Теплоснабжение промышленного предприятия

 

Введение

Теплопотребление промышленных предприятий составляет большую часть общего теплового потребления. С каждым годом растет доля централизованного теплоснабжения промышленных предприятий от теплоэлектроцентралей, что позволяет ликвидировать большое количество промышленных котельных и тем самым снизить загрязнение атмосферы выбросами продуктов сгорания.

Промышленные предприятия получают пар для технологических нужд и горячую воду как для технологии, так и для отопления и вентиляции. Большое значение имеют тепловые сети, паровые и водяные, по которым транспортируются пар и горячая вода к потребителям. Чрезвычайно важна также система возврата конденсата технологического пара на ТЭЦ. Производство тепла для промышленных предприятий требует больших затрат топлива, сжигаемого в топках парогенераторов теплоэлектроцентралей и котельных.

Для ТЭЦ и. котельных, сетевых районов повышение качества труда означает достижение бездефектности работы. Для этого надо выполнять целую систему мероприятий, к которым относится повышение квалификации, тренировка персонала, система профилактических ремонтов.

Эффективность производства обеспечивается высокими его технико-экономическими показателями, среди которых важнейшие - удельные расходы топлива на отпущенные теплоту и электроэнергию.

Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические теплоиспользующие установки и т.д.).

При проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо учитывать следующее: а) вид теплоносителя (вода или пар); б) параметры теплоносителя (температура и давление); в) максимальный часовой расход теплоты; г) изменение потребления теплоты в течение суток (суточный график); д) годовой расход теплоты; е) изменение потребления теплоты в течение года (годовой график); ж) характер использования теплоносителя у потребителей (непосредственный забор его из тепловой сети или только отбор теплоты).

Потребители теплоты предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надежным, экономичным и качественно удовлетворять всех тепловых потребителей.

Потребителей теплоты можно разделить на две группы: а) сезонные потребители; б) круглогодовые потребители.

Сезонные потребители используют теплоту не круглый год, а только в течение какой-то его части (сезона), при этом расход теплоты и его изменение по времени зависят главным образом от климатических условий (температуры наружного воздуха, солнечного излучения, скорости и направления ветра, влажности воздуха). Основное значение имеет температура наружного воздуха; влиянием же других климатических факторов па расход теплоты часто пренебрегают.

Сезонными потребителями теплоты являются: а) отопление; б) вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах); в) кондиционирование воздуха (получение воздуха определенного качества, чистоты, температуры и влажности).

Круглогодовые потребители используют теплоту в течение всего года. К этой группе относятся: а) технологические потребители теплоты; б) горячее водоснабжение коммунально-бытовых потребителей.

Если у сезонных потребителей расход теплоты практически зависит от одного фактора - температуры наружного воздуха, то у круглогодовых потребителей - от многих различных факторов. Так, технологическое потребление теплоты зависит от технологии производства, вида выпускаемой продукции, типа оборудования, режима работы предприятия и т.д. Климатические условия очень мало влияют на расход теплоты у круглогодовых потребителей.

Круглогодовые потребители обеспечивают наиболее экономичную работу ТЭЦ в течение всего года, в то время как сезонная нагрузка ввиду неравномерности ее годового графика и особенно ввиду наличия летнего провала приводит к снижению экономичности ТЭЦ.

Намечаемое в нашей стране дальнейшее развитие горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха и холодильного хозяйства не только еще более улучшит бытовые условия населения, но и положительно отразится на экономичности систем теплоснабжения.

1. График центрального качественного регулирования

Одним из основных способов регулирования отпуска теплоты источником централизованного теплоснабжения является выработка тепла с оптимальными, экономически наиболее выгодными параметрами (качественное регулирование отпуска теплоты). Для определения таких оптимальных параметров теплоносителя строится график температур.

Построение графика основано на определении зависимости температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях от температуры наружного воздуха.

Расчет температур теплоносителя в подающей и обратной магистрали тепловой сети при различных температурах наружного воздуха ведется по формулам:

(1)

(2)

где tв.р - расчетная температура воздуха внутри помещения, оС, принимаем по приложению 3 [1]

tв.р=+16;

?t - температурный напор нагревательного прибора, оС

(3)

где ?э - расчетная температура воды, поступающей в отопительные приборы (после смешения в элеваторе), оС, равная

(4)

где а - коэффициент смешения, равный отношению количества обратной воды, подмешиваемой элеватором к количеству воды, поступающей из теплосети (принимается а=1…2,5)

?? - расчетный перепад температур воды в теплой сети при наружной отопительной температуре, оС:

??=?п??о=140?70=70

? - расчетный перепад температур в местной системе отопления, оС

?=?э-?о=93,33-70=23,33

tн.о - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, оС, определяем по таблице 1.3 [2] для г. Казань, tн.о= ?29.

t?н - принимаемые произвольные значения температур наружного воздуха в диапазоне температур от tн.о до tв.р, оС

При t?н=tн.о= ?-29оС

Дальнейший расчет ведем аналогично, задаваясь температурами наружного воздуха t?н = -12, -10, -8, … , +8 оC. Расчет сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Построение графика ЦКР

t?н, оС-29-25-21-18-14-8-6-4-202468?п, оС140,0130,1120,1112,6102,486,881,676,370,965,560,054,448,742,9?о, оС70,066,362,659,755,749,547,345,142,940,638,235,733,130,4

На основании полученных данных строим график центрального качественного регулирования.

2. Определение расчетных расходов тепла

Для определения расчетных расходов тепа составим таблицу характеристик зданий, входящих в состав промышленного предприятия, для которого ведется проектирование системы теплоснабжения.

Таблица 2 - Характеристика зданий

ОбозначениеНазначение зданияV, м3tв.р., оСУдельная характеристика, Вт/(м3?К)Количество, штВнутренние тепловыделения, кВтРасход пара, т/чотопительная, qо вентиляционная, qвумывальниковдушейААдминистративное 18750+180,2980,1136---БСтоловая8000+160,450,810-903ЗМеханический цех37500+160,4480,1567-2ЗМеханический цех37500+160,4480,1567-2ИРемонтный цех50000+180,380,1149--

Определяем расчетную отопительную нагрузку Qо, Вт

Qо=qo?V?(tв.р?tн.о),(5)

где qо - удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м3?К);

V - строительный объем здания по наружному обмеру, м3.

tв.р - расчетная температура воздуха, внутри помещения, оС;

tн.о - температура наружного воздуха для проектирования отопления, оС

QАо.max=0,298?18750?(18+29)=262612,5

QБо.max=0,45?8000?(16+29)=162000

Q3о.max =0,448?37500?(16+29)=756000

QЗо.max =0,448?37500?(16+29)=756000

QИо.max =0,38?50000?(18+29)=893000

Основная задача отопления заключается в поддержании температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком. Таким образом, при определении расчетного расхода теплоты на отопление промышленных зданий необходимо учитывать величину внутренних тепловыделений от технологического оборудования цехов, которые бывают довольно устойчивы и нередко представляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, а также потери инфильтрацией, достигающие 25-30% теплопотерь через наружные ограждения. Следовательно,

Q?о.max=??Qo.max - Qвн,(6)

где ? - коэффициент инфильтрации; для общественных зданий принимают ?=1, для промышленных зданий ?=1,25…1,3;

Qвн ? внутренние тепловыделения, Вт;

Q?Ао.max=1?262612,5=262612,5

Q?бо.max=1?162000-90000=72000

Q?Зо.max =1,3?756000=982800

Q?зо.max =1,3?756000=982800

Q?ио.max =1,3?893000=1160900

Расчетная вентиляционная нагрузка Qв, Вт

Qв.max=qв?V?(tв.р?tн.в),(7)

где qв - удельная расход теплоты на вентиляцию, Вт/(м3?К);

tн.в ? расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, оС; для г.Казань по таблице 1.3 [2] tн.в.= -18оС

Для снижения расчетного расхода теплоты на вентиляцию минимальная наружная температура, по которой рассчитываются вентиляционные установки, tн.в принимается, как правило выше расчетной температуры для отопления tн.о. По действующим нормам расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляющая 15% продолжительности всего отопительного периода. Исключением являются только промышленные цехи с большим выделением вредностей, для которых tн.в. принимается равной tн.о (к таким цехам относятся чугунолитейный, сталелитейный, термический, кузнечный, меднолитейный, цех металлических покрытий)

QАв.max=0,113?18750?(18+18)=76275

Qбв.max=0,8?8000?(16+18)=217600

QЗв.max =0,15?37500?(16+18)=191250

Qзв.max =0,15?37500?(16+18)=191250

Qив.max =0,1?50000?(18+18)=180000

Расчетная нагрузка на горячее водоснабжение, Вт

,(8)

где 1,2 - коэффициент, учитывающий остывание горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения;

m - количество душей, шт;

а - норма расхода горячей воды в душе, а=60 л/чел;

tсм1 - температура смеси горячей и холодной воды в душе tсм1=37оС;

tх.в - температура холодной водопроводной воды tх.в=5оС;

n - количество умывальников, шт;

b - норма расхода горячей воды на умывальник, b=5 л/ч;

tсм2- температура смеси горячей и холодной воды в умывальнике tсм2=35оС;

ср - теплоемкость воды ср=4,19 кДж/(кг?К);

Все расчеты тепловых нагрузок сводим в таблицу 3

Таблица 3 - Расчетные тепловые нагрузки предприятия

Обозначение Назначение зданийQ?о.max, ВтQв.max, ВтQгв, Вт?Q, ВтDп, т/чААдминистративное 262612,5762751257340144,5-БСтоловая72000217600628,5290228,53ЗМеханический цех98280019125017556,11191606,12ЗМеханический цех98280019125017556,11191606,12ИРемонтный цех116090018000027067,41367967,4-Итого:3461112,585637564065,14381552,67

3. Построение графиков расхода теплоты

График расходов тепла по отдельным видам теплопотребления и суммарный график расхода теплоты строятся по трем точкам, соответствующим трем среднесуточным температурам наружного воздуха: tн, tн.в и tн.о.

При этом необходимо учесть, что в зданиях, имеющих внутренние тепловыделения, начало отопительного сезона происходит при более низкой температуре tн, оС

(9)

Для определения недостающих тепловых нагрузок отопления и вентиляции используют следующие формулы пересчета тепловых нагрузок:

(10)

(11)

Расчет проводим отдельно для каждого здания для температур наружного воздуха +8оС, +5,2оС, +4,65оC, 0оС, -2оС, -14оС с последующим суммированием по типам нагрузки.

Результаты расчета сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчет нагрузок для построения графика теплопотребления

Обозначение Назначение зданийРасход теплоты, Вт+8 оС+4 оС0оС-5,9оС-9оС-18 оС-29 оСААдминистративное Qо5587578225100575133541,3156450201150262612,5Qв21187,5029662,5038137,5050638,1361443,7576275,076275,00Qгв1257БСтоловаяQо----16001440032000Qв51200,0076800,00102400,0140160,0172800,0217600,0217600,0Qгв628,5ЗМеханический цехQо174720262080349440478296567840742560982800Qв45000,0067500,0090000,00123187,5151875,0191250,0191250,0Qгв17556,1ЗМеханический цех Qо174720262080349440478296567840742560982800Qв45000,0067500,0090000,00123187,5151875,0191250,0191250,0Qгв17556,1ИРемонтный цехQо247000,0345800,0444600,0590330,0691600,0889200,01160900,0Qв50000,0070000,0090000,00119500,0145000,0180000,0180000,0Qгв27067,4Итого по всем зданиям Qо65231594818512440551680463,25198533025898703421112,5Qв212387,5311462,5410537,5556673,125682993,8856375856375Qгв64065,1

Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение - круглогодовая, в течение отопительного периода условно принимается постоянной, не зависящей от температуры наружного воздуха. Поэтому график расхода теплоты на горячее водоснабжение представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс.

В летний период (диапазон продолжительности стояния tн от nо до n=8400ч) тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию отсутствуют, нагрузка на горячее водоснабжение составит 80% от зимней нагрузки на ГВС

Вт

Правая часть графика представляет собой зависимость суммарной тепловой нагрузки, соответствующей определенным среднесуточным температурам наружного воздуха (из левой части графика), от продолжительности стояния этих температур (числа часов за отопительный период со среднесуточными температурами наружного воздуха равными и ниже данных).

Для построения правой части графика определяем длительность стояния температур для г. Казань [3, Приложение 3]

Таблица 5 - Продолжительность стояния температур наружного воздуха

tн, оС-35-30-25-20-15-10-50+8Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, равной и ниже данной 1201173287901520248038005230

На основании полученных данных строим годовой график расхода тепла по продолжительности тепловых нагрузок.

4. Определение расчетных расходов сетевой воды

теплота сетевой вода отопительный

Расчетные расходы сетевой воды определяем отдельно для каждого вида нагрузки

Расчетный расход сетевой воды на отопление Gо, кг/с

(12)

где ?п, ?о - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при температуре tн.о;

с - теплоемкость воды, кДж/(кг?К)

Расчетный расход сетевой воды на вентиляцию Gв, кг/с

(13)

где ??п, ??о - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при температуре tн.в (кроме зданий В, Г, Д, Е, Н, П для которых расчетные расходы сетевой воды рассчитываются при температуре tн.о), определяем из графика ЦКР отпуска теплоты

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжения Gгв, кг/с

(14)

где ??п, ??о - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при температуре tн.и; определяем из графика ЦКР отпуска теплоты

Расчетные расходы сетевой воды для каждого здания сводим в таблицу 6.

Таблица 6 - Расчетные расходы сетевой воды

Обозначение Назначение зданийGо, кг/сGв, кг/сGгв, кг/с?G, кг/сААдминистративное 0,8950,3440,0111,25БСтоловая0,2450,9820,0051,232ЗМеханический цех3,350,8630,154,363ЗМеханический цех3,350,8630,154,363ИРемонтный цех3,960,8120,2355,007Итого:11,83,8640,55116,215

Для построения графиков расхода сетевой воды, кроме расчетных, т.е. максимальных, по тем же формулам определяются другие характерные значения расходов сетевой воды.

Расчет представим в таблице 7

Таблица 7 - Расход сетевой воды в зависимости от t наружного воздуха

Обозначение Назначение зданийРасход сетевой воды, кг/с+8 оС+4 оС0оС-5,9оС-10оС-18 оС-29 оСА Административное Gо0,4850,6790,8730,9350,9240,9080,895Gв0,1840,2570,3310,3540,3630,3440,260Gгв0,0110,0090,0070,0060,004?G0,6800,9471,2151,2981,2951,2571,160Р Столовая Gо0,0090,0650,109Gв0,4440,6670,8890,9811,0210,9820,742Gгв0,0050,0040,0040,0030,002?G0,4500,6720,8940,9851,0341,0500,853З Механический цех Gо1,5162,2753,0333,3483,3553,3503,351Gв0,3910,5860,7810,8620,8970,8630,652Gгв0,1520,1230,1040,0790,060?G2,0593,0133,9664,3334,3554,2924,063З Механический цех Gо1,5162,2753,0333,3483,3553,3503,351Gв0,3910,5860,7810,8620,8970,8630,652Gгв0,1520,1230,1040,0790,060?G2,0593,0133,9664,3334,3554,2924,063ИРемонтный цехGо2,1443,0013,8594,1324,0864,0123,958Gв0,4340,6080,7810,8360,8570,8120,614Gгв0,2350,1890,1600,1220,092?G2,8123,8444,8755,1575,1024,9464,664Итого по всем зданиям Gо5,668,2310,8011,7611,7311,6811,66Gв1,842,703,563,904,033,862,92Gгв0,5560,4480,3780,2890,218?G8,0611,4914,9216,1116,1415,8414,80

На основании полученных строим графики расходов сетевой воды для каждого вида нагрузки по всем зданиям, а также суммарный график расходов сетевой воды по всем видам нагрузки

5. Гидравлический расчет тепловой сети

Основная задача гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. Гидравлический расчет закрытой системы теплоснабжения выполняется для подающего трубопровода, принимая диаметр обратного трубопровода и падение давления в нем таким же, как и в подающем.

Перед выполнением гидравлического расчета разрабатывают расчетную схему тепловых сетей. На ней проставляют номера участков (сначала по главной магистрали, а потом по ответвлениям), расходы теплоносителя, кг/с, длины участков, м. Главной магистралью является наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя.

Расчет состоит из двух этапов: предварительного и поверочного

.1 Предварительный расчет

Определяем коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях ?

(15)

где G - расход теплоносителя на участке, кг/с.

Предварительно определяем ориентировочные потери давления Rл, Па/м

(16)

где ?рн - величина удельных потерь на трение, Па/м, принимаем согласно рекомендаций [1, с.14]:

на участках главной магистрали 20-40, но не более 80 Па/м;

на ответвлениях - по располагаемому перепаду давлений, но не более 300 Па/м

Диаметр трубопровода определяем по формуле

(17)

где - коэффициент, определяемый по приложению 7 [1, с.36]; для труб с эквивалентной шероховатостью kэ=0,0005 ;

G - расход теплоносителя на участке, кг/с

Данные, полученные в результате расчета, сводим в таблицу 8

Таблица 8 - Предварительный гидравлический расчет

№ уч-каG, кг/с?, м?Rл, Па/мd, мdстандартныйСкорость ?, м/сdн×?ст, ммdу, м116,215400,07727,680,179194х50,1840,61210,62650,06229,470,151159×4,50,1500,6031,25400,02131,820,06676×30,070,3241,232200,021268,540,04457×3,50,0510,6054,363150,040270,750,07189×3,50,0820,8364,363150,040269,990,071108×40,10,5675,007100,043286,130,074108х40,10,64

Считая, что плотность воды 1000 кг/м3, проверим скорость воды в трубопроводе, которая не должна превышать 3,5 м/с

(18)

5.2 Поверочный расчет

После установления диаметров теплопроводов производится разработка монтажной схемы, которая заключается в расстановке на трассе тепловых сетей неподвижных опор, компенсаторов и запорно-регулирующей арматуры. На участках между узловыми камерами, т. е. камерами в узлах ответвлений, размещают неподвижные опоры, расстояние между которыми зависит от диаметра теплопровода, типа компенсатора и способа прокладки тепловых сетей [1, Приложение 6]. В каждой узловой камере устанавливают неподвижную опору. На участке между двумя неподвижными опорами предусматривают компенсатор. Повороты трассы теплосети под углом 90-130° используют для самокомпенсации температурных удлинений, а в местах поворотов под углом более 130° устанавливаются неподвижные опоры. Неподвижные опоры располагают на теплопроводах большего диаметра, запорную арматуру устанавливают на всех ответвлениях и на магистральных участках через одно-два ответвления. В камерах на ответвлениях к отдельным зданиям при диаметре ответвлений до 50 мм и длине до 30 м запорную арматуру допускается не устанавливать. При этом должна предусматриваться арматура, обеспечивающая отключение группы зданий с суммарной тепловой нагрузкой до 0,6 МВт.

Определяем действительное линейное удельное падение давления R?л, Па/м:

(19)

где AbR - коэффициент, определяемый по приложению 7 [1, с.36]

AbR =13,62?10-6

Определяем эквивалентную длину местных сопротивлений, м

(20)

где А? - коэффициент, определяемый по приложению 7 [1, с.36]

А? =60,7

?? - сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на участке [1, Прил.8].

Местные сопротивления для каждого участка определяем по монтажной схеме:

участок 1:

тройник-проход, задвижка, П-обр. компенсатор с гладкими отводами

??=1+1,7+0,5=3,2

участок 2:

тройник-проход, задвижка, П-обр. компенсатор с гладкими отводами

??=1+1,7+0,5=3,2

участок 3:

тройник-проход, задвижка (2 шт), отвод сварной двухшовный 90о,

П-обр. компенсатор с гладкими отводами

??=1+2?0,5+0,6+1,7=4,3

участок 4:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=1,5+2?0,5=2,5

участок 5:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=1,5+2?0,5=2,5

участок 6:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=1,5+2?0,5=2,5

участок 7:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=1,5+2?0,5=2,5

Затем определяем потери давления на участке, Па

(21)

После определения потерь давления на каждом участке теплосети рассчитываем напоры в подающем Нпi и обратном Ноi трубопроводах, а также располагаемый напор Нрi в конце каждого участка.

В конце первого участка для подающей магистрали Нп1, Па, определяется по формуле:

Нп1=Нн-?р1(22)

гдеНн - давление в подающей магистрали в точке подключения

Для последующих участков за начальное давление принимается конечное давление того участка, из которого выходит рассчитываемый.

Давление в начале первого участка для обратной магистрали Но1, м.вод.ст., определяется по формуле:

Но1=Нк+?р1(23)

гдеНк - давление в обратной магистрали в точке подключения

Для последующих участков за конечное давление принимается начальное давление того участка, из которого выходит рассчитываемый.

Располагаемый напор на участке Нр, Па

Нрi=Нпi+Ноi (24)

Расчет сводим в таблицу 9

Таблица 9 - Поверочный расчет тепловой сети

При увязке ответвлений диаметры трубопровода на каждом участке подбираются так, чтобы потери давления, ?р, на ответвлениях были примерно одинаковыми. Для данной схемы должны выполняться следующие условия

?р3=?р6=?р7 (1216,02=1085,01=1125,36)

?р4=?р5=?р2-7 (3615,77=3483,9=3593,7)

Невязка между наибольшим и наименьшим значением первого равенства составляет:

Невязка между наибольшим и наименьшим значением второго равенства:

Так как разница не превышает 10%, считаем, что требуемые равенства выполняются.

6. Построение пьезометрического графика

После выполнения гидравлического расчета водяных тепловых сетей приступают к построению графика давлений для расчетной магистрали и характерных ответвлений. Напор, отсчитанный от оси прокладки теплопровода, называется пьезометрическим, а график давлений - пьезометрическим графиком.

Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети; с учетом рельефа местности, располагаемого напора и высоты зданий выбрать схемы присоединения потребителей; подобрать авторегуляторы, сопла элеваторов, дроссельные устройства для местных систем теплопотребления; подобрать сетевые и подпиточные насосы.

Пьезометрические графики строятся для гидростатического и гидродинамического режимов системы теплоснабжения. За начало координат принимают низшую отметку горизонталей рельефа местности [1, Прил. 5]. В принятых масштабах изображается рельеф местности вдоль теплотрассы и высоты присоединенных зданий. Строят линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 м, обеспечивая их защиту от "оголения", и в то же время должна быть менее на 10 м (или более) величины максимального рабочего напора для местных систем.

Величина максимального рабочего напора местных систем теплопотребления составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 м; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 м; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 м.

Гидростатический напор в системах теплоснабжения при теплоносителе воде должен определяться для температуры сетевой воды, равной 100 °С.

Затем приступают к построению графиков напоров для гидродинамического режима. По оси ординат вначале откладывают разность между низшей отметкой рельефа местности и отметкой оси теплопровода в камере подключения промпредприятия к магистральным сетям, затем величины начального и конечного напоров теплосети в этой камере (Нп и Но). После этого строятся графики напоров подающей и обратной линий тепловой сети на основании данных табл. 9.

Под пьезометрическим графиком располагают спрямленную однолинейную схему теплотрассы с ответвлениями, указывают номера и длины участков, диаметры трубопроводов, расходы теплоносителя, располагаемые напоры в узловых точках.

Для построения пьезометрического графика начальное, Нп, конечное, Но и располагаемое, Нр давления на участках, переводим в м.вод.ст. по формуле:

(25)

гдеg - ускорение свободного падения, м/с2, g=9,81;

? - плотность воды, кг/м3, принимаемая равной 1000.

Давления в подающем, hн, м.вод.ст., и обратном, hк, м.вод.ст, трубопроводе в точке подключения

Результаты перевода сведем в таблицу 10

Таблица

№ уч-каНп в конце уч-каНо в нач уч-каНрПам.вод.стПам.вод.стПам.вод.ст1588357,1759,98291642,8329,73296714,3430,252585980,0259,73294019,9829,97291960,0529,763584764,0059,61295236,0030,10289528,0129,514584741,4059,61295258,6030,10289482,7929,515584873,2759,62295126,7330,08289746,5529,546584895,0159,62295104,9930,08289790,0229,547584854,6759,62295145,3330,09289709,3329,53

7. Выбор схем присоединений зданий к тепловой сети

Выбор схем присоединения систем отопления к тепловой сети производят исходя из пьезометрического графика.

В данном случае здание А необходимо подключить по независимой схеме, так как его абсолютная отметка выше линии напора в обратном трубопроводе. Остальные здания могут быть подключены к системе по зависимой схеме с элеватором, так как располагаемый напор в системе больше 15 м.вод.ст., однако при учете современных тенденций теплоснабжения наиболее предпочтительным будет подключение их по зависимой схеме с насосным смешением.

8. Гидравлический расчет паропроводов

Задачей гидравлического расчета паропроводов является определение диаметров трубопроводов и потерь давления по участкам, исходя из расхода пара, располагаемого перепада давления (разности давления в начале Рн и конце Рк паропровода) с учетом изменения плотности пара вследствие падения давления и изменения температуры пара за счет потерь теплоты в окружающую среду.

Для гидравлического расчета разрабатывается расчетная и монтажная схема паропроводов по аналогии со схемами тепловой сети.

Расчет состоит из предварительного и поверочного

.1 Предварительный расчет

В предварительном расчете считают, что потери давления по длине паропровода происходят равномерно. Тогда среднее удельное падение давления R, Па/м, находят по формуле

(26)

где Рн, Рк - давление пара в начале и в конце паропровода [1, Прил.4], Па;

??- длина паропровода (от камеры подключения до самого отдаленного потребителя),м;

?ср - средний коэффициент местных потерь давления

Для паропровода, состоящего из участков с различными расходами пара, определяется:

(27)

где ?i, ?i - коэффициент местных потерь давления и длина участка

(28)

где G - расход пара на рассматриваемом участке, т/ч;

z - коэффициент, равный для паровых сетей 0,05..0,1; принимаем z=0,07

Ориентировочное падение давления пара на участке, Па

(29)

Давление пара в конце расчетного участка, Па

(30)

Гидравлический расчет паропроводов производят по средней плотности пара на расчетном участке, кг/м3

(31)

где ?н, ?к - плотность пара в начале и в конце участка, определяемая по соответствующему давлению и температуре пара, кг/м3.

В предварительном расчете падение температуры перегретого пара на каждые 100 м принимают ??=2,0…2,5 оС.

Температура пара в конце расчетного участка, оС

(32)

Средняя температура пара на участке, оС

(33)

Диаметр паропровода, м

(34)

где - коэффициент, определяемый по приложению 7 [1, с.36]; для труб с эквивалентной шероховатостью kэ=0,0002

Данные, полученные в результате расчета, сводим в таблицу 11

Таблица 11 - Первоначальный расчет падения давления по паропроводу

№ уч-каG, кг/с?, м??, м?i?cр?Рi, ПаРн, ПаРк, Па11,94401550,0970,066 1089,0 4355967000062644120,56800,0528711762644153932430,82200,0632177962644160466240,56150,05216335626441610107

Так как нет указаний о температуре перегрева пара, считаем, что вначале пар сухой насыщенный.

Определим диаметры паропроводов, представив расчет в виде таблицы 12

Таблица 12 - Определение диаметров паропровода

№ уч-ка?н, кг/м3?к, кг/м3?ср, кг/м3?н, оC?к, оС?ср, оСd, мdст, ммdу, м13,523,323,42163,19160,75161,970,112159х4,50,1523,322,873,1160,75154,77157,760,07189х3,50,08233,323,173,25160,75159,17159,960,081108х3,50,143,323,223,27160,75159,48160,120,07089х3,50,082

Далее определяем скорость движения пара на каждом участке. Диаметр паропровода должен быть подобран так, чтобы скорость движения насыщенного пара для dу до 200 мм не превышала 35 м/с

м/с

м/с

м/с

м/с

Условия удовлетворяются, следовательно, диаметры паропроводов по участкам подобраны верно.

.2 Поверочный расчет

По аналогии с гидравлическим расчетом тепловой сети, определяется стандартный диаметр паропровода и составляется его монтажная схема.

Местные сопротивления для каждого участка определяем по монтажной схеме:

участок 1:

тройник-проход, задвижка, П-обр. компенсатор с гладкими отводами

??=1+1,7+0,5=3,2

участок 2:

тройник-проход, задвижка (2 шт), П-обр. компенсатор с гладкими отводами, отвод сварной двухшовный 90о

??=1+1,7+0,5?2+0,6=4,3

участок 3:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=1,5+2?0,5=2,5

участок 4:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=1,5+2?0,5=2,5

Находим действительные значения удельных потерь давления R?л, Па/м:

(35)

где AR - коэффициент, определяемый по приложению по прил. 7 [1, с.36]; для труб с эквивалентной шероховатостью kэ=0,0002 AR =10,6?10-3

По формулам (20)-(21) определим эквивалентную длину местных сопротивлений и давление пара в конце расчетного участка.

Величину А? определяем по приложению 7 [1, с.36] для труб с эквивалентной шероховатостью kэ=0,0002 А? =76,4.

Определение действительных потерь давления по каждому участку представим в виде таблицы 13

Таблица 13 - Определение действительных потерь давления

№ уч-ка?, мG, кг/сdу, м?ср, кг/м3?э, м?Рi, ПаРн, ПаРк, Па1401,940,153,4218,13246,8314349670000655651,002800,560,0823,111,45540,5049430,63655651,00606220,383200,820,13,258,53389,9911127,71655651,00644523,294150,560,0823,276,66512,4011098,03655651,00644552,97

Действительная температура пара в конце расчетного участка определяется по формуле

(36)

где qi - удельные потери теплоты изолированным паропроводом, Вт/м, определяются по приложению 9 [1, с.37]

сi - удельная теплоемкость пара, соответствующая среднему давлению пара на участке, кДж/(кг?К);

Gi - расход пара на участке, т/ч

Расчет представим в виде таблицы 14

Таблица 14 - Определение температуры пара в конце участка

№ уч-ка?, мG, кг/сq, кВт/мРср, Пас, кДж/(кг?К)?н, оС?к, оС1401,940,0899662825,52,431162,80160,062800,560,0659630935,72,411160,06146,003200,820,0713650087,12,423160,06157,474150,560,06596501022,423160,06157,43

Пересчета не требуется, так как при выбранных диаметрах соблюдается рекомендуемый скоростной режим. При расчете получено, что на конечных участках возможно выпадение конденсата (?кi ниже температуры насыщения пара, соответствующей давлению Ркi), поэтому по всей трассе необходимо установить конденсатоотводчики.

9. Гидравлический расчет конденсатопровода

Гидравлический расчет конденсатопровода производится аналогично трубопроводам водяных тепловых сетей.

Диаметр конденсатопровода определяют по расходу конденсата и удельному падению давления по длине Rл, которое должно быть не более 100 Па/м.

В первую очередь производят расчет основной расчетной магистрали, затем рассчитывают остальные участки с обязательной увязкой всех ответвлений.

.1 Предварительный расчет конденсатопровода

Расчет ведем по формулам, приведенным в пункте 5.1 на основании расчетной схемы.

- определяем по приложению 7 [1, с.36]; для труб с эквивалентной шероховатостью kэ=0,0002

Данные, полученные в результате расчета, сводим в таблицу 15

Таблица 15 - Предварительный расчет конденсатопровода

№ уч-каG, кг/с?, м?Rл, Па/мd, мdстандартныйСкорость ?, м/сdн×?ст, ммdу, м11,94400,02673,070,06376×3,50,0690,51920,56800,01461,620,04157×3,50,0500,28530,82200,01773,730,04657×3,50,0500,41840,56150,01498,600,03757×3,50,0500,285

9.2 Поверочный расчет конденсатопровода

Расчет ведем по формулам, приведенным в пункте 5.2

Коэффициенты AbR , А? определяем по приложению 7 [1, с.36]

AbR =10,92 ?10-6

А? =76,4

По монтажной схеме определяем местные сопротивления для каждого участка:

участок 1:

тройник-проход, задвижка, П-обр. компенсатор с гладкими отводами

??=1,5+1,7+0,5=3,7

участок 2:

тройник-проход, задвижка (2 шт.), П-обр. компенсатор с гладкими отводами, отвод сварной двухшовный 90о

??=1,5+1,7+0,5?2+0,6=4,8

участок 3:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=2+2?0,5=3,0

участок 3:

тройник-ответвление, задвижка (2 шт)

??=2+2?0,5=3,0

Результаты расчета сводим в таблицу 16

Таблица 16 - Поверочный расчет конденсатопровода

№ уч-каG, кг/с?, мdу, м Rл, Па/м???э, м?р, Па11,94400,06951,273,7010,00512,5420,56800,05023,174,808,67200,9330,82200,05049,693,005,42269,2740,56150,05023,173,005,42125,58

10. Построение продольного профиля тепловой сети

По трассе тепловых сетей строится продольный профиль. На продольном профиле показывают: отметки поверхности земли (проектные - сплошной линией, существующие - штриховой); пересекаемые инженерные сети и сооружения; отметки низа трубы тепловой сети, дна и потолка канала; глубину заложения теплопровода; уклон и длину участков тепловой сети; диаметр теплопровода и тип канала; кроме того, дается развернутый план трассы с указанием углов поворота, ответвлений, неподвижных опор, компенсаторов и тепловых камер. При надземном способе прокладки даются отметки верха несущей конструкции и низа теплопровода.

Уклон теплопровода независимо от способа прокладки должен составлять не менее 0,002. Количество сопряжений участков с обратными уклонами должно быть по возможности наименьшим.

В самых низших точках теплопровода предусматривают дренажные выпуски, а в высших - воздушники, которые размещаются в камерах.

Согласно ТКП 45-4.02-182-2009 (02250) Тепловые сети [4] заглубление тепловых сетей от поверхности земли до верха перекрытия каналов должно быть не менее 0,5 м, до верха перекрытия камер - не менее 0,3 м, до верха оболочки теплопровода при бесканальной прокладке - не менее 0,7 м. Высота надземной прокладки теплопроводов от поверхности земли до низа изоляционной конструкции должна быть не менее 0,5 м, в отдельных случаях допускается уменьшение этого расстояния до 0,35 м.

11. Тепловой расчёт

Задачей теплового расчета в курсовой работе является определение толщины теплоизоляционного слоя по формуле:

(37)

где d - наружный диаметр трубопровода, м;

?и - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя, Вт/(м?оС);

Rи - термическое сопротивление слоя изоляции, (м?оС)/Вт;

Согласно исходных данных для тепловой сети:

тепловая изоляция - битумоперлит (?и =0,12 Вт/(м?оС))

прокладка теплосети - бесканальная

Термическое сопротивление слоя изоляции:

(38)

где Rсум- суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового потока, (м?оС)/Вт

(39)

где tw - средняя за период эксплуатации температура теплоносителя, оС

для подающей линии - 90

для обратной линии - 70

tе - среднегодовая температура окружающей среды, оС; при бесканальной прокладке - среднегодовая температура грунта; для г. Казань tгр=+1оС [1, стр. 23];

qе - нормативная линейная плотность теплового потока, Вт/м

Вторая составляющая зависит от способа прокладки тепловой сети.

При подземной канальной прокладке:

(40)

Rп.с - термическое сопротивление поверхности изоляционного слоя, м?°С/Вт, определяемое по формуле:

(41)

?е - коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух, Вт/(м2?°С), который принимается при прокладке в каналах ?е = 8 Вт/(м2?°С).

Термическое сопротивление поверхности канала (Rп.к), м?°С/Вт, определяется:

(42)

dв.э. - внутренний эквивалентный диаметр канала, м

Термическое сопротивление стенки канала (Rк), м?°С/Вт, определяется:

(43)

?ст - теплопроводность стенки канала, для железобетона ?ст = 2,04 Вт/(м2?°С);

dн.э. - наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала,м.

Расчет ведется для каждого трубопровода в отдельности

Сопротивление грунта:

(44)

где гр - коэффициент теплопроводности грунта, принимаем согласно [1, с25]

= 2,5 Вт/(м?оС)

h - глубина заложения оси теплопровода, h=1м

dнэ - наружный эквивалентный диаметр, принимаем условно равным диаметру теплопровода совместно с предельной толщиной изоляции для данных условий.

Добавочное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние труб при бесканальной прокладке:

Для подающего трубопровода:

(45)

Для обратного трубопровода:

(46)

где b - расстояние между осями трубопроводов, м; принимаемое в зависимости от их диаметров условного прохода по табл.11.1 [1, с26]

Вначале рассчитаем суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового потока. Расчет представим в виде таблицы 17

Таблица 17 Суммарное термическое сопротивление слоя изоляции

№ уч.dн×?ст, ммdнэ, мRcyм lRcyм 21159х4,50,9346182,2615,7782133×40,8135162,9716,5003108×40,7229133,5868,000457×3,50,5824124,3338,667545×2,50,7231143,3557,429676×3,00,8132153,2506,933776х3,00,8132153,2506,933

Рассчитаем значение второй составляющей и общее сопротивление тепловой изоляции, расчет представим в виде таблицы 18.

Таблица 18. Расчет общего сопротивления тепловой изоляции

№ уч.bRrpRo1Ro212Rи1Rи210,50,160,2740,0421,500,660,7585,12220,50,170,2430,0511,240,621,7335,88130,40,190,2900,0581,150,552,4387,44840,350,230,2140,0540,980,523,3528,14750,350,090,2760,0561,150,562,2076,87160,350,210,2550,0561,200,602,0516,33070,350,210,2550,0561,200,602,0516,330

Теперь расcчитаем толщину тепловой изоляции и подберём стандартные значения. Расчет представим в виде таблицы 19

Таблица 19. Расчет толщины тепловой изоляции.

№ уч.dн, м?и1?и2?и1ст?и2ст10,1840,1040,4040,1000,4020,150,2310,4440,240,4530,070,1720,3700,170,3740,0510,2050,3460,210,3550,0820,1750,3520,180,3660,10,1930,3510,200,3670,10,1930,3510,200,36

Так как в задании на курсовую работу нет указаний относительно прокладки сетей пара и конденсата, то принимаем для расчета наиболее распространенный для предприятий способ прокладки технологических паропроводов - надземная прокладка.

Расчет толщины слоя изоляции в едем по формуле (37)

tw - средняя за период эксплуатации температура теплоносителя

tw=158оС

te - среднегодовая температура окружающей среды, С, для воздушной прокладки сетей принимаем среднюю за период эксплуатации температуру окружающей среды: tе=4,1 оС [2, табл.1,3]

При воздушной прокладке трассы получаем:

(44)

где ?о - коэффициент теплопередачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух, принимаем равным ?о=26 Вт/(м?оС)

d - наружный диаметр трубопровода, м

Для изоляции принимаем минеральную вату с теплопроводностью 0,08 Вт/(м?оС). Определение толщины тепловой изоляции для паропровода представим в виде таблицы 20.

Таблица 20. Определение толщины тепловой изоляции для паропровода

№ уч.d, мqпeRсумпRип?и?и ст10,15801,9240,0981,8260,1210,12520,082582,6530,0712,5820,1190,12030,1622,4820,0792,4040,1270,13040,082582,6530,0712,5820,1190,120

Определение толщины тепловой изоляции для конденсатопровода представим в виде таблицы 21

Таблица 21. Определение толщины тепловой изоляции для конденсатопровода

№ уч.d, мqпeRсумпRип?и?и ст10,069762,0250,0661,9590,0620,07020,05692,2300,0592,1720,0530,06030,05692,2300,0592,1720,0530,06040,05692,2300,0592,1720,0530,060

Литература

1. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий: метод. указания к курсовой работе и практ. занятиям по одноим. дисциплине для студентов специальностей 1-43 01 05 "Промышленная теплоэнергетика" и 1-43 01 07 "Техническая эксплуатация энергооборудования организаций" днев. и заоч. форм обучения/ И.Р. Погарцев, Т.С. Юфанова, Е.М. Звездкина.- Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2008.-39с.

. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей / под ред. А.А. Николаева.- Москва: Стройиздат, 1965. - 360 с.

. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учеб. для вузов/ Е.Я. Соколов. - 7-е изд. - Москва: Изд-во МЭИ, 2001. - 472 с.

. В.И Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б Хиж, А.И. Манюк, В.К. Ильин Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей/ Справочник. 3-е изд.- Стройиздат, Москва, 1988

5. ТКП 45.4.02-182-2009 (02250) Тепловые сети/ Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь Минск 2010

Введение Теплопотребление промышленных предприятий составляет большую часть общего теплового потребления. С каждым годом растет доля централизованного те

Больше работ по теме: