Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования тепловых сетей. В его задачу входят: определение диаметров трубопроводов, определение потерь давления (напора); установление значений давлений (напоров) в различных точках сети, увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах для обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети абонента.

Исходными данными для гидравлического расчета трубопроводов тепловой сети являются расчетные тепловые нагрузки и принятые параметры теплоносителя.

2.3.1 Определение расходов сетевой воды

При теплоносителе - воде расчетные расходы воды для гидравлического расчета закрытых тепловых сетей определяются по формуле

, кг/с, (2.3.1.1)

где Q - суммарной расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение абонента, кВт;

_{1, ?2} - температуры сетевой воды в прямом и обратном трубопроводе соответственно при расчетных температурах наружного воздуха, °С;

с = 4,19 кДж/кг-°С - теплоемкость воды;

К_р - коэффициент, учитывающий утечки воды из сети, (1,005).

Жилой посёлок:

, кг/с,

2.3.2 Гидравлический расчет водяных тепловых сетей

В задачу теплового расчета входит выбор толщины основного слоя изоляционной конструкции, расчет потерь теплоты теплопроводами и определение эффективности изоляции.

2.5.1 Выбор толщины изоляции теплопроводов

Одним из основных технико-экономических показателей работы тепловых сетей является себестоимость транспорта тепла, которая определяется как сумма эксплуатационных затрат на единицу отпуска тепла потребителям

, у.е./ГДж, (2.7.1)

где Q - отпущенное тепло (определяется из графика годовой нагрузки);

S_с - годовые эксплуатационное расходы на амортизацию, ремонт и обслуживание сети;

S_э - стоимость электроэнергии на передачу теплоносителя;

S_т - стоимость теплопотерь в сети.

, у.е./год, (2.7.2)

где f = 0,056 - годовые отчисления от стоимости сооружения теплосети;

К - стоимость теплосети, у.е.

(2.7.3)

где a и b - постоянные коэффициенты;

с - число параллельных трубопроводов;

- общая длина трубопроводов, м;

- сумма произведений диаметров труб на длину соответствующих участков.

Для подземной канальной и надземной прокладки а = 2, b = 120...150.

, у.е./год, (2.7.4)

где Н_цн и Н_пн - напоры циркуляционного и подпиточного насосов м;

G - часовой расход теплоносителя, т/час;

z_э = 0,015 у. е./кВт ч - стоимость электроэнергии;

= 0,6..0,7 - КПД насосов;

n - число часов работы насосов в году (n=4872 ч.).

, у.е./год, (2.7.5)

где М - материальная характеристика сети,

, (2.7.6)

где ' = 1,17. 1,75 Вт/м² - коэффициент теплоотдачи;

_ср - среднегодовая температура теплоносителя, ^оС (определяется из годового графика тепловой нагрузки);

t_ср - среднегодовая температура наружного воздуха;

z_т - стоимость тепла.

, у.е./год,

тепловой котельная электрический подогреватель

Подающий трубопровод:

надземная часть

М=8500,408+13700,359+4900,259+5200,309+18000,207=1498,82 м,

подземная часть

М=14400,408+2000,359+500,207+1000,309+1500,207=731,62 м.

Обратный трубопровод:

надземная часть

М=8500,408+13700,359+4900,259+5200,309+18000,207=1498,82 м,

подземная часть

М=14400,408+2000,359+500,207+1000,309+1500,207=731,62 м.

Подающий трубопровод:

надземная часть

, у.е./год,

подземная часть

, у.е./год.

Обратный трубопровод:

надземная часть

, у.е./год,

подземная часть

, у.е./год.

S_т= 714442,5 у.е./год.

Для 4-х параллельных трубопроводов:

= 4400 м.

Для 2-х параллельных трубопроводов:

= 2570 м.

= 5883,62

К = 2 4 4400 + 2 2 2570 + 130 5883,62 = 810350,6

S_с = 0,056 810350,6 = 45379,6 у.е./год.

, у.е./ГДж,

3. Расчёт сетевого подогревателя

3.1 Конструктивный и тепловой расчет

Производим конструкторский тепловой расчёт пароводяного подогревателя сетевой воды со свободногй задней решёткой.

Исходные данные.

Производительность аппарата - Q = 1MДж/час.

Параметры греющего пара:

давление Р = 0,4 МПа, температура t = 143⁰С (T = 416 K), энтальпия i = = 2738кДж/кг.

При давлении Р = 0,4 МПа температура насыщенного пара (при = 1.0 ) t = 127⁰C (T = = 400 K), а энтальпия насыщенной жидкости (при = 0) i = 601 кДж/кг.

Температура нагреваемой воды на входе в теплообменник t₂^/ = 70⁰С, на выходе из теплообменник t₂^// = 130⁰С.

Поверхность нагрева состоит из латунных трубок диаметром d=18/20мм. Толщина стенки = 0.001м. Вода проходит через трубки, пар поступает в межтрубное пространство.

Коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду _п = 0.99.

Тепловой расчёт.

Определяем расход пара по формуле:

(3.1.1)

Определим расход воды по формуле:

 (3.1.2)

где С_р = 4,19 кДж/(кг К) - теплоёмкость воды, f = 965 кг/м³ - удельный вес воды при средней температуре tf = (130 + 70)/2 = 100⁰С.

Определим среднелогарифмическую разность температур теплоносителей в сетевом подогревателе воды по формуле:

(3.1.3)

где t_б = 143 - 130 = 13⁰С - больрный напор, тогда

Коэффициент теплопередачи k определяем графоаналитическим способом, для чего предварительно находим для различных участков перехода тепла зависимость между тепловым напряжением q и среднелогарифмическим перепадом температур t.

1) передача тепла от пара к стенке. Коэффициент теплоотдачи определяем для случая конденсации пара на вертикальной стенке по формуле:

; (3.1.4)

где Ar = ³²/ - число Архимеда, t_m = Ѕ(127 + 113) = 120⁰С (при t_m = 120⁰C Ar = 2300), r = i - i_m = 2738 - 601 = 2137 кДж/кг - скрытая теплота парообразования, Н = 4м - длина трубки, тогда

(3.1.5)

Задаёмся рядом значений t₁ и вычислим соответствующие значения q (табл.3.1.1).

Таблица 3.1.1 Сводная таблица.

Строим в масштабе кривую t₁= f(q₁).

2) передача тепла через стенку. Для латунной стенки _ст= 377 кДж/(м^,час^{, ,}К). Тогда

(3.1.6)

Аналогично строим кривую t₂= f(q₂) (рис.3.1).

3) передача тепла через накипь. Приняв для накипи _н= 12.6 кДж/(м^,час^,К) находим

 (3.1.7)

Строим кривую t₃= f(q₃) (рис.3.1).

4) передача тепла от стенки к воде.

Скорость воды в пароводяных подогревателях обычно составляет от 0,5 до 3 м/сек, движение воды в трубках турбулентное, поэтому пользуемся формулой:

(3.1.8)

По таблице для средней температуры воды t_f = 100⁰C находим величину В = 45,25. Удельный вес воды при 100⁰С t = 965,5 кг/м³. Скорость воды в трубках принимаем равной 1,4 м/сек. Подставляя соответствующие величины имеем, что

(3.1.9)

Аналогично предыдущему строим прямую линию зависимости t₄= f(q₄) (рис.3.1.1), проходящую через начало координат.

Складывая ординаты четырёх кривых, строим суммарную кривую тепловых перепадов. Из точки m на оси ординат, соответствующей t_ср= =29.8⁰С, проводим прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения её с суммарной кривой. Из точки пересечения n опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим, что

q = 280^.10³ кДж/(м^2,час).

При этом коэффициент теплопередачи равен:

(3.1.10)

Рис. 3.1.1. Тепловое напряжение поверхности нагрева.

Поверхность нагрева теплообменника равна

(3.1.11)

Определяем основные конструктивные данные и размеры аппарата. Количество трубок в одном ходе равно

(3.1.12)

Общая длина трубок равна

(3.1.13)

Число ходов z равно

(3.1.14)

Шаг между трубами принимаем равным

(3.1.15)

Для определения диаметра корпуса аппарата необходимо найти размеры трубной решётки; поскольку аппарат 4-х ходовой, необходимо предусмотреть место для перегородок и анкерных болтов и в каждом ходе разместить 3 трубоки. Всего трубок 3^,4 = 12 шт.

Нормальным расположением трубок считаем размещение центров трубок на трубной доске по углам равносторонних треугольников. По количеству трубок z = 12 шт, определяем диаметр D^/, на котором располагаются крайние трубки, выраженный через шаг S между трубками.

(3.1.16)

Находим внутренний диаметр корпуса по формуле:

(3.1.17)

где d_нар - наружный диаметр трубки, k - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом, который принимаем равным 10 мм.

D₀=780 + 20 + 20 = 820мм = 0,82м.

3.2 Гидравлический расчёт сетевого подогревателя

Гидравлический расчёт устанавливает затрату энергии на движение теплоносителей через аппарат. Полный напор р, необходимый движения жидкости или газа (при скорости газа, не превышающей 0,2 скорости звука) через теплообменник, определяется по формуле:

, Па, (3.2.1)

где р_тр - сумма гидравлических потерь на трение; р_м - сумма потерь напора в местных сопротивлениях; р_у- - сумма потерь

Табл. 3.2.1 Результаты расчёта местных сопротивлений.

, м в.ст., (3.2.7)

4. Контрольно-измерительные приборы и автоматика

4.1 Автоматические системы управления

В работе технологического оборудования непрерывно наблюдается нестабильность, которая является результатом нанесения возмущающих воздействий, приходящих извне или возникающих внутри объекта под косвенным действием внешних возмущений. Возмущения приводят к изменению состояния объекта и снижают эффективность его работы.

Управление объектом можно осуществлять вручную и автоматически. Ручное управление в нынешних условиях малоэффективно, и его успешно заменяет автоматическое. Следует отметить, что относительно высокая стоимость систем автоматического регулирования с избытком компенсируется технико-экономическими и экологическими преимуществами перед системой ручного управления.

АСУ - система "человек-машина", в которой управление основными технологическими процессами осуществляется техническими средствами автоматики, их резервирование, а также управление неавтоматизированными операциями и в незапрограммированных ситуациях выполняется персоналом.

АСУ решает две основные функции:

1. информационную, включающую в себя:

- контроль за основными технологическими параметрами, то есть непрерывную проверку соответствия параметров процесса допустимым значениям и информирование персонала при возникновении несоответствия;

- Изменение или регистрацию технологических параметров процесса за допустимые пределы;

- Вычисление по запросу оператора некоторых комплексных показателей;

- Периодическую регистрацию измеренных и вычисленных параметров;

- Обнаружение и сигнализацию о наступлении предаварийных и аварийных ситуаций;

2. управляющую, включающую в себя:

- Функцию стабилизации технологических параметров в виде поддержания отношения между двумя параметрами, или стабилизацию параметров на заданном уровне;

- Программное изменение режима протекания процесса по заранее заданным алгоритмам;

- Защиту оборудования от аварий;

- Оптимальное распределение нагрузок между агрегатами;

- Управление пусками и остановами агрегатов.

Применяемые ныне АСУ представляют собой комплекс, включающий элементы технологического контроля, сигнализации, технологических защит, автоматического регулирования, автоматического и дистанционного управления. Реальные АСУ на энергетических котлах включают как правило, все перечисленные элементы, либо содержат большинство из них.

4.2 Практическая реализация схемы КИПиА