Системы теплоснабжения

 

1. Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. Изучение всего комплекса теоретических, технических и экономических вопросов, связанных с конструированием, расчетом, монтажом и эксплуатацией устройств для производства и передачи тепловой энергии к потребителям, а также ее использованием, и составляет содержание «Теплоснабжения».

Системы теплоснабжения с различными устройствами и назначениями элементов классифицируют по признакам:

По источнику приготовления теплоты различают три вида систем теплоснабжения:

). высокоорганизованное централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на ТЭЦ - теплофикация;

). централизованное теплоснабжение от районных отопительных и промышленно-отопительных котельных;

). децентрализованное теплоснабжение от мелких котельных, индивидуальных отопительных печей и т.п.

По роду теплоносителя различают водяные и паровые системы теплоснабжения. Водяные системы применяют в основном для теплоснабжения сезонных потребителей и горячего водоснабжения, а в некоторых случаях и для технологических процессов. Паровые системы теплоснабжения распространены главным образом на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная тепловая нагрузка.

По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения.

В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей.

По количеству трубопроводов различают однотрубные и много трубные системы теплоснабжения.

По способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения.

В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители теплоты присоединяют непосредственно к тепловым сетям (рис. 2.1)

Рис. 2.1 Схема одноступенчатой системы теплоснабжения:

- магистральные трубопроводы; 2 - ответвления; МТП - местный тепловой пункт; ТП - теплофикационный подогреватель; ПК - пиковый котел; СН - сетевой насос

В многоступенчатых системах (рис. 2.2) между источником теплоты и потребителями размещают центральные тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в которых параметры теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей.

. Эффективность водяных систем теплоснабжения во многом определяется схемой присоединения абонентского ввода, который является связующим звеном между наружными тепловыми сетями и местными потребителями теплоты. Схемы присоединения местных систем отопления по признаку гидравлической связи с тепловыми сетями различаются на зависимые и независимые.

В зависимых схемах присоединения теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловых сетей. Таким образом, один и тот же теплоноситель циркулирует как в тепловой сети, так и в отопительной системе. В независимых схемах присоединения теплоноситель из тепловой сети поступает в подогреватель, в котором его теплота используется для нагревания воды, заполняющей местную систему отопления. При этом сетевая вода и вода в местной системе отопления разделены поверхностью нагрева и таким образом сеть и система отопления полностью гидравлически изолированы друг от друга.

При зависимом присоединении местных установок на абонентском вводе применяют наиболее простое и дешевое оборудование. Кроме того, в отопительных приборах полезное использование перепада температур сетевой воды достигает наибольшего значения, благодаря чему может быть уменьшен расход теплоносителя на вводе и сокращена стоимость тепловых сетей за счет уменьшения диаметров труб. Основной недостаток зависимого присоединения потребителей состоит в том, что давление теплоносителя в тепловых сетях передается на приборы местных систем. Поэтому завис. местные с-мы отопления используются в условиях, когда давление в тепловых сетях не превышает прочности отопительных приборов.

Рис. 2.3 Схемы присоединения местных с-м отоп-я и гор. Вод-ния в двухтрубных водяных с-мах. Зависимые схемы отопительных систем: а -с элеваторным смешением; б - с насосным смешением; в- независимая схема отоп-й с-мы; г - схе-ма с-мы гор. вод-ния с верхним баком аккумулятором; В воздушный кран; О - отоп-й прибор; Р - расширит. бак; К - водоразборный кран; Д - измерительная диафрагма; Э - элеватор; Н - циркуляц. насос местной с-ы; С - смеситель; ПК - пиковый котел; ТП - теплофикационный подогреватель; СН, ПН - сетевой и подпиточный насосы; РП, РР, РТ - регуляторы подпитки, расхода и температуры; ОК - обратный клапан; -подающий и обратный трубопроводы

. Местные системы горячего водоснабжения в открытых системах теплоснабжения присоединяются непосредственно, в закрытых - через поверхностные водо-водяные подогреватели.

В открытых системах теплоснабжения наиболее распространена схема с баком-аккумулятором. За время отопительного сезона температура сетевой воды в подающем трубопроводе изменяется от 60 до 150°С, а в обратном - от 30 до 70°С. В водоразборные приборы вода должна подаваться с температурой не более 60°С. Это достигается смешением в смесителе воды из подающего и обратного трубопроводов. Когда водоразбор на горячее водоснабжение становится меньше расчетного, вода насосом подается к смесителю и далее, смешиваясь с горячей водой из тепловой сети, идет на зарядку верхнего аккумулятора. По такой схеме аккумулятор заряжается под напором воды в обратном трубопроводе тепловой сети. Насос предназначен для восполнения потерь напора в местной системе горячего водоснабжения

В закрытых системах теплоснабжения местные системы горячего водоснабжения гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей. Гидравлическая изоляция сетевой и местной водопроводной воды гарантирует защиту местных систем горячего водоснабжения от выноса шлама из отопительных установок, который существенно ухудшает качество воды в водоразборных приборах при непосредственном водоразборе из тепловых сетей. При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление. Одноступенчатый подогреватель не обеспечивает глубокого охлаждения, сетевой воды. Кроме того, по такой схеме не используется теплота обратной воды после отопления, имеющей на продолжении отопительного сезона достаточно высокую температуру (40 - 70°С), которой вполне достаточно для покрытия значительной части нагрузки горячего водоснабжения и нагрева водопроводной воды вплоть до 60°С. Из-за неполного использования теплосодержания теплоносителя на абонентском вводе наблюдается завышенный расход сетевой воды, складывающийся из расчетного расхода воды на отопление и расхода на горячее водоснабжение при максимальной нагрузке.

. По режиму потребления теплоты в течение года различают две группы потребителей: сезонные потребители, нуждающиеся в теплоте только в холодный период года, с зависимостью расхода теплоты в основном от температуры наружного воздуха; круглогодовые потребители, нуждающиеся в теплоте весь год, со слабо выраженной в большинстве случаев зависимостью расхода теплоты от температуры наружного воздуха.

Для сезонного теплового потребления характерны следующие особенности: 1) в течение года тепловые нагрузки изменяются в зависимости от температуры наружного воздуха; 2) годовые расходы теплоты, определяемые метеорологическими особенностями текущего года в районе теплоснабжения (холодная или теплая зима), имеют значительные колебания; 3) изменения тепловой нагрузки на отопление в течение суток в основном за счет теплоустойчивости наружных ограждений зданий незначительны; 4) расходы тепловой энергии для вентиляции по часам суток могут отличаться большим разнообразием в зависимости от сменности и режимов работы предприятий.

Расчетную тепловую мощность (Вт) систем отопления жилых и общественных зданий определяют по формуле

где - расчетная мощность систем отопления жилых зданий, Вт; - укрупненный показатель мощности системы отопления, приходящийся на 1 жилой площади, Вт/; F - жилая площадь,; k - коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий ().

Круглогодовые тепловые нагрузки. Тепловые нагрузки на горячее водоснабжение имеют не только резкие колебания внутри суток, но и в течение недели. Большое разнообразие тепловых нагрузок различных промышленных предприятий, жилых и общественных зданий, несовпадение по времени их максимумов приводит к необходимости построения графиков теплового потребления как для отдельных зданий, так и для района теплоснабжения в целом. Графики теплового потребления характеризуют изменение тепловых нагрузок по времени. Среднюю за отопительный период тепловую нагрузку на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяют по формуле

где m - количество жителей в районе; - укрупненный показатель среднечасовой тепловой нагрузки на горячее водоснабжение, приходящийся на 1 чел., Вт/чел.

Нормы расхода воды зависят от благоустроенности жилых домов, гостиниц и приводятся в соответствующих указаниях на проектирование горячего водоснабжения.

. Тепловое потребление для целей горячего водоснабжения в течение года изменяется сравнительно мало, но отличается большой неравномерностью по часам суток. Летом расход теплоты в системах горячего водоснабжения жилых зданий по сравнению с зимой уменьшается на 30 - 35%. Это объясняется тем, что в летнее время температура воды в холодном водопроводе на 10 - 12°С выше, чем в зимний период. Кроме того, значительная часть городского населения летом в субботние и воскресные дни выезжает в загородные зоны, т. е. в те дни, когда в жилом секторе зимой наблюдаются максимальные разборы горячей воды. Продолжительность отопительного сезона для жилых и общественных зданий определяют числом дней с устойчивой температурой наружного воздуха ниже +80C.

Зависимость сезонных тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха линейная. Графики часового расхода теплоты на отопление и вентиляцию приведены на рис. 1.1. Минимальный расход теплоты определяют при

Рис.1.1 График расхода теплоты на отопление и вентиляцию

. Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей теплоты, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. В этих условиях необходимо искусственное изменение параметров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива.

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 ЦТП 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 у теплопотребляющих приборов, например у нагревательных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования.

Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска теплоты дополняется групповым, местным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование.

Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском теплоты и фактическим теплопотреблением.

По способу осуществления регулирование может быть автоматическим и ручным.

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

Количественное регулирование отпуска теплоты 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.

. 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. Центральное регулирование отопительной нагрузки применяют в системах теплоснабжения с децентрализованным горячим водоснабжением. В таких системах отопление является основной тепловой нагрузкой. Центральное регулирование осуществляется в соответствии с потребностью теплоты для отопления зданий при различных наружных температурах воздуха. При качественном регулировании задача расчета состоит в определении температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона.

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

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 теплоты производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе. При количественном регулировании температура сетевой воды в подающем трубопроводе постоянна. Регулирование тепловой нагрузки осуществляется изменением расхода воды Задачей расчета является определение расхода и температуры обратной воды в зависимости от величины отопительной нагрузки.

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

. Центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке принимается в системах теплоснабжения со среднечасовой нагрузкой горячего водоснабжения, не превышающей 15%, от расчетного расхода теплоты на отопление. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке расход воды в отопительных системах остается постоянным в течение всего отопительного сезона.

Периодическое отключение систем отопления предотвращает перегрев помещений. Число часов ежесуточной работы системы определяют из уравнения.

В связи с периодическим отключением отдельных отопительных установок общий расход воды в сети сокращается по мере повышения температуры наружного воздуха. Температуру обратной воды для этого диапазона принимают постоянной.

Регулирование местными пропусками, осуществляемое вручную, приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в помещениях и к перерасходу теплоты. Более целесообразным является групповое или местное количественное регулирование, выполняемое автоматически. По мере повышения температуры наружного воздуха расход сетевой воды на отопление сокращается. Смесительные насосы, установленные в ЦТП после подогревателей горячего водоснабжения, увеличивают расход подмешиваемой воды из обратной линии для поддерживания гидравлического и теплового режима системы отопления.

. Тепловая нагрузка горячего водоснабжения отличается большой суточной неравномерностью. В случае установки аккумуляторов горячей воды расчет графиков регулирования производится по среднечасовой нагрузке горячего водоснабжения. При отсутствии аккумуляторов графики рассчитывают исходя из максимального часового расхода теплоты.

По характеру изменения температуры воды в подающем трубопроводе и при условно принятом для расчета графиков регулирования постоянном расходе теплоты на горячее водоснабжение отопительный период делиться на два диапазона

В диапазоне I при постоянной нагрузке горячего водоснабжения и постоянной температуре воды расход сетевой воды тоже остается неизменным.

В диапазоне II постоянный расход теплоты на горячее водоснабжение при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием. С увеличением температуры сетевой воды регулятор РТ прикрывается, уменьшая поступление греющей воды в подогреватель. Расчет регулирования сводится к определению температуры обратной воды и эквивалента расхода сетевой воды на горячее водоснабжение. Методика расчета зависит от схемы присоединения подогревателей.

. Параллельное присоединение подогревателей горячего водоснабжения. В диапазоне I при постоянном расходе сетевой воды температура воды после водоподогревателей также постоянна. Расчетная разность температур сетевой воды принимается равной ?????= ?1??? - ?2,г???=35 ÷ 40°С.

Эквивалент расчетного расхода сетевой воды определяют из выражения

Расход сетевой воды равен

В диапазоне II эквивалент расхода сетевой воды находят на основании решения уравнения регулирования.

2. Смешанная схема включения подогревателей. В двухступенчатой смешанной схеме предварительный подогрев водопроводной воды в подогревателе нижней ступени за счет использования теплоты обратной воды снижает расход сетевой воды на горячее водоснабжение.

В диапазоне I температура водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени определяется из условия недогрева ее до температуры греющей среды на величину

где = 510°С.

Температура сетевой воды на выходе из подогревателя нижней ступени определяется

где W/o - эквивалент расчетного расхода воды на отопление.

В диапазоне II вследствие повышения температуры воды после отопления подогрев водопроводной воды в подогревателе ступени I увеличивается. При этом тепловая нагрузка подогревателя ступени II соответственно снижается. Регулятор температуры РТ уменьшает поступление сетевой воды в подогреватель верхней ступени.

. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе в диапазоне изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. По характеру изменения температуры воды и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона.

В диапазоне I (от до ) при переменной вентиляционной нагрузке температура в подающей линии постоянна.

В диапазоне II (от до ) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура воды.

В диапазоне III (от ) при постоянном расходе теплоты на вентиляцию температура воды в подающей линии переменна. Как следует из графиков, центральное качественное регулирование вентиляционной нагрузки возможно лишь в диапазоне II, где характер изменения температуры воды соответствует изменению нагрузки. В диапазонах I и III осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды или расхода нагреваемого воздуха.

Задачей расчета является определение температуры воды после калориферов и расхода сетевой воды. Расчет графиков производится отдельно для каждого диапазона с учетом принятого способа регулирования.

. Регулирование расходом сетевой воды. Общее уравнение регулирования (4.4) применительно к вентиляционной нагрузке запишется в виде

где - расход теплоты на вентиляцию при текущей температуре наружного воздуха; - расход сетевой воды на вентиляцию; - температура воды после калориферов; k - коэффициент теплопередачи; - температурный напор в калорифере.

В диапазоне I с увеличением вентиляционной нагрузки возрастает расход воды, что приводит к сокращению времени пребывания воды в калорифере и к росту температуры обратной воды. Регулирование расхода воды осуществляется с помощью регулировочного клапана РК по импульсу от температуры воздуха за калорифером.

Для диапазона II при постоянном расходе воды

отсюда температура воды после калориферов определится из выражения

В диапазоне III постоянный расход теплоты на вентиляцию при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием.

Температуру обратной воды определяют методом подбора. Расчет графиков регулирования целесообразно начинать с расчетных условий, соответствующих .

2. Регулирование расходом воздуха. Местное количественное регулирование осуществляется изменением расхода наружного воздуха, проходящего через калорифер при постоянном расходе сетевой воды.

11. Центральное качественное регулирование по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения принимается при суммарном среднечасовом расходе теплоты на горячее водоснабжение более 15% от суммарного максимального часового расхода на отопление, Qhm/Q0' > 15. Присоединение подогревателей горячего водоснабжения не менее чем у 75% абонентов должно быть выполнено по двухступенчатой последовательной схеме. Сетевая вода перед поступлением в систему отопления проходит через подогреватель верхней ступени, где температура ее снижается от до . Расход воды на горячее водоснабжение изменяется регулятором температуры РТ. Обратная вода после системы отопления поступает в подогреватель нижней ступени, где остывает от ?2,о до ?2, Постоянный расход сетевой воды на вводе поддерживается регулятором PP. Последовательное включение подогревателя верхней ступени дает возможность использовать в качестве теплового аккумулятора строительные конструкции здания. В часы максимального водопотребления снижается температура воды, поступающей в систему отопления, что приводит к уменьшению отдачи теплоты. Этот небаланс компенсируется в часы минимального водопотребления, когда в систему отопления поступает вода с температурой более высокой, чем требуется по отопительному графику. Суточный баланс теплоты на отопление обеспечивается при расчете температурного графика по «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения Qгб, несколько превышающей среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение

где - балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность суточного графика горячего водоснабжения, обычно =1,2. Задачей расчета является определение перепадов температур сетевой воды в подогревателе верхней ступени и нижней ступени. При постоянном расходе сетевой воды и при «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступени -величина постоянная

где - расчетная разность температур сетевой воды по отопительному графику. Перепады температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступени определяют для каждого диапазона отдельно.

Диапазон I. Предварительно определяют температуру водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени I при температуре наружного воздуха и , задавшись величиной недогрева

?

Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней ступени находят из уравнения:

, откуда

.

При известном суммарном перепаде температур ? значение определяют из выражения

Диапазон II. Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней ступени находят по формуле

По найденным значениям ?1 и ? 2 и известным температурам воды отопительно-бытового графика (?1,о, ?2,о) находят температуры в подающем и обратном трубопроводах при регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения

.Температура воды в подающем и обратном трубопроводах определяется по формулам

и

с точкой излома температурного графика при минимально допустимой температуре воды в подающей линии =70°С.

В диапазоне I при постоянной температуре воды в подающем трубопроводе регулирование отопительной нагрузки осуществляется обычно местными пропусками. Периодическое отключение систем отопления предотвращает перегрев помещений. Число часов ежесуточной работы системы определяют из уравнения

В связи с периодическим отключением отдельных отопительных установок общий расход воды в сети сокращается по мере повышения температуры наружного воздуха. Температуру обратной воды для этого диапазона принимают постоянной и равной .

Регулирование местными пропусками, осуществляемое вручную, приводит к значительным колебаниям температуры воздуха в помещениях и к перерасходу теплоты. Более целесообразным является групповое или местное количественное регулирование, выполняемое автоматически. По мере повышения температуры наружного воздуха расход сетевой воды на отопление сокращается. Смесительные насосы, установленные в ЦТП после подогревателей горячего водоснабжения, увеличивают расход подмешиваемой воды из обратной линии для поддерживания гидравлического и теплового режима системы отопления.

В диапазоне II при осуществляется центральное качественное регулирование. Расчетный расход воды на отопление определяется по формуле

.

13. При центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе в диапазоне изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. По характеру изменения температуры воды и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона. В диапазоне I (от до ) при переменной вентиляционной нагрузке температура в подающей линии постоянна. В диапазоне II (от до ) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура воды. В диапазоне III (от ) при постоянном расходе теплоты на вентиляцию температура воды в подающей линии переменна. Как следует из графиков, центральное качественное регулирование вентиляционной нагрузки возможно лишь в диапазоне II, где характер изменения температуры воды соответствует изменению нагрузки. В диапазонах I и III осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды или расхода нагреваемого воздуха. Задачей расчета является определение температуры воды после калориферов и расхода сетевой воды.

. Регулирование расходом сетевой воды. Общее уравнение регулирования применительно к вентиляционной нагрузке запишется в виде

где - расход теплоты на вентиляцию при текущей температуре наружного воздуха; - расход сетевой воды на вентиляцию; - температура воды после калориферов; k - коэффициент теплопередачи; - температурный напор в калорифере,

(Двумя штрихами обозначены величины, относящиеся к расчетной температуре наружного воздуха для проектирования вентиляции ).

Изменение коэффициента теплопередачи калорифера описывается

где Фк - параметр калорифера; - эквивалент расхода сетевой воды на вентиляцию.

Уравнение (4.34) с учетом зависимости (4.35) запишется в виде

(4.36)

Заменив отношение расходов воды отношением расходов теплоты по зависимости, после преобразований

Получим

Неизвестное значение температуры обратной воды определяется решением уравнения (4.37) методом последовательных приближений.

Расход воды находят по формуле

В диапазоне I с увеличением вентиляционной нагрузки возрастает расход воды, что приводит к сокращению времени пребывания воды в калорифере и к росту температуры обратной воды. Регулирование расхода воды осуществляется с помощью регулировочного клапана РК по импульсу от температуры воздуха за калорифером.

Расчет графиков производится по формулам (4.37) и (4.38).Для диапазона II при постоянном расходе воды уравнение (4.37) упрощается

отсюда температура воды после калориферов определится из выражения

где -расчетная температура воды на выходе из калорифера, принимаемая равной 60°С. Расчетный расход сетевой воды определяют по формуле (4.38) при расчетных значениях тепловой нагрузки Q"в и температурах воды . В диапазоне III постоянный расход теплоты на вентиляцию при переменной температуре сетевой воды обеспечивается местным количественным регулированием. Уравнение (4.37) для этого диапазона запишется так

=

Температуру обратной воды определяют методом подбора.

2. Регулирование расходом воздуха. Местное количественное регулирование осуществляется изменением расхода наружного воздуха, проходящего через калорифер при постоянном расходе сетевой воды. Общее уравнение регулирования в данном частном случае запишется в виде формулы (4.39). Расчетный расход воды определится по формуле (4.38) при расчетном расходе тепла и температуре воды, соответствующей расчетным значениям . В диапазоне I рост вентиляционной нагрузки при постоянной температуре в подающем трубопроводе и постоянном расходе воды приводит к увеличению перепада температур сетевой воды. Из уравнения (4.39) при Gв= l имеем

В диапазоне II осуществляется центральное качественное регулирование. В диапазоне III по мере понижения наружной температуры уменьшается количество наружного воздуха, поступающего в калорифер. Система работает с рециркуляцией. Из уравнения (4.39) при =1 и =1.

- (-)

Рис. 4.8 Графики температур, расходов теплоты и сетевой воды при регулировании вентиляционной нагрузки расходом воздуха

Рис. 4.9 Графики температур, расходов теплоты и сетевой воды на горячее водоснабжение при параллельной схеме включения подогревателей: ЦР - центральное регулирование

. Параллельное присоединение подогревателей горячего водоснабжения. В диапазоне I при постоянном расходе сетевой воды температура воды после водоподогревателей постоянна. Расчетная разность температур сетевой воды принимается равной ?????= ?1??? - ?2,г???=35 ÷ 40°С.

Эквивалент расчетного расхода сетевой воды определяют из выражения

Расход сетевой воды равен

В диапазоне II эквивалент расхода сетевой воды находят на основании решения уравнения регулирования

Предварительно определяют эквивалент расхода вторичной (водопроводной) воды

Параметр подогревателя Ф находят по данным расчетного режима

Произведение расчетного коэффициента теплопередачи k'" на поверхность нагрева находят из выражения

где ; ;

С понижением температуры наружного воздуха расход сетевой воды уменьшается. Температуру обратной воды после водоподогревателя определяют из выражения

. Графики температур, построенные с помощью равенств

,

называют повышенными. По мере понижения температуры наружного воздуха и роста температуры воды после отопления соответственно возрастает нагрузка подогревателя нижней ступени и увеличивается значение . Перепад температур сетевой воды в подогревателе верхней ступени пропорционально уменьшается.

Расчет графиков центрального регулирования производят по режиму теплопотребления «типового» абонента, для которого отношение средней часовой нагрузки горячего водоснабжения к расчетной отопительной такое же, как в целом по району.

Для абонентов, режим теплопотребления которых отличается от типового, предусматривается групповое или местное регулирование.

Рис. 4.14 График температур при центральном регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения («повышенный» температурный график) , - отопительно-бытовой график регулирования; ?1,, ?2, - повышенный график.

Рис. 4.15 Независимая схема присоединения отопительной системы при двухступенчатом последовательном присоединении подогревателей горячего водоснабжения: ПО - подогреватель отопления: ЦН - циркуляционный насос; РО - регулятор отопления; ДТ - датчик температуры воздуха в помещении

При разнородной тепловой нагрузке абонентов целесообразно сочетание центрального качественного регулирования по совместной нагрузке с местным количественным регулированием. Это становится возможным при замене регуляторов расхода РР регуляторами отопления РО, осуществляющими местное регулирование отопительных систем по импульсу от температуры воздуха в отапливаемом помещении (рис. 4.15)

Скорректированный график применяют при соотношении тепловых нагрузок у большинства потребителей в пределах 0,15 ? Qhm/Q0' ? 0,3 . Регуляторы расхода в абонентских узлах ввода устанавливают перед ответвлением на горячее водоснабжение; они поддерживают постоянный расход воды, равный расчетному на отопление. Водоразбор из подающей линии уменьшает поступление сетевой воды в систему отопления. Небаланс теплоты на отопление компенсируется некоторым повышением температуры в подающем трубопроводе по сравнению с отопительным графиком. При этом методе регулирования строительные конструкции здания могут быть использованы в качестве аккумулятора теплоты, выравнивающего неравномерности суточного графика теплопотребления.

Для сохранения суточного баланса теплоты на отопление основной расчет проводится по балансовой нагрузке горячего водоснабжения

=

Qhm c балансовым коэффициентом, равным =1,1.

Расход воды на отопление при любой температуре наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего водоснабжения определяют из уравнения теплового баланса системы отопления с учетом водоразбора на горячее водоснабжение

где G'o - расчетный расход воды на отопление, кг/с.

Подставив значение из выражения (4.69) и разделив равенство (4.71) на величину расчетного расхода на отопление G'o, найдем относительный расход воды по

=

Заменив в равенстве величину ее значением по формуле (4.32), после алгебраических преобразований получим

где

Температуру воды в подающем и обратном трубопроводах определяют по формулам

На рис. 4.19 показан скорректированный график температур воды и изменение расхода воды на отопление.

При температуре обратной воды >60°С водоразбор осуществляется только из обратной магистрали.

На этом диапазоне в систему отопления поступает расчетный расход воды =l, вследствие чего скорректированный график соответствует отопительному.

Рис. 4.19 График центрального качественного регулирования открытых систем теплоснабжения по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (скорректированный график)

16. Можно естественным образом выделить следующие две основные разновидности потребления горячей воды: бытовое и коммунально-бытовое (умывание, банное мытье, питье, мытье посуды и приготовление пищи, уборка помещений, стирка, бассейны) и производственное самого различного назначения (технологические процессы, мойка машин и аппаратов и т.п.). На водоразбор к потребителям должна поступать вода питьевого качества. В отдельных случаях требуется кипяченая вода (вокзалы). В точке водоразбора к температуре горячей воды предъявляются следующие требования: 1) в системах централизованного горячего водоснабжения (ЦГВ) с непосредственным водоразбором из тепловой сети - не ниже 60 °С; 2) в системах ЦГВ с нагревом водопроводной воды в водонагревателях - не ниже 50 °С; 3) в местных системах ГВ - не ниже 60 °С; 4) температура воды, подаваемой к смесителям умывальников и душей общеобразовательных школ, дошкольных учреждений, детдомов, учреждений соцобеспечения и некоторых лечебно-профилактических учреждений предусматривается не выше 37 °С; 5) в любом случае температура воды не должна превышать 75 °С. Если по технологическим требованиям (предприятия общественного питания и другие учреждения) требуется вода более высокой температуры, необходимо предусматривать местные системы или догрев воды из систем ЦГВ.

Системы горячего водоснабжения подразделяются на местные и централизованные. При местном ГВ (МГВ) вода нагревается непосредственно у места ее потребления. Система МГВ обеспечивает водой один или несколько водоразборных приборов в смежных помещениях. Вода при МГВ нагревается в индивидуальных водонагревателях паром, горячей сетевой водой, за счет сжигания топлива, электричеством. Используется также солнечный нагрев воды. Наиболее характерные примеры МГВ - газовые водонагреватели и дачные душевые установки с солнечным нагревом. Поскольку использование электричества значительно дороже газового нагрева, применение электроводонагревателей на проектной стадии должно иметь необходимое технико - экономическое обоснование. Использование газовых водонагревателей регламентируется нормами газоснабжения. В системах ЦГВ вода приготавливается для потребителей целого здания, группы зданий, квартала, населенного пункта и т.п., а затем по трубопроводам подается к водоразборным приборам. Нагрев воды производится в водогрейных котлах, паро - или водоводяных нагревателях. Местными системами оборудуются здания, не подключенные к системам централизованного теплоснабжения (ЦТ), не имеющие собственных котельных, или, если система ЦТ не рассчитана на покрытие тепловой нагрузки ГВ. Системами ЦГВ оборудуются здания, подключенные к системам ЦТ или имеющие собственные котельные. Если число водоразборных точек в таких зданиях мало, экономически может быть обосновано и применение системы МГВ.

Основные виды классификации схем систем ЦГВ.

. По обеспечению давления системы ГВ могут быть работающими: а) под давлением холодного водопровода; б) под давлением тепловой сети; в) под давлением, создаваемым насосом, установленным на холодном или горячем водопроводе; г) под статическим давлением, создаваемым баком холодной или горячей воды.

. По месту прокладки распределительных трубопроводов системы могут быть: а) с нижней разводкой; б) с верхней разводкой.

. По наличию и способу обеспечения циркуляции: а) без циркуляции; б) с естественной циркуляцией; в) с насосной циркуляцией.

. По наличию и месту расположения баков-аккумуляторов горячей воды: а) без аккумулятора; б) с нижним баком; в) с верхним баком.

17. Секундный расход воды, отнесенный к одному прибору л/с, определяется по СНиП. При неодинаковых приборах, обслуживающих одинаковых потребителей - по СНиП. При неодинаковых приборах, обслуживающих группы различных потребителей, определяется по выражению

где - число водоразборных приборов в группе потребителей; - вероятность их одновременного действия.

Если потребители в здании одинаковые, то вероятность действия приборов определяется без учета изменения отношения числа потребителей U к числу приборов N по участкам системы по формуле

где - норма расхода горячей воды потребителем в час наибольшего водопотребления (принимается по СНиП).

При различных группах потребителей в здании

При отсутствии данных о количестве приборов разрешается принимать. По зданиям, где отсутствуют данные о расходах воды и характеристики приборов принимают = 0,2 л/с.

Максимальный секундный расход на любом участке системы ГВ определяется как

л/с

где - коэффициент, определяемый по СНиП.

Часовой расход воды прибором при одинаковых потребителях в здании определяется непосредственно по СНиП. При различных потребителях в здании - по формуле

л/час

Часовая вероятность одновременного действия приборов для системы в целом или группы потребителей составляет

При отсутствии данных разрешается принимать = 200 л/час.

Максимальный часовой расход воды на систему горячего водоснабжения в целом (на головном участке) составит

паропровод конденсатопровод коррозия насос

, м3/ч

где - коэффициент, определяемый по СНиП.

Максимальный суточный расход воды на систему ГВС составляет

, м3/сут.

где - норма расхода горячей воды одним потребителем, л/(сут?чел), для группы, состоящей из потребителей, принимаемая по СНиП.

Средний часовой расход воды за сутки (период) максимального водопотребления продолжительностью T часов составляет:, м3/час (3.8)

Расходы теплоты на систему ГВС (расчетные тепловые потоки) определяются по известным расходам воды следующим образом. Средний за сутки максимального водопотребления

,кВт

где 55 °С - средняя температура горячей воды;с - средняя температура холодной водопроводной воды (5 °С зимой и 15 °С - летом);- потери теплоты трубопроводами системы ГВС.

Максимальный часовой расход теплоты

, кВт

Принимая теплоемкость воды = 4,1868 кДж/(кг?К), а ее плотность = 1000 кг/м3, получим

, кВт

, кВт

19.Нормы расхода горячей воды на бытовые и производственные нужды установлены в зависимости от степени благоустройства зданий и технологической потребности при нагреве ее от 55 до 65°С. Однако, ввиду неодновременности потребления горячей воды ее расход по трубопроводам значительно отличается от нормального, поэтому гидравлический расчет трубопроводов горячего водоснабжения производится по фактическим секундным расходам горячей воды, которые принимаются за расчетные расходы. Расчетный секундный расход (л/с) горячей воды при водоразборе и на участках трубопроводов определяют по формуле

где g - секундный расход горячей воды одним водоразборным прибором, л/с; a - коэффициент, зависящий от общего количества водоразборных приборов на расчетном участке и вероятности их действия в часы наибольшего водопотребления. Если на расчетном участке трубопровода имеются различные по производительности водоразборные приборы, то в этой формуле принимается расход воды для прибора с наибольшей производительностью.

Вероятность действия водоразборных приборов Р в отдельном здании или группе зданий одинакового типа и назначения определяется зависимостью

где - норма расхода горячей воды одним потребителем в час наибольшего водопотребления, л/ч; N - общее количество водоразборных приборов в здании или группе зданий; m - количество потребителей горячей воды в здании, чел.

Вероятность действия водоразборных приборов для участков трубопроводов, обслуживающих группу зданий различного типа и назначения от ЦТП, определяют по формуле

где - средняя вероятность действия водоразборных приборов группы зданий; Р1, Р2, ..., Рi - вероятность действия водоразборных приборов каждого здания, найденная по величине среднеарифметического расхода горячей воды g одним водоразборным прибором для всех зданий; N1, N2, ..., Ni - общее количество водоразборных приборов в каждом здании.

При этом если для всех зданий , то вместо определения необходимо для каждого участка квартального трубопровода найти сумму величин NP.

. Задачей гидравлического расчета является определение диаметров подающих трубопроводов и потерь напора. Расчетным расходом для определения потерь напора на участке трубопровода является секундный расход с учетом остаточной циркуляции

, л/с

где - коэффициент остаточной циркуляции. Эта величина определяется по СНиП в зависимости от соотношения секундного и циркуляционного расходов в системе ГВС

Причем не равно нулю только на начальных участках системы (до первого водоразборного стояка) при >2,0. Во всех остальных случаях =0. Потери напора в водоразборных стояках, объединенных кольцующей перемычкой в секционные узлы, определяются по расчетным расходам воды с коэффициентом 0,7. На самих кольцевых участках расчетный расход воды принимается не менее максимального секундного для одного из обслуживаемых приборов. Скорость воды в системах ГВС должна быть не более 3 м/с. Однако опыт эксплуатации систем показывает, что при >1,5 м/с в трубопроводах начинается заметное шумообразование. При неодинаковом сопротивлении стояков диаметр стояка определяется, исходя из расчетного расхода и располагаемого напора у основания данного стояка. При одинаковом сопротивлении стояков их диаметры принимаются диаметру последнего стояка. Потери напора на участках системы ГВС определяются по выражению

, мм

где - удельные линейные потери напора, мм/м; l - длина участка; kl - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях.

Располагаемым называется гарантированный на вводе напор, который может быть использован для подачи воды на нужды горячего водоснабжения. Требуемым называется напор, который необходим на преодоление всех гидравлических сопротивлений для подачи воды к наиболее удаленному и высоко расположенному прибору. Так для закрытой системы горячего водоснабжения располагаемым является напор холодного водопровода в точке подключения к нему системы горячего водоснабжения. Требуемый напор в этом случае составляет:

Нтреб =Нпод + Нсч + Нвн + Нг + Нсв

где Нпод - потери напора в подающих трубопроводах в режиме водоразбора; Нсч - потери напора в счетчике воды (водомере); Нвп - потери напора в водонагревателе; Нг - разность геодезических отметок наиболее высоко расположенного прибора и точки подключения системы ГВ к холодному водопроводу; Нсв - свободный напор на приборе. В открытой системе теплоснабжения, когда водоразбор осуществляется непосредственно из теплосети, располагаемым является напор в обратном трубопроводе тепловой сети в точке подключения системы ГВ. Тогда требуемый напор (в силу отсутствия водонагревателя):

Нтреб = Нпод + Нсч + Нг + Нсв

При этом Нг исчисляется от указанной точки подключения к тепловой сети. В самотечных системах ГВ, работающих под давлением воды в верхних баках-аккумуляторах, располагаемым напором является сама геодезическая разность отметок уровня воды в баке и наиболее высоко расположенного прибора. Требуемый напор в этом случае

Нтреб = Нпод + Нсв

. После распределения циркуляционных расходов по расчетным участкам выполняется гидравлическая увязка системы в режиме "чистой" циркуляции. Последовательность расчета такова.

Предварительно назначаются диаметры циркуляционных трубопроводов на 1-3 типоразмера меньше соответствующего подающего трубопровода. Определение потерь напора по участкам ведется по тем же формулам и номограммам, что и при гидравлическом расчете подающих трубопроводов, но при циркуляционных расходах. Расчет ведется параллельно по подающим и циркуляционным трубопроводам с суммированием до очередного узла разветвления. Аналогично определяются потери напора в подключаемом к тому же узлу полукольце, образованном стояком, секционным узлом или ветвью системы.

Полученные потери напора в полукольцах, стыкующихся в данном узле, не должны отличаться более чем на 10%. Если это условие не выполняется, производится увязка узла в следующем порядке (каждый следующий метод применяется, если не дает должного результата предыдущий).

1). Варьируются диаметры трубопроводов.

2). Устанавливается диафрагма на циркуляционном трубопроводе полукольца с меньшими потерями напора. Диаметр диафрагмы определяется по выражению

где qhм - расход воды в полукольце с меньшими потерями напора;

?Н - разность потерь напора в полукольцах, которая и должна быть «погашена» в диафрагме, даПа.

Диафрагма не может быть менее 10 мм (из-за постепенного зарастания и возможности ее нерасчетной работы).

3) Изменяется циркуляционный расход, но не более чем на 30%. Изменение расхода необходимо учитывать на всех последующих (к теплоцентру) участках.

) Устанавливается дополнительный кран для регулировки системы в процессе наладки. Кран устанавливается на циркуляционном трубопроводе в дополнение к обычному отключающему крану.

22. Наличие аккумулирующей емкости позволяет выравнивать неравномерность потребления горячей воды, а также уменьшить поверхность нагревателей исходя из условия расчета производительности водоподогревателей по среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение. По месту расположения баки различают верхние и нижние, по конструкции - открытые и закрытые. В закрытых баках сохраняется напор водопровода, а в открытых он полностью теряется. Но открытый бак более безопасен, т.к. не является сосудом под давлением. Кроме того, по режиму работы различают баки: с переменной температурой и постоянным объемом , и соответственно, с постоянной температурой и переменным объемом. Емкость бака-аккумулятора определяем на основании интегрального графика подачи и потребления теплоты в системе ГСВ.

Емкость бака-аккумулятора , при переменном объеме воды в нем и постоянной ее температуре.

где - максимальная разность ординат интегральных графиков подачи и потребления теплоты (см.рис.1),кВт

- температура холодной водопроводной воды, °C

Рис. 3.18 Варианты организации режимов работы баков-аккумуляторов: а) нижнего закрытого; б) открытого без регулятора уровня; в) открытого с регулятором уровня

23. По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения. В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей.

Основным преимуществом открытых систем теплоснабжения является высокая эффективность теплофикации благодаря максимальному использованию низкопотенциальных источников тепла на ТЭЦ для нагревания большого количества подпиточной воды.

В 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 химводоочистки и деаэрации. Тепловые пункты открытых систем теплоснабжения проще и дешевле теплопунктов закрытых систем, так как 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 деаэрированная сетевая вода, вследствие чего местные установки менее подвержены коррозии. В закрытых системах для уменьщения 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. В ряде городов с открытым водоснабжением качество сетевой воды не всегда отвечает санитарным нормам. Требования к качеству воды по цветности и запаху нарушаются из-за недостаточной промывки систем отопления после ремонта, из-за неполной деаэрации подпиточной воды, особенно в РК. Сочетание открытой системы с независимой схемой присоединения отопительных установок этот недостаток устраняет, поскольку сетевая вода проходит только через подогреватель отопительной системы, не соприкасаясь с самой системой. 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.

Особенностью закрытых систем является то, что они бывают только многотрубными: двух-, трех- и четырехтрубные. 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.

. В системах горячего водоснабжения широкое распространение получили скоростные и емкие подогреватели.

Скоростные водоводяные секционные подогреватели изготовляют из стальных стандартных труб с наружными диаметрами 57 - 325 мм. Внутри корпуса размещается пучок латунных или стальных трубок от 7 до 140 шт. с диаметром 16/14,5 и 16/13,2 мм. Секции со стальными трубками в водопроводной воде быстро корродируют, поэтому применяются в независимых отопительных системах, заполненных водой постоянного качества.Секции с латунными трубками лучше противостоят коррозии, поэтому используются для горячего водоснабжения. Необходимая поверхность нагрева подогревателя набирается соединением нескольких секций. Секции соединяются между собой по ходу греющей воды патрубками на фланцах, по ходу нагреваемой воды - калачами. Подогреваемую воду рекомендуется пропускать в трубном пучке, это облегчает чистку внутри трубок и подбор допустимой скорости воды (до 2 м/с). Противоточное движение теплоносителей с предельными скоростями потоков позволяет получить высокие коэффициенты теплопередачи (до 1500 Вт/м2--°С), вследствие чего подогреватели называются скоростными. Подогреватели рассчитаны на допустимое давление в межтрубном и трубном пространствах до 1 МПа и выпускаются промышленностью без линзовых компенсаторов на корпусе.

Скоростные пароводяные подогреватели выпускаются по нагреваемой воде двух- и четырехходовыми конструкциями в однокорпусном исполнении. Двухходовые подогреватели рассчитаны на перепад температур нагреваемой воды 25°С, что применимо для отопительных систем. Для горячего водоснабжения принимаются четырехходовые подогреватели, дающие более высокий нагрев воды. Поверхность нагрева этих подогревателей выполняется из латунных трубок диаметром 16/14 мм.

Емкие подогреватели (рис. III.17) предназначены для горячего водоснабжения с периодическим водоразбором. Поверхности нагрева подогревателей изготовляются из стальных труб диаметром 33,5X3,25 и 48x2,5 мм в виде двухходовых змеевиков. Подогреватели рассчитаны на применение парового и водяного греющего теплоносителя. Показанные на рис. III. 17 направления движения теплоносителей создают лучшие условия теплообмена удаления газов из объема нагреваемой воды и отвода образующегося конденсата. Конструкция подогревателя не позволяет обеспечить высокие скорости теплоносителей, поэтому коэффициент теплопередачи примерно в 3 раза меньше, чем в скоростных подогревателях. Емкие подогреватели, обогреваемые паром с давлением более 0,07 МПа и водой с температурой выше 115°С, для безопасности обслуживания должны иметь предохранительные клапаны.

Смешивающие пароводяные подогреватели по принципу действия бывают: барботажные, струйные, капельные и пленочные. В арботажных подогревателях пар подается под уровень воды по перфорированным трубам. Этот способ малопроизводителен и применяется для нагревания малых объемов воды. Работа пароструйных подогревателей сопровождается сильным шумом, поэтому их применяют в установках горячего водоснабжения предприятий. Интенсивное смешение теплоносителей обеспечивает большие коэффициенты теплопередачи (до 20 000 Вт/м2-°С). Несколько меньшие коэффициенты теплопередачи достигаются в капельных и пленочных подогревателях конструкции проф. С. Ф. Копьева.

. В закрытых системах теплоснабжения местные системы горячего водоснабжения гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей (рис. 2.4). Гидравлическая изоляция сетевой и местной водопроводной воды гарантирует защиту местных систем горячего водоснабжения от выноса шлама из отопительных установок, который существенно ухудшает качество воды в водоразборных приборах при непосредственном водоразборе из тепловых сетей. При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения (схема а) расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление.

В схеме б с двухступенчатым последовательным присоединением подогревателя вторая ступень IIП подключается к подающему трубопроводу по предвключенной схеме, а первая ступень IП - к обратному трубопроводу по завключенной схеме. Сетевая вода из подающей трубы разветвляется ко второй ступени через регулятор температуры РТ и к регулятору расхода PP. За регулятором расхода сетевая вода из ступени IIП смешивается с потоком воды, движущимся к элеватору. После отопительной установки теплоноситель еще раз направляется в ступень IП для нагревания водопроводной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. Водопроводная вода предварительно нагревается в ступени I, окончательно догревается до нормы (60 °С) в ступени II подогревателя. В этом состоит главное преимущество схемы включения подогревателя. Двухступенчатые последовательные подогреватели применяются в жилых, общественных и промышленных зданиях при соотношении нагрузок, т.к. при большей нагрузке горячего водоснабжения Qhmax/Qo?0,6, при большей нагрузке горячего водоснабжениянебаланс отопительной нагрузки компенсируется труднее.

Достоинством двухступенчатой смешанной схемы в является независимый расход теплоты на отопление от потребности теплоты на горячее водоснабжение, обеспечиваемый установкой регуляторов расхода и температуры по принципу несвязанного регулирования. Колебания нагрузки горячего водоснабжения при несвязанном регулировании нарушают равномерность суточного графика тепловой нагрузки.

В результате этого суммарный расход сетевой воды на вводе по сравнению со схемой б несколько увеличивается, но он значительно ниже, чем при параллельной схеме а, поскольку имеется частичное использование теплоты воды после отопления в ступени I.

Схему в применяют при соотношении нагрузок Qhmax/Qo = 0,6 ÷ 1,2, т.к. большие нагрузки горячего водоснабжения практически не влияют на работу отопительной системы.

. Качество подпиточной воды, т. е. допустимое содержание в ней различных примесей, должно удовлетворять определенным техническим, а для тепловых сетей дополнительно и санитарно-гигиеническим требованиям.

Основными направлениями борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения являются:

1) снижение коррозионной активности воды за счет уменьшения содержания в ней агрессивных компонентов (, и др.);

) повышение антикоррозионной стойкости систем теплоснабжения путем покрытия поверхности металла специальными пленками, защищающими от коррозии;

) изготовление элементов систем теплоснабжения из материалов, устойчивых против коррозии.

Для снижения коррозионной активности воды применяются два способа: физический - удаление агрессивных газов путем деаэрации (дегазации) и химический - связывание агрессивных компонентов химическими реагентами.

Умягчение воды в катионитовых фильтрах используется для систем с непосредственным водоразбором при карбонатной жесткости исходной воды до 2 мг-экв/л; для закрытых систем-до 5 мг-экв/л или при совместной работе водогрейных котлов и пароводяных подогревателей с латунными трубками - до 3,5 мг-экв/л. При этом обычно применяется и деаэрация исходной воды.

Удаление агрессивных газов из воды методом деаэрации основывается на зависимости содержания газов в воде от давления газов над водой и температуры воды.

Эта зависимость вытекает из закона Генри, в соответствии с которым при равновесном состоянии концентрация (содержание) растворенного газа в жидкости , мг/л, прямо пропорциональна парциальному давлению данного газа над жидкостью и коэффициенту его растворимости в жидкости

где - парциальное давление данного газа, Па, - коэффициент массовой растворимости данного газа, мг/(л·Па).

При щелочной обработке воды известью или одновременно известью и содой происходит связывание свободной углекислоты и образование трудно растворимых солей кальция и магния, выделяющихся в виде твердой фазы.

Последние осаждают в отстойниках и затем удаляют.

При обработке воды силикатом натрия (силикатировании) происходит связывание по уравнению

В результате этой реакции уменьшается углекислотная коррозия и происходит увеличение рН воды. Кроме того, уменьшается и кислородная коррозия, так как окись силиция (жидкое стекло) образует на поверхности трубопроводов плотную защитную пленку, которая изолирует металл от контакта с водой.

При обработке воды сульфитом натрия (сульфитировании) происходит связывание кислорода по уравнению

В результате снижается содержание кислорода в воде, вследствие чего уменьшается кислородная коррозия трубопроводов и увеличивается содержание сульфата натрия в воде. Последний является более безопасным в отношении коррозии трубопроводов.

Магнитная обработка воды, в соответствии со СНиП может предусматриваться при исходной воде с карбонатной жесткостью до 9 мг-экв/л, содержанием железа до 3 мг/л и при подогреве воды не выше 95°С. Вода с такой температурой применяется в настоящее время только в небольших системах теплоснабжения и для горячего водоснабжения.

27. Для абонентских вводов с параллельно включенными подогревателями горячего водоснабжения характерен повышенный расход сетевой воды, равный сумме расчетных расходов воды на отопление и горячее водоснабжение

В - воздушный кран

О - отопительный прибор

Э - элеватор

РТ - регулятор температуры

К - водоразборный кран

ВВ - водопроводный кран

Расчетную теплопроизводительность подогревателя горячего водоснабжения принимают- при отсутствии аккумуляторов горячей воды; - при наличии аккумуляторов.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение опре-деляют по формуле

Температуру сетевой воды после подогревателя принимают

по графикам регулирования.

Расчетный расход водопроводной воды составляет

Необходимые поверхности нагрева определяют аналогично отопительным подогревателям, имея в виду, что нагреваемая вода проходит по трубкам, а греющая - в межтрубном пространстве. Скорость водопроводной воды в трубках подогревателя принимают в пределах от 1 до 2,5 м/с.

В зимний период суммарный расход сетевой воды на вводе значительно меньше, чем в начале отопительного сезона. Снижение расхода воды объясняется увеличением перепада температуры сетевой воды в подогревателе. Резкие колебания расходов воды существенным образом нарушают гидравлическую устойчивость сети. При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения (схема а) расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление.

. С двухступенчатым последовательным подключением подогревателей горячего водоснабжения, тепловая нагрузка распределяется между ступенями подогревателя (рис. V.14).

Расчет подогревателей производят при минимальной температуре воды в подающей линии т,". Для покрытия пикового горячего водоразбора подогреватели ступеней I и II должны быть рассчитаны по максимальной нагрузке горячего водоснабжения. Для этого находятся максимальные расходы греющей и нагреваемой воды в обеих ступенях. После этого определяются температурные напоры теплоносителей в ступенях подогревателя. При последовательной двухступенчатой схеме определение температурных напоров затрудняется тем, что неизвестна температура сетевой воды после системы отопления в период максимумов горячего водоразбора. Для определения этой температуры принята методика, разработанная Мосэнерго.

После определения температуры теплоносителей в ступенях I и II при Qг макс находят среднелогарифмические температурные напоры.

Затем подбирают ориентировочные типоразмеры подогревателей, определяют скорости теплоносителей в трубных пучках, в межтрубных пространствах и рассчитывают коэффициенты теплопередачи. Далее уточняют потребные поверхности нагрева.

Подогреватели горячего водоснабжения при повышенном температурном графике рассчитывают по этой же методике, принимая в точке излома графика температурную надбавку.

29. В водяных тепловых сетях насосы используются для создания заданных давлений и подачи необходимого количества воды к потребителям теплоты.

В паровых сетях насосами перекачивается конденсат от потребителей к тепловому центру.

Сетевые насосы создают циркуляцию воды в системе теплоснабжения, а подпиточные компенсируют утечки воды и поддерживают необходимый уровень пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режимах. Количество сетевых насосов принимается не менее двух, из которых один резервный. Если для работы сети при расчетных условиях требуется установка четырех насосов, то резервные насосы не предусматриваются. В закрытых системах теплоснабжения устанавливается не менее двух подпиточных насосов, а в открытых - не менее трех, из которых один является резервным.

Для подбора насоса необходимо знать его производительность и величину напора. Для сетевых насосов производительность определяют по расчетному расходу воды в головном участке тепловой сети и для закрытых систем - по формуле (6.14). При подборе сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения расход воды на горячее водоснабжение принимают как среднечасовой, но с коэффициентом 1,2. В летний период производительность сетевых насосов принимают по максимальному часовому расходу воды на горячее водоснабжение.

Производительность подпиточных насосов для закрытых систем теплоснабжения принимают из расчета компенсации утечек в количестве 0,5% от объема воды, находящейся в трубопроводах, и в непосредственно присоединенных абонентских системах. При подборе подпиточных насосов для закрытых систем рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку необработанной водой в количестве 2% от объема воды, находящейся в трубах наружной сети и в системах отопления и вентиляции.

В открытых системах производительность подпиточных насосов принимают по максимальному расходу горячей воды с учетом компенсации утечек. Аварийная подпитка здесь не предусматривается.

Объем воды, находящийся в системе теплоснабжения, ориентировочно можно определить по формуле

где Q - тепловая мощность системы теплоснабжения, МВт; Vc, Vм - удельные объемы сетевой воды, находящейся в наружных сетях с подогревательными установками и в местных системах, м3/МВт. Для тепловых сетей с подогревательными установками жилых районов Vс=4043 м3/МВт, промышленных предприятий Vc =2230 м3/МВт; для систем отопления гражданских зданий Vм = 26 м3/МВт, промышленных Vм =13 м3/МВт; для систем горячего водоснабжения Vм =5,2 м3/МВт.

Напор сетевого насоса определяют по формуле

где - потери напора в тепловом центре, м; - потери напора в подающем и в обратном магистральных трубопроводах, м;

- необходимый напор на вводе концевого абонента, м.

Напор сетевого насоса для летнего периода определяют по формуле

где - расход воды в летнее время, т/ч; G - то же, в зимний период, т/ч.

Расчетная величина напора подпиточного насоса может быть определена по формуле

где Нс - статический напор в сети по отношению к оси подпиточного насоса, м; - потери напора в трубопроводах подпиточной линии от питательного бака до точки присоединения к тепловой сети, м; z - разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке, м.

По известным параметрам работы насосов (G и ) с помощью рабочих характеристик подбирают насосы по общепринятой методике.

30. Перечень оборудования, установленного в тепловом пункте, зависит от схем подключения систем отопления и горячего водоснабжения, параметров теплоносителя, режимов потребления тепла и других факторов. Для присоединения систем отопления с расчетной температурой воды ниже температуры в подающем трубопроводе теплосети по зависимой схеме устанавливают элеваторы. Они просты и надежны в эксплуатации и обеспечивают постоянство коэффициента смешения при изменениях теплового и гидравлического режимов магистральных сетей.

Элеваторы выпускаются стандартных размеров. Водоструйные элеваторы Госсантех строя и Центроэнергостроя имеют номера от 1 до 6. В настоящее время широкое распространение получили элеваторы типа ВТИ Мосэнерго (рис. V.8). Их выпускают стандартных размеров номерами от 1 до 7. Нумерация элеваторов производится по диаметру камеры смешения dr от 15 до 59 мм.

Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использовании энергии воды подающей магистрали (рис. V.9). Рабочая вода с давлением Pi на выходе из сопла приобретает значительную скорость, статическое давление ее становится меньше, чем давление в обратной магистра ли Рг, в результате чего обратная вода подсасывается струей рабочей воды. В камере смешения скорость воды выравнивается, давление постоянно; в диффузоре скорость смешанного потока уменьшается по мере увеличения его сечения, а статическое давление увеличивается до Р3>Р2.

При подборе элеваторов коэффициент смешения принимается на 15% выше его расчетного значения с учетом возможности наладки присоединенной системы.

Подогреватели поверхностного типа устанавливают в тепловых пунктах систем теплоснабжения как для горячего водоснабжения, так и для систем отопления при присоединении их по независимой схеме.

Грязевики изготовляют из стальных труб диаметром в 2,5-3 раза больше диаметра входного патрубка. Большая разность сечений способствует резкому снижению скорости воды и выпадению из нее взвешенных частиц. В выходном патрубке вырезаны отверстия сечением примерно в 3 - 4 раза большим сечения патрубка, закрывающиеся сеткой с ячейками 1 - 2 мм. При значительном засорении сопротивление грязевика увеличивается в несколько раз. Для облегчения чистки днище делается разъемным.

Насосы в тепловых пунктах применяют вместо элеваторов для повышения давления в подающем или снижении давления в обратном трубопроводах, а также для циркуляции воды в системах горячего водоснабжения или повышения давления водопроводной воды, используемой на горячее водоснабжение и для откачки конденсата.

Смесительные насосы подбирают по количеству подмешиваемой воды и гидравлическому сопротивлению отопительной системы. Насосы на подающем и обратном трубопроводах ввода подбираются по величине недостаточного или избыточного напора в местной установке. Производительность этих насосов принимается по расходу воды в системе. Конденсатные насосы рассчитывают на предполагаемый возврат конденсата. Потребный напор насоса выбирается по графику давления в конденсатопроводе.

. 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

где - коэффициент гидравлического трения; l - длина трубопровода, м; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - плотность теплоносителя, кг/м3; w - скорость движения теплоносителя, м/с.

Местные гидравлические сопротивления определяются по формуле Вейсбаха

где - суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке трубопровода.

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

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

где G - расход теплоносителя, т/ч.

Для облегчения расчетов по формуле (6.9) составляются таблицы или номограммы, которыми пользуются при проектировании тепловых сетей.

. Расчетным участком разветвленной сети принято называть трубопровод, в котором расход теплоносителя не изменяется. Расчетный участок располагается, как правило, между соседними ответвлениями.

В первую очередь гидравлический расчет ведут по участкам в направлении главной магистрали, соединяющей источник теплоты с наиболее удаленным абонентом.

Рис. 6.1 Расчетная схема тепловой сети

Пусть число участков вдоль главной магистрали равно п, расчетные расходы теплоносителя G1, G2, G3, ... Gn, а располагаемый перепад давлений во всей сети РС (рис. 6.1).

Перед гидравлическим расчетом необходимо: начертить в масштабе расчетную схему трубопроводов; разделить ее на участки; определить длины участков и расчетные расходы теплоносителя. Расчет выполняют в два этапа: предварительный и окончательный· В предварительном расчете определяют:

1) по формуле (6.11) - ориентировочное значение;

где z-коэффициент, для водяных сетей z=0,01, для паровых сетей z=0,050,1; G - расход теплоносителя в начальном участке разветвленного теплопровода, т/ч.

) по формуле (6.10) - значение средней удельной потери давления ;

) по известным расходам теплоносителя на участках с помощью таблиц или номограмм - диаметр труб с округлением до стандартных размеров.

В окончательном расчете уточняются гидравлические сопротивления на всех участках сети при выбранных диаметрах труб следующим образом:

) при округлении диаметров труб до стандартных размеров по тем же таблицам или номограммам определяют фактические значения удельных потерь давления по длине и, если необходимо, скорости теплоносителя ;

) определяют эквивалентные длины местных сопротивлений на расчетных участках

) вычисляют полные потери давления на участках сети

) определяют суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной магистрали, которые сравнивают с располагаемым в ней перепадом давления

Расчет считается удовлетворительным, если гидравлические сопротивления не превышают располагаемый перепад давлений и отличаются от него не более чем на 10%,.

. В таблицах для гидравлического расчета наружных тепловых сетей плотность воды принимается равной 958,4 кг/м3, что соответствует температуре 100°С. При этих условиях коэффициент кинематической вязкости воды равен 0,296·10-6 м2/с. После подстановки в уравнение (6.9) значения по формуле (6.5) и имея в виду указанные выше величины = 0,5, получим

- внутренний диаметр трубопровода, м;- скорость движения теплоносителя, м/с.

Зависимость между расходом воды и скоростью при данных условиях примет вид

Расчетные расходы воды зависят от схем абонентских вводов, графиков регулирования отпуска тепла, назначения трубопроводов и в общем виде определяются по формуле

где - расчетные расходы воды соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, т/ч.

Методика определения расчетных расходов воды по видам тепловых нагрузок с учетом перечисленных выше факторов рассмотрена в теме 4. Здесь нужно иметь в виду, что для магистральных и распределительных трубопроводов расчетный расход воды на горячее водоснабжение в двухтрубных закрытых системах теплоснабжения принимается равным среднечасовому расходу воды за сутки, а в открытых системах - тоже среднечасовому расходу, но с коэффициентом 0,6.

В ответвлениях к отдельным зданиям, а также в распределительных сетях для группы жилых зданий с общим количеством жителей до 6000 чел. за расчетный расход на горячее водоснабжение принимают максимальный часовой расход воды.

Располагаемый перепад давлений в тепловой сети необходимо обосновывать техникоэкономическими расчетами. При отсутствии данных для экономического обоснования удельные потери давления вдоль главной магистрали рекомендуется принимать до 80 Па/м. Для отдельных участков - по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м.

Диаметры распределительных трубопроводов принимают не менее 50 мм, а ответвлений - не менее 25 мм.

Неиспользованное в ответвлениях давление рекомендуется погасить в соплах элеваторов или, в крайнем случае, дросселировать шайбами. При этом шайбы следует устанавливать не на общем вводе, а на трубопроводах каждого потребителя теплоты данного здания (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение).

. Особенности гидр. расчета паропроводов и конденсатопроводов.

Порядок расчета паропроводов. Предварительный расчет: 1. По формуле определяют ориентировочные давления в узловых точках.

. Определяется табличное значение удельной потери давления по длине в направлении главной магистрали

. По Rcp.т, и расходам пара на участках по таблицам или но номограммам определяются диаметры труб и уточняются табличные значения RT, соответствующие стандартным диаметрам, а также находятся скорости пара.

Окончательный расчет. Окончательный расчет выполняется последовательно по участкам и сводится к более точному определению давлений и температур в узловых точках сети. 1. Определяются фактические значения Ri, wi, соответствующие формулы (6.15), (6.16)

. Находятся эквивалентные длины местных сопротивлений. 3. Определяются потеря давления пара и его давление в конце участка. 4. По таблице определяется qoi и по формуле (6.21)

находится Qoi

. По формуле (6.20) определяется ti и температура пара в конце участка tкi

Если температура пара в конце участка не ниже температуры насыщения, соответствующей давлению Ркi, то конденсация пара в данном участке трубопровода исключается. В такой последовательности рассчитываются все последующие участки. Расчет паропровода считается законченным, когда давления пара у потребителей близки к заданным, но не менее заданных.

Особенности расчета конденсатопроводов.

Если в конденсатопроводах обеспечивается давление, исключающее вторичное вскипание, то такие конденсатопроводы рассчитываются аналогично трубопроводам водяных тепловых сетей.

В теплообменниках абонентских систем (водонагреватели, калориферы, отопительные приборы) пар конденсируется при определенном давлении. Конденсат имеет температуру насыщения, соответствующую данному давлению. Если фактическая температура конденсата уменьшается медленнее, чем снижается температуря насыщения за счет падения давления, то в трубах произойдет вторичное вскипание конденсата и по конденсатопроводу будет перемещаться пароводяная эмульсия. Такие конденсатопроводы называются двухфазными. Плотность пароводяной эмульсии меньше плотности конденсата. Поэтому пропускная способность двухфазных конденсатопроводов меньше, чем напорных.

где , - удельные падения давления в двухфазном и в напорном конденсатопроводах, Па/м; Gсм, Gк - расходы пароводяной эмульсии и «чистого» конденсата, т/ч; dсм, dк - диаметры двухфазного и напорного конденсатопроводов, м;, - плотности пароводяной эмульсии и конденсата, кг/м3.

. Пъезометрический график ТС (назначение, построение)

Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который дает наглядное представление о дав-лении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местно-сти, 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 свя-зано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопи-тельного сезона с учетом максимальных водоразборов из подающих и от-дельно из обратных трубопроводов.

Давление, выраженное в линейных единицах измерения, называется напором давления или пьезометрическим напором. В системах теплоснаб-жения пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствую-щие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными мано-метрами с последующим переводом результатов измерения в метры.

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.

. 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.

4. 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.

Сначала строится профиль местности по трассе теплопроводов. На профиле в принятом масштабе наносят высоты зданий. При построении пьезометрических графиков условно принимают, что оси трубопроводов совпадают с поверхностью земли.

Статический напор (линия s - s) устанавливают из условия заполнения сетевой водой по возможности всех абонентских систем с запасом в 3 - 5 м по отношению к самому высокому абоненту.

Проведем на 60 м ниже линии s - s горизонталь z- z. Тогда в зоне, расположенной между этими линиями, при статическом режиме напор не превышает 60 м и не опасен для чугунных радиаторов систем отопления.

Пьезометрическая линия подающей магистрали должна удовлетворять следующим условиям: а) максимальный напор не должен превышать допустимого для труб и подогревательных установок; б) минимальный напор не должен допускать вскипания воды.

36. Подбор насосов в водяных тепловых сетях

В водяных тепловых сетях насосы используются для создания заданных давлений и подачи необходимого количества воды к потребителям теплоты. В паровых сетях насосами перекачивается конденсат от потребителей к тепловому центру.

Для подбора насоса необходимо знать его производительность и величину напора. Для сетевых насосов производительность определяют по расчетному расходу воды в головном участке тепловой сети и для закрытых систем - по формуле (6.14)

где - расчетные расходы воды соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, т/ч.

При подборе сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения расход воды на горячее водоснабжение принимают как среднечасовой, но с коэффициентом 1,2. В летний период производительность сетевых насосов принимают по максимальному часовому расходу воды на горячее водоснабжение.

Производительность подпиточных насосов для закрытых систем теплоснабжения принимают из расчета компенсации утечек в количестве 0,5% от объема воды, находящейся в трубопроводах, и в непосредственно присоединенных абонентских системах. При подборе подпиточных насосов для закрытых систем рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку необработанной водой в количестве 2% от объема воды, находящейся в трубах наружной сети и в системах отопления и вентиляции.

Напор сетевого насоса определяют по формуле

где - потери напора в тепловом центре, м; - потери напора в подающем и в обратном магистральных трубопроводах, м;

- необходимый напор на вводе концевого абонента, м.

Напор сетевого насоса для летнего периода определяют по формуле

где - расход воды в летнее время, т/ч; G - то же, в зимний период, т/ч.

Расчетная величина напора подпиточного насоса может быть определена по формуле

где Нс - статический напор в сети по отношению к оси подпиточного насоса, м; - потери напора в трубопроводах подпиточной линии от питательного бака до точки присоединения к тепловой сети, м; z - разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке, м.

37. 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.

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.

Зависимость падения давления ?Р (Па) от расхода

где S - характеристика сопротивления, представляющая собой падение давления при единице расхода теплоносителя, Па/(м3/ч)2; V - расход теплоносителя, м3/ч.

Значение характеристики сопротивления находится из совместного решения уравнений (7.1), (6.8), (6.9)

где z = 3600 с; As - постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости стенок трубопроводов

В процессе эксплуатации характеристика сопротивления сети изменяется в связи с присоединением новых абонентов, отключением части нагрузки, при изменении шероховатости стенок трубопроводов.

Следовательно, суммарная характеристика сопротивления последо-вательно соединенных участков сети равна сумме характеристик сопро-тивления этих участков.

При параллельном соединении (рис.7.2,б) общий расход в сети равен сумме расходов на ответвлениях

Расход воды согласно выражению (7.1) может быть представлен в виде

где а - проводимость сети; - проводимости отдельных ее участков, м3/чПа0,5.

Таким образом, суммарная проводимость параллельно соединенных участков равна сумме проводимостей этих участков.

Определяется характеристика сопротивления разветвленной сети по известным проводимостям или характеристикам сопротивления отдельных ее участков. С помощью полученных зависимостей производится расчет гидравлического режима системы.

. Под гидравлической устойчивостью понимают способность системы сохранять постоянный расход теплоносителя на абонентских вводах при изменении условий работы других потребителей. Гидравлическая устойчивость количественно оценивается коэффициентом гидравлической устойчивости

где V/, Vмакс - соответственно расчетный и максимально возможный расход сетевой воды на абонентском вводе. Коэффициент гидравлической устойчивости У= 1 может быть в принципе достигнут установкой на вводах регуляторов расхода, автоматически обеспечивающих постоянство расхода воды в абонентских системах. В реальных условиях эксплуатации У?1·

В неавтоматизированной системе любые переключения в сети изменяют расходы воды у абонентов. Так, например, при отключении части нагрузки расход воды в тепловой сети уменьшается, что приводит к снижению потерь давления в сети и к росту располагаемых давлений на вводах. Расход воды у оставшихся абонентов возрастает. Отклонение фактического расхода от расчетной величины вызывает гидравлическую разрегулировку абонентских систем. Максимальная разрегулировка абонентской системы произойдет в том случае, когда останется включенным только один потребитель.

где ?Раб - располагаемое давление на вводе при расчетном расходе воды; ?РС - потери давления в сети при расчетном режиме; Рн= ?Раб - ?Рс - давление сетевого насоса.

Из выражения (7.19) следует, что гидравлическая устойчивость системы повышается с уменьшением потерь давления в магистральных сетях и с увеличением гидравлического сопротивления абонентских установок. С этой целью целесообразно уменьшение диаметров вводов, установка на вводах дроссельных шайб. Задвижки на магистральных трубопроводах должны быть полностью открыты.

Для количественной оценки разрегулировки сопоставим расходы воды у абонентов. Отношение расходов у абонентов 4 и 6 из уравнения (7.17) составляет

Как следует из выражения (7.20), отношение расходов воды зависит только от характеристики сопротивления сети на участках от абонента 4 до конечной точки сети. Поэтому при изменении характеристики сопротивления на каком-либо участке сети у всех абонентов, расположенных между этим участком и концевой точкой сети, степень изменения расхода одинакова.

Такая разрегулировка называется пропорциональной. Она имеет место у абонентов 4, 5, 6.

У абонентов, расположенных между источником теплоснабжения и местом изменения сопротивления, происходит непропорциональная разрегулировка, причем чем ближе абонент расположен к источнику теплоснабжения, тем меньше изменение перепада давлений и, следовательно, расхода. Ближайшие к ТЭЦ абоненты обладают, как правило, большей гидравлической устойчивостью.

Если частично прикрыть задвижку на магистральном трубопроводе, то общий расход воды в системе сократится. Однако изменение расходов воды у абонентов будет неодинаковым. Повышение давления в обратной магистрали перед задвижкой приводит к уменьшению располагаемых давлений у абонентов, находящихся перед задвижкой. Расходы воды в абонентских системах 3 - 6 уменьшаются. В системе происходит несоответственная разрегулировка, при которой знак изменения расходов у абонентов неодинаков.

. В природной и водопроводной воде обычно содержатся различные газы, соли, коллоидные вещества, механические взвеси и т. п. которые вызывают внутреннюю коррозию оборудования и трубопроводов. В результате этих процессов уменьшается проходное сечение труб, ухудшается теплопередача в теплообменных аппаратах, происходят локальные пережоги трубок в котлах и др.

С технических позиций качество подпиточной воды должно быть таким, чтобы не происходили процессы коррозии металла и накипеобразования на поверхности. Это возможно только при полном отсутствии примесей в воде.

Допустимая с технико-экономических позиций степень очистки воды зависит от условий водно-химических режимов в подпитываемых контурах: чем выше температура и давление в них, тем более интенсивно протекают процессы коррозии и накипеобразования, а также от характера вредных последствий от накипеобразований.

Технические условия на качество подпиточной воды для различных водных режимов в подпитываемых контурах регламентируются нормами ПТЭ (правила технической эксплуатации ТЭС и сетей). Основные показатели качества подпиточной воды тепловых сетей приведены в табл. 12.1.

Наряду с техническими требованиями подпиточная вода тепловых сетей должна удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям: в ней не должны присутствовать вредные для здоровья человека примеси, а в системах с непосредственным водоразбором показатели еe должны соответствовать показателям питьевой воды.

ПоказательЗначения показателей при максимально-возможной температуре сетевой воды, оС75 оС76-100 оС101-200 оСКислород, мг/кг0,10,10,05Свободная углекислая кислотаДолжна отсутствоватьКарбонатная жесткость, мг-экв/кг1,50,70,7рН6,5-8,5Взвешенные вещества, мг/кг5

Показатели питьевой воды (химический состав, вкус, прозрачность, запах и цвет) регламентируются ГОСТ. В соответствии с ним, в питьевой воде допускается содержание взвешенных веществ не более 1,5 мг/л, минеральных солей от 100 до 1000 мг/л, железа до 0,3 мг/л, хлоридов до 350 мг/л, сульфатов до 500 мг/л, солей кальция и магния на уровне общей жесткости до 7 мг-экв/л. Не разрешается применение дистиллированной (лишенной солей) воды, так как она нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции.

Строго регламентируется и предельно допустимое содержание в питьевой воде различных токсических веществ и добавок, применяемых для очистки и осветления воды.

40. Основными направлениями борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения являются:

1). снижение коррозионной активности воды за счет уменьшения содержания в ней агрессивных компонентов (, и др.);

). повышение антикоррозионной стойкости систем теплоснабжения путем покрытия поверхности металла специальными пленками, защищающими от коррозии;

). изготовление элементов систем теплоснабжения из материалов, устойчивых против коррозии.

Для снижения коррозионной активности воды применяются два способа: физический - удаление агрессивных газов путем деаэрации (дегазации) и химический - связывание агрессивных компонентов химическими реагентами.

Деаэрация является в настоящее время наиболее распространенным способом подготовки воды для систем теплоснабжения. В зависимости от параметров греющей среды применяются термические деаэраторы атмосферного и вакуумного типа. Кроме того, иногда используется естественная деаэрация воды.

Связывание агрессивных компонентов химическими реагентами производится при подготовке воды как для холодного водоснабжения на водоочистных станциях, так и дополнительно для систем теплоснабжения.

Предотвращение образования шлама и накипи в системах теплоснабжения производится вследствие подпитки тепловых сетей умягченной водой или же водой со стабилизированной жесткостью (индекс насыщения I = 0).

Для подготовки умягченной воды применяются следующие методы: обработка воды в катионитовых фильтрах, щелочная обработка воды известью и содой и магнитная обработка воды.

Подготовка подпиточной воды для тепловых сетей производится обычно в источниках теплоты путем умягчения исходной водопроводной или природной (поверхностной, артезианской) воды в и катионитовых фильтрах и ее дегазации в атмосферных или вакуумных деаэраторах. Кроме того, при высокой жесткости исходной воды применяют иногда предварительную щелочную обработку, а при значительном остаточном содержании агрессивных газов в подпиточной воде и подсосах воздуха в систему - последующую обработку воды силикатом или сульфитом натрия.

При использовании природной воды при необходимости ее предварительно обрабатывают, т. е. осветляют, обезжелезивают, а в системах с непосредственным водоразбором, кроме того, и обеззараживают в соответствии с санитарными нормами.

. При щелочной обработке воды известью или одновременно известью и содой происходит связывание свободной углекислоты и образование трудно растворимых солей кальция и магния, выделяющихся в виде твердой фазы. Последние осаждают в отстойниках и затем удаляют. Так, при известковании протекают следующие реакции: Вследствие связывания происходят увеличение воды и распад бикарбоната кальция по уравнению (12.1) с образованием . В виде твердой фазы выделяются и . При этом карбонатная жесткость воды снижается до 0,5 - 1 мг-экв/кг. При обработке воды силикатом натрия (силикатировании) происходит связывание по уравнению: В результате этой реакции уменьшается углекислотная коррозия и происходит увеличение рН воды. Кроме того, уменьшается и кислородная коррозия, так как окись силиция (жидкое стекло) образует на поверхности трубопроводов плотную защитную пленку, которая изолирует металл от контакта с водой. Отмеченные обстоятельства, а также безвредность и недефицитность исходного материала явились причиной широкого использования этого метода в системах с непосредственным водоразбором. При обработке воды сульфитом натрия (сульфитировании) происходит связывание кислорода по уравнению: В результате снижается содержание кислорода в воде, вследствие чего уменьшается кислородная коррозия трубопроводов и увеличивается содержание сульфата натрия в воде. Последний является более безопасным в отношении коррозии трубопроводов. Магнитная обработка воды, в соответствии со СНиП может предусматриваться при исходной воде с карбонатной жесткостью до 9 мг-экв/л, содержанием железа до 3 мг/л и при подогреве воды не выше 95°С. Вода с такой температурой применяется в настоящее время только в небольших системах теплоснабжения и для горячего водоснабжения. Принципиальная схема установки магнитной обработки воды показана на рис 12.3

Рис. 12.3 Принципиальная схема магнитной обработки воды

- ПМУ для подпиточной воды, 2 - сетевой насос, 3 - шламоотделигель, 4 - ПМУ для сетевой воды, 5 - подогреватель; а - водопроводная вода; б и в - обратная и подающая сетевая вода

. Структура эксплуатационной службы зависит от единичной мощности и количества источников тепловой энергии, радиуса действия тепловых сетей и других местных факторов. Высшая форма организации службы эксплуатации создается в крупных культурных и промышленных центрах, имеющих несколько ТЭЦ, объединенных разветвленной тепловой сетью. В них создаются предприятия тепловых сетей, называемые теплосетью. Теплосеть, получая теплоту от ТЭЦ, осуществляет руководство транспортом тепловой энергии по наружным тепловым сетям, распределением ее по тепловым пунктам и контролем за использованием теплоты потребителями.

По структуре предприятие Теплосети состоит из трех подразделений: административное, производственное и эксплуатационное (рис. 14.1).

43. В объем по обслуживанию тепловых сетей входят следующие работы:а) поддержание в исправном состоянии всего оборудования, строительных и других конструкций тепловых сетей путем проведения своевременного их осмотра и ремонта;б) наблюдение за работой компенсаторов, опор, арматуры, дренажей, контрольно-измерительной аппаратуры и других элементов оборудования со своевременным устранением замеченных неисправностей;в) устранение сверхнормативных потерь теплоты путем своевременного отключения неработающих участков сети, удаления скапливающейся в каналах и камерах воды, ликвидации проникания грунтовых и верховых вод в каналы и камеры, своевременного восстановления разрушенной изоляции;

г) устранение сверхнормативных гидравлических потерь в сети путем регулярной промывки и очистки трубопроводов;д) своевременное удаление через воздушники воздуха из теплопроводов и недопущение присоса воздуха путем постоянного поддержания избыточного давления во всех точках сети и в системах потребителей;е) поддержание в сети и на тепловых пунктах потребителей необходимых гидравлического и теплового режимов при систематической проверке требуемых параметров в характерных точках сети и на тепловых пунктах потребителей; ж) обеспечение расчетного распределения теплоносителя по тепловым пунктам потребителей; з) принятие мер по предупреждению, локализации и ликвидации неполадок и аварий в сети.

. Основными задачами обслуживания тепловых пунктов являются: обеспечение для каждого теплового пункта, а следовательно и системы теплопотребления расхода теплоносителя требуемых параметров в пределах установленного лимита; обеспечение рационального использования теплоносителя и температурного перепада в системе теплопотребления; снижение до минимума тепловых потерь и устранение утечек; обеспечение бесперебойной и нормальной работы всего оборудования теплового пункта и систем теплопотребления.

Ежегодно оборудование тепловых пунктов ремонтируют. На центральных и индивидуальных тепловых пунктах и системах, прини-маемых в эксплуатацию впервые после монтажа, проверяют:а) соответствие выполненных работ и установленного оборудования проекту;б) состояние наружных теплопроводов, принадлежащих потребителю;в) состояние утепления отапливаемых зданий и помещений тепловых пунктов;г) состояние помещений тепловых пунктов, а также состояние трубопроводов, арматуры и тепловой изоляции в тепловых пунктах;д) наличие и состояние контрольно-измерительной аппаратуры и автоматических устройств;е) наличие паспорта, схем и инструкций для обслуживающего персонала, а также состояние тепловой изоляции на разводящих трубопроводах местных систем;ж) наличие и состояние запорно-регулировочной арматуры на стояках и нагревательных приборах;з) отсутствие прямых соединений оборудования тепловых пунктов потребителей с водопроводом и канализацией;и) эффективность промывки системы;к) герметичность оборудования тепловых пунктов и систем теплопотребления, а также прогреваемость нагревательных приборов.

. Технический надзор возлагается на комиссию из представителей сетевого района, проектной и строительно-монтажной организаций и теплоснабжающей станции. Тепловые сети с рабочим давлением более 1,6 МПа и температурой теплоносителя свыше 115°С при диаметре тру-бопроводов более 100 мм принимаются в эксплуатацию с участием инспектора Проматомнадзора и подлежат регистрации в этих органах. Технический надзор и приемка материалов и оборудования производятся по сертификатам заводов-изготовителей Монтаж сальниковых компенсаторов проверяется на отсутствие перекосов подвижных стаканов в корпусе и наличие достаточного свободного хода стакана.

При П-образной компенсации температурных удлинений внешним осмотром оценивается качество сварных швов, допустимый радиус изгиба колен. Контроль теплоизоляционных работ проводится путем замеров толщины слоя, равномерности уплотнения материала, прочности бандажного крепления. Теплофизические свойства изоляционного материала проверяются лабораторным анализом проб.. Поверхность тепловой изоляции в пределах теплового пункта подлежит окраске в условные цвета.

. Пуск систем теплосн-я в промышленную эксплуатацию производит пусковая бригада по программе, составленной руководителем приемочной комиссии. Пуск водяных тепл.сетей начинается с наполнения секционного участка водопрной водой, нагнетаемой в обратную магистраль под напором подпиточного насоса (рис. 14.2).

Рис.14.2. Схема размещения пусковых устройств в тепловой сети;1 - сетевой насос; 2 - подпиточный насос; 3 - регулятор подпитки; 4 - перемычка сетевого насоса; 5 - грязевик, 6 - дренажный вентиль; 7 - воздушный вентиль;8 - сетевая перемычка; 9 - секционная задвижка

В период заполнения на обратном трубопроводе перекрываются все спускные краны и задвижки на ответвлениях, открытыми остаются лишь воздушники. При появлении в воздушниках воды без пузырьков воздуха воздушные краны закрывают, затем периодическим открыванием (через 2 - 3 мин) воздушников произв-ся выпуск скоплений воздуха. Пуск паропр-в зависит от размеров сети. Разветвленные паропроводы большой протяженности пускаются вначале на магистр-х участках, затем поочередно пускаются ответвления.

. Задача наладки заключается в том, чтобы обеспечить бесперебойное приготовление теплоты при всех режимах нагрузки и установить максимальное соответствие между выработкой теплоты и ее потреблением. Пусковая наладка необходима для обеспечения расчетного распределения теплоносителя в многочисленных ответвлениях сетей и экономической работы теплопотребляющих установок. При отсутствии абонентских регуляторов наладку производят различными методами. Один из них, называемый программным, предусматривает наладку режимов путем последовательного подключения потребителей к сети. Пусковое регулирование по методу сопротивлений состоит в настройке на каждом абонентском вводе расчетного сопротивления, соответствующего расчетному режиму эксплуатации Метод нормальных расходов применяют для пускового регу-лирования водяных сетей в тех случаях, когда трудно установить гидравлические характеристики участков сети. Перед наладкой тепловых пунктов и местных систем необходимо установить их гидравлические сопротивления при расчетных расходах воды. По результатам наладки составляют режимные карты, в которых указывают максимальные значения тепловой нагрузки, параметров теплоносителя, рекомендуемые перепады давлений и температур, коэффициенты смешения и номера элеваторов. Режимные карты являются руководящим документом для эксплуатационников.

48. Испытания тепловых сетей бывают пусковые и эксплуатационные. Пусковые и эксплуатационные испытания разделяются на опрессовку, гидравлические и тепловые испытания и испытания на максимальную температуру теплоносителя. Опрессовка предназначена для определения плотности и механической прочности трубопроводов, арматуры и оборудования. . Целью опрессовки является проверка прочности сварки под пробным избыточным давлением 1,6 МПа в течение времени, необходимого для осмотра и простукивания стыков. Обстукивание ведется молотками массой 1,5 кг на ручке длиной 500 мм, удары наносятся по обеим сторонам шва на расстоянии от стыка примерно 150 мм. Гидравлические испытания предназначены для определения фактических гидравлических характеристик новой сети и оборудования пунктов или изменения этих характеристик в процессе эксплуатации. Тепловые испытания проводят с целью определения фактических потерь теплоты в сетях и сопоставления их с расчетными и нормативными значениями. Необходимость тепловых испытаний диктуется естественным разрушением тепловой изоляции, замены ее на отдельных участках, а также изменениями конструкций. Испытания на максимальную температуру теплоносителя проводят с целью контроля надежности конструкции, работы компенсаторов, смещения опор, для определения действительных напряжений и деформаций наиболее нагруженных элементов сети. Испытания проводят раз в два года в конце отопительного сезона при отключенных потребителях с циркуляцией теплоносителя через концевые перемычки.

. Борьба с коррозией является одной из важнейших задач службы эксплуатации. Коррозия сокращает срок службы тепловых сетей до 10-15 лет, что составляет около 30% от нормативной продолжительности эксплуатации. Известны примеры, когда коррозия выводила из строя новые сети через 5 - 6 лет. Согласно теории максимальная скорость коррозии происходит при температурах 70-85°С. В действующем теплопроводе возникает внутренняя и наружная коррозия.

Внутреннюю коррозию вызывает кислород, содержащийся в се-тевой воде или конденсате. Внутренний коррозионный процесс протекает по-разному, в связи с чем различают язвенную и рассредоточенную коррозию. Язвенная коррозия наблюдается преимущественно в низших застойных участках трубопроводов, оборудования, приборов, где скапливается конденсат, слой шлама и коррозионные отложения. рассредоточенная коррозия, захватывающая трубопроводы на большой длине. Скорость рассредоточенной коррозии меньше язвенной, но опасность ее не менее велика, так как постепенно приводит в негодность большие участки теплопроводов. Контроль за состоянием внутренних поверхностей трубопроводов осуществляется с помощью индикаторов, установленных на характер-ных участках подающих и обратных линий. Коррозионный индикатор представляет собой шлифованный с обеих сторон диск диаметром 60 мм и толщиной 2 - 3 мм с центральным отверстием 10 мм. Наружная коррозия металла является следствием химических или электрохимических реакций, возникающих под воздействием окру-жающей среды. При химической коррозии металлы непосредственно вступают в химическое соединение с активными газами и жидкостями, насыщающими среду.

. Наиболее стойким является силикатное эмалирование труб. Силикатную стеклоэмаль изготовляют из смеси порошков кварцевого песка, полевого шпата, глины и буры. Стеклоэмаль хорошо противостоит коррозии при температуре теплоносителя до 200°С. Битумные покрытия в немногом уступают стеклоэмалям. Изготовляют их из более доступных материалов. Наносить их можно непосредственно на трассе. Покрытия составляют из битума и асбестовых отходов (борулин), при добавке дробленой резиновой крошки получаются изол и бризол. Покрытия выпускают в виде рулонных материалов или мастик. Листовой борулин приклеивают на поверхности трубы по битумной грунтовке; термостойкость составляет 150°С.

Такую же термостойкость имеют борулиновые мастики.

Высокой антикоррозионной способностью обладает краска ЭФАЖС на эпоксидной смоле и другие покрытия (цинком, алюминием путем анодирования). Коррозия под воздействием блуждающих токов протекает быстро, но захватывает небольшие участки труб, расположенных вблизи зоны рассеивания электричества. Средства защиты сетей от блуждающих токов делятся на пассивные и активные. К пассивной защите относятся мероприятия, увеличивающие переходное сопротивление между грунтом и трубопроводом. К активным способам защиты относятся дренажные, катодные и протекторные устройства. Дренажная защита предназначена для отвода электричества от трубопроводов к источнику тока.

1. Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. Изучение всего комплекса теоретических, технических и экономических вопросов, св

Больше работ по теме: