Материал: Проектирование автоматизированной газовой котельной для системы теплоснабжения Вологодского завода ЖБК и СД

Формулы, предложенные авторами А.Д. Альтшулем, Г.А. Муриным, Б.Л. Шифринсоном для определения коэффициента гидравлического трения при одинаковых значениях шероховатости дают практически одинаковые результаты.

Наибольшее отклонение в значениях коэффициента  полученное по отдельным формулам не превышает 5 % [5]. Возможные расхождения при расчете по различным формулам незначительны по сравнению с теми ошибками, которые обычно имеют место вследствие неопределенности в выборе значения шероховатости.

Потери напора по длине пропорциональны эквивалентному коэффициенту местных сопротивлений в степени 0.25 и обратно пропорциональны внутреннему диаметру трубопровода в степени 5.25. При этом ошибки, связанные с неправильным вводом коэффициента эквивалентной шероховатости, оказывают значительно меньшие влияния на величину потери напора, чем не учет возможного зарастания трубопровода.

Потери давления на участке трубопровода складываются из линейных потерь (на трение) и потерь в местных сопротивлениях:

,    (4.1)

Линейные потери давления пропорциональны длине труб и равны:

,    (4.2)

где R - удельные потери давления на трение , кгс/м2;- длина трубопровода, м.

,   (4.3)

где l - коэффициент гидравлического трения;

u - скорость теплоносителя, м/с;

g - плотность теплоносителя на рассчитываемом участке трубопровода, кгс/м3;- ускорение свободного падения, м/с2;вн - внутренний диаметр трубопровода, м;- расчетный расход теплоносителя на рассчитываемом участке, т/ч.

Потери давления в местных сопротивлениях находят по формуле:

, (4.4)

где Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления на участке трубопровода определяют также по формуле:

,  (4.5)

 , (4.6)

где lпр - приведенная длина трубопровода, м;экв - эквивалентная длина местных сопротивлений, определяемая по формуле:

,      (4.7)

При отсутствии полных данных о характере и количестве местных сопротивлений на трубопроводах тепловой сети эквивалентную длину местных сопротивлений допускается определять по упрощенной формуле:

lэкв=l ´ a, м,                                                                               (4.8)

где a - коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях по отношению к потерям давления на трение, который при П-образных компенсаторах и диаметров трубопроводов тепловой сети до 150 мм принимается равным 0,3.

Коэффициент гидравлического трения l зависит от характера движения жидкости (ламинарное или турбулентное).

При турбулентном режиме движения жидкости коэффициент гидравлического трения l для стальных трубопроводов находят по разным формулам, выбираемым в зависимости от предельного значения числа Рейнольдса Reпр, характеризующего границы переходной области и области квадратичного закона.

При Re<Reпр (переходная область) коэффициент трения определяют по формуле Кольбрука-Уайта:

,      (4.9)

где Re - число Рейнольдса;экв - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубы.

Тепловые сети, как правило, работают при турбулентном режиме движения теплоносителя в квадратичной области, поэтому коэффициент гидравлического трения определяется формулой Прандтля-Никурадзе:

.     (4.10)

Величину эквивалентной шероховатости труб действующих тепловых сетей определяют при гидравлических испытаниях. При значениях эквивалентной шероховатости, отличных от Kэкв =3 мм, на величину удельных потерь давления вводится поправочный коэффициент b .

В этом случае

(4.11)

или

.                                                                          (4.12)

Характеристика рассчитываемой тепловой сети приведен в приложении Г. Гидравлический расчет тепловой сети от котельной завода ЖБК и СД выполнен на компьютере с помощью электронного редактора MS Excel пакета MS Office. Результаты расчета см. в прил. 4.

4.2 Расчет дроссельных устройств

Для обеспечения расчетного гидравлического режима необходимо погасить избыточные располагаемые напоры в системах теплопотребления, что достигается в данной системе установкой дроссельных диафрагм.

Диаметр дроссельной диафрагмы, dш, мм, определяют по следующей формуле:

,       (4.13)

где Низб - избыточный напор, м;

Низб=DРрасп -2DРi -DРпотр,                                                  (4.14)

гдеDРрасп - располагаемый перепад давления в начальной точке сети, м;

DРi - потери давления на участке сети, м;

DРпотр - потери давления у потребителя, м;

Минимальный диаметр отверстия дроссельной диафрагмы во избежание засорения 3 мм. При расчетном диаметре диафрагмы менее 3 мм избыточный напор дросселируют в двух диафрагмах, устанавливают их последовательно (на расстоянии не менее 10 диаметров трубопроводов), либо на подающем и обратном трубопроводах. Дроссельные диафрагмы, как правило, устанавливают во фланцевых соединениях (на тепловом пункте после грязевика) между запорной арматурой, что позволяет заменять их без спуска воды из системы. [6]

Место установки дроссельных шайб перед системой отопления зависит от значения напора в обратном трубопроводе. Величина требуемого напора, обеспечивающего залив системы отопления, по умолчанию на 4 метра выше высоты здания. Если величина фактического напора в обратном трубопроводе меньше, чем высота здания плюс 4 метра, т.е. имеет место опорожнение системы отопления, то дроссельные шайбы предусматриваются на обратном трубопроводе, в противном случае - на подающем.

Результаты расчета дроссельных устройств приведены в приложениях 5 и 6.

4.3 Тепловые потери и величина охлаждения воды в трубопроводах

При движении теплоносителя в трубопроводах от котельной до потребителя существуют тепловые потери, которые складываются из двух составляющих:

) теплопотери участков трубопровода, не имеющих арматуры и фасонных частей - линейные потери;

) теплопотери фасонных частей, арматуры, опорных конструкций, фланцев и т.д. - местные теплопотери.

Суммарные теплопотери трубопроводов определяются по формуле:

,                          (4.15)

где q - удельные теплопотери изолированными теплопроводами; при подземной прокладке - суммарно по обоим трубопроводам, при надземной - по одному трубопроводу приведены для каждого наружного диаметра труб и разности среднегодовых температур воды и окружающей среды (грунта - при подземной прокладке и воздуха - при надземной прокладке);- длина участка тепловой сети, характеризующегося одинаковым диаметром трубопровода и типом прокладки (подземная или надземная);

b - коэффициент местных теплопотерь, для подземной прокладки b=0,25.

Для определения величины остывания теплоносителя составим уравнение теплового баланса:

,     (4.16)

где G - расход теплоносителя на участке, т/ч;

t1 и t2 - температуры теплоносителя в начале и в конце участка,°С.

Тогда величина остывания воды на участке при движении будет определяться по формуле:

.    (4.17)

Результаты расчета приведены в приложении 7.

4.4 Пьезометрический график

Пьезометрический график представляет собой графическое изображение напоров в тепловой сети относительно местности, на которой она проложена. На пьезометрическом графике в определенном масштабе наносят рельеф местности, высоту присоединенных зданий, величины напоров в сети. На горизонтальной оси графика откладывают длину сети, а на вертикальной оси - напоры. Линии напоров в сети наносят как для рабочего, так и для статического режимов. Пьезометрический график строят следующим образом:

) принимая за ноль отметку самой низкой точки тепловой сети, наносят профиль местности по трассе основной магистрали и ответвлений, отметки земли которых отличаются от отметок магистрали. На профиле проставляют высоты присоединенных зданий;

) наносят линию, определяющую статический напор в системе (статический режим). Если давление в отдельных точках системы превышает пределы прочности, необходимо предусмотреть подключение отдельных потребителей по независимой схеме или деление тепловых сетей на зоны с выбором для каждой зоны своей линии статического напора. В узлах деления устанавливают автоматические устройства рассечки и подпитки тепловой сети;

) наносят линию напоров обратной магистрали пьезометрического графика. Уклон линии определяют на основании гидравлического расчета тепловой сети. Высоту расположения линии напоров на графике выбирают с учетом вышеприведенных требований к гидравлическому режиму. При неровном профиле трассы не всегда возможно одновременно выполнять требования заполнения верхних точек систем теплопотребления, не превысив допустимые давления. В этих случаях выбирают режим, соответствующий прочности нагревательных приборов, а отдельные системы, залив которых не будет обеспечен вследствие низкого расположения пьезометрической линии обратного трубопровода, оборудуют индивидуальными регуляторами.

Линия пьезометрического графика обратного трубопровода магистрали в точке пересечения с ординатой, соответствующей началу теплосети, определяет необходимый напор в обратном трубопроводе водоподогревательной установки (на входе сетевого насоса), обеспечиваемый подпиточным насосом;

) наносят линию подающей магистрали пьезометрического графика. Уклон линии определяют на основании гидравлического расчета тепловой сети. При выборе положения пьезометрического графика учитывают предъявляемые к гидравлическому режиму требования и гидравлические характеристики сетевого насоса. Линия пьезометрического графика подающего трубопровода в точке пересечения с ординатой, соответствующей началу теплосети, определяет требуемый напор на выходе из подогревательной установки. Напор в любой точке тепловой сети определяется величиной отрезка между данной точкой и линией пьезометрического графика подающей или обратной магистрали.

Пьезометрический график приведен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Пьезометрический график тепловой сети (Котельная - Ремстройпуть)

5. РЕГУЛИРОВКА ВОДЯНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

5.1 Основные положения

Регулировку водяных тепловых сетей осуществляют для обеспечения нормального теплоснабжения потребителей. В результате наладки создаются необходимые условия для работы систем отопления, приточной вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения и повышаются технико-экономические показатели централизованного теплоснабжения за счет увеличения пропускной способности тепловых сетей, ликвидации перегрева потребителей, снижения расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Наладку выполняют во всех звеньях централизованного теплоснабжения: в подогревательной установке источника теплоты, тепловой сети, тепловых пунктах и системах теплопотребления. Наладочные работы выполняют в три этапа:

) обследуют и испытывают систему централизованного теплоснабжения с последующей разработкой мероприятий, обеспечивающих эффективность ее работы;

) осуществляют разработанные мероприятия;

) регулируют систему.

В результате обследования выявляют фактические эксплуатационные режимы, уточняют тип и состояние оборудования системы теплоснабжения, определяют характер и величину тепловых нагрузок, необходимость и объем испытаний тепловых сетей и оборудования.

При выполнении мероприятий по наладке производят следующие работы: устраняют дефекты строительных конструкций и оборудования; приводят схемы и оборудование водоподогревательной установки, тепловых сетей. Подкачивающих насосных станций, тепловых пунктов и систем теплопотребления в соответствии с рекомендациями, основывающимися на выполненных расчетах и разработанных тепловых и гидравлических режимах; оснащают все звенья системы теплоснабжения необходимыми контрольно-измерительными приборами в соответствии с требованиями нормативных документов; автоматизируют отдельные узлы системы теплоснабжения; устраивают насосные и дроссельные станции; устанавливают дроссельные и смесительные устройства.

К регулировке систем централизованного теплоснабжения приступают только после выполнения всех разработанных мероприятий по наладке. В процессе регулировки проверяют прогрев теплоиспользующих установок при работе источника теплоты в разработанных тепловых и гидравлических режимах, а также соответствие фактических расходов теплоносителя расчетным, корректируют диаметры отверстий сопел элеваторов и дроссельных диафрагм, настраивают автоматические регуляторы [7].

Эффективность наладки тепловых сетей характеризуется следующими показателями: сокращением расходов топлива за счет ликвидации перегрева систем теплопотребления; сокращением расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя за счет снижения удельного расхода сетевой воды и отключения излишних насосных станций; обеспечением возможности подключения к сетям дополнительных теплопотребителей, сокращением расходов топлива на выработку электроэнергии за счет снижения температуры воды в обратных трубопроводах тепловой сети (в теплофикационных системах).

5.2 Регулировка тепловой сети

Регулирование тепловых сетей является заключительным этапом проведения наладочных работ. Задача регулирования состоит в том, чтобы в работающей тепловой сети достигнуть расчетных (заданных) гидравлических и тепловых режимов и нормального теплоснабжения всех подключенных потребителей. Регулирование следует проводить во всех звеньях системы: в теплоприготовительной установке источника теплоты, тепловых сетях, тепловых пунктах и местных системах теплопотребления. При регулировании системы теплоснабжения обеспечивают расчетную циркуляцию воды в тепловых сетях, распределение теплоносителя между всеми подключенными системами теплопотребления, а внутри них распределение теплоносителя по теплопотребляющим приборам в строгом соответствии с расчетной тепловой нагрузкой. Распределение теплоносителя между теплопотребляющими приборами в соответствии с их нагрузкой обеспечивает в помещениях расчетную внутреннюю температуру при условии соответствия поверхности нагрева установленных отопительно-вентиляционных приборов расчетным теплопотерям этих помещений. В противном случае результаты регулировки позволяют дать рекомендации об изменении установленной поверхности нагрева.

Регулировке подлежат все абоненты, подключенные к сетям от одного источника теплоты. Если какой-либо потребитель в данной системе теплоснабжения не подвергается наладке, он должен быть на тепловом пункте строго ограничен по расходомеру расчетным расходом воды с помощью регулятора расхода или при его отсутствии - дроссельной диафрагмой, задвижкой и т. п. Регулировка систем теплопотребления и отдельных теплопотребляющих приборов сводится к проверке соответствия фактических расходов воды расчетным [8].

Скорректированный диаметр отверстия дроссельной диафрагмы d', мм, в случае возможности определения фактического гидравлического сопротивления системы теплопотребления находят по формуле: