Горячее водоснабжение

Размещено на Allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

горячий водоразбор водоснабжение

Централизованная система горячего водоснабжения (ЦСГВ) - это единый для группы зданий комплекс оборудования и трубопроводов для нагрева, транспорта и распределения по водоразборным приборам воды, используемой в бытовых целях - на мойку, купание, стирку, а также - на приготовление пищи. ЦСГВ включает в себя: теплоподготовительную станцию (ТПС) с водоподогревательной установкой (ВПУ), оборудование водообработки и насосные агрегаты; тепловые сети горячего водоснабжения; внутридомовые секционные узлы с подающими и циркуляционными стояками горячей воды и водоразборной арматурой.

Существенна социально-экономическая роль горячего водоснабжения в жизни населения городов и поселков.

Горячее водоснабжение способствует повышению общественной трудовой активности людей, значительно улучшает санитарно-гигиенические и экономические условия их жизни и поэтому централизованное горячее водоснабжение в настоящее время имеется в подавляющем большинстве квартир.

Велика доля систем бытового горячего водоснабжения в суммарном расходе энергии системами теплоснабжения зданий. Во многих из них потребление теплоты системой горячего водоснабжения соизмеримо с расходом теплоты на отопление, а в южных районах страны - превышает его. Так, например, в Одессе летом потребление теплоты системами горячего водоснабжения возрастает в 1,5 раза. Этим обуславливается важное направление научно-технического прогресса в рассматриваемой области - решение проблемы экономии органического топлива, расходуемого сегодня на нужды бытового горячего водоснабжения. Одним из прогрессивных решений проблемы является использование для нужд централизованного горячего водоснабжения вторичных энергоресурсов (ВЭР) промышленности.

1.ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ТПС

1.1. Расчет потребности поселка в горячей воде

Выбор технологической схемы ТПС производится по условиям надежности, под которой в нашем случае понимается бесперебойная подача потребителям горячей воды в установленном нормами количестве и заданной температуры и по качеству, отвечающей требованиям, предъявляемым к питьевой воде по ГОСТ 2874-82.

В воде из хозяйственно-питьевого водопровода всегда содержатся в растворенном виде минеральные соли и газы, которые придают ей свойства коррозионной агрессивности и накипеобразования. С повышением температуры эти свойства воды усиливаются, что учитывается нормативными сроками службы водопроводных систем. Так, срок службы холодного водоснабжения зданий нормами установлен 14 лет, а горячего водоснабжения - 9 лет.

Обеспечение надежной работы ЦСГВ, как любой системы массового обслуживания, является ответственной задачей проектирования и решается она, прежде всего, обоснованным выбором технологической схемы ТПС.

Главным условием надежности ЦСГВ является способность ее трубопроводов противостоять разрушающему действию коррозии, что зависит от внешних и внутренних факторов, находящихся в сложном взаимодействии.

Коррозионная агрессивность нагреваемой водопроводной воды в проектной практике оценивается тремя основными показателями:

концентрацией в воде растворенного кислорода, мг/кг ;

индексом равновесного насыщения нагретой воды карбонатом кальция I;

- концентрацией в воде хлоридов и сульфатов мг/кг.

В системах горячего водоснабжения имеет место кислородная коррозия - естественный процесс перехода металла из нестабильного (свободного) состояния в стабильное (связанное) состояние.

Кислород попадает в воду с воздухом, растворимость которого в воде при атмосферном давлении (101,3 кПа) приведена ниже:

Температура воды, °С	5	30	50	70	90	95
Растворимость воздуха; мг/кг	33	20	15	11	5	3

В растворенном в воде воздухе при температуре 18°С содержится по массе 38% кислорода, в то время как в атмосферном воздухе его содержание составляет23%.

Окисление стали труб систем горячего водоснабжения идет до гидроксида трехвалентного железа по реакции

Коррозионный коэффициент кислорода в этой реакции определяется из стехиометрического соотношения:

Если в воде присутствует растворенная двуокись углерода (CO₂) процесс кислородной коррозии усиливается, и коррозионный коэффициент кислорода в таких реакциях достигает значения 7кг/кг.

Исходя из этих значений коррозионного коэффициента кислорода следует, что снижение содержания растворенного кислорода, в процессе движения водыпо стальным трубам на 1 мг/кг по сравнению с начальным содержанием, на каждые 1000 м³ потребленной системой горячей воды будет потеряно не менее 2,33 кг металла.

Кислородная коррозия носит очаговый (язвенный) характер, что еще больше делает ее опасной для систем горячего водоснабжения.

Радикальным способом борьбы с кислородной коррозией стальных труб является полная дегазация воды в деаэраторах. Однако, учитывая сложность деаэрационных установок, особенно при вакуумной деаэрации, и необходимость высококвалифицированного обслуживания, они предусматриваются для ЦСГВ со среднечасовым расходом на горячее водоснабжение не менее 50 м³/ч. Такая потребность в горячей воде у района с населением более 7-8 тыс. человек.

В ЦСГВ с расходом горячей воды менее 50 м³/ч борьба с коррозией стальных труб предусматривает естественную дегазацию воды в открытых баках-аккумуляторах, в процессе которой содержание растворенного кислорода в воде может быть снижено на 50%, а двуокиси углерода на 75%. При стальных трубах одновременно с естественной дегазацией следует предусматривать введение в воду ингибиторов - веществ, замедляющих протекание химических реакций или прекращающих их. В качестве ингибиторов реакций окисления железа (реакций коррозии) в системах горячего водоснабжения используются фосфаты и силикаты щелочных металлов. Обычно, в качестве ингибитора коррозии в системах горячего водоснабжения применяют трисиликат натрия ("жидкое стекло" - ). В результате добавления в воду трисиликата натрия она подщелачивается и на внутренних поверхностях стальных труб образуется ферросиликатная пленка, которая экранирует металл от доступа к нему агрессивных газов и солей.

В ЦСГВ, выполненных из оцинкованных стальных труб проблема защиты от коррозии стоит менее остро: фактический срок их безаварийной службы примерно в полтора раза выше, чем у неоцинкованных труб при работе их на воде той же коррозионной активности. Учитывая, что эти системы неизбежно содержат отдельные элементы без цинкового покрытия (обычно это места сварки труб и фитинги), то и для таких систем вопросы защиты от коррозии не должны оставаться без внимания.

Проблема защиты от коррозии трубопроводов снимается только привыполнении их из термостойких пластмасс, например - "металлопластиковые".

Природная способность воды создавать на омываемых ею поверхностях карбонатные отложения оценивается индексом равновесного насыщения воды карбонатом кальция - I.

Положительное значение индекса насыщения (Й > 0)говорит о том, что содержание СО₂в воде меньше равновесной концентрации. При нагревании такой воды происходит распад бикарбонатных солей кальция и магния составляющих временную жесткость, и на поверхностях оборудования образуется защитная окисно-карбонатная слоистой структуры пленка. Эта пленка в определенных·условиях может стать настолько плотной, что диффузия кислорода к металлу прекратится и коррозионный процесс затухнет.

Отрицательное значение индекса насыщения (I < 0)указывает на то, что в воде имеется избыток СО₂, по сравнению с ее равновесной концентрацией, и условий для образования защитной пленки на поверхности металла нет. Такая вода коррозионно агрессивна и чем ниже значение индекса насыщения, тем ее агрессивность выше.

Хлориды и сульфаты, всегда содержащиеся в воде, отрицательно влияют на плотность окисно-карбонатной пленки и, следовательно, на ее защитные свойства. Если концентрация в воде ()> 50 мг/кг, то даже при положительном значении индекса насыщения·она становится коррозионно-агрессивной.

При Й > 0,5 возникает другая крайность: толщина защитной пленки из отложений карбоната кальция увеличивается, что ведет к уменьшению пропускной способности трубопроводов, ухудшает работу водоподогревательной установки, а в некоторых случаях, если не принять против этого мер, может полностью вывести ее из строя за 2-3 года работы.

В практике горячего водоснабжения борьба с этим отрицательным свойством воды ведется путем ее обработки магнитным полем в специальных аппаратах. Подключение магнитного аппарата и дозатора

показаны на рисунке

электромагнитная установка дозирования в воду

обработка воды силиката натрия.

Обобщение результатов изучения опыта эксплуатации ЦСГВ позволило выработать оптимальный состав оборудования для обработки воды на ТПС, в зависимости от качества поступающей на нагрев воды и вида используемого для сооружения сетей горячего водоснабжения материала труб.

Расчет среднечасовой за отопительный период проектной потребности поселка в горячей воде производится по формуле:

(1)

где: -средний часовой за отопительный период горячий водоразбор, м³/ч;

U -количество потребителей горячей воды в поселке, чел.

q_ис- норма потребления горячей воды с температурой 55°С в жилых зданиях, л/(чел.сут.), принимается согласно данным табл. 1.

b - норма потребления горячей воды общественными зданиями, отнесенная к одному жителю поселка, принимается равной 25 л/(чел.сут.),

= 49,3 (м³/ч)

Норма потребления горячей воды в жилых зданиях

Таблица 1

№ п/п	Потребители	qис л/(чел.сут.),
1	Жилые дома квартирного типа, оборудованные:
	а) умывальниками, мойками и душами	85
	б) ванными длиной от 1500 до 1700 мм и душами,	105
2.	Жилые дома квартирного типа при высоте более 12 этажей и повышенных требованиях к их благоустройству	115

1.2. Оценка свойств водопроводной воды как теплоносителя

Обобщенная оценка свойств воды, используемой для горячего водоснабжения производится по ее индексу насыщения карбонатом кальция, вычисляемому по формуле:

(2)

где: pH_o - показатель концентрации водородных ионов в водопроводной воде принимается по данным химического состава воды, (табл1);

pH_S - то же, при равновесном насыщении воды карбонатом кальция при температуре 60^оС, рассчитываемый по формуле

(3)

где: - величины, зависящие от температуры воды (), содержания в ней ионов кальция, ее щелочности и общего солесодержания соответственно.

Значения этих величин определяются с помощью номограммы.

Необходимые исходные данные для расчета индекса насыщения принимаются по таблице химического состава воды заданного источника водоснабжения.

1.3 Выбор технологической схемы ТПС

Рис.5 Принципиальная схема ТПС с закрытыми баками - аккумуляторами: 1.теплообменный аппарат, 2.баки аккумуляторы, 3.насосная группа, 4.водомер

2. РЕЖИМЫ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ

Задачей этого раздела работы является определение проектных тепловых потоков горячего водоразбора, тепловых потерь, тепловых потоков горячего водоснабжения, тепловой мощности водоподогревательной установки и емкости аккумуляторов горячей воды. Полученные значения режимных параметров используются в данной работе для подбора технологического оборудования ТПС.

2.1 Расчет тепловых потоков горячего водоразбора

Особенностью работы систем горячего водоснабжения является весьма неравномерный характер водопотребления, которое колеблется по периодам года, дням недели и особенно резко - по часам суток. В связи с этим тепловые потоки горячего водоразбора в характерные периоды имеют различные значения, которые при проектировании определяются по формулам:

- Средний тепловой поток для отопительного периода

(4)

где - средний часовой тепловой поток горячего водоразбора за отопительный период, Дж/ч;

- средний часовой за отопительный период горячий водоразбор, м³/ч.определенный по (1);

- плотность нагреваемой воды при средней температуре в водоподогревателе 30°С, принимается равной = 996 кг/м³;

с_р-удельная теплоемкость воды, с_р = 4190 Дж/(кг•К);

-средняя температура горячей воды у водоразборных приборов, по норме =55°С;

- расчетная зимняя температура водопроводной воды, принимается по заданию , °С.

(Дж/ч)

- Средний тепловой поток для суток наибольшего водопотребления - предпраздничного дня

(5)

где: -средний часовой тепловой поток горячего водоразбора для суток наибольшего водопотребления, Дж/ч;

- коэффициент суточной неравномерности, принимается 1,2

Максимальный тепловой поток для суток наибольшего водопотребления

(6)

где: -макс. часовой тепловой поток горячего водоразбора, Дж/ч;

(Дж/ч)

- коэффициент часовой неравномерности горячего водоразбора, определяемый по формуле

, (7)

где: U - численность населения рассматриваемого жилого района согласно задания, чел.

2.2 Расчет тепловых потоков горячего водоснабжения

Необходимый циркуляционный расход воды в ЦСГВ, обеспечивающий в условиях отсутствия водоразбора в любом водоразборном стояке здания температуру воды не ниже 50°С, определяется по формуле:

(8)

где: V_ц- полный циркуляционный расход воды через TПC, м³/ч;

v_ц - удельный циркуляционный расход воды, отнесенный к одному жителю поселка, л/(ч·чел).

В зависимости от принятой длины этаже стояка h_эс в секционном узле системы горячего водоснабжения жилого дома, и среднего числа жителей в одной квартире Ж_кв, расчетное значение удельного циркуляционного расхода v_ц следует принимать по таблице 2. В этой таблице указаны также расчетные перепады температур циркуляционной воды Дt_ц

Таблица 2

Расчетные значения циркуляционного расхода

hэс, м	vц, л/(ч·чел)
	Жкв = 4,0 чел.	Жкв = 3,5 чел
5	3,83	4,38
6	4,60	5,25
7	5,37	6,14
Дtц, оС	12	13

Зная циркуляционный расход воды и расчетное снижение температуры воды в циркуляционном контуре, определяем средние потери теплоты по формуле:

(9)

где: ДQ - среднечасовый поток тепловых потерь, Дж/ч;

с₅₀ - плотность воды при средней температуре в циркуляционном контуре 50°С, принимаем равной с₅₀ = 988 кг/м³.

(Дж/ч)

Средний часовой тепловой поток горячего водоснабжения расчетных суток определяется по формуле:

,

(Дж/ч) (10)

Максимальный часовой тепловой поток горячего водоснабжения расчетных суток определяется по формуле:

(Дж/ч) (11)

Фактический коэффициент часовой неравномерности теплового потока горячего водоснабжения определяется из выражения:

(12)

Заметим, что всегда меньше : 2,35 < 2,55.

Относительные тепловые потери вычисляются по формуле:

(13)

В современных центральных системах горячего водоснабжения с теплоизолированными стояками секционных узлов и наличии полотенце сушителей = 0,15 ч 0,25.

2.3 Построение интегральных графиков потребления

и выработки теплоты

Режим работы теплоаккумулирующей установки и расчетный тепловой запас аккумуляторов горячей воды определяется графо-аналитическим способом. Этот способ основан на построении и совместном рассмотрении графиков потребления и выработки теплоты в системе.

График потребления теплоты поселком может быть построен по общим закономерностям потребления горячей воды в жилых зданиях. Несмотря на то, что режим горячего водопотребления в каждом отдельном доме зависит от ряда факторов, например, от режима работы и отдыха его жильцов, тем не менее, имеются общие закономерности. Минимальное водопотребление в·жилом доме приходится на ночные часы суток, максимальное - на время между 18 и 23 часами, которые условно называют "временами основного купания". Между этими периодами горячий водоразбор тоже имеет свои часовые пики и спады, но они не выходят за указанные пределы.

Для жилого микрорайона в целом общие закономерности в режиме тепло-водопотребления сохраняются, но его график имеет более равномерный характер благодаря взаимному сглаживанию неравномерностей водопотребления отдельными зданиями.

Мощность водоподогревательной установки диктуется не только графиком водопотребления, но и режимом подачи энергоносителя к ТПС. Все это вместе позволяет при проектных разработках пользоваться опорной обобщенной гистограммой тепловых потоков горячего водоснабжения по часам расчетных суток.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети,- М,- Энергоиздат, 1982.-360 с.

2. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве. СН 528-80,- М, Стройиздат, 1981. - 34 с.

3. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. В.И.Манюк и др. - М, Стройиздат, 1988,- 432 с.

4. Строительные нормы и правила. СНиП 2.04.0786, Тепловые сети. - М., Стройиздат, 1988.- 48 с.

5. Козин В.Е. и др. Теплоснабжение.- М., Высшая школа", 1980,-408

Размещено на Allbest.ru