regulatora przepływu i ciśnienia Danfoss AVP o średnicy nominalnej D y – 65 mm, - 2 m 3 / h
Wybór termostatu
Zaprojektowany do automatycznej kontroli temperatury w systemy otwarte CWU. Regulator wyposażony jest w blokadę zabezpieczającą instalację grzewczą przed opróżnieniem w godzinach szczytowego obciążenia CWU oraz w sytuacjach awaryjnych.
Wybieramy termostat DanfossAVT/VG o średnicy nominalnej D y – 65 mm, - 2 m 3 /h.
Dobór zaworów zwrotnych
Sprawdź zawory Czy zawory odcinające. Zapobiegają cofaniu się wody.
Zawory zwrotne typu 402 firmy Danfoss montuje się na rurociągu za RR, na zworku za pompami, za pompą obiegową, na rurociągu CWU.
Dobór zaworu bezpieczeństwa
Zawory bezpieczeństwa to rodzaj armatury rurociągowej przeznaczonej do automatycznego zabezpieczenia instalacji technologicznej i rurociągów przed niedopuszczalnym wzrostem ciśnienia czynnika roboczego poprzez częściowe uwolnienie go z chronionego układu. Najczęściej spotykane są wiosenne zawory bezpieczeństwa, w którym ciśnieniu czynnika roboczego przeciwdziała siła ściśniętej sprężyny. Kierunek podawania czynnika roboczego znajduje się pod szpulą. Zawór bezpieczeństwa najczęściej łączony jest z rurociągiem za pomocą kołnierza, kołpakiem skierowanym do góry.
Wybierz sprężynowy zawór bezpieczeństwa bez ręcznego zwalniania 17nzh21nzh (SPK4) z D y = 65 mm.
Dobór zaworów kulowych
Na rurociągu zasilającym z sieci ciepłowniczej, a także na powrocie, na rurociągach do termostatu i za nim instalujemy Zawory kulowe, stal węglowa (kulka - stal nierdzewna), spawana, z uchwytem, kołnierzowa, ( R y = 2,5 MPa) typ Jip, Danfoss, z D y = 65 mm. Na rurociągu cyrkulacyjnym linii dostarczającej ciepłą wodę przed i za pompą obiegową montujemy zawory kulowe D y = 65 mm. Przed przepływem instalacji grzewczej i za rurociągiem powrotnym, zawory kulowe z D y = 65 mm i c D y = 65 mm. Na zworkę pomp mieszających montujemy zawory kulowe D y = 65 mm.
Wybór licznika ciepła
Ciepłomierze do zamkniętych systemów zaopatrzenia w ciepło przeznaczone są do pomiaru całkowitej ilości energii cieplnej i całkowitej objętości objętościowej chłodziwa. Instalujemy przelicznik ciepła Logic 9943-U4 z przepływomierzem SONO 2500 CT; D= 32 mm.
Ciepłomierz przeznaczony jest do pracy w warunkach otwartych i systemy zamknięte podgrzewanie wody od 0 do 175 ºС i ciśnienie do 1,6 MPa. Różnica temperatur wody w rurociągach zasilających i powrotnych systemu wynosi od 2 do 175 ºС. Urządzenie umożliwia podłączenie dwóch identycznych termorezystancyjnych przetworników platynowych oraz jednego lub dwóch przepływomierzy. Zapewnia rejestrację odczytów parametrów w archiwum elektronicznym. Urządzenie generuje raporty miesięczne i dzienne, gdzie w formie tabelarycznej prezentowane są wszystkie niezbędne informacje o zużyciu energii cieplnej i chłodziwa.
Platynowy zestaw termoprzetworników KTPTR-01-1-80 przeznaczony jest do pomiaru różnicy temperatur w rurociągach zasilających i powrotnych systemów zaopatrzenia w ciepło. Stosowany jako część liczników ciepła. Zasada działania zestawu opiera się na proporcjonalnej zmianie rezystancji elektrycznej dwóch przetworników termicznych dobranych pod względem rezystancji i współczynnika temperaturowego w zależności od mierzonej temperatury. Zakres pomiaru temperatury od 0 do 180 o C.
Wniosek
Celem pracy było wykonanie systemu zaopatrzenia w ciepło osiedla mieszkaniowego. Okolica składa się z trzynastu budynków, jedenastu mieszkalnych, jednego przedszkole i jedna szkoła., lokalizacja obwodu omskiego.
Opracowany system zaopatrzenia w ciepło zamknięty jest centralną regulacją jakości wykres temperatury 130/70. Rodzaj zaopatrzenia w ciepło jest dwustopniowy – budynki przyłączane są bezpośrednio do sieci ciepłowniczej poprzez zautomatyzowane węzły cieplne, nie występują węzły centralnego ogrzewania.
Przy opracowywaniu sieci ciepłowniczej wykonano następujące niezbędne obliczenia:
Zdecydowanie obciążenia termiczne do ogrzewania, wentylacji i zaopatrzenia w ciepłą wodę dla wszystkich abonentów. Jako metodę wyznaczania obciążeń grzewczych i wentylacyjnych zastosowano metodę opartą na wskaźnikach zagregowanych. W zależności od rodzaju i kubatury budynku określono jednostkowe straty ciepła budynku. Obliczone temperatury są przyjmowane na podstawie temperatury zewnętrznej zgodnie z SNiP „Klimatologia budynku”. Temperatura wewnątrz pomieszczenia według danych referencyjnych według SanPiN w zależności od przeznaczenia pomieszczenia. Obciążenie sieci ciepłej wody zostało określone na podstawie standardowego zużycia ciepłej wody na osobę, zgodnie z danymi referencyjnymi opartymi na typie budynku.
Obliczony harmonogram centralnej regulacji jakości
Zdecydowanie Szacowany koszt woda sieciowa (abonenci)
Opracowano schemat hydrauliczny sieci ciepłowniczej oraz wykonano obliczenia hydrauliczne, których celem jest określenie średnic rurociągów oraz strat ciśnienia na odcinkach sieci ciepłowniczej
Zakończono obliczenia cieplne rurek cieplnych tj. obliczenia izolacji w celu ograniczenia strat ciepła w sieci. Obliczenia przeprowadzono metodą nieprzekraczającą znormalizowanych strat ciepła. Jako rury cieplne wybrano rurę preizolowaną z izolacją z pianki poliuretanowej. Bezkanałowa metoda układania rurociągów
Dokonano doboru kompensatorów w celu skompensowania wydłużeń rurociągów na skutek rozszerzalności cieplnej. Jako kompensatory stosuje się kompensatory mieszkowe.
- opracowano schemat indywidualnego punktu grzewczego i wybrano główne elementy tj. pompy, zawory sterujące, termostaty itp.
Bibliografia
1. Sokołow E.Ya. Sieci ciepłownicze i ciepłownicze / E.Ya.Sokolov; .– M.: Wydawnictwo MPEI, 2001. – 472 s.: il.
2. Tichomirow A.K. Zaopatrzenie w ciepło regionu miejskiego: podręcznik. Korzyści / A.K. Tichomirow - Chabarowsk: Wydawnictwo Pacific. Państwo Uniwersytet, 2006.-135 s.
3. Manyuk V.I. Konfiguracja i obsługa sieci podgrzewania wody: Podręcznik./ V.I. Manyuk, E. B. Khizh i in. M.: Stroyizdat, 1988. 432s.
4. Poradnik projektanta. Projektowanie sieci ciepłowniczych./Wyd. AA Nikołajew. M. 1965. 359 s.
5. Zinger N.M. Tryby hydrauliczne i termiczne systemów ciepłowniczych. M.: Energoatomizdat, 1986. 320 s.
6. Zlatopolski A.N. Ekonomika, organizacja i planowanie obiektów elektroenergetycznych przedsiębiorstwo przemysłowe/ Zlatopolsky A.N., Pruzner S.L., Kalinina E.I., Woroszyłow B.S. M.: Energoatomizdat, 1995. 320 s.
7. Zbiór nr 24 „Ciepłociągi i gazociągi – sieci zewnętrzne” TER 81-02-24-2001 (Omsk), 2002.
8. SNiP 41-03-2003 Izolacja termiczna.
9. I.V. Sieci ciepłownicze Belyaykina/I.V. Belyaykina, V.P. Witalij, N.K. Gromov i inni; wyd. N.K. Gromova, E.P. Szubina. M.: Energoatomizdat, 1988. 376s.
10. SNiP 41-02-2003 Sieci ciepłownicze.
11. Kozin V.E. Zaopatrzenie w ciepło / Kozin V.E., Levina T.A., Markov A.P., Pronina I.B., Slemzin V.A. M.: Szkoła Podyplomowa, 1980. 408 s.
12.Dostawa ciepła ( projekt kursu): Podręcznik / V. M. Kopko, N.K. Zajcew, G.I. Bazylenko-Mn, 1985-139 s.
13. SNiP 23-01-99* „Klimatologia budowlana”
14 Zastosowanie urządzeń automatyki Danfoss w punktach grzewczych scentralizowanych systemów grzewczych budynków, V.V. Newski, 2005
15. Standardowe automatyczne blokowe bloki grzewcze firmy Danfoss, V.V. Newski, DA Wasiliew, 2008
16 Projektowanie sieci dystrybucyjnych ciepłownictwa,
E.V. Korepanov, M.: Szkoła wyższa, 2002,
Cześć! Głównym celem obliczeń hydraulicznych na etapie projektowania jest określenie średnic rurociągów na podstawie zadanych prędkości przepływu chłodziwa i dostępnych spadków ciśnienia w sieci lub w poszczególnych odcinkach sieci ciepłowniczej. Podczas eksploatacji sieci należy rozwiązać zadanie odwrotne – wyznaczyć natężenie przepływu chłodziwa w odcinkach sieci lub ciśnienie w poszczególnych punktach przy zmianie warunków hydraulicznych. Bez obliczeń hydraulicznych nie da się zbudować wykresu piezometrycznego sieci ciepłowniczej. Obliczenia te są również niezbędne do wybrania schematu połączeń układ wewnętrzny dostarczanie ciepła bezpośrednio do odbiorcy oraz wybór pomp sieciowych i uzupełniających.
Jak wiadomo, straty hydrauliczne w sieci składają się z dwóch składników: hydraulicznych strat tarcia liniowego i strat ciśnienia w lokalnych oporach. Przez opory lokalne rozumiemy zawory, zwoje, kompensatory itp.
Oznacza to, że ∆P = ∆Pl + ∆Pmiejsce,
Liniowe straty tarcia wyznacza się ze wzoru:
gdzie λ jest współczynnikiem tarcie hydrauliczne; l – długość rurociągu, m; d – średnica wewnętrzna rurociągu, m; ρ – gęstość chłodziwa, kg/m3; w² — prędkość ruchu chłodziwa, m/s.
W tym wzorze współczynnik tarcia hydraulicznego określa się wzorem A.D. Altshula:
gdzie Re jest liczbą Reynoldsa, ke/d jest równoważną chropowatością rury. Są to wartości referencyjne. Straty w rezystancjach lokalnych określa się według wzoru:
gdzie ξ jest całkowitym współczynnikiem lokalnego oporu. Należy go obliczyć ręcznie, korzystając z tabel z wartościami lokalnych współczynników rezystancji. W dołączonej do artykułu kalkulacji w formacie Excel dodałem tabelę z lokalnymi współczynnikami rezystancji.
Aby wykonać obliczenia hydrauliczne, na pewno będziesz potrzebować schematu sieci ciepłowniczej, mniej więcej takiego:
W rzeczywistości schemat powinien być oczywiście bardziej rozbudowany i szczegółowy. Podałem ten schemat tylko jako przykład. Ze schematu sieci ciepłowniczej potrzebujemy następujących danych: długość rurociągu l, natężenie przepływu G i średnica rurociągu d.
Jak wykonać obliczenia hydrauliczne? Cała sieć ciepłownicza, którą należy obliczyć, jest podzielona na tzw. Odcinki projektowe. Sekcja projektowa to odcinek sieci, w którym natężenie przepływu się nie zmienia. W pierwszej kolejności przeprowadza się obliczenia hydrauliczne odcinek po odcinku w kierunku głównej linii łączącej źródło ciepła z najbardziej odległym odbiorcą ciepła. Następnie obliczane są kierunki wtórne i odgałęzienia sieci ciepłowniczej. Moje obliczenia hydrauliczne przekroju sieci ciepłowniczej można pobrać tutaj:
Jest to oczywiście obliczenie tylko jednej gałęzi sieci ciepłowniczej (obliczenie hydrauliczne sieci ciepłowniczej na duże odległości jest zadaniem dość pracochłonnym), ale wystarczy zrozumieć, czym są obliczenia hydrauliczne, a nawet dla nieprzeszkolona osoba, aby rozpocząć obliczenia hydrauliki.
Będzie mi miło otrzymać komentarze na temat artykułu.