Гидравлический расчет тепловых сетей

Задачи гидравлического расчета

Гидравлический расчет – один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в гидравлический расчет входят следующие задачи:

1) определение диаметров трубопроводов;

2) определение падения давления (напора);

3) определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4) увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Результаты гидравлического расчета позволяют получить следующие исходные данные:

1) для определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2) установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

4) выбора средств авторегулирования в тепловой сети на ГТП, МТП и на абонентских вводах;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Основные требования к режиму давлений водяных тепловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабжения сводятся к следующему:

1) нельзя превышать допустимых давлений в оборудовании источника, тепловой сети и абонентских установок. Допустимое избыточное (сверх атмосферного) давление в стальных трубопроводах и арматуре тепловых сетей зависит от применяемого сортамента труб и в большинстве случаев составляет 1,6-2,5 МПа;

2) обеспечение избыточного (сверх атмосферного) давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреждения кавитации насосов (сетевых, подпиточных, смесительных) и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Невыполнение этого требования приводит к коррозии оборудования и нарушению циркуляции воды. В качестве минимального значения избыточного давления принимают 0,05 МПа (5 м. вод. ст.);

3) обеспечение не вскипания сетевой воды при гидродинамическом режиме системы теплоснабжения, т.е. при циркуляции воды в системе.

Во всех точках системы теплоснабжения должно поддерживаться давление, превышающее давление насыщенного водяного пара при максимальной температуре сетевой воды в системе.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение источников теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

Суммарное падение давления:

кПа [1, ф.(5.25)], (2.7)

где – удельное падение давления, Па/м;

– длина трубопровода, м;

– эквивалентная длина местных сопротивлений, м.

Удельное линейное падение в трубопроводе:

Па/м [1, ф.(5.8)], (2.8)

где – коэффициент гидравлического трения;

– скорость теплоносителя, м/с;

– плотность теплоносителя, кг/м³;

– внутренний диаметр трубопровода, м.

Коэффициент гидравлического трения:

[1, ф.(5.9)], (2.9)

где – эквивалентная относительная шероховатость; для стальных

водяных и тепловых сетей [2, с.9];

– безразмерное число Рейнольдса.

Эквивалентная длина местных сопротивлений:

м [1, ф.(5.20а)], (2.10)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Пример гидравлического расчета для участка №1:

Суммарное падение давления:

Удельное линейное падение в трубопроводе:

Коэффициент гидравлического трения:

Эквивалентная длина местных сопротивлений:

Проводим аналогичные расчеты для других объектов по формулам (2.7-2.10).

Кроме этого для нахождения требуемого напора насосов к этому значению потерь напора следует прибавить:

1) Потери в автономной котельной (20 м); по [1,с. 210],

2) Необходимый напор у абонентов (10 м); по [1,с. 210].

Необходимый напор сетевых насосов: H_сн = 33,5 м.

Расчет тепловых потерь

В задачу теплового расчета входит решение следующих вопросов:

1) определение тепловых потерь теплопровода;

2) расчет температурного поля вокруг теплопровода, т.е. определение температур изоляции, воздуха в канале, стен канала, грунта;

3) расчет падения температуры теплоносителя вдоль теплопровода;

4) выбор толщины тепловой изоляции теплопровода.

Тепловые потери сети слагаются из двух частей:

1) теплопотери участков трубопровода, не имеющих арматуры и фасонных частей, – линейные теплопотери;

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

Тепловые сети предусматриваются наружные на низких опорах.

Суммарные тепловые потери теплопровода:

кВт [1, ф.(10.37)], (2.11)

где – удельные тепловые потери, Вт/м;

– длина теплопровода, м;

– коэффициент, учитывающий местные потери; [1, с.348].

Годовые тепловые потери теплопровода:

Гкал/год (2.12)

где 860 – переводной коэффициент из кВт в ккал/ч;

– продолжительность отопительного периода, сут; сут [3, с.12].

Удельные тепловые потери:

Вт/м [5, ф.(17)], (2.13)

где – коэффициент дополнительных потерь, учитывающий теплопотери через теплопроводные включения в теплоизоляционных конструкциях, обусловленных наличием в них крепежных деталей и опор; [5, табл.1];

– температура теплоносителя внутри трубопровода, °С; для подающего трубопровода °С и для обратного трубопровода °С [5, табл.5];

– средняя температура окружающей среды за отопительный период, °С; °С [3, с.12];

– полное линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты n-слойной цилиндрической изоляции, (м^.0С)/Вт;

– линейное термическое сопротивление теплоотдаче наружной изоляции, (м·⁰С)/Вт.

Термическое сопротивление цилиндрической изоляции:

(м·⁰С)/Вт [5, ф.(6)], (2.14)

где – коэффициенты теплопроводности изоляции, Вт/(м·°С);

для пенополиуретана Вт/(м·°С) [7, табл.6];

для оцинкованной стали Вт/(м·°С) [6, с.31];

– наружный диаметр изоляции, м;

– наружный диаметр стенки, м.

Термическое сопротивление теплоотдачи:

(м·⁰С)/Вт [5, ф.(6)], (2.15)

где – коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности изоляции, Вт/(м²·°С); Вт/(м²·°С) [5, табл.2].

Пример расчета тепловых потерь для участка №1:

Суммарные тепловые потери теплопровода:

Годовые тепловые потери теплопровода:

Удельные тепловые потери:

Термическое сопротивление цилиндрической изоляции:

Термическое сопротивление теплоотдачи:

Проводим аналогичные расчеты для других объектов по формулам (2.11-2.15).

В качестве тепловой изоляции используется пенополиуретан. Потери тепла в тепловых сетях составили 0,008 Гкал/ч, а это 1,23% от теплопотребления (0,647 Гкал/ч). Итого тепловая нагрузка + потери тепла составляет 0,655 Гкал/ч. Годовые потери в тепловых сетях составляет 42,06 Гкал/год.