Централизованное теплоснабжение района города Хабаровск

Теплоснабжение.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования
«Централизованное теплоснабжение»
Расчет тепловых нагрузок. Построение графиков часовых расходов теплоты и годового расхода теплоты по продолжительности5
Разработка принципиальной схемы системы теплоснабжения. Выбор системы центрального регулирования отпуска теплоты9
Построение графика регулирования отпуска теплоты ЦКР по совмещенной нагрузке12
Построение часовых графиков расхода сетевой воды19
Определение расчетных расходов сетевой воды22
Гидравлический расчет трубопроводов тепловой сети25
Построение пьезометрического графика тепловой сети30
Подбор сетевых и подпиточных насосов32
Подземный профиль тепловой сети35
Тепловой расчет подогревателей ГВС ЦТП36
Подбор компенсаторов45
Подбор подвижных опор47
Определение толщины тепловой изоляции на головном участке тепловой сети48
Централизованное теплоснабжение городов и промышленных объектов от тепловых сетей является одной из важнейших жизнеобеспечивающих систем которая влияет на самочувствие работоспособность и здоровье людей.
Стабильная и экономичная работа системы теплоснабжения во многом определяется грамотностью принятых проектных решений точностью расчетов надежностью заложенных в проекте паро- и водяных подогревателей насосных станций арматуры и другого оборудования. При расчете этого оборудования следует иметь в виду что оно рассчитано на строго определенные режимы работы и соответственно должно эксплуатироваться в оптимальных по производительности давлению и мощности условиях.
В процессе работы необходимо рассчитать тепловые нагрузки района города по видам теплопотребления (отопление вентиляция горячее водоснабжение). Рационально (обеспечивая минимальные затраты металла) провести трубопроводы тепловой сети от источника теплоснабжения к центральным тепловым пунктам (ЦТП) расположенным в городе. Также в работе необходимо рассчитать диаметры трубопроводов тепловой сети и толщину их тепловой изоляции выполнить подбор компенсаторов.
Населенный пункт: г. Хабаровск.
Вариант генерального плана: Б.
Этажность застройки: 4 этажей.
Номер источника теплоснабжения И2.
Температура теплоносителя: 13070.
Климатические показатели приведены в таблице 1.
Температура нар.возд.
Интервалы температур нар.воздуха
Расчет тепловых нагрузок. Построение графиков часовых расходов теплоты и годового расхода теплоты по продолжительности
Определение тепловых нагрузок района города по видам теплопотребления производится исходя из величины жилой площади и числа жителей полагая что все общественные здания равномерно распределены по району. Суммарная площадь застраиваемого района определяется по масштабу генплана в гектарах. Жилая площадь кварталов определяется в зависимости от плотности жилого фонда:
где общая жилая площадь квартала м2; площадь квартала по генплану га; плотность жилого фонда м2га.
Число жителей в жилом микрорайоне определяется из условия что норма жилой площади на одного человека составляет 18 м2чел. Результаты расчета заносятся в табл. 2 по данным которой определяется нагрузка отопления вентиляции и горячего водоснабжения для каждого квартала и района в целом [3].
Площадь и число жителей района
Плотность жилого фонда
Число жителей в квартале
Расчетные тепловые нагрузки для жилых районов городов Вт определяются по соответствующим формулам:
на отопление жилых и общественных зданий
на вентиляцию общественных зданий
средняя на горячее водоснабжение в отопительный период
максимальная на горячее водоснабжение в отопительный период
средняя на горячее водоснабжение в неотопительный период
максимальная на горячее водоснабжение в неотопительный период
где укрупненный показатель расхода теплоты на отопление 1 м2 общей площади жилых зданий Вт ([2] прил. 4); А = общая площадь жилых зданий м2; коэффициент учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий принимаемый равным 025; коэффициент учитывающий расход теплоты на вентиляцию общественных зданий принимаемый равным 06; qn укрупненный показатель среднего расхода теплоты на ГВС на одного человека Вт ([2] прил. 5); – число человек; температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный и отопительный период принимается соответственно 15 и 5 °С; коэффициент учитывающий изменение среднего расхода воды на ГВС в неотопительный период по сравнению с отопительным принимаемый равным 08.
Средний и максимальный суммарный расход теплоты определяется по формулам с учетом тепловых потерь в сетях и оборудовании в размере 5 %.
Результаты расчета заносятся в табл. 3.
Тепловая нагрузка района
Данные таблицы используются для построения часовых графиков расхода теплоты и годового графика расхода теплоты по продолжительности.
Для построения часовых графиков расхода теплоты на отопление и вентиляцию используются формулы [6]:
принимается по данным табл. 3 в МВт;
принимается по данным табл. 3 в МВт;
средняя температура внутреннего воздуха в отапливаемых зданиях принимается равной 18 °С;
текущее значение температуры наружного воздуха °С;
расчетная температура наружного воздуха соответственно для проектирования отопления и вентиляции °С ([2] прил. 6).
Рис. 1. Часовые графики расхода теплоты. Годовой график расхода теплоты по продолжительности
Часовые графики расхода теплоты по отдельным видам тепловой нагрузки и суммарный график тепловой нагрузки строятся в координатах Q при этом изменяется в пределах от до
Построение графика годового расхода теплоты по продолжительности тепловой нагрузки производится по суммарной часовой нагрузке с использованием данных по продолжительности стояния наружных температур (прил. 6).
График суммарной тепловой нагрузки строится путем сложения
Разработка принципиальной схемы системы теплоснабжения. Выбор системы центрального регулирования отпуска теплоты
Система теплоснабжения включает в себя теплоподготовительную установку (ТПУ) источника теплоснабжения тепловую сеть и потребителей.
Выбор схемы присоединения к тепловой сети систем отопления и ГВС зависит от принятого способа центрального регулирования отпуска теплоты.
В закрытых системах теплоснабжения целесообразно сооружение ЦТП с подогревателями горячего водоснабжения обслуживающими группу зданий (микрорайон) и присоединением отопительных систем через элеватор. При этом предполагаем один ЦТП на микрорайон с расходом теплоты 12÷35 МВт по средней суммарной тепловой нагрузке .
Схема присоединения подогревателей ГВС зависит от способа регулирования [3 6 8].
Магистральные тепловые сети от источника до ЦТП выполняются двухтрубными квартальные от ЦТП до зданий четырехтрубными.
Различают местное и центральное регулирование:
местное осуществляется в местном тепловом пункте либо в помещении с помощью термостатических вентилей.
центральное регулирование параметров теплоносителя (расхода температуры) производится на источнике тепловой энергии.
При этом центральное регулирование бывает трех видов.
Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя.
Количественное регулирование отпуска тепла производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе.
В соответствии с приведенными рекомендациями необходимо:
выделить на генплане района используя расчеты тепловых нагрузок микрорайоны в центре которых расположить ЦТП;
осуществить трассировку магистральных теплопроводов от источника до ЦТП.
Выбор системы регулирования отпуска теплоты зависит от вида системы центрального регулирования и от соотношений (
принимается центральное качественное регулирование (ЦКР) по совмещенной нагрузке отопления и ГВС т.е. повышенный температурный график:
принимается параллельная схема присоединения подогревателей ГВС;
принимается 2-ступенчатая последовательная схема присоединения подогревателей ГВС.
принимается центральное качественное регулирование (ЦКР) по отопительной нагрузке т. е. отопительно-бытовой температурный график:
принимается 2-ступенчатая смешанная схема присоединения подогревателей ГВС.
Так как ; то при значит принимается центральное качественное регулирование (ЦКР) по совмещенной нагрузке отопления и ГВС т.е. повышенный температурный график.
Так как то принимается 2-ступенчатая последовательная схема присоединения подогревателей ГВС.
Построение графика регулирования отпуска теплоты ЦКР по совмещенной нагрузке
При регулировании по совмещенной нагрузке в системе поддерживается постоянный расход сетевой воды равный рассчитанному расходу воды на отопление. Для удовлетворения нагрузки ГВС температура воды в подающем трубопроводе должна быть выше чем требуется по отопительному графику.
При последовательном включении подогревателей ГВС и постоянном расходе сетевой воды в часы максимального водоразбора происходит смешение температуры воды поступающей в систему ГВС что приводит к снижению отдачи теплоты. Этот дисбаланс компенсируется тем что в систему отопления при минимальном водоразборе на ГВС поступает вода с более высокой температурой чем требуется по отопительному графику.
Суточный баланс теплоты на отопление обеспечивается при расчете температурного графика по балансовой нагрузке ГВС – несколько превышающей средний часовой расход теплоты на ГВС :
где балансовый коэффициент учитывающий неравномерность суточного графика водопотребления ( = 12).
Для того чтобы построить повышенный график сначала строится отопительно-бытовой график изменения и .
Построение графиков изменения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе обратном за системой отопления и после смесителя элеватора производится по формулам [6]:
где расчетная температура внутреннего воздуха °С;
расчетная температура воды в подающем трубопроводе после смесительного устройства °С;
расчетная разность температур в отопительных приборах °С;
расчетная разность температур сетевой воды на вводе °С;
разность температур сетевой воды в отопительной системе °С;
относительная величина нагрузки отопления.
Графики изменения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе в обратном и после смесителя элеватора в зависимости от изменения температуры наружного воздуха имеют вид ломаной линии с точкой излома при соответствующей минимально допустимому значению температуры сетевой воды в подающем трубопроводе 70 °С для закрытых систем. В связи с этим в 1-м диапазоне температур осуществляется местное качественное регулирование (МКР) а на 2-м и 3-м центральное качественное регулирование.
Построение графика температуры сетевой воды после вентиляционных установок производится по соотношению
Искомое значение температуры определяется методом последовательных приближений для 1-го и 3-го диапазонов температуры. На 2-м диапазоне график совпадает с графиком т. е. = .
Повышенный график изменения и начинаем строить с определения суммарного перепада температур °С сетевой воды в 1-й и 2-й ступенях подогревателя который является величиной постоянной:
где расчетная разность температур сетевой воды по отопительному графику.
Найдем перепад температур и при температуре наружного воздуха соответствующей точке излома температурного графика .
Перепад температур сетевой воды °С в нижней ступени:
где температура водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени °С;
величина подогрева воды (принимается 5÷10 °С).
При известном суммарном перепаде температур значение перепада температур сетевой воды °С в верхней ступени определяется:
Найдем перепады температур и при расчетной температуре наружного воздуха для отопления :
По найденным значениям и известным температурам воды по отопительно-бытовому графику и находим температуру воды в подающем и обратном трубопроводах.
Построение повышенного графика т.е. регулирование отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и ГВС при данных:
Строим . Находим т.е. при :
Через и проводим прямую до пересечения с (т. е. до точки излома при минимально допустимой температуре сетевой воды в подающем трубопроводе 70). Далее температуру оставляем постоянной.
Снимаем с графика значение ( = -2).
Строим . Находим т.е. при точке излома
Строим Находим т.е. при точке излома
Во 2-м диапазоне температур Находим при
Искомое значение определяется методом подбора.
Определяем суммарный перепад температур сетевой воды:
Определяем перепад температур сетевой воды в нижней и в верхней ступенях при :
где температура водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени °С.
Определяем температуру сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при :
Рис. 2. График температур сетевой воды при центральном качественном регулировании по совмещенной нагрузке отопления и ГВС
Построение часовых графиков расхода сетевой воды
Графики расхода сетевой воды строятся с использованием графиков часовых расходов теплоты и графиков температур сетевой воды.
Определим расход сетевой воды на отопление.
Расход сетевой воды на отопление при различных температурах наружного воздуха определяется тч по формуле
где расход теплоты на отопление при заданной температуре наружного воздуха кВт;
с = 4187 кДж(кг·°С) удельная теплоемкость воды;
температуры теплоносителя при заданной температуре наружного воздуха в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети °С.
При : значения взяты с повышенного графика температур сетевой воды:
В диапазоне температур от до расход теплоты на отопление поддерживается постоянным.
Вычислим расход сетевой воды на вентиляцию.
Расход сетевой воды на вентиляцию при различных температурах наружного воздуха определяется:
где расход теплоты на вентиляцию при заданной температуре наружного воздуха кВт;
температуры теплоносителя при заданной температуре наружного воздуха в подающем трубопроводе и после вентиляционной установки.
В диапазоне температур от от до расход теплоносителя на вентиляцию поддерживается постоянным.
Определим суммарный расход сетевой воды.
Суммарный расход сетевой воды при регулировании по совмещенной нагрузке отопления и ГВС определяется:
Рис. 3. График часовых расходов сетевой воды
Определение расчетных расходов сетевой воды
Расчетный расход сетевой воды для вычисления диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять тч отдельно для отопления вентиляции и ГВС.
Расчетный расход сетевой воды на отопление:
Расчетный расход сетевой воды на вентиляцию:
Расчетный расход сетевой воды на ГВС в закрытых системах делится:
на средний при 2-ступенчатой схеме присоединения подогревателей (смешанной и последовательной)
максимальный при 2-ступенчатой схеме присоединения подогревателей (смешанной и последовательной)
где температуры теплоносителя при температуре наружного воздуха для отопления °С;
температуры теплоносителя при температуре наружного воздуха для вентиляции °С;
температуры теплоносителя при температуре наружного воздуха в точке излома температурного графика °С;
расчетная тепловая нагрузка на отопление рассматриваемого квартала кВт;
расчетная тепловая нагрузка на вентиляцию рассматриваемого квартала кВт.
Суммарный расчетный расход сетевой воды при качественном регулировании следует определять по формуле
где коэффициент учитывающий долю среднего расхода воды на ГВС.
В закрытых системах при 1000 МВт при регулировании по отопительной нагрузке = 12; при регулировании по совмещенной нагрузке отопления и ГВС = 0.
Расчетный расход воды в неотопительный период на горячее водоснабжение рассчитывается по формуле
В случае использования других схем присоединения подогревателей ГВС в закрытых системах теплоснабжения максимальный расход воды на горячее водоснабжение определяется по приведенной выше формуле.
Найдем расходы теплоносителя для 1-го квартала:
Для последующего выполнения гидравлического расчета трубопроводов тепловой сети определяют расчетные расходы теплоносителя по кварталам микрорайонам (ЦТП) и району в целом: максимальные на отопление и вентиляцию среднечасовые и максимальные на ГВС суммарные по видам теплопотребления. Результаты расчета заносятся в табл. 4.
Расходы теплоносителя по микрорайону
Гидравлический расчет трубопроводов тепловой сети
В задачу гидравлического расчета входит определение диаметров участков тепловой сети и потерь напора на них и в целом по магистрали.
Гидравлический расчет проводится по известным значениям расчетных расходов теплоносителя на участках и нормированной величине удельного линейного падения давления Rл которая принимается для главной магистрали равной 80 Пам [6].
Расчет выполняется в два этапа (табл. 5).
Первый этап (предварительный расчет).
)Вычерчивается расчетная схема магистральной тепловой сети без масштаба. Указываются номера расчетных участков их длины расчетные расходы теплоносителя (рис. 4).
)Наиболее протяженная магистраль выбирается в качестве главной. Расчет проводится последовательно начиная с головного участка (это 1 -й участок) главной магистрали после чего переходят к расчету ответвлений.
)По номограмме ([2] прил. 8) при Rл = 80 Пам и расчетном расходе теплоносителя на каждом участке определяется предварительное значение диаметров тепловой сети (dн x S).
)По предварительному расчетному значению диаметра трубопровода на участке уточняется стандартное значение диаметра dy и удельное линейное падение давления (уточненное) по той же номограмме ([2] прил. 8). При этом заполняем табл. 5 (предварительный расчет).
)Далее на расчетной схеме расставляется запорная арматура неподвижные опоры компенсаторы. Расстояние на участках между неподвижными опорами определяется в зависимости от типа компенсаторов способа прокладки и диаметра трубопроводов по прил. 9 [2]. По этому расстоянию определяется количество тепловых камер ТК и компенсаторов К.
Тип компенсаторов выбирается в зависимости от диаметра трубопровода и способа прокладки согласно [6 7]. Так П-образные компенсаторы целесообразно устанавливать на участках открытой прокладки трубопровода (надземная прокладка); при подземной прокладке могут устанавливаться сальниковые компенсаторы которые требуют для ремонта и обслуживания наличия смотровых камер поэтому их размещают попарно. Тепловые камеры размещаются на поворотах к ответвлениям.
Расстояние между секционирующими задвижками на главной магистрали должно быть не более 1000 м при = 100÷350 мм и не более 1500 м при ≥ 400 мм. Их размещают в камерах с ответвлениями. Задвижки устанавливают на каждом участке. При протяженности трассы более 1000 м их устанавливают через каждые 1000 м.
Рис. 4. Монтажная схема тепловой сети
Второй этап (окончательный расчет).
)Определяется тип местных сопротивлений по прил. 10 [2].
)Вычисляется количество местных сопротивлений.
Далее по типу и количеству местных сопротивлений на каждом участке находится их суммарная эквивалентная длина м:
где определяется по прил. 10 [2] м;
n число местных сопротивлений на расчетном участке.
Определяется падение давления Па на каждом участке
Вычисляется величина падения напора м на участке
где плотность воды принимаемая 9584 кгм; g = 981 мс. Далее определяется величина суммарных потерь напора на каждом расчетном участке .
После расчета главной магистрали переходят к расчету ответвлений (и предварительного и окончательного). Расчет проводят в следующей последовательности.
Предварительно по результатам расчета главной магистрали определяются потери давления на ответвлениях (располагаемый напор) как разность потерь напора в главной магистрали и потерь напора на участках до ответвления м:
Находят долю местных потерь давления в магистральной сети
где Gp - расход теплоносителя на расчетном участке тч.
Определяется удельное линейное падение давления на ответвлениях
где в Па (0001 м = 10 Па); длина ответвления м.
Зная определяют по номограмме ([2] прил. 8) стандартное значение диаметров трубопровода.
По номограмме ([2] прил. 8) уточняются потери напора .
Далее окончательный расчет проводится аналогично как и для главной магистрали.
После расчета ответвлений переходим к гидравлическому расчету главной магистрали для неотопительного (летнего) периода задача которого состоит в определении потерь напора при расходах теплоносителя соответствующих неотопительному периоду и известных диаметрах трубопровода.
Предварительно определяются расходы воды по отдельным участкам главной магистрали для летнего периода.
Пересчет режимов работы производится по формуле
где Gз = ΣG из табл. 4 для каждого ЦТП; = из табл. 4 для каждого ЦТП.
Результаты гидравлического расчета тепловой сети изображенной на рис. 4 представлены в табл. 5.
Производим пересчет тепловой сети на летний режим:
Таблица гидравлического расчета тепловой сети
Предварительный расчет
Окончательный расчет
Сальниковый компенсатор;
Тройник на проход при разделении потока
Построение пьезометрического графика тепловой сети
Пьезометрический график дает наглядное представление о давлении или напоре в любой точке тепловой сети [3].
Пьезометрический график строится по всей длине тепловой сети т. е. тепловую сеть вытягиваем в одну линию (главную магистраль и ответвления). Если ЦТП подключен напрямую то мысленно осуществляем поворот трассы ответвления на 90° и строим пьезометры на графике.
Построение пьезометрического графика на основании данных гидравлического расчета для зимних и летних условий выполняется в следующей последовательности:
Вычерчивается профиль местности (по геодезическим отметкам на генплане) и наносятся отметки высот характерных зданий на профиль в принятом масштабе (1 этаж 3 м).
Проводится линия статического напора Нст обеспечивающего заполнение системы водой (на 35 м выше самого высокого абонента (здания)). Получаем точку А.
Устанавливаем предельное положение пьезометрического графика обратного трубопровода в динамическом режиме исходя из того что:
максимальный пьезометрический напор не должен превышать 60 м в радиаторах нижних этажей зданий;
для защиты системы отопления от опорожнения пьезометрическая линия должна быть не менее чем на 3-5 м выше самого высокого абонента
Из точки А проводим линию падения давления по напору обратную линии тепловой сети от ТЭЦ до конечного абонента где действительный уклон пьезометрической линии обратного трубопровода определяется по данным гидравлического расчета Ноб (получаем точку В). Падение давления в главной магистрали тепловой сети равномерное поэтому точку А соединяем с точкой В прямой.
В действительности на ответвлениях от главной магистрали наблюдается некоторое незначительное падение давления на преодоление дополнительного сопротивления (поворот) но мы его учитываем в гидравлическом расчете главной магистрали.
Строится линия потерь напора у концевого абонента. Располагаемый напор на ЦТП принимается не менее 25 м.
Строится пьезометр для подающего трубопровода Нп (зеркальное отображение обратного) и линия потерь напора в теплоподготовительной установке (ТПУ) которые принимаются равным 25÷30 м (ΔНтпу).
Проводится линия невскипания на расстоянии 40 м от каждой точки рельефа местности.
Строится пьезометр летнего режима (аналогично зимнему только потери в ТПУ принимаем 10÷12 м)
Пьезометрический график представлен в графической части проекта.
Подбор сетевых и подпиточных насосов
Напор сетевых насосов следует определять для отопительного и неотопительного периодов и принимать равным сумме потерь давления в ТПУ источника в подающем и обратном трубопроводах от источника до наиболее удаленного потребителя (ЦТП) и в системе потребителя при суммарных расчетных расходах воды.
Напор подпиточных насосов должен определяться из условия поддержания в тепловых сетях статического давления и проверяться для условий работы сетевых насосов в отопительный и неотопительный периоды.
Производительность рабочих сетевых насосов следует принимать по суммарному расчетному расходу воды на головном участке тепловой сети для отопительного периода ( из табл. 4) и для неотопительного периода тч
в отопительный период = ;
в неотопительный период = .
Напор сетевых насосов м:
в отопительный период
в неотопительный период
Производительность рабочих подпиточных насосов в закрытых системах теплоснабжения следует принимать равной расходу воды на компенсацию утечек из тепловой сети в количестве 05 % от объема воды находящейся в трубопроводах и присоединенных абонентских системах.
Объем воды в системе теплоснабжения м3:
в отопительный период
где тепловая нагрузка системы теплоснабжения МВт (см. табл. 3);
удельные объемы сетевой воды соответственно в ТПУ наружных сетях и в местных системах соответственно м3МВт;
где МВт (см. табл. 3).
Производительность подпиточных насосов м3ч:
Рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку в количестве 2 % от объема воды м3ч:
Напор подпиточных насосов (и для отопительного и для неотопительного периодов) берется с пьезометрического графика из условия поддержания в тепловых сетях статического давления.
Выбор насосов осуществляется по прил. 11[2]. Данные выбранных насосов необходимо занести в табл. 6.
Характеристика насоса
Частота вращения n обмин.
Мощность электродвигателя N кВт
Число насосов следует принимать:
не менее двух сетевых из которых один является резервным;
в закрытых системах не менее двух подпиточных.
Подземный профиль тепловой сети
Построение подземного продольного профиля тепловой сети в курсовой работе может быть выполнено для любого участка системы расположенного между двумя соседними тепловыми камерами [1].
Глубина заложения непроходного канала не менее 05 м.
Размеры непроходных каналов
Условный диаметр трубопровода dу мм
Подземный профиль тепловой сети представлен в графической части курсового проекта.
Габаритные размеры теплофикационных камер ТК выбирают из условия обеспечения удобства и безопасности обслуживания оборудования. Смотровые камеры К для сальниковых компенсаторов принимаем следующих размеров 12×12×12 м. Уклон для водяных тепловых сетей участков трубопровода при построении профиля необходимо принимать не менее 0002 м.
Тепловой расчет подогревателей ГВС ЦТП
В системах ГВС широкое распространение получили скоростные водо-водяные секционные подогреватели. Когда один из теплоносителей протекает внутри трубок другой - в межтрубном пространстве корпуса с определенными скоростями обеспечивая активный теплообмен такие водоподогреватели называют скоростными.
Секционные подогреватели в зависимости от требуемого количества горячей воды и степени ее нагрева собирают из отдельных секций соединенных между собой калачами на фланцах по ходу нагреваемой воды а по ходу греющей воды патрубками на фланцах.
Скоростные водо-водяные подогреватели у которых греющая и нагреваемая вода движется навстречу называют противоточными.
Противоточное движение теплоносителей с предельными скоростями потоков позволяет получить высокие коэффициенты теплопередачи (до 1500 Вт(м ·°С)) вследствие чего подогреватели называются скоростными.
Иногда в тепловых пунктах устанавливают трубчатые теплообменники в которых пучок трубок погружен в емкость заполненную нагреваемой водой. Такие водоподогреватели в отличие от скоростных называют емкостными и используют в системах горячего водоснабжения с периодическим разбором воды.
Целью теплового расчета теплообменников является определение необходимой площади поверхности нагрева выбор типоразмера и количества секций определение потерь напора греющей (сетевой) и нагреваемой (водопроводной) воды.
Подогреватели должны обеспечивать заданную теплопроизводительность при любых температурных режимах сетевой воды. Наиболее неблагоприятный режим соответствует точке излома температурного графика регулирования. Поэтому расчет подогревателей ГВС при всех схемах подключения их к тепловым сетям производится по параметрам сетевой воды при температуре наружного воздуха .
Расчет ведется в следующей последовательности.
Находим максимальный часовой расход кгч нагреваемой воды (протекает в трубках) и греющей (протекает в межтрубном пространстве)
где температуры горячей воды после подогревателя ГВС и холодной (водопроводной) воды соответственно (60 и 5 °С);
температура сетевой воды в подающем трубопроводе в точке излома температурного графика °С;
температура сетевой воды после подогревателя (30 °С).
Оптимальная скорость движения воды в трубках и межтрубном пространстве 1 мc тогда найдем приблизительные площади сечения м2 трубок и межтрубного пространства
где скорость движения воды в трубках и межтрубном пространстве мс; плотность воды кгм3.
По таблице технических данных подогревателей ([2] прил. 12) выбираем подходящий подогреватель выписываем его характеристики
Определяем мс действительные скорости движения воды в трубках и межтрубном пространстве
Находим м требуемую площадь нагрева
где средний температурный напор °С
где коэффициент теплопередачи т(м ·°С).
где толщина стенки трубки м ( = 0001 м);
теплопроводность стенки ( =110 Вт(м ·°С));
коэффициент загрязнения поверхности (= 085);
коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке трубки Вт(м ·°С);
коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде Вт(м ·°С);
коэффициент учитывающий накипь и загрязнение трубок ( = 08).
Коэффициенты теплоотдачи и находятся по формулам
где средняя температура нагреваемой воды °С;
средняя температура сетевой (греющей) воды °С.
Число секцийв подогревателе определятся по формуле
где поверхность нагрева секций м2 ([2] прил. 12).
Определяем Па потери давления при движении воды:
в межтрубном пространстве
В тепловом пункте с 2-ступенчатым последовательным подключением подогревателей ГВС тепловая нагрузка распределяется между ступенями подогревателя. Для покрытия пикового горячего водоразбора подогреватели I и II ступеней должны быть рассчитаны по максимальной нагрузке ГВС. Для этого находят максимальные расходы греющей и нагреваемой воды в обеих ступенях. После этого определяются температурные напоры теплоносителей в ступенях подогревателя. При последовательной 2-ступенчатой схеме определение температурных напоров затрудняется тем что неизвестна температура сетевой воды после системы отопления в период максимального горячего водоразбора. Для определения этой температуры расчет подогревателей ведем следующим образом.
(точка излома температурного графика)
Балансовый (расчетный) расход тепла:
где Rr – коэффициент часовой неравномерности (Rr = 2).
Балансовая тепловая производительность подогревателя I ступени:
где – температура водопроводной воды на выходе из подогревателя I ступени; (5÷10) °С –величина недогрева водопроводной воды.
Балансовые расходы сетевой и водопроводной воды:
где = кВт – тепловая нагрузка на отопление (выбирается из табл. 2 для своего ЦТП).
Максимальные расходы сетевой и водопроводной воды:
Температура сетевой воды после подогревателя I ступени при:
Среднелогарифмическая разность температур в подогревателе I ступени при :
Безразмерный параметр ФI для I ступени:
Безразмерная удельная тепловая производительность первой ступени при
где и – выбираются из величин и .
Коэффициент смешения насосно-смесительной установки (элеватора):
Безразмерная характеристика отопительной системы при tн и Qmax г.в :
– средняя температура нагревательных приборов в точке излома температурного графика;
– отношение суммарного расхода воды к расчетному расходу воды на отопление при максимальном часовом расходе тепла на ГВС.
Суммарный перепад температур сетевой воды в I и II ступенях при
Температура сетевой воды после отопительной системы при максимальном водоразборе:
Тепловая производительность I и II ступени при
Температура сетевой воды перед элеватором:
Температура сетевой воды после I ступени подогревателя:
Температура водопроводной воды после I ступени подогревателя при максимальном водоразборе:
Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в I ступени:
Задав скорость воды в трубках и межтрубном пространстве = 2 мс определим предварительное значение площади трубок и межтрубного пространства:
По таблице технических данных подогревателей ([2] прил. 12) подбираем водоводяной подогреватель по ГОСТ 27590-2005 dн = 530 мм; fтр =006927 м2; fм.п =011544 м2; Fc = 410 м2; dэкв.м.п = 00410 мм.
Действительные скорости воды:
Коэффициенты теплоотдачи:
от греющей воды к стенкам трубок
от трубок к нагреваемой среде
Коэффициент теплопередачи в I ступени:
Необходимая площадь нагрева подогревателя I ступени:
Таким образом монтажную сборку подогревателя I ступени необходимо производить из 6 секций.
Для подогревателя II ступени составленной из секций того же типоразмера число секций находится аналогичным образом:
остаётся такой же как и для I ступени:
Таким образом монтажную сборку подогревателя II ступени необходимо производить из 4 секций.
Подбор компенсаторов
При закрытой прокладке трубопроводов для компенсации температурных удлинений трубопроводов устанавливаются сальниковые компенсаторы а при открытой прокладке трубопроводов – гибкие (П-образные) компенсаторы. В данной работе используются сальниковые компенсаторы.
Расчет сальниковых компенсаторов ведется следующим образом.
Тепловое удлинение трубопроводов между опорами обусловленное удлинением труб при нагревании рассчитывается мм по формуле
где L – длина трубопровода между неподвижными опорами м;
– коэффициент линейного удлинения стальных труб мм(м·°С) (принимается = 0012 мм(м·°С));
= 1 – температура сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети при tн.о °С.
Расчетная компенсирующая способность компенсатора:
где – компенсирующая способность компенсатора (прил. 13);
z – неиспользуемая компенсирующая способность компенсатора мм (принимается z = 50 мм).
Установочная длина компенсатора мм:
где А – длина компенсатора с полностью выдвинутым стаканом.
Монтажная длина компенсатора мм:
где tн – температура воздуха во время монтажа компенсатора (принимается tн = 10°С).
Проектирование радиальной компенсации с П-образным компенсаторами заключается в определении размеров компенсатора. Для этого вычисляют удлинение затем расчетное удлинение
где коэффициент предварительной растяжки зависящий от температуры теплоносителя: при ≤ 250 °С = 05; при 250 °С = 06.
Подбор подвижных опор
Для уменьшения стрелы прогиба трубопровода и снятия напряжений возникающих в результате прогиба применяют подвижные опоры перемещающиеся вместе с трубопроводом. Неправильная расстановка подвижных опор может привести к нарушению прочности сварных стыков и компенсаторов. При прокладке труб в канале применяют в основном скользящие опоры [6 11]. Рекомендуемые расстояния между опорами приведены в табл. 8[2].
Определить допустимый проем между подвижными опорами трубопровода проложенного в канале при dн = 377 мм = 9 мм.
Вес трубопровода с водой и изоляцией на единицу длины равен q = 1804 кгм а допустимые напряжения изгиба от собственного веса для сварного стыка будут равны 265 кгсм. Момент сопротивления W для dу = 350 мм (принимается по табл. 9[2]) W = 935 см³.
Определяем пролет между опорами по формуле:
Определение толщины тепловой изоляции на головном участке тепловой сети
Принятая конструкция тепловой изоляции должна иметь толщину не выше установленных норм и обеспечивать заданные пределы изменения температуры теплоносителя на всех участках тепловой сети а также допустимую температуру поверхности изоляции. В общем случае толщина изоляции может быть определена на основании нормативных теплопотерь трубопроводов.
Произведем расчет для головного участка тепловой сети (1-й участок):
dу = 350 мм (dн = 377×9).
Определяем коэффициент теплопроводности материала изоляции (прошивные маты из минеральной ваты)
Определяем предельную толщину теплоизоляции трубопровода для dу = 350 мм; мм.
Требуемая толщина теплоизоляции:
Определяем коэффициент теплоотдачи наружного слоя изоляции
где = 10 мс – скорость воздуха.
Определяем термическое сопротивление на наружной поверхности теплоизоляции
Определяем требуемое термическое сопротивление теплопровода
где q = 75 Втм – допустимые тепловые потери теплопроводом.
Определяем термическое сопротивление слоя изоляции
Определяем диаметр изоляционного слоя (первое приближение) из выражения
Определяем при найденном
Определяем диаметр изоляционного слоя (второе приближение) из выражения
В нашем случае значения совпали =0823 м перерасчет не нужен.
Определяем температуру поверхности изоляции головного участка тепловой сети при надземной прокладке
где tср = -10°С – среднегодовая температура наружного воздуха для г. Казань.
СНиП 41-02-2003. Тепловые сети.– М. : ЦИТП Госстроя России 2003. – 42 с.
Бутина О.Н. Курсовое проектирование по теплоснабжению: учеб. пособие О.Н. Бутина А.Н. Хуторной. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та 2010. – 107 с. –ISBN 978-5-93057-328-2.
Варфоломеев Ю.М. Отопление и тепловые сети Ю.М. Варфоломеев О.Я. Кокорин. – М. : ИНФРА–М 2006. – 365 с.
Переверзев В.А. Справочник мастера тепловых сетей В.А. Переверзев В.В. Шумов – М. : Энергоатомиздат 2004. – 272 с.
Руководство по проектированию тепловых пунктов. – М. : Стройиздат 1999. – 72 с.
Сафронов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям А.П. Сафронов. – М. : Энергоатомиздат 1995. – 232 с.
Смирнов М.В. Теплоснабжение М.В. Смирнов. – М. : ИНФОЛИОН 2009. – 280 с.
Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети Е.Я. Соколов. – М. : Энергоиздат 2003. – 472 с.

Теплоснабжение.dwg

Натурная отметка земли
Проектная отметка земли
Отметка потолка канала
Внутренний размер канала
Продольный профиль тепловой сети
Генеральный план района г. Хабаровск (М 1:10000)
Монтажная схема сети теплоснабжения
тч L=238 м D=325х8 мм
тч L=466 м D=325х8 мм
Пьезометрический график тепловой сети
Линия статического напора
Расход тч Диаметр участка
Генеральный план района г.Хабаровск. Монтажная схема тепловой сети. Пьезометрический график. Продольный профиль.