Гидравлический режим сетей с насосными и дросселирующими подстанциями

Работа крупных тепловых сетей при сложных рельефах местности практически невозможна без подстанций. С их помощью облегчается решение таких инженерных задач, как повышение пропускной способности действующих сетей, увязка гидравлических режимов, увеличение радиуса действия сетей, расширение возможностей центрального регулирования. Насосные подстанции подразделяются на подкачивающие и смесительные. Подкачивающие подстанции устраиваются на подающих и обратных трубопроводах для повышения или снижения напоров.

Подстанции на обратном трубопроводе обычно предусматриваются при значительном понижении рельефа местности в направлении от источника теплоты до потребителей или при большой протяженности сетей (рис. 6.11). Гидравлические режимы сетей с насосными подстанциями изменяются различно, в зависимости от наличия или отсутствия на абонентских вводах регуляторов расхода. Во всех случаях давление в обратном трубопроводе при выключенной насосной подстанции для концевых потребителей может превысить пределы прочности отопительных приборов. Включение в работу насосной подстанции при неавтоматизированных абонентских вводах приводит к увеличению общего расхода воды в сетях и росту потерь напора, в связи с чем уклоны пьезометрических линий увеличиваются. Поэтому располагаемые напоры на участках между ТЭЦ и подстанцией уменьшаются, а на участках между подстанцией и концевым потребителем – увеличиваются. В результате наблюдается несоответственная разрегулировка абонентских систем. На абонентских вводах с регуляторами расхода (РР) включение насосной подстанции не изменяет расхода воды в сети. В результате уклоны пьезометрических линий остаются неизменными, но на участках между подстанцией и концом сети напор в обратном трубопроводе уменьшается на величину напора, развиваемого насосами подстанции. Включение насосной подстанции на обратной магистрали дает возможность увеличить недостаточный располагаемый напор у концевых абонентов. Насосная подстанция разделяет тепловую сеть на две зоны с самостоятельными гидравлическими режимами, а при сложном рельефе местности и различными статическими уровнями S_I – S_I и S_II – S_II. Аварийная остановка насосов подстанции вызывает изменение гидравлического режима 2 на режим 1.

А В

Рис. 6.11. Пьезометрические графики и принципиальные схемы двухтрубной водяной тепловой сети с насосной подстанцией на обратной линии (А) и на подающем трубопроводе (В): а, г – с автоматизированными и неавтоматизированными вводами соответственно;
б, д – при отсутствии и наличии на вводах регуляторов расхода соответственно;
1 – пьезометрический график при отключении подстанции; 2 – то же с выключенной подстанцией; НП – насос подстанции; МК – мембранный рассечный клапан; РП – регулятор подпитки;
РПиР – регулятор подпитки и рассечки

Для предупреждения недопустимого роста давления у концевых потребителей устанавливаются мембранные клапаны рассечки МК, которые с повышением давления в нейтральной точке О_II полностью закрываются. Давление в отсеченной зоне II падает до статического. Под воздействием более высокого давления в обратном трубопроводе зоны I за подкачивающим насосом обратный клапан у подкачивающего насоса закрывается, в результате чего зона II низкого давления гидравлически изолируется от зоны I. Подпитка сети зоны II и поддержание статического давления S_II – S_II в ней производится автоматическим перепуском воды из обратной линии зоны I, находящейся под большим давлением, в зону с меньшим давлением с помощью регулятора подпитки РП_II.

Насосные подстанции на подающем трубопроводе применяют при значительном подъеме рельефа местности в направлении от источника теплоты к потребителям, а также при большой протяженности сетей (рис. 6.11). Разность геодезических отметок тепловой станции и потребителей может составлять несколько десятков и даже сотен метров. При едином для всей сети статическом напоре может произойти опорожнение у одних и раздавливание отопительных приборов у других потребителей. Поэтому тепловая сеть разбивается на независимые в статическом отношении зоны. Статический режим зоны II создается работой подпиточного насоса ПН_II с потребным напором Н_н.п.

Циркуляцию воды можно обеспечить сетевым насосом с напором Н_с.н. Но такое решение не всегда экономически и технически целесообразно, так как большой напор насоса удорожает теплофикационное оборудование станции, увеличивает расход электроэнергии на перекачку теплоносителя и повышает опасность разрыва подающих трубопроводов и оборудования абонентских вводов на ближайших к источнику теплоты участках.

С включением насосных подстанций на подающем трубопроводе уклоны пьезометрических линий на графике давления изменяются лишь при отсутствии на абонентских вводах регуляторов расхода. Причины, вызывающие изменение уклонов пьезометрических линий, аналогичны описанным для обратного трубопровода. Меняя напор подкачивающего насоса Н_н.п, можно создать нужные пределы располагаемых напоров в сетях зоны II.

Защита потребителей зоны II от опорожнения производится с помощью регулятора подпора и рассечки РПиР и регулятора давления РД. При понижении давления в точке а, вызванном остановкой подкачивающих насосов, регуляторы рассечки и давления закрываются, отключая сети зоны II. Постоянный статический напор S_II – S_II поддерживается подпиточным насосом ПН_II.

Подкачивающие подстанции могут быть установлены одновременно на обеих магистралях. Производительность подкачивающих насосов принимают по расходу воды на участке сети в месте установки насосов. Напор насосов Н_н._п определяют по пьезометрическим графикам.

Смесительные подстанции предназначены для понижения температуры сетевой воды с целью перехода с высокотемпературных графиков регулирования на более низкие путем подмешивания обратной воды.

Смесительные подстанции устанавливают на транзитных магистралях (рис. 6.12) или на ответвлениях распределительных трубопроводов. При этом насосы размещают на перемычке между подающим и обратным трубопроводами, и они служат для подачи обратной воды к клапанам смешения, установленным на подающем трубопроводе.

В месте установки смесительной подстанции сеть разделяют на две зоны: высоких (зона I) и пониженных (зона II) температур и давлений теплоносителя. На границе зон вследствие дросселирования воды в регуляторе РД и клапане КСиР возникает небольшой перепад напоров DН_п.с. Для нормальной работы сети необходимо, чтобы напор смесительных насосов превышал напор в подающем трубопроводе на 5 –10 м.

При выключении смесительных насосов клапан КСиР закрывается, гидравлически разобщая зоны I и II. При этом с прекращением циркуляции воды в зоне II в подающем и обратном трубопроводах устанавливается давление, определяемое давлением в обратном трубопроводе в конце зоны I (режим, показанный на пьезометрическом графике пунктиром).

Рис. 6.12. Принципиальная схема двухтрубной водяной тепловой сети со смесительной насосной подстанцией и пьезометрический график: СН – смесительный насос; КСиР – клапан смешения и рассечки

Смесительные подстанции применяют часто для автономного теплоснабжения рабочих районов (зона II), подключаемых к тепловым сетям (зона I) промышленных предприятий, в которых принят температурный график регулирования, недопустимый для отопления жилых домов. Смесительные подстанции наиболее эффективны в крупных двухтрубных, а также в однотрубных системах дальнего теплоснабжения, когда в магистральных сетях температура сетевой воды превышает 150°С или когда большие группы потребителей не могут использовать сетевую воду с температурой 150°С.

Дросселирующие подстанции используют для понижения давления теплоносителя к группам потребителей, расположенных на местности с большой разностью геодезических отметок. Уменьшение давления производят на отдельных участках магистральных сетей или на ответвлениях к потребителям. Такие подстанции применяют с целью типового присоединения отопительных приборов по наиболее простой зависимой схеме. Допустимые режимы динамического давления в нижней зоне I обеспечиваются на дроссельной подстанции регулятором давления «до себя», установленным на обратном трубопроводе. Регулятор давления настраивают на дросселирование напора Н_р._д, при котором давление в обратной линии зоны I не превышает 60 м. При аварийной остановке сетевого насоса статический напор S_II – S_II в зоне II вследствие утечек начнет падать до статического напора S_I – S_I. Защиту систем отопления зоны II от опорожнения производят отключением этих сетей с помощью обратного клапана на подающем трубопроводе и РДДС и включением подпиточного насоса ПН_II, установленных на подстанции.