Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

«Проектирование системы теплоснабжения жилого микрорайона, расположенного в г. Брянск»



Введение

Целью данного проекта является проектирование системы теплоснабжения жилого микрорайона, расположенного в городе Брянск.

Для достижения поставленной цели решению подлежат следующие задачи:

1. Определить необходимые расходы тепла административных и общественных зданий, дома на отопление, вентиляцию, хозяйственно-бытовое и горячее водоснабжение.

2. Определить годовой расход тепла всех зданий микрорайона.

3. Рассмотреть вопрос регулирования тепловых нагрузок для обеспечения комфортных условий нахождения людей в административных зданиях. Регулирование повышает качество теплоснабжения, а также сокращает перерасход тепловой энергии и топлива.

4. Выполнить гидравлический расчет тепловых сетей, определив диаметры трубопроводов, падение давления (напора) по длине трубопровода, давление (напоры) в различных точках сети.

5. Произвести тепловой расчет сетей с целью определения потери тепла через теплоизоляционную конструкцию.

6. Составить и рассчитать тепловую схему котельной, а также произвести выбор основного и вспомогательного оборудования.

7. Рассчитать систему газоснабжения, а также произвести выбор оборудования ГРУ и ГРПШ.



1. Расчет тепловых нагрузок

1.1 Расчет расходов тепла детского сада

Расчет тепловых нагрузок детского сада в целях оптимизации процесса расчета выполним по укрупненным показателям, которые представляют собой обобщённые данные о зданиях различного назначения, полученные из многолетнего опыта их проектирования и эксплуатации.

Расчётная часовая тепловая нагрузка отопления:

.

Средняя тепловая нагрузка отопления:

,

- поправочный коэффициент, учитывающий отличие расчётной температуры наружного воздуха для проектирования системы отопления в местности, где расположено рассматриваемое здание, от -30, при которой определено значение ; ;

- объём здания по наружному обмеру, , ;

- удельная отопительная характеристика здания, ;

- средняя температура воздуха за отопительный период, ;

- расчётный коэффициент инфильтрации, обусловленной тепловым и ветровым напором, т.е. соотношение тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при температуре наружного воздуха, расчётной для проектирования отопления.

Расчётный коэффициент инфильтрации:

,

где - ускорение свободного падения, ;

- свободная высота здания, м; ;

- расчётная для данной местности скорость ветра в отопительный период; .

Расчётная нагрузка приточной вентиляции:

,

- удельная вентиляционная характеристика здания,

Средняя часовая нагрузка горячего водоснабжения потребителя:

где - норма затрат воды на горячее водоснабжение абонента, , ;

- число жителей потребителей горячей воды, чел.;

- температура холодной водопроводной воды в отопительный период, , .



1.2 Расчет тепловых нагрузок жилого микрорайона

Расчет тепловых нагрузок остальных зданий жилого микрорайона производим так же по укрупненным показателям.

Результаты вычислений тепловых нагрузок представлены в табл. 1.

Таблица 1. Тепловая нагрузка зданий

Наименование постройки	Результаты расчёта тепловой нагрузки
Дом №1	8250	130,81	-	188,27	319,08
Дом №2	12343	130,81	-	283,18	413,99
Дом №3	8250	130,81	-	188,27	319,08
Дом №4	12343	130,81	-	283,18	413,99
Дом №5	23459	261,62	-	534,72	796,34
Дом №6	8250	130,81	-	188,27	319,08
Детский сад	6089	65,41	34,96	126,02	226,39
Поликлиника	15264	305,23	219,12	285,64	809,99
Итого	-	1286,31	254,08	2077,55	3617,94

В результате выполненных расчетов можно сделать вывод о том, что наибольшая нагрузка - отопление, составляет 57% от суммарной тепловой нагрузки комплекса зданий.

1.3 Годовые расходы тепла

Годовой расход тепла на отопление:

Дежурное отопление зданий отсутствует, следовательно, годовой расход тепла на отопление равен:



Годовой расход тепла на вентиляцию:

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение:



2. Регулирование тепловых нагрузок

Количество тепла, отпускаемое источником теплоснабжения, регулируется в зависимости от температуры наружного воздуха. Основное применение в водяных системах теплоснабжения находит центральное качественное регулирование.

2.1 Исходные данные

1. Тип системы отопления: водяное отопление и калориферы вентиляции

2. Расчетная температура воды в падающей магистрали -

3. Расчетная температура воды в обратной магистрали -

4. Расчетная температура наружного воздуха -

5. Расчетная температура воздуха в помещении -

2.2 Расчетные зависимости

Для всех зданий жилого микрорайона значение, поэтому для расчета температурных графиков в данном случае используются формулы центрального качественного регулирования, когда к тепловой сети подключены водяные системы отопления без снижения температурного потенциала. Для качественного регулирования получены зависимости температурных графиков (зависимость температур прямой и обратной воды от относительной нагрузки отопления):



где, - относительная отопительная нагрузка;

- расчетная температура наружного воздуха, ⁰С;

- средний температурный напор в отопительном приборе;

- расчетный перепад температур в системе отопления.

Температура сетевой воды за вентиляционными калориферами определяется по формуле:

Уравнение решается последовательным приближением по .

Результаты вычислений сводим в табл. 2.

Таблица 2. Результаты расчета параметров теплоснабжения

	, ОС	, ОС	, ОС
-26	95	70	70
-25	93,63	69,18	68,92
-24	92,27	68,35	67,83
-23	90,90	67,53	66,74
-22	89,52	66,69	65,65
-21	88,14	65,86	64,57
-20	86,75	65,01	63,48
-19	85,36	64,16	62,38
-18	83,96	63,31	61,29
-17	82,56	62,45	60,2
-16	81,15	61,58	59,1
-15	79,73	60,71	58
-14	78,31	59,83	56,9
-13	76,88	58,94	55,8
-12	75,44	58,05	54,7
-11	74,00	57,15	53,6
-10	72,55	56,24	52,5
-9	71,09	55,33	51,39
-8	69,62	54,40	50,28
-7	68,14	53,47	49,17
-6	66,66	52,53	48,06
-5	65,16	51,57	46,95
-4	63,66	50,61	45,83
-3	62,14	49,64	44,73
-2	60,62	48,66	43,61
-1	59,08	47,67	42,49
0	57,53	46,66	41,38
1	55,97	45,64	40,26
2	54,39	44,61	39,13
3	52,80	43,56	38,02
4	51,19	42,50	36,9
5	49,57	41,42	35,77
6	47,93	40,32	34,65
7	46,27	39,20	33,52
8	44,59	38,07	32,41
9	42,88	36,90	31,28
10	41,15	35,71	30,16
11	39,39	34,50	29,05
12	37,59	33,24	27,92
13	35,76	31,95	26,82
14	33,88	30,62	25,72
15	31,94	29,23	24,62
16	29,94	27,77	23,51
17	27,85	26,22	22,48
18	25,63	24,543	21,46
19	23,19	22,65	20,52
20	20	20	20



3. Расчет тепловых сетей

3.1 Гидравлический расчет тепловых сетей

Тепловые сети предназначены для передачи тепла от источника теплоты (ИТ) потребителям (абонентам) и включают в себя теплопроводы, т.е. соединенные сваркой стальные трубы, тепловую изоляцию, запорную и регулировочную арматуру, компенсаторы тепловых удлинений, дренажные и воздухоспускные устройства, подвижные и неподвижные опоры, камеры обслуживания и строительные конструкции.

Гидравлический расчет - один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловых сетей. В итоге гидравлического расчета определяются: диаметры трубопроводов, падение давления (напора) по длине трубопровода, давления (напоры) в различных точках сети; производится увязка всех точек системы сеть - потребитель с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Исходными данными для расчета являются:

- схема тепловой сети, которая определяется размещением ИТ по отношению к потребителям, характером теплового потребления и видом теплоносителя. Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети - это надежность и экономичность. При выборе тепловой сети следует, как правило, стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины трубопроводов;

- длины участков трубопровода;

- расходы воды у потребителей.

Гидравлический расчет сети выполняется на максимальный расход сетевой воды.

Так, при параллельном подключении к водяной тепловой сети систем водяного отопления и вентиляции и центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке, максимальный расход в сети G кг/с, будет при температуре наружного воздуха, равной расчетной температуре для вентиляции t_но (из графиков регулирования) и определяется как:

,

где , - расчетные нагрузки отопления и вентиляции для рассматриваемого объекта (потребителя), кВт;

- расчетный перепад температур по сетевой воде для систем отопления (из графиков регулирования), ⁰С;

- теплоемкость воды, кДж/кг⁰С.

Гидравлический расчет системы отопления и вентиляции

Таблица 3. Расходы теплоносителя на отопление и вентиляцию

Наименование постройки	Расход теплоносителя
	кг/c	т/ч
Дом №1	1,799	6,476
Дом №2	2,705	9,738
Дом №3	1,799	6,476
Дом №4	2,705	9,738
Дом №5	5,108	18,388
Дом №6	1,799	6,476
Детский сад	1,538	5,536
Поликлиника	4,822	17,359

Допускается принимать для водяных тепловых сетей от источника теплоты до наиболее удаленного потребителя R_л =80 - 100 Па/м. Затем выбирается расчетная магистраль, т.е. направления от источника тепла до одного из абонентов, характеризующееся наименьшим удельным падением давления. Если падение давления между ИТ и любым потребителем одно и тоже (одинаковые располагаемые напоры на абонентских вводах), то расчетной магистралью является линия, соединяющая станцию с наиболее удаленным потребителем.

Расчетная магистраль разбивается на участки. Расчетным участком называют отрезок трубопровода между двумя ответвлениями; на расчетном участке расход теплоносителя и диаметр участка неизменны. Считаются участки магистрали (расчет можно начинать как с начального, так и с конечного участка расчетной магистрали, принимая в первом приближении удельное падение давления на участке, равным таковому для всей магистрали), а затем ответвления.

Расчет выполняется в два этапа - предварительный и проверочный. В предварительном расчете по известному или принимаемому R_л и заданному расходу (расходы в ответвлениях известны, т.к. определяются нагрузками потребителей) определяется диаметр участка магистрали.

В проверочном расчете подбирается ближайший стандартный диаметр трубопровода и уточняется R_л, определяется и .

Расчет главной магистрали рассмотрим на примере участка Ж-7.

Длина участка Ж-7 L=46 м; расход воды G=4,822 кг/с.

Предварительная оценка диаметра участка выполняется по формуле:

,

где R_л=100 Па/м предварительно принимаем на основе рекомендаций.

Ближайший стандартный внутренний диаметр d^гост=100 мм.

Действительное удельной падение давления (на единицу длины трубопровода) определяется по формуле:

.



Определение эквивалентной длины местных сопротивлений по формуле:

;

На участке находится задвижка, вентиль и тройник:

.

Падение давления на участке:

.

Расчет ответвлений магистрали рассмотрим на примере участка Ж-8.

Длина ответвления Ж-8 L=10 м; расход воды G=1,799 кг/с.

Падение давления на ответвлении:

.

Удельное падение давления:

,

где а =l_э / l=0,5 (предварительно оценивается).

Диаметр ответвления:



Ближайший стандартный внутренний диаметр d^гост=51 мм.

Действительное удельное падение давления:

.

Эквивалентная длина местных сопротивлений ответвления:

.

Уточнение падения давления на ответвлении:

.

Аналогичным образом рассчитываются остальные участки магистрали и ответвлений.

Результаты расчета приведены в табл. 4.

На основании данных расчетов строим пьезометрический график (рис. 4).

Таблица 4. Результаты гидравлического расчета системы отопления и вентиляции

Участок магистрали	l,м	G, кг/с	Rл, Па/м	d, м	dГОСТ,м	Rлд, Па/м	Lэкв, м	,м	,Па
0-А	17	22,275	100	0,161	0,15	143,63	17,02	34,02	4887
А-Б	38	20,477	100	0,156	0,15	121,37	11,63	49,63	6024
Б-В	15	17,771	100	0,148	0,15	91,42	4,82	19,82	1812
В-Г	25	15,973	100	0,142	0,15	73,85	8,23	33,23	2554
Г-Д	53	13,267	100	0,132	0,125	132,71	3,84	56,84	7543
Д-Е	92	11,729	100	0,126	0,125	103,72	5,2	97,2	10081
Е-Ж	42	6,621	100	0,101	0,1	106,64	3,08	45,08	4807
Ж-7	46	4,822	100	0,091	0,1	56,57	12,65	58,65	3318
Ответвления
А-1	10	1,799	401,6	0,047	0,051	269,91	11,64	21,64	5841
Б-2	8	2,705	151,	0,067	0,07	115,82	17,29	25,29	2929
В-3	10	1,799	163,6	0,056	0,051	269,91	11,64	21,64	5841
Г-4	11	2,705	457,1	0,054	0,051	610,67	11,64	22,64	13825
Д-5	15	1,538	448,	0,044	0,051	197,36	11,64	26,64	5257
Е-6	11	5,108	291,3	0,075	0,07	412,94	10,94	21,94	9062
Ж-8	10	1,799	221,1	0,053	0,051	269,91	11,34	21,34	5761

Гидравлический расчет системы горячего водоснабжения

Таблица 5. Расходы теплоносителя на горячее водоснабжение

Наименование постройки	Расход теплоносителя
	кг/c	т/ч
Дом №1	0,723	2,603
Дом №2	0,723	2,603
Дом №3	0,723	2,603
Дом №4	0,723	2,603
Дом №5	1,446	5,306
Дом №6	0,723	2,603
Детский сад	0,362	1,303
Поликлиника	1,687	6,073

Расчет главной магистрали рассмотрим на примере участка Е-Ж.

Длина участка Е-Ж L=42 м; расход воды G=2,411 кг/с.

Предварительная оценка диаметра участка выполняется по формуле:

,



где R_л=100 Па/м предварительно принимаем на основе рекомендаций.

Ближайший стандартный внутренний диаметр d^гост=70 мм.

Действительное удельной падение давления (на единицу длины трубопровода) определяется по формуле:

.

Определение эквивалентной длины местных сопротивлений по формуле:

;

На участке находится две задвижки и тройник:

.

Падение давления на участке:

.

Расчет ответвлений магистрали рассмотрим на примере участка Е-6.

Длина ответвления Е-6 L=11 м; расход воды G=1,446 кг/с.

Падение давления на ответвлении:

.



Удельное падение давления:

,

где а =l_э / l=0,5 (предварительно оценивается).

Диаметр ответвления:

Ближайший стандартный внутренний диаметр d^гост=51 мм.

Действительное удельное падение давления:

.

Эквивалентная длина местных сопротивлений ответвления:

.

Уточнение падения давления на ответвлении:

.

Аналогичным образом рассчитываются остальные участки магистрали и ответвлений.

Результаты расчета приведены в табл. 5.

На основании данных расчетов строим пьезометрический график (рис. 5).

Таблица 5. Результаты гидравлического расчета системы горячего водоснабжения

Участок магистрали	l,м	G, кг/с	Rл, Па/м	d, м	dГОСТ,м	Rлд, Па/м	Lэкв, м	,м	,Па
0-А	17	7,112	100	0,104	0,1	123,03	10,26	27,26	3353
А-Б	38	6,388	100	0,101	0,1	99,28	7,01	45,01	4468
Б-В	15	5,665	100	0,096	0,1	78,07	2,91	17,91	1398
В-Г	25	4,942	100	0,091	0,1	59,41	4,96	29,96	1780
Г-Д	53	4,219	100	0,086	0,082	122,72	2,27	55,27	6783
Д-Е	92	3,857	100	0,083	0,082	102,59	3,07	95,07	9753
Е-Ж	42	2,411	100	0,067	0,07	91,96	1,97	43,97	4044
Ж-7	46	1,687	100	0,061	0,07	45,06	8,97	54,97	2477
Ответвления
А-1	10	0,723	401,6	0,036	0,033	428,96	6,75	16,75	7187
Б-2	8	0,723	151,	0,043	0,04	156,24	8,59	16,59	2592
В-3	10	0,723	163,6	0,043	0,04	156,24	8,59	18,59	2905
Г-4	11	0,723	457,1	0,034	0,033	428,96	6,75	17,75	7616
Д-5	15	0,362	448,	0,026	0,033	107,24	6,75	21,75	2333
Е-6	11	1,446	291,3	0,048	0,051	174,55	7,37	18,37	3206
Ж-8	10	0,723	221,1	0,039	0,04	156,24	8,37	18,37	2871

3.2 Тепловой расчет тепловых сетей

Исходными данными для расчета тепловой изоляции водяной сети являются: длина рассматриваемого участка или ответвления, его внутренний и наружный диаметры, температура теплоносителя в подающей и обратной линии. Для данной тепловой сети используется подземная бесканальная прокладка.

Методика теплового расчета

Рассмотрим участок О-А. Внутренний диаметр трубопровода d_вн = 0,15 м; наружный диаметр трубопровода d_нар = 0,159 м; расход теплоносителя на участке G = 22,275 кг/с; длина участка L = 17 м; глубина заложения трубопровода hо=1,5 м; температура грунта +5C.

1) Выбирается материал для теплоизоляционного слоя: пенополиуретан.

Теплопроводность теплоизоляционного материала со средней плотностью :

,

где, - средняя температура теплоизоляционного слоя, ;

Средняя температура теплоизоляционного слоя:

- для подающего трубопровода

- для обратного трубопровода

,

где, - средняя температура теплоносителя в трубопроводе, .

Откуда коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала:

- для подающего трубопровода

.

- для обратного трубопровода

.

2) Определяется значение коэффициента дополнительных потерь , учитывающего тепловые потери через теплопроводные включения в теплоизоляционных конструкциях при наличии в них крепежных деталей и опор.

Для бесканальной прокладки .

3) Для расчетного участка предварительно принимаются толщины изоляции для подающего () и обратного трубопроводов (). Рекомендованное значение толщины ППУ-изоляции для трубопровода наружным диаметром 219 мм соответственно равно:

.

4) Определяются наружные диаметры теплопроводов:

- для подающего трубопровода

.

- для обратного трубопровода

,

где, - наружный диаметр подающего и обратного трубопровода с изоляцией, мм;

- наружный диаметр подающего и обратного трубопровода соответственно, мм.

5) Определяется термическое сопротивление слоев изоляции:

- для подающего трубопровода

.

- для обратного трубопровода



.

6) Вычисляется термическое сопротивление грунта:

где, - коэффициент теплопроводности грунта, ;

вид грунта - песок (, .

7) Термическое сопротивление, обусловленное взаимодействием двух труб:

где, - расстояние между осями трубопроводов, м.

8) Тепловые потери через изолированную поверхность трубопроводов системы отопления и вентиляции:

- для подающего трубопровода



- для обратного трубопровода

где , - средние температуры теплоносителей в подающей и обратной линиях соответственно, ;

- температура грунта, .

Суммарные удельные тепловые потери:

Предельная толщина теплоизоляционного слоя для условного прохода 250мм равна 120 мм, следовательно, принятые значения толщин теплоизоляции являются искомыми .

8) Суммарные потери теплоты на участке О-А:

.

9) Тепловые потери на участке подающей линии:

.

10) Температура теплоносителя в конце расчетного участка:



.

Расчет потерь тепла с утечками

Потери тепла с утечками рассчитываются по формуле:

где - утечки сетевой воды, кг/с;

- теплоёмкость воды, кДж/(кгК);

и - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах;

- температура исходной воды.

где - объём тепловых сетей, м³.

Согласно СНиП «Тепловые сети» объём тепловых сетей принимается 70м³ на 1МВт отпущенного тепла. Соответственно для проектируемой теплотрассы объём тепловых сетей составляет

Определяем утечки сетевой воды, кг/с:

Потери тепла с утечками , кВт:

На основе расчетных данных из таблиц можно сделать вывод, что минимальная и максимальная толщина ППУ-изоляции для данной тепловой сети составляет 29 и 42,5 мм соответственно. Линейная плотность теплового потока ниже нормативных потерь для соответствующих диаметров трубопроводов примерно в 1,5 раза. Падение температуры теплоносителя в системе отопления и вентиляции у конечного потребителя не превышает 0,3 , в системе горячего водоснабжения 0,5 соответственно. Суммарные потери тепла в системе отопления и вентиляции составляют 20,270 кВт, а в системе горячего водоснабжения 18,360 кВт на расчетном режиме работы. С учетом утечек теплоносителя суммарные потери теплоты составили 215,31 кВт.



4. Расчет источника теплоснабжения

4.1 Расчет принципиальной тепловой схемы котельной

Исходные данные

Котельная предназначена для централизованного теплоснабжения жилого микрорайона, а именно систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Рассчитываем блочную котельную с водогрейными котлами.

Расчетная нагрузка отопления и вентиляции .

Расчетная нагрузка горячего водоснабжения.

Температурный график водяной тепловой сети -.

Температурный график системы ГВС -.

Температура теплоносителя на входе в котлоагрегат 80 .

Температура теплоносителя на выходе из котлоагрегата 115 .

Котельная работает на газообразном топливе.

Расчет выполнен для максимально-зимнего и летнего периода.

Результаты расчета тепловой схемы водогрейной котельной приведены в табл. 8.

Таблица 6. Расчет тепловой схемы котельной

Расчетная величина	Обозначение	Расчетная формула или способ определения	Единица измерения	Расчетный режим tн = - 26 °С	Летний режим
Расход теплоты на отопление и вентиляцию		Из расчета	кВт	2331,63	-
Расход теплоты на ГВС		Из расчета	кВт	1286,31	1054,77
Общая тепловая мощность котельной			кВт	3617,94	1054,77
Температура прямой сетевой воды на выходе из сетевого подогревателя		Из расчета	єС	95	-
Температура обратной сетевой воды на входе в сетевой подогреватель		Из расчета	єС	70	-
Расход сетевой воды на отопление и вентиляцию			кг/с	22,275	-
Расход сетевой воды на ГВС			кг/с	12,289	10,077
Общий расход сетевой воды			кг/с	34,564	10,077
Расход теплоты на собственные нужды			кВт	108,54	31,64
Расход воды через котел на собственные нужды			кг/c	0,741	0,216
Расход воды на подпитку наружного контура			кг/с	0,527	0,154
Расход воды на подпитку внутреннего контура			кг/c	0,173	0,05
Расход химочищенной воды			кг/с	0,7	0,204
Расход исходной воды			кг/с	0,7	0,204
Потери теплоты через утечки		Из теплового расчета	кг/с	176,68	51,51
Общая тепловая мощность ТГУ			кВт	3903,16	1137,92
Расход воды через котельные агрегаты			кг/с	26,634	7,765
Расход греющей воды на сетевой подогреватель			кг/с	15,911	-
Расход греющей воды на подогреватель ГВС			кг/с	8,778	7,198

4.2 Выбор оборудования котельной

На основании расчета тепловой схемы выбираем оборудование котельной.

Выбор сетевого подогревателя

Исходные данные:

Расход греющей воды ;

расход нагреваемой воды .

Подогрев воды производится от 70 до 95 ⁰С, за счет охлаждения котельной воды от 115 до 80 ⁰С.

1) Тепловая мощность подогревателя:

=2331,666 кВт.

2) Среднелогарифмический температурный напор:

3) Ориентировочная величина поверхности теплообмена при принятом значении коэффициента теплопередачи k=3000Вт/м²К:

Выбираем два параллельно включенных пластинчатых теплообменника HH№41 «Ридан».

Характеристика выбранного подогревателя:

Количество пластин типа HH41-TK - n=52-115;

Площадь одной пластины - 0,45 ;

Материал пластин - нержавеющая сталь AISI 304;

Коэффициент теплопроводности пластин ;

Максимальная поверхность теплообмена 72,5;

Эквивалентный диаметр пластины - 4,7 мм;

Толщина пластин - 0,5 мм;

число ходов по нагреваемой и охлаждаемой среде - 1;

проходное сечение межпластинного канала;

комплексные геометрические факторы для учета влияния особенностей геометрии пластин на теплообмен и гидравлическое сопротивление при течении теплоносителей в каналах теплообменников:

Выбор подогревателя ГВС

Исходные данные:

Расход греющей воды ;

расход нагреваемой воды .

Подогрев воды производится от 40 до 65 ⁰С, за счет охлаждения котельной воды от 115 до 80 ⁰С.

Тепловая мощность подогревателя:

=1286,323 кВт.

Среднелогарифмический температурный напор:

Ориентировочная величина поверхности теплообмена при принятом значении коэффициента теплопередачи k=3000 Вт/м²К:

Выбираем два параллельно включенных пластинчатых теплообменника HH№14 «Ридан».

Характеристика выбранного подогревателя:

Количество пластин типа HH14-TK - n=40-75;

Площадь одной пластины - 0,073 ;

Материал пластин - нержавеющая сталь AISI 304;

Коэффициент теплопроводности пластин ;

Максимальная поверхность теплообмена 11,4 ;

Эквивалентный диаметр пластины - 4,5 мм;

Толщина пластин - 0,5 мм;

число ходов по нагреваемой и охлаждаемой среде - 1;

проходное сечение межпластинного канала;

комплексные геометрические факторы для учета влияния особенностей геометрии пластин на теплообмен и гидравлическое сопротивление при течении теплоносителей в каналах теплообменников:

Выбор насосов

Циркуляционный насос системы отопления и вентиляции.

Циркуляционные насосы выбираются в соответствии с расходом сетевой воды на отопление и вентиляцию (22,275 кг/c = 80,19 т/ч). Выбираем три насоса CP-65-4700/A/BAQE/11 (2-рабочих, 1-резервный).

Таблица 7. Техническая характеристика насоса

Подача, м3/ч	41
Напор, м. вд. ст.	45
Количество, шт	3
Мощность электродвигателя, кВт	11

Циркуляционный насос системы горячего водоснабжения.

Циркуляционные насосы выбираются в соответствии с расходом сетевой воды на горячее водоснабжение (12,289 кг/c = 44,24 т/ч). Выбираем два насоса CP-65-4700/A/BAQE/11 (1-рабочих, 1-резервный).

Таблица 8. Техническая характеристика насоса

Подача, м3/ч	46
Напор, м. вд. ст.	45
Количество, шт	2
Мощность электродвигателя, кВт	11

Насосы котловые.

Котловые насосы выбираются в соответствии с расходом воды котельного контура (26,634 кг/c = 95,88 т/ч). Выбираем два насоса CP-80-1400/A/BAQE/2,2 (2-рабочих).

Таблица 9. Техническая характеристика насоса

Подача, м3/ч	48
Напор, м. вд. ст.	12
Количество, шт	2
Мощность электродвигателя, кВт	2,2

Подпиточный насос внутреннего контура.

Подпиточные насосы выбираются в соответствии с расходом воды на подпитку внутреннего контура (0,173 кг/c = 0,623 т/ч). Выбираем два насоса KVC 35/30 T (1-рабочий, 1-резервный).

Таблица 10. Техническая характеристика насоса

Подача, м3/ч	1
Напор, м. вд. ст.	40
Количество, шт	2
Мощность электродвигателя, кВт	0,45

Подпиточный насос наружного контура.

Подпиточные насосы выбираются в соответствии с расходом воды на подпитку наружного контура (0,527 кг/c = 1,89 т/ч). Выбираем два насоса KVC 20/80 T (1-рабочий, 1-резервный).



Таблица 11. Техническая характеристика насоса

Подача, м3/ч	2
Напор, м. вд. ст.	28
Количество, шт	2
Мощность электродвигателя, кВт	0,55

Насос сырой воды.

Насос сырой воды выбирается в соответствии с расходом сырой воды (0,7 кг/c = 2,52 т/ч). Выбираем два насоса KVC 20/80 T (1-рабочий, 1-резервный).

Таблица 12. Техническая характеристика насоса

Подача, м3/ч	2,6
Напор, м. вд. ст.	28
Количество, шт	2
Мощность электродвигателя, кВт	0,55

Таким образом, на котельной установлено 2 водогрейных котла «КВа-2,0», 2 горелочных устройства, а также другое вспомогательное оборудование. Насосное оборудование: 2 котловых насоса с подачей 48 м³/ч, 3 циркуляционных насоса системы отопления и вентиляции подачей 41 м³/ч, 2 насоса системы горячего водоснабжения подачей 46 м³/ч, 2 насоса подпитки внутреннего контура подачей 1 м³/ч, 2 насоса подпитки наружного контура подачей 2 м³/ч и 2 насоса сырой воды подачей 2,6 м³/ч. Сетевая вода нагревается в двух пластинчатых теплообменниках HH41-TK, а вода в системе ГВС в двух аналогичных теплообменных аппаратах HH14-TK.



5. Расчет системы газоснабжения

5.1 Расчет потребности газа

Определение теплофизических характеристик и свойств газа

При известном составе газообразного топлива теплофизические характеристики его определяются по свойствам простых газов - компонентов смеси. По заданному газопроводу Брянск - Москва имеем следующий состав газа: СН₄ - 92,8%; С₂Н₆ - 3,9%; С₃Н₈ - 1,1%; С₄Н₁₀ - 0,4%; С₅Н₁₂ - 0,1%; СО₂ - 0,1%; N₂ - 1,6%.

Плотность газового топлива в нормальных условиях сосм, кг/м3, находится по формуле:

,

где - плотность i-го компонента смеси при нормальных условиях, кг/м³;

- объемное процентное содержание i-го компонента в газовой смеси,%.

Определяем плотность газовой смеси:

кг/м³

Низшая объемная теплота сгорания сложных газов , кДж/м³, рассчитывается по составу газообразного топлива и теплоте сгорания компонентов:

,

кДж/м³



Концентрационные пределы воспламенения для смесей горючих газов определяем по формуле:

где - нижний или верхний предел воспламенения смеси с балластными примесями, об.%;

- нижний или верхний предел воспламенения горючей части смеси, об.%;

- содержание балластных примесей () в газообразном топливе, доли единицы.

Для определения пределов воспламенения находим состав горючей части газа без балластных примесей по формуле:

об.%

об.%

об.%

об.%

об.%

об.%



где - нижний или верхний предел воспламенения i-го компонента газовоздушной смеси, об.%.

Используя данные из таблицы 1, находим нижний и верхний пределы воспламенения горючей части газа:

об.%

об.%

Теперь находим пределы с учетом балластных примесей:

об.%

об.%

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м³ природного газа, , м³/м³, составляет:

где - объемное процентное содержание углеводородов, входящих в состав газовой смеси,%;

- соответственно число атомов углерода и водорода в каждом углеводороде;

- объемное процентное содержание сероводорода в газовом топливе,%.

м³/м³

Теоретический расход влажного воздуха, на объем содержащихся в нем водяных паров:

где - влагосодержание воздуха, г/м³;

0,00124 - объем 1 г водяного пара, м³/г.

Содержание водяных паров в воздухе при и составляет г/м³. Тогда теоретический расход влажного воздуха равен:

м³/м³

Вследствие несовершенства смешения горючих компонентов с окислителем в процессе горения топочные процессы ведутся с некоторым избытком воздуха (для исключения химической неполноты сгорания), поэтому действительное количество воздуха, , м³/м³, необходимого для сжигания газа составит:

где - коэффициент избытка воздуха. Его величина зависит от условий смесеобразования газа и воздуха и обычно принимается в пределах 1,05…1,2.

Принимаем .

м³/м³

Количество углекислого газа, образующегося при сгорании 1м³ газообразного топлива, м³/м³, зависит от содержания углерода в компонентах смеси и в балласте топлива:



где - объемное процентное содержание углекислого газа в составе смеси,%.

м³/м³

Объем водяных паров в продуктах сгорания составит:

где - влагосодержание газа, г/м³;

м³/м³

Количество кислорода в продуктах сгорания:

м³/м³

Количество азота в продуктах сгорания:

м³/м³

Полный объем продуктов сгорания 1 м³ рассматриваемого газа составит:



м³/м³

Основные характеристики некоторых простых газов, входящих в состав природных газов, которые необходимы при определении свойств газовой смеси, приведены в табл. 13.

Таблица 13. Основные характеристики газов, входящих в состав природных газов

Показатель	Метан	Этан	Пропан	Бутан	Пентан	Углекислый газ	Азот
Химическая формула	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	СО2	N2
Плотность при нормальных условиях	0,717	1,356	2,004	2,702	3,457	1,977	1,251
Теплота сгорания, кДж/м3 высшая QВ низшая QН	39930 35760	69690 63650	99170 91140	128500 118530	158000 146180	- -	- -
Пределы воспламенения в смеси с воздухом, об.% нижний верхний	5,0 15,0	3,0 12,5	2,0 9,5	1,7 8,5	1,35 8,0	- -	- -

Определение расхода газа потребителям

Расход газа котельными определяется по выявленным затратам теплоты, кВт, на отопление жилых и общественных зданий Q_о, вентиляцию общественных зданий Q_в и горячее водоснабжение жилых и общественных зданий Q_гв. Общая теплопроизводительность блочно - модульной котельной составляет



.

Для покрытия расчетной тепловой нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, установим в котельной два водогрейных котла серии Ква номинальной производительностью 2,0 МВт и температурой воды на выходе из котла до 95°С.

Максимальный часовой расход газа котельной находится по формуле:

Годовой расход газа определяется по годовому отпуску теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

Расчетный расход газа V_p, м³/ч, на коммунально - бытовые нужды находим как долю годового расхода:

V_р=К_m•V_год

где К_m - коэффициент часового максимума.

Годовой расход газа V_год, м³/год, на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды равномерно распределенными потребителями определяем по выражению:

V_год=N•n•x•Q_год/Q_н



где N - численность населения, чел.;

n - число расчетных потребителей на 1 тыс. жителей;

х - степень охвата газоснабжением в долях единицы;

Q_год - нормативный расход газа в тепловых единицах на хозяйствено-бытовые и коммунальные нужды, кДж/год.

Величина коэффициента часового максимума зависит от общего числа жителей, снабжаемых газом в зоне действия ГРПШ.

Степень охвата газоснабжением принимаем х=1 (100%), 360 - число дней работы предприятий общественного питания за год.

По нормативным расходам газа Q_год кДж/год определяем годовой и расчетный расходы газа на жилые и общественные здания, затем, в зависимости от числа жителей, принимаем коэффициент часового максимума K_m.

Нагрузка ГРПШ определяется как сумма расчетных расходов газа по всем видам потребления.

Годовой расход газа на жилые здания равен:

.

5.2 Подбор оборудования для ГРУ котельной и выбор ГРПШ

Исходными данными для подбора оборудования ГРУ являются:

- расчетный расход газа котельной V_р, м³/ч, (известен из расчета нагрузок потребителей);

- давление газа на вводе в ГРУ P_вх, МПа;

- плотность газа ;

- давление газа перед горелками P_гор, Па (для котлов мощностью от 2 МВт принимается 50 кПа).

Выбор фильтра

Фильтры газовые (ФВ) в ГРУ предназначены для очистки газа от пыли, смолистых веществ, нафталина и других твердых частиц. Отсутствие в очищенном газе твердых частиц или уменьшение их количества до возможного минимума позволяет повысить плотность запорных устройств, включая арматуру перед агрегатами, горелками и приборами, ПЗК, ПСУ и регулирующих органов регуляторов давления, а также увеличить межремонтное время для этих устройств.

К установке в ГРУ принимается газовый фильтр ФВ - 100. Выбранный фильтр будет надежно эксплуатироваться при данном расходе проходящего газа, т.к. отклонение расхода газа находиться в пределах допустимой пропускной способности газового фильтра.

Выбор газового счетчика

Для измерения расхода газа в ГРУ устанавливают турбинные газовые счетчики СГ. При выборе счетчика необходимо знать расход при рабочих условиях, который определяется по формуле:

где рабочее давление газа перед счетчиком, МПа;

среднее значение рабочей температуры газа, ;

атмосферное давление.

Рабочее давление газа перед счетчиком определяется:

По полученному расходу выбираем счетчик СГ 16 - 400.

Выбор регулятора давления

Регуляторы давления (РД) являются основным элементом ГРУ, предназначенным для автоматического понижения давления газа от начального (входного) до расчетного (выходного) давления и поддержания последнего в заданном диапазоне независимо от изменения расхода газа и колебания входного давления в определенных пределах. Конструктивное исполнение и размеры регуляторов определяются условиями их эксплуатации, расчетной пропускной способностью, входным и выходным давлением, характеристикой регулируемого объекта (системы газопроводов).

Выбор регулятора производят из условия, что его пропускная способность должна быть на 15 … 20% больше максимального часового расхода газа потребителем. Это означает, что регулятор будет загружен при максимальном газопотреблении не более чем на 80%, а при минимальном потреблении газа - не менее чем на 10%.

Проверим отношение давления газа на входе и выходе из РД:

Таким образом, перепад давлений считаем критическим. Предварительная пропускная способность РД:

где, - паспортный расход газа через регулятор, Нм³/ч;

- паспортный перепад давления на регуляторе, Па;

- паспортное давление за РД, Па.

Для установки примем регулятор прямого действия с усилителем (пилотом), который за счет своего перемещения под воздействием энергии транспортируемого газа высокого потенциала предохраняет разрушение мембраны при повышенных давлениях, и создает такой перепад давления, который создает усилие, необходимое для перемещения регулирующего органа, т.е. преобразуя выходное давление. Примером таких регуляторов прямого действия являются регуляторы давления блочные конструкции Казанцева (РДБК), обеспечивающие неравномерность выходного давления, в несколько раз меньшую, чем РДУК2.

Выбираем пропускную способность регулятора: при входном давлении газа равному . Устанавливаемый регулятор РДБК1-50-35 с характерными размерами: L = 350 мм, D = 466 мм, H = 450 мм.

Выбор предохранительно-запорного клапана

Предохранительно-запорные клапаны (ПЗК) предназначены для автоматического прекращения подачи газа к потребителям в случае повышения или понижения его давления в контролируемой точке ГРУ сверх заданных пределов. ПЗК выбирается по условному диаметру трубопровода и пределам настройки

: МПа,

где - давление газа перед РД.

Исходя из рассчитанного давления, устанавливается ПЗК ПКВ-100, который изображен на рисунке 8, со следующими характеристиками.

Давление на входе не более 12 кгс/см² или 1,177 МПа.

Верхний предел настройки контролируемого давления 0,3 - 6,0 кгс/см², а нижний: 0,03 - 0,3 кгс/см².

Размеры: условный проход - 100 мм, L - 350 мм, H - 590 мм, h - 113 мм, K - 313 мм; масса - 54 кг.

Выбор предохранительно-сбросного клапана

В ГРУ тупиковых систем газопроводов предохранительно-сбросной клапан (ПСК) предназначен для сброса некоторого избыточного объема газа из газопровода после регулятора в атмосферу с целью предотвратить повышения давления в контролируемой точке до значения, при котором возможно:

1) срабатывания ПЗК с полным прекращением подачи газа потребителям в моменты резкого уменьшения расхода газа или внезапного увеличения давления до ГРУ, а также в периоды, когда отбор газа оказывается меньше 5% номинальной пропускной способности регулятора или временно прекращается полностью, но регулятор не обеспечивает герметичности затвора;

2) повреждения КИП и нарушение плотности газопроводов и арматуры в случае неисправности регулятора и срабатывания ПЗК, затвор которого может оказаться негерметичным;

3) нарушение технологии сжигания газа, плотности газопроводов и арматуры, а также повреждение КИП в случае неисправности регулятора ГРУ, в котором имеется система сигнализации о повышении давления и отсутствует ПЗК.

Количество газа, подлежащее сбросу ПСК, при наличии перед регулятором давления ПЗК, определяется по формуле:

где - расчетная пропускная способность регулятора, Нм³/ч.

Настройка ПСК на полное открытие при давлении:

где рабочее давление газа в газопроводе на выходе из ГРП, ата.

Начало открытия при давлении не более:

Выбираем ПСК-50В со сбросом газа 0,5 Нм³/ч, диапазоном настройки срабатывания 0,5 … 1,2 кгс/см², диаметром дисков и номером пружины 1315-09.

Выбор ГРШП

Выбор шкафного ГРП для конкретного объекта отличается от процесса проектирования обычного ГРП или ГРУ, когда для заданных параметров, характеризующих объект (входное и выходное давление, пропускная способность, режим работы), подбирается по отдельности каждый вид оборудования, отвечающий требуемым условиям. Шкафной ГРП поступает для монтажа в готовом виде с определенным набором оборудования и КИП и конкретной схемой их расположения. Поэтому основным фактором для выбора ГРПШ является наличие в комплекте оборудования подходящего регулятора давления с необходимой пропускной способностью. В нашем случае при расходе газа на жилые здания равному V_общ = 21,6(м³/ч) и при снижении давления газа с P_вх = 0,29(МПа) до необходимого P_вых = 0,005(МПа) подходит регулятор давления РД-32-6 М/С. Поэтому выбираем шкафной регулятор типа ГРПН-300.

Газорегуляторный пункт состоит из шкафа, в котором смонтированы основная линия редуцирования и резервная. Основная линия редуцирования состоит из крана входного, фильтра газового, регулятора давления газа и выходного крана. При ремонте технологического оборудования основной линии подача газа к потребителю осуществляется через резервную линию, которая состоит из входного крана, фильтра газового, регулятора давления газа и выходного крана. Для сброса порции газа при ремонте технологического оборудования предусмотрены сбросные трубопроводы с кранами.



Заключение

Спроектирована система теплоснабжения жилого микрорайона, расположенного в городе Брянск.

Суммарная расчетная тепловая нагрузка котельной составляет 3617,94 кВт, из которой 2077,55 кВт приходится на отопление, 254,08 кВт на вентиляцию и 1286,31 кВт на горячее водоснабжение. Зданиями с самыми большими потреблениями тепла являются поликлиника и дом №5, а с самым низким - детский сад.

Были установлены теплопроводы с ППУ-изоляцией диаметром от 38 до 159 мм, с толщиной теплоизоляционного слоя от 29 до 42,5 мм.

Суммарные потери тепла в системе отопления и вентиляции составляют 20,27 кВт, а в системе горячего водоснабжения 18,36 кВт на расчетном режиме работы. С учетом утечек теплоносителя суммарные потери теплоты составили 176,68 кВт.

Общая мощность блочно-модульной котельной составила 4 МВт. На котельной установлено 2 водогрейных котла «КВа-2,0», 2 горелочных устройства, а также другое вспомогательное оборудование. Насосное оборудование: 2 котловых насоса CP-80-1400/A/BAQE/2,2 с подачей 46 м³/ч, 3 циркуляционных насоса системы отопления и вентиляции CP-65-4700/A/BAQE/11 подачей 41 м³/ч, 2 насоса системы горячего водоснабжения CP-65-4700/A/BAQE/11 подачей 46 м³/ч, 2 насоса подпитки внутреннего контура KVC 35/30 T подачей 1 м³/ч, 2 насоса подпитки наружного контура и 2 насоса сырой воды KVC 20/80 T подачей 2 м³/ч. Сетевая вода нагревается в двух пластинчатых теплообменниках HH41-TK, а вода в системе ГВС в двух аналогичных теплообменных аппаратах HH14-TK.

Были определены расходы газа для котельной и потребность в газе для жилых и административных зданий.

Рассчитано и подобрано оборудование ГРУ котельной и ГРПШ.

Установленная блочно-модульная котельная будет в полной мере обеспечивать комплекс зданий жилого микрорайона качественной тепловой энергией с наименьшими потерями.



Список использованной литературы

1. Авчухов, В.В. Задачник по процессам тепломасообмена: Учеб. Пособие / В.В. Авчухов, Б.Я. Паюсте. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

2. ГОСТ 30732-2001. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия.

3. Ионин, А.А. Газоснабжение: Учеб. Пособие / А.А. Ионин. - М.: Стройиздат, 1989. - 439 с.

4. Малявина, Е.Г. Теплопотери здания: справочное пособие / Е.Г. Малявина. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2007. - 144 с.

5. МГСН 2.01 - 99*. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению.

6. МДС 41-4.2000. Методика определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения.

7. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

8. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

9. СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: Стройиздат, 1986.

10. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети / Е.Я. Соколов - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 с.

11. СП 41-103-2000. Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Размещено на Allbest.ru