Гидравлический и тепловой расчет сети

При проектировании тепловых сетей решаются следующие вопросы:

• рациональной трассировки с учетом размещения источников и потребителей теплоты;

• гидравлического и теплового расчета с учетом расчетных
тепловых нагрузок и расходов воды в тепловой сети;

• выбора метода и типа прокладки тепловых сетей.

Для разработки схемы теплоснабжения необходимо подгото­вить план города с указанием источников теплоты, нумерацией кварталов и условным обозначением перспективных максимально-часовых расходов теплоты потребителями района. Источник тепла должен размешаться по возможности в промышленной зоне или за городской чертой с учетом господствующих ветров. Вместе с тем источник тепла должен быть расположен как можно ближе к цен­тру тепловых нагрузок. В этом случае радиус действия тепловых сетей будет кратчайшим, а расходы на транспортировку будут ми­нимальными.

Тепловые сети, соединяющие источник теплоты с потребите­лями, подразделяются следующим образом:

• магистральные - главные теплопроводы от источника теп­
лоты до каждого микрорайона или крупного потребителя;

• распределительные - межквартальные, ответвляющиеся от
магистральных тепловых сетей и обеспечивающие теплотой от­
дельные кварталы города, ЦТП и предприятия средней величины;

• внутрикварталъные — тепловые сети, отходящие от распре­-
делительных или магистральных сетей, ЦТП и заканчивающихся в
индивидуальных тепловых пунктах (ИТГТ) потребителей.

При выборе трассы тепловых сетей следует учитывать ряд технико-экономических рекомендаций:

• прокладка тепловых сетей должна совмещаться с другими
инженерными сетями города;

• трассы магистральных сетей должны быть максимально ко-­
роткими и проходить вблизи центров тепловых нагрузок;

• тепловые сети должны быть дешевыми в сооружении и на-­
дежными в эксплуатации, а их прокладка и архитектурное оформ­
ление должны отвечать требованиям ремонтопригодности, безо­
пасности движения и эстетического восприятия.

После разработки тепловой карты города составляется схема гидравлического расчета тепловой сети (рис. 6.3), на которой в про­извольном масштабе изображаются источник теплоты, трассы маги­стральных, распределительных и внутриквартальных сетей. Все рас-

четные участки тепловой сети нумеруют в направлении от источника к потребителям. Расчетным считается участок трубопровода между двумя смежными ответвлениями. Далее на схему наносят в виде флажков значения тепловых нагрузок (Q, Гкал/ч), расхода (С, т/ч) и скорости (К м/с) теплоносителя, а также длину расчетного участка (/, м) и удельные потери давления в трубопроводе (АИ, ГТа/м).

Рис. 6.3. Расчетная схема тепловой сети:

A, В, С - микрорайоны города; 1 и 2 - узлы теплосети

Количество циркулирующего теплоносителя определяется по формуле

где ∆t - расчетная разность температур, которая принимается в зависимости от принятого температурного графика отпуска тепло­ты и вида подключенной нагрузки. Так, например, при графике 15О/70°С расчетная разность температур для отопительной нагруз­ки ∆t₀ = 150 - 70 = 80°С, вентиляции ∆t_B = 80°С, горячего водо­снабжения при закрытой независимой схеме ∆t_ГB= 65 - 25 = 40°С. В задачу гидравлического расчета тепловых сетей входит:

• определение диаметров трубопроводов, потерь давления и
конечных параметров теплоносителя в различных точках сети при
заданных расходах и начальных параметрах теплоносителя;

• определение пропускной способности трубопроводов, паде-­
ния давления в сети при известном диаметре трубопроводов и за­-
данной потере давления.

Гидравлический расчет радиальных тупиковых сетей выпол­няется при помощи номограмм и таблиц, а сложных и кольцевых -на ЭВМ по специальным программам. Критерием для определения оптимального диаметра тепловых сетей являются удельные потери давления и скорость движения воды в трубопроводах.

Полное гидравлическое сопротивление тепловых сетей состо­ит из суммы линейных и местных потерь давления:

где ∆Н_тр , ∆Н_м - потери давления на трение и в местных сопротив­лениях.

Удельные потери давления (∆h) определяют по формуле

или

где λ- коэффициент сопротивления трения;

V- скорость теплоносителя, м/с;

g = 9,8 м/с²;

D - внутренний диаметр трубы, м;

G- суммарный расход теплоносителя на расчетном участке;

γ - удельная плотность теплоносителя кг/м³.

Приведенная длина трубопровода

где l_э - эквивалентная длина местных сопротивлений,

ИЛИ

где ζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений;

α - поправочный коэффициент на длину трубопровода для учета местных сопротивлений.

Скорость движения теплоносителя определяется по формуле

Гидравлический расчет выполняется в следующей последова­тельности:

• выбирается основная расчетная магистраль до наиболее
удаленного потребителя;

• принимаются удельные потери давления на трение для ма­-
гистральных сетей ∆h < 8 кг/(м²-м);

• по таблицам (номограммам) для гидравлическою расчета
определяются диаметры трубопроводов и уточняются действитель-­
ные удельные потери давления на трение и скорость по участкам
основной расчетной магистрали, которая не должна превышать V =
= 2,5... 3 м/с.

Результаты гидравлического расчета представляются в таб­личной форме, на расчетной схеме и в виде пьезометрического гра­фика (рис. 6.4). Они являются исходной базой для:

• определения объема работ и капитальных вложений в теп­-
ловые сети;

• выяснения условий и режимов эксплуатации тепловых сетей;

• установления характеристик и выбора сетевых и подпиточ-
ных насосов;

• определения схем подключения индивидуальных тепловых
пунктов потребителей.

Тепловой расчет выполняется с целью определения тепловых потерь, падения температуры теплоносителя и выбора конструкции тепловой изоляции теплопровода. При расчете потерь теплоты не­обходимо учитывать: способ прокладки, глубину заложения, тем­пературу и свойства грунта, расстояние между трубопроводами, температуру теплоносителя.

Рис. 6.4. Пьезометрический график двухтрубной тепловой сети:

А - полный напор в подающей магистрали; Б - полный напор в обратной магистрали: В - полный статический напор; Н_с - напор, создаваемый насосной станцией: ЛИ - дросселируемый напор; Н_н - напор насосов у абонентов; 7.- отметка местности и рекомендуемые схемы присоединения систем отопления

зданий: зависимые I - с элеватором; II - с элеватором и клапаном подпора; III - с элеватором и насосом на обратной линии; IV - со смесительным насосом;

независимые V - без и VI - с насосом; 1 - элеватор; 2 - задвижка: 3 - клапан подпора: 4 - насос: 5 - подогрепатель

Удельные потери теплоты можно определить по формуле

где к - коэффициент теплопередачи - определяется по выражению

где R_из, R_тр, R_об, R_мт - термическое сопротивление соответст­венно изоляции, трубы, оболочки, грунта и взаимного теплообмена.

Термическое сопротивление отдельных элементов тепловой сети определяются следующим образом:

• изоляции

трубы

• оболочки

• грунта

• взаимного теплообмена труб

где D₁ и D - внутренний и внешний диаметры оболочки, м;

d₁ и d- внутренний и внешний диаметры трубы, м;

λ_из, λ_тр, λ_об, λ_мт - теплопроводность материалов изоляции, труб, оболочки и грунта, Вт/(м°С);

z - глубина укладки труб по осевой линии, м;

С-расстояние между осевыми линиями двух смежных труб, м.

Для ускорения расчетов в специально разработанных спра­вочных таблицах приводятся значения коэффициента теплопереда­чи или удельных тепловых потерь. Тогда суммарные потери тепло­ты определяются следующим образом:

где к_ип - коэффициент учитывающий местные теплопотери;

l_i - длина i-го участка тепловой сети, м;

q_i - удельные тепловые потери на i-м участке теплопровода,

Вт/м.