Системы теплоснабжения

Особенностью закрытых систем является то, что они бывают только многотрубными: двух-, трех- и четырехтрубные. Открытые системы сооружаются как однотрубными, так и многотрубными. Основным типом открытых систем, как и в закрытых системах, являются двухтрубные водяные системы. Трех- и четырехтрубные открытые тепловые сети применяют с той же целью, что и закрытые многотрубные системы.

24. В системах горячего водоснабжения широкое распространение получили скоростные и емкие подогреватели.

Скоростные водоводяные секционные подогреватели изготовляют из стальных стандартных труб с наружными диаметрами 57 -- 325 мм. Внутри корпуса размещается пучок латунных или стальных трубок от 7 до 140 шт. с диаметром 16/14,5 и 16/13,2 мм. Секции со стальными трубками в водопроводной воде быстро корродируют, поэтому применяются в независимых отопительных системах, заполненных водой постоянного качества.Секции с латунными трубками лучше противостоят коррозии, поэтому используются для горячего водоснабжения. Необходимая поверхность нагрева подогревателя набирается соединением нескольких секций. Секции соединяются между собой по ходу греющей воды патрубками на фланцах, по ходу нагреваемой воды -- калачами. Подогреваемую воду рекомендуется пропускать в трубном пучке, это облегчает чистку внутри трубок и подбор допустимой скорости воды (до 2 м/с). Противоточное движение теплоносителей с предельными скоростями потоков позволяет получить высокие коэффициенты теплопередачи (до 1500 Вт/м2--°С), вследствие чего подогреватели называются скоростными. Подогреватели рассчитаны на допустимое давление в межтрубном и трубном пространствах до 1 МПа и выпускаются промышленностью без линзовых компенсаторов на корпусе.

Скоростные пароводяные подогреватели выпускаются по нагреваемой воде двух- и четырехходовыми конструкциями в однокорпусном исполнении. Двухходовые подогреватели рассчитаны на перепад температур нагреваемой воды 25°С, что применимо для отопительных систем. Для горячего водоснабжения принимаются четырехходовые подогреватели, дающие более высокий нагрев воды. Поверхность нагрева этих подогревателей выполняется из латунных трубок диаметром 16/14 мм.

Емкие подогреватели (рис. III.17) предназначены для горячего водоснабжения с периодическим водоразбором. Поверхности нагрева подогревателей изготовляются из стальных труб диаметром 33,5X3,25 и 48x2,5 мм в виде двухходовых змеевиков. Подогреватели рассчитаны на применение парового и водяного греющего теплоносителя. Показанные на рис. III. 17 направления движения теплоносителей создают лучшие условия теплообмена удаления газов из объема нагреваемой воды и отвода образующегося конденсата. Конструкция подогревателя не позволяет обеспечить высокие скорости теплоносителей, поэтому коэффициент теплопередачи примерно в 3 раза меньше, чем в скоростных подогревателях. Емкие подогреватели, обогреваемые паром с давлением более 0,07 МПа и водой с температурой выше 115°С, для безопасности обслуживания должны иметь предохранительные клапаны.

Смешивающие пароводяные подогреватели по принципу действия бывают: барботажные, струйные, капельные и пленочные. В арботажных подогревателях пар подается под уровень воды по перфорированным трубам. Этот способ малопроизводителен и применяется для нагревания малых объемов воды. Работа пароструйных подогревателей сопровождается сильным шумом, поэтому их применяют в установках горячего водоснабжения предприятий. Интенсивное смешение теплоносителей обеспечивает большие коэффициенты теплопередачи (до 20 000 Вт/м2-°С). Несколько меньшие коэффициенты теплопередачи достигаются в капельных и пленочных подогревателях конструкции проф. С. Ф. Копьева.

25. В закрытых системах теплоснабжения местные системы горячего водоснабжения гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей (рис. 2.4). Гидравлическая изоляция сетевой и местной водопроводной воды гарантирует защиту местных систем горячего водоснабжения от выноса шлама из отопительных установок, который существенно ухудшает качество воды в водоразборных приборах при непосредственном водоразборе из тепловых сетей. При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения (схема а) расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление.

В схеме б с двухступенчатым последовательным присоединением подогревателя вторая ступень IIП подключается к подающему трубопроводу по предвключенной схеме, а первая ступень IП - к обратному трубопроводу по завключенной схеме. Сетевая вода из подающей трубы разветвляется ко второй ступени через регулятор температуры РТ и к регулятору расхода PP. За регулятором расхода сетевая вода из ступени IIП смешивается с потоком воды, движущимся к элеватору. После отопительной установки теплоноситель еще раз направляется в ступень IП для нагревания водопроводной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. Водопроводная вода предварительно нагревается в ступени I, окончательно догревается до нормы (60 °С) в ступени II подогревателя. В этом состоит главное преимущество схемы включения подогревателя. Двухступенчатые последовательные подогреватели применяются в жилых, общественных и промышленных зданиях при соотношении нагрузок, т.к. при большей нагрузке горячего водоснабжения Qhmax/Qo'?0,6, при большей нагрузке горячего водоснабжениянебаланс отопительной нагрузки компенсируется труднее.

Достоинством двухступенчатой смешанной схемы в является независимый расход теплоты на отопление от потребности теплоты на горячее водоснабжение, обеспечиваемый установкой регуляторов расхода и температуры по принципу несвязанного регулирования. Колебания нагрузки горячего водоснабжения при несвязанном регулировании нарушают равномерность суточного графика тепловой нагрузки.

В результате этого суммарный расход сетевой воды на вводе по сравнению со схемой б несколько увеличивается, но он значительно ниже, чем при параллельной схеме а, поскольку имеется частичное использование теплоты воды после отопления в ступени I.

Схему в применяют при соотношении нагрузок Qhmax/Qo' = 0,6 ч 1,2, т.к. большие нагрузки горячего водоснабжения практически не влияют на работу отопительной системы.

26. Качество подпиточной воды, т. е. допустимое содержание в ней различных примесей, должно удовлетворять определенным техническим, а для тепловых сетей дополнительно и санитарно-гигиеническим требованиям.

Основными направлениями борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения являются:

1) снижение коррозионной активности воды за счет уменьшения содержания в ней агрессивных компонентов (, и др.);

2) повышение антикоррозионной стойкости систем теплоснабжения путем покрытия поверхности металла специальными пленками, защищающими от коррозии;

3) изготовление элементов систем теплоснабжения из материалов, устойчивых против коррозии.

Для снижения коррозионной активности воды применяются два способа: физический - удаление агрессивных газов путем деаэрации (дегазации) и химический - связывание агрессивных компонентов химическими реагентами.

Умягчение воды в катионитовых фильтрах используется для систем с непосредственным водоразбором при карбонатной жесткости исходной воды до 2 мг-экв/л; для закрытых систем-до 5 мг-экв/л или при совместной работе водогрейных котлов и пароводяных подогревателей с латунными трубками - до 3,5 мг-экв/л. При этом обычно применяется и деаэрация исходной воды.

Удаление агрессивных газов из воды методом деаэрации основывается на зависимости содержания газов в воде от давления газов над водой и температуры воды.

Эта зависимость вытекает из закона Генри, в соответствии с которым при равновесном состоянии концентрация (содержание) растворенного газа в жидкости , мг/л, прямо пропорциональна парциальному давлению данного газа над жидкостью и коэффициенту его растворимости в жидкости

где - парциальное давление данного газа, Па, - коэффициент массовой растворимости данного газа, мг/(л·Па).

При щелочной обработке воды известью или одновременно известью и содой происходит связывание свободной углекислоты и образование трудно растворимых солей кальция и магния, выделяющихся в виде твердой фазы.

Последние осаждают в отстойниках и затем удаляют.

При обработке воды силикатом натрия (силикатировании) происходит связывание по уравнению

В результате этой реакции уменьшается углекислотная коррозия и происходит увеличение рН воды. Кроме того, уменьшается и кислородная коррозия, так как окись силиция (жидкое стекло) образует на поверхности трубопроводов плотную защитную пленку, которая изолирует металл от контакта с водой.

При обработке воды сульфитом натрия (сульфитировании) происходит связывание кислорода по уравнению

В результате снижается содержание кислорода в воде, вследствие чего уменьшается кислородная коррозия трубопроводов и увеличивается содержание сульфата натрия в воде. Последний является более безопасным в отношении коррозии трубопроводов.

Магнитная обработка воды, в соответствии со СНиП может предусматриваться при исходной воде с карбонатной жесткостью до 9 мг-экв/л, содержанием железа до 3 мг/л и при подогреве воды не выше 95°С. Вода с такой температурой применяется в настоящее время только в небольших системах теплоснабжения и для горячего водоснабжения.

27. Для абонентских вводов с параллельно включенными подогревателями горячего водоснабжения характерен повышенный расход сетевой воды, равный сумме расчетных расходов воды на отопление и горячее водоснабжение

В - воздушный кран

О - отопительный прибор

Э - элеватор

РТ - регулятор температуры

К - водоразборный кран

ВВ - водопроводный кран

Расчетную теплопроизводительность подогревателя горячего водоснабжения принимают-- при отсутствии аккумуляторов горячей воды; -- при наличии аккумуляторов.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение опре-деляют по формуле

Температуру сетевой воды после подогревателя принимают

по графикам регулирования.

Расчетный расход водопроводной воды составляет

Необходимые поверхности нагрева определяют аналогично отопительным подогревателям, имея в виду, что нагреваемая вода проходит по трубкам, а греющая -- в межтрубном пространстве. Скорость водопроводной воды в трубках подогревателя принимают в пределах от 1 до 2,5 м/с.

В зимний период суммарный расход сетевой воды на вводе значительно меньше, чем в начале отопительного сезона. Снижение расхода воды объясняется увеличением перепада температуры сетевой воды в подогревателе. Резкие колебания расходов воды существенным образом нарушают гидравлическую устойчивость сети. При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения (схема а) расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление.

28. С двухступенчатым последовательным подключением подогревателей горячего водоснабжения, тепловая нагрузка распределяется между ступенями подогревателя (рис. V.14).

Расчет подогревателей производят при минимальной температуре воды в подающей линии т,". Для покрытия пикового горячего водоразбора подогреватели ступеней I и II должны быть рассчитаны по максимальной нагрузке горячего водоснабжения. Для этого находятся максимальные расходы греющей и нагреваемой воды в обеих ступенях. После этого определяются температурные напоры теплоносителей в ступенях подогревателя. При последовательной двухступенчатой схеме определение температурных напоров затрудняется тем, что неизвестна температура сетевой воды после системы отопления в период максимумов горячего водоразбора. Для определения этой температуры принята методика, разработанная Мосэнерго.



После определения температуры теплоносителей в ступенях I и II при Qг макс находят среднелогарифмические температурные напоры.

Затем подбирают ориентировочные типоразмеры подогревателей, определяют скорости теплоносителей в трубных пучках, в межтрубных пространствах и рассчитывают коэффициенты теплопередачи. Далее уточняют потребные поверхности нагрева.

Подогреватели горячего водоснабжения при повышенном температурном графике рассчитывают по этой же методике, принимая в точке излома графика температурную надбавку.

29. В водяных тепловых сетях насосы используются для создания заданных давлений и подачи необходимого количества воды к потребителям теплоты.

В паровых сетях насосами перекачивается конденсат от потребителей к тепловому центру.

Сетевые насосы создают циркуляцию воды в системе теплоснабжения, а подпиточные компенсируют утечки воды и поддерживают необходимый уровень пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режимах. Количество сетевых насосов принимается не менее двух, из которых один резервный. Если для работы сети при расчетных условиях требуется установка четырех насосов, то резервные насосы не предусматриваются. В закрытых системах теплоснабжения устанавливается не менее двух подпиточных насосов, а в открытых - не менее трех, из которых один является резервным.

Для подбора насоса необходимо знать его производительность и величину напора. Для сетевых насосов производительность определяют по расчетному расходу воды в головном участке тепловой сети и для закрытых систем - по формуле (6.14). При подборе сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения расход воды на горячее водоснабжение принимают как среднечасовой, но с коэффициентом 1,2. В летний период производительность сетевых насосов принимают по максимальному часовому расходу воды на горячее водоснабжение.

Производительность подпиточных насосов для закрытых систем теплоснабжения принимают из расчета компенсации утечек в количестве 0,5% от объема воды, находящейся в трубопроводах, и в непосредственно присоединенных абонентских системах. При подборе подпиточных насосов для закрытых систем рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку необработанной водой в количестве 2% от объема воды, находящейся в трубах наружной сети и в системах отопления и вентиляции.

В открытых системах производительность подпиточных насосов принимают по максимальному расходу горячей воды с учетом компенсации утечек. Аварийная подпитка здесь не предусматривается.

Объем воды, находящийся в системе теплоснабжения, ориентировочно можно определить по формуле

где Q - тепловая мощность системы теплоснабжения, МВт; Vc, Vм - удельные объемы сетевой воды, находящейся в наружных сетях с подогревательными установками и в местных системах, м3/МВт. Для тепловых сетей с подогревательными установками жилых районов Vс=4043 м3/МВт, промышленных предприятий Vc =2230 м3/МВт; для систем отопления гражданских зданий Vм = 26 м3/МВт, промышленных Vм =13 м3/МВт; для систем горячего водоснабжения Vм =5,2 м3/МВт.

Напор сетевого насоса определяют по формуле

где - потери напора в тепловом центре, м; - потери напора в подающем и в обратном магистральных трубопроводах, м;

- необходимый напор на вводе концевого абонента, м.

Напор сетевого насоса для летнего периода определяют по формуле

где - расход воды в летнее время, т/ч; G - то же, в зимний период, т/ч.

Расчетная величина напора подпиточного насоса может быть определена по формуле

где Нс - статический напор в сети по отношению к оси подпиточного насоса, м; - потери напора в трубопроводах подпиточной линии от питательного бака до точки присоединения к тепловой сети, м; z - разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке, м.

По известным параметрам работы насосов (G и ) с помощью рабочих характеристик подбирают насосы по общепринятой методике.

30. Перечень оборудования, установленного в тепловом пункте, зависит от схем подключения систем отопления и горячего водоснабжения, параметров теплоносителя, режимов потребления тепла и других факторов. Для присоединения систем отопления с расчетной температурой воды ниже температуры в подающем трубопроводе теплосети по зависимой схеме устанавливают элеваторы. Они просты и надежны в эксплуатации и обеспечивают постоянство коэффициента смешения при изменениях теплового и гидравлического режимов магистральных сетей.

Элеваторы выпускаются стандартных размеров. Водоструйные элеваторы Госсантех строя и Центроэнергостроя имеют номера от 1 до 6. В настоящее время широкое распространение получили элеваторы типа ВТИ Мосэнерго (рис. V.8). Их выпускают стандартных размеров номерами от 1 до 7. Нумерация элеваторов производится по диаметру камеры смешения dr от 15 до 59 мм.

Принцип работы водоструйного элеватора заключается в использовании энергии воды подающей магистрали (рис. V.9). Рабочая вода с давлением Pi на выходе из сопла приобретает значительную скорость, статическое давление ее становится меньше, чем давление в обратной магистра ли Рг, в результате чего обратная вода подсасывается струей рабочей воды. В камере смешения скорость воды выравнивается, давление постоянно; в диффузоре скорость смешанного потока уменьшается по мере увеличения его сечения, а статическое давление увеличивается до Р3>Р2.

При подборе элеваторов коэффициент смешения принимается на 15% выше его расчетного значения с учетом возможности наладки присоединенной системы.

Подогреватели поверхностного типа устанавливают в тепловых пунктах систем теплоснабжения как для горячего водоснабжения, так и для систем отопления при присоединении их по независимой схеме.

Грязевики изготовляют из стальных труб диаметром в 2,5--3 раза больше диаметра входного патрубка. Большая разность сечений способствует резкому снижению скорости воды и выпадению из нее взвешенных частиц. В выходном патрубке вырезаны отверстия сечением примерно в 3 -- 4 раза большим сечения патрубка, закрывающиеся сеткой с ячейками 1 -- 2 мм. При значительном засорении сопротивление грязевика увеличивается в несколько раз. Для облегчения чистки днище делается разъемным.

Насосы в тепловых пунктах применяют вместо элеваторов для повышения давления в подающем или снижении давления в обратном трубопроводах, а также для циркуляции воды в системах горячего водоснабжения или повышения давления водопроводной воды, используемой на горячее водоснабжение и для откачки конденсата.

Смесительные насосы подбирают по количеству подмешиваемой воды и гидравлическому сопротивлению отопительной системы. Насосы на подающем и обратном трубопроводах ввода подбираются по величине недостаточного или избыточного напора в местной установке. Производительность этих насосов принимается по расходу воды в системе. Конденсатные насосы рассчитывают на предполагаемый возврат конденсата. Потребный напор насоса выбирается по графику давления в конденсатопроводе.

31. При проектировании тепловых сетей основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

В процессе эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрических графиков, выбора схем абонентских вводов, подбора насосного оборудования, определения стоимости тепловой сети и других целей.

При движении теплоносителя по трубам потери давления складываются из гидравлических сопротивлений трения по длине трубопровода и местных сопротивлений

Гидравлические сопротивления (Па) по длине трубопровода определяются по формуле Вейсбаха - Дарси

где - коэффициент гидравлического трения; l - длина трубопровода, м; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - плотность теплоносителя, кг/м3; w - скорость движения теплоносителя, м/с.

Местные гидравлические сопротивления определяются по формуле Вейсбаха

где - суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке трубопровода.

Гидравлический расчет разветвленных трубопроводов удобно производить по методу средних удельных потерь давления, поэтому часто используются следующие формы записи полных гидравлических сопротивлений

где - коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях от сопротивлений по длине; - удельное падение давления по длине, Па/м. Из предыд. формулы следует, что



где G - расход теплоносителя, т/ч.

Для облегчения расчетов по формуле (6.9) составляются таблицы или номограммы, которыми пользуются при проектировании тепловых сетей.

32. Расчетным участком разветвленной сети принято называть трубопровод, в котором расход теплоносителя не изменяется. Расчетный участок располагается, как правило, между соседними ответвлениями.

В первую очередь гидравлический расчет ведут по участкам в направлении главной магистрали, соединяющей источник теплоты с наиболее удаленным абонентом.

Рис. 6.1 Расчетная схема тепловой сети

Пусть число участков вдоль главной магистрали равно п, расчетные расходы теплоносителя G1, G2, G3, ... Gn, а располагаемый перепад давлений во всей сети РС (рис. 6.1).

Перед гидравлическим расчетом необходимо: начертить в масштабе расчетную схему трубопроводов; разделить ее на участки; определить длины участков и расчетные расходы теплоносителя. Расчет выполняют в два этапа: предварительный и окончательный· В предварительном расчете определяют:

1) по формуле (6.11) - ориентировочное значение;

где z-коэффициент, для водяных сетей z=0,01, для паровых сетей z=0,050,1; G - расход теплоносителя в начальном участке разветвленного теплопровода, т/ч.

2) по формуле (6.10) - значение средней удельной потери давления ;

3) по известным расходам теплоносителя на участках с помощью таблиц или номограмм - диаметр труб с округлением до стандартных размеров.

В окончательном расчете уточняются гидравлические сопротивления на всех участках сети при выбранных диаметрах труб следующим образом:

1) при округлении диаметров труб до стандартных размеров по тем же таблицам или номограммам определяют фактические значения удельных потерь давления по длине и, если необходимо, скорости теплоносителя ;

2) определяют эквивалентные длины местных сопротивлений на расчетных участках

3) вычисляют полные потери давления на участках сети

4) определяют суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной магистрали, которые сравнивают с располагаемым в ней перепадом давления

Расчет считается удовлетворительным, если гидравлические сопротивления не превышают располагаемый перепад давлений и отличаются от него не более чем на 10%,.

33. В таблицах для гидравлического расчета наружных тепловых сетей плотность воды принимается равной 958,4 кг/м3, что соответствует температуре 100°С. При этих условиях коэффициент кинематической вязкости воды равен 0,296·10-6 м2/с. После подстановки в уравнение (6.9) значения по формуле (6.5) и имея в виду указанные выше величины = 0,5, получим

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

w - скорость движения теплоносителя, м/с.

Зависимость между расходом воды и скоростью при данных условиях примет вид

Расчетные расходы воды зависят от схем абонентских вводов, графиков регулирования отпуска тепла, назначения трубопроводов и в общем виде определяются по формуле

где - расчетные расходы воды соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, т/ч.

Методика определения расчетных расходов воды по видам тепловых нагрузок с учетом перечисленных выше факторов рассмотрена в теме 4. Здесь нужно иметь в виду, что для магистральных и распределительных трубопроводов расчетный расход воды на горячее водоснабжение в двухтрубных закрытых системах теплоснабжения принимается равным среднечасовому расходу воды за сутки, а в открытых системах - тоже среднечасовому расходу, но с коэффициентом 0,6.

В ответвлениях к отдельным зданиям, а также в распределительных сетях для группы жилых зданий с общим количеством жителей до 6000 чел. за расчетный расход на горячее водоснабжение принимают максимальный часовой расход воды.

Располагаемый перепад давлений в тепловой сети необходимо обосновывать техникоэкономическими расчетами. При отсутствии данных для экономического обоснования удельные потери давления вдоль главной магистрали рекомендуется принимать до 80 Па/м. Для отдельных участков - по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м.

Диаметры распределительных трубопроводов принимают не менее 50 мм, а ответвлений - не менее 25 мм.

Неиспользованное в ответвлениях давление рекомендуется погасить в соплах элеваторов или, в крайнем случае, дросселировать шайбами. При этом шайбы следует устанавливать не на общем вводе, а на трубопроводах каждого потребителя теплоты данного здания (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение).

34. Особенности гидр. расчета паропроводов и конденсатопроводов.

Порядок расчета паропроводов. Предварительный расчет: 1. По формуле определяют ориентировочные давления в узловых точках.

2. Определяется табличное значение удельной потери давления по длине в направлении главной магистрали

3. По Rcp.т, и расходам пара на участках по таблицам или но номограммам определяются диаметры труб и уточняются табличные значения RT, соответствующие стандартным диаметрам, а также находятся скорости пара.

Окончательный расчет. Окончательный расчет выполняется последовательно по участкам и сводится к более точному определению давлений и температур в узловых точках сети. 1. Определяются фактические значения Ri, wi, соответствующие формулы (6.15), (6.16)

2. Находятся эквивалентные длины местных сопротивлений. 3. Определяются потеря давления пара и его давление в конце участка. 4. По таблице определяется qoi и по формуле (6.21)

находится Qoi

5. По формуле (6.20) определяется ti и температура пара в конце участка tкi



Если температура пара в конце участка не ниже температуры насыщения, соответствующей давлению Ркi, то конденсация пара в данном участке трубопровода исключается. В такой последовательности рассчитываются все последующие участки. Расчет паропровода считается законченным, когда давления пара у потребителей близки к заданным, но не менее заданных.

Особенности расчета конденсатопроводов.

Если в конденсатопроводах обеспечивается давление, исключающее вторичное вскипание, то такие конденсатопроводы рассчитываются аналогично трубопроводам водяных тепловых сетей.

В теплообменниках абонентских систем (водонагреватели, калориферы, отопительные приборы) пар конденсируется при определенном давлении. Конденсат имеет температуру насыщения, соответствующую данному давлению. Если фактическая температура конденсата уменьшается медленнее, чем снижается температуря насыщения за счет падения давления, то в трубах произойдет вторичное вскипание конденсата и по конденсатопроводу будет перемещаться пароводяная эмульсия. Такие конденсатопроводы называются двухфазными. Плотность пароводяной эмульсии меньше плотности конденсата. Поэтому пропускная способность двухфазных конденсатопроводов меньше, чем напорных.

где , - удельные падения давления в двухфазном и в напорном конденсатопроводах, Па/м; Gсм, Gк - расходы пароводяной эмульсии и «чистого» конденсата, т/ч; dсм, dк - диаметры двухфазного и напорного конденсатопроводов, м;, - плотности пароводяной эмульсии и конденсата, кг/м3.

35. Пъезометрический график ТС (назначение, построение)

Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который дает наглядное представление о дав-лении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местно-сти, высота зданий, особенности абонентских систем и т. д.) при выборе оптимального гидравлического режима.

Пьезометрические графики разрабатываются для зимних и летних расчетных условий. Проектирование открытых систем теплоснабжения свя-зано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопи-тельного сезона с учетом максимальных водоразборов из подающих и от-дельно из обратных трубопроводов.

Давление, выраженное в линейных единицах измерения, называется напором давления или пьезометрическим напором. В системах теплоснаб-жения пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствую-щие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными мано-метрами с последующим переводом результатов измерения в метры.

При построении пьезометрического графика нужно выполнять следующие условия:

1. Давление в непосредственно присоединяемых к сети абонентских системах не должно превышать допускаемого как при статическом, так и при динамическом режиме. Для радиаторов систем отопления максимальное избыточное давление должно быть не более 0,6 МПа, что соответствует примерно напору в 60 м.

2. Максимальный напор в подающих трубопроводах ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок.

3. Напор в подающих трубопроводах, по которым перемещается вода с температурой более 100°С, должен быть достаточным для исключения парообразования. Например, насыщенный пар, находящийся под давлением 0,4 МПа, имеет температуру 151,3°С.

4. Для предупреждения кавитации напор во всасывающем патрубке сетевого насоса должен быть не меньше 5 м.

5. В точках присоединения абонентов следует обеспечить достаточный напор для создания циркуляции воды в местных системах. При элеваторном смешении на абонентском вводе располагаемый напор должен быть не меньше 10-15 м. Наличие подогревателей горячего водоснабжения при двухступенчатой схеме требует увеличения напора до 20 - 25 м.

6. Уровни пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режиме следует устанавливать с учетом возможности присоединения большинства абонентских систем по наиболее дешевым зависимым схемам. Статическое давление также не должно превышать допускаемого давления для всех элементов системы теплоснабжения. При определении статического давления возможность вскипания воды в подающих трубопроводах, как правило, можно не учитывать.

Сначала строится профиль местности по трассе теплопроводов. На профиле в принятом масштабе наносят высоты зданий. При построении пьезометрических графиков условно принимают, что оси трубопроводов совпадают с поверхностью земли.

Статический напор (линия s - s) устанавливают из условия заполнения сетевой водой по возможности всех абонентских систем с запасом в 3 - 5 м по отношению к самому высокому абоненту.

Проведем на 60 м ниже линии s - s горизонталь z- z. Тогда в зоне, расположенной между этими линиями, при статическом режиме напор не превышает 60 м и не опасен для чугунных радиаторов систем отопления.

Пьезометрическая линия подающей магистрали должна удовлетворять следующим условиям: а) максимальный напор не должен превышать допустимого для труб и подогревательных установок; б) минимальный напор не должен допускать вскипания воды.

36. Подбор насосов в водяных тепловых сетях

В водяных тепловых сетях насосы используются для создания заданных давлений и подачи необходимого количества воды к потребителям теплоты. В паровых сетях насосами перекачивается конденсат от потребителей к тепловому центру.

Для подбора насоса необходимо знать его производительность и величину напора. Для сетевых насосов производительность определяют по расчетному расходу воды в головном участке тепловой сети и для закрытых систем - по формуле (6.14)

где - расчетные расходы воды соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, т/ч.

При подборе сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения расход воды на горячее водоснабжение принимают как среднечасовой, но с коэффициентом 1,2. В летний период производительность сетевых насосов принимают по максимальному часовому расходу воды на горячее водоснабжение.

Производительность подпиточных насосов для закрытых систем теплоснабжения принимают из расчета компенсации утечек в количестве 0,5% от объема воды, находящейся в трубопроводах, и в непосредственно присоединенных абонентских системах. При подборе подпиточных насосов для закрытых систем рекомендуется также предусматривать аварийную подпитку необработанной водой в количестве 2% от объема воды, находящейся в трубах наружной сети и в системах отопления и вентиляции.

Напор сетевого насоса определяют по формуле

где - потери напора в тепловом центре, м; - потери напора в подающем и в обратном магистральных трубопроводах, м;

- необходимый напор на вводе концевого абонента, м.

Напор сетевого насоса для летнего периода определяют по формуле

где - расход воды в летнее время, т/ч; G - то же, в зимний период, т/ч.

Расчетная величина напора подпиточного насоса может быть определена по формуле

где Нс - статический напор в сети по отношению к оси подпиточного насоса, м; - потери напора в трубопроводах подпиточной линии от питательного бака до точки присоединения к тепловой сети, м; z - разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке, м.

37. Гидравлическим режимом определяется взаимосвязь между расходом теплоносителя и давлением в различных точках системы в данный момент времени.

Расчетный гидравлический режим характеризуется распределением теплоносителя в соответствии с расчетной тепловой нагрузкой абонентов. Давление в узловых точках сети и на абонентских вводах равно расчетному.

Расчет гидравлического режима дает возможность определить перераспределение расходов и давлений в сети и установить пределы допустимого изменения нагрузки, обеспечивающие безаварийную эксплуатацию системы.

Гидравлические режимы разрабатываются для отопительного и летнего периодов времени. В открытых системах теплоснабжения дополнительно рассчитывается гидравлический режим при максимальном водоразборе из обратного и подающего трубопроводов.

Зависимость падения давления ?Р (Па) от расхода

где S - характеристика сопротивления, представляющая собой падение давления при единице расхода теплоносителя, Па/(м3/ч)2; V - расход теплоносителя, м3/ч.

Значение характеристики сопротивления находится из совместного решения уравнений (7.1), (6.8), (6.9)



где z = 3600 с; As - постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости стенок трубопроводов

В процессе эксплуатации характеристика сопротивления сети изменяется в связи с присоединением новых абонентов, отключением части нагрузки, при изменении шероховатости стенок трубопроводов.

Следовательно, суммарная характеристика сопротивления последо-вательно соединенных участков сети равна сумме характеристик сопро-тивления этих участков.

При параллельном соединении (рис.7.2,б) общий расход в сети равен сумме расходов на ответвлениях

Расход воды согласно выражению (7.1) может быть представлен в виде

где а - проводимость сети; - проводимости отдельных ее участков, м3/чПа0,5.

Таким образом, суммарная проводимость параллельно соединенных участков равна сумме проводимостей этих участков.

Определяется характеристика сопротивления разветвленной сети по известным проводимостям или характеристикам сопротивления отдельных ее участков. С помощью полученных зависимостей производится расчет гидравлического режима системы.

38. Под гидравлической устойчивостью понимают способность системы сохранять постоянный расход теплоносителя на абонентских вводах при изменении условий работы других потребителей. Гидравлическая устойчивость количественно оценивается коэффициентом гидравлической устойчивости

где V/, Vмакс - соответственно расчетный и максимально возможный расход сетевой воды на абонентском вводе. Коэффициент гидравлической устойчивости У= 1 может быть в принципе достигнут установкой на вводах регуляторов расхода, автоматически обеспечивающих постоянство расхода воды в абонентских системах. В реальных условиях эксплуатации У?1·

В неавтоматизированной системе любые переключения в сети изменяют расходы воды у абонентов. Так, например, при отключении части нагрузки расход воды в тепловой сети уменьшается, что приводит к снижению потерь давления в сети и к росту располагаемых давлений на вводах. Расход воды у оставшихся абонентов возрастает. Отклонение фактического расхода от расчетной величины вызывает гидравлическую разрегулировку абонентских систем. Максимальная разрегулировка абонентской системы произойдет в том случае, когда останется включенным только один потребитель.

где ?Раб - располагаемое давление на вводе при расчетном расходе воды; ?РС - потери давления в сети при расчетном режиме; Рн= ?Раб - ?Рс - давление сетевого насоса.

Из выражения (7.19) следует, что гидравлическая устойчивость системы повышается с уменьшением потерь давления в магистральных сетях и с увеличением гидравлического сопротивления абонентских установок. С этой целью целесообразно уменьшение диаметров вводов, установка на вводах дроссельных шайб. Задвижки на магистральных трубопроводах должны быть полностью открыты.

Для количественной оценки разрегулировки сопоставим расходы воды у абонентов. Отношение расходов у абонентов 4 и 6 из уравнения (7.17) составляет

Как следует из выражения (7.20), отношение расходов воды зависит только от характеристики сопротивления сети на участках от абонента 4 до конечной точки сети. Поэтому при изменении характеристики сопротивления на каком-либо участке сети у всех абонентов, расположенных между этим участком и концевой точкой сети, степень изменения расхода одинакова.

Такая разрегулировка называется пропорциональной. Она имеет место у абонентов 4, 5, 6.

У абонентов, расположенных между источником теплоснабжения и местом изменения сопротивления, происходит непропорциональная разрегулировка, причем чем ближе абонент расположен к источнику теплоснабжения, тем меньше изменение перепада давлений и, следовательно, расхода. Ближайшие к ТЭЦ абоненты обладают, как правило, большей гидравлической устойчивостью.

Если частично прикрыть задвижку на магистральном трубопроводе, то общий расход воды в системе сократится. Однако изменение расходов воды у абонентов будет неодинаковым. Повышение давления в обратной магистрали перед задвижкой приводит к уменьшению располагаемых давлений у абонентов, находящихся перед задвижкой. Расходы воды в абонентских системах 3 - 6 уменьшаются. В системе происходит несоответственная разрегулировка, при которой знак изменения расходов у абонентов неодинаков.

39. В природной и водопроводной воде обычно содержатся различные газы, соли, коллоидные вещества, механические взвеси и т. п. которые вызывают внутреннюю коррозию оборудования и трубопроводов. В результате этих процессов уменьшается проходное сечение труб, ухудшается теплопередача в теплообменных аппаратах, происходят локальные пережоги трубок в котлах и др.

С технических позиций качество подпиточной воды должно быть таким, чтобы не происходили процессы коррозии металла и накипеобразования на поверхности. Это возможно только при полном отсутствии примесей в воде.

Допустимая с технико-экономических позиций степень очистки воды зависит от условий водно-химических режимов в подпитываемых контурах: чем выше температура и давление в них, тем более интенсивно протекают процессы коррозии и накипеобразования, а также от характера вредных последствий от накипеобразований.

Технические условия на качество подпиточной воды для различных водных режимов в подпитываемых контурах регламентируются нормами ПТЭ (правила технической эксплуатации ТЭС и сетей). Основные показатели качества подпиточной воды тепловых сетей приведены в табл. 12.1.

Наряду с техническими требованиями подпиточная вода тепловых сетей должна удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям: в ней не должны присутствовать вредные для здоровья человека примеси, а в системах с непосредственным водоразбором показатели еe должны соответствовать показателям питьевой воды.

Показатель	Значения показателей при максимально-возможной температуре сетевой воды, оС
	75 оС	76-100 оС	101-200 оС
Кислород, мг/кг	0,1	0,1	0,05
Свободная углекислая кислота	Должна отсутствовать
Карбонатная жесткость, мг-экв/кг	1,5	0,7	0,7
рН	6,5-8,5
Взвешенные вещества, мг/кг	5

Показатели питьевой воды (химический состав, вкус, прозрачность, запах и цвет) регламентируются ГОСТ. В соответствии с ним, в питьевой воде допускается содержание взвешенных веществ не более 1,5 мг/л, минеральных солей от 100 до 1000 мг/л, железа до 0,3 мг/л, хлоридов до 350 мг/л, сульфатов до 500 мг/л, солей кальция и магния на уровне общей жесткости до 7 мг-экв/л. Не разрешается применение дистиллированной (лишенной солей) воды, так как она нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции.

Строго регламентируется и предельно допустимое содержание в питьевой воде различных токсических веществ и добавок, применяемых для очистки и осветления воды.

40. Основными направлениями борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения являются:

1). снижение коррозионной активности воды за счет уменьшения содержания в ней агрессивных компонентов (, и др.);

2). повышение антикоррозионной стойкости систем теплоснабжения путем покрытия поверхности металла специальными пленками, защищающими от коррозии;

3). изготовление элементов систем теплоснабжения из материалов, устойчивых против коррозии.

Для снижения коррозионной активности воды применяются два способа: физический - удаление агрессивных газов путем деаэрации (дегазации) и химический - связывание агрессивных компонентов химическими реагентами.

Деаэрация является в настоящее время наиболее распространенным способом подготовки воды для систем теплоснабжения. В зависимости от параметров греющей среды применяются термические деаэраторы атмосферного и вакуумного типа. Кроме того, иногда используется естественная деаэрация воды.

Связывание агрессивных компонентов химическими реагентами производится при подготовке воды как для холодного водоснабжения на водоочистных станциях, так и дополнительно для систем теплоснабжения.

Предотвращение образования шлама и накипи в системах теплоснабжения производится вследствие подпитки тепловых сетей умягченной водой или же водой со стабилизированной жесткостью (индекс насыщения I = 0).

Для подготовки умягченной воды применяются следующие методы: обработка воды в катионитовых фильтрах, щелочная обработка воды известью и содой и магнитная обработка воды.

Подготовка подпиточной воды для тепловых сетей производится обычно в источниках теплоты путем умягчения исходной водопроводной или природной (поверхностной, артезианской) воды в и катионитовых фильтрах и ее дегазации в атмосферных или вакуумных деаэраторах. Кроме того, при высокой жесткости исходной воды применяют иногда предварительную щелочную обработку, а при значительном остаточном содержании агрессивных газов в подпиточной воде и подсосах воздуха в систему - последующую обработку воды силикатом или сульфитом натрия.

При использовании природной воды при необходимости ее предварительно обрабатывают, т. е. осветляют, обезжелезивают, а в системах с непосредственным водоразбором, кроме того, и обеззараживают в соответствии с санитарными нормами.

41. При щелочной обработке воды известью или одновременно известью и содой происходит связывание свободной углекислоты и образование трудно растворимых солей кальция и магния, выделяющихся в виде твердой фазы. Последние осаждают в отстойниках и затем удаляют. Так, при известковании протекают следующие реакции: Вследствие связывания происходят увеличение воды и распад бикарбоната кальция по уравнению (12.1) с образованием . В виде твердой фазы выделяются и . При этом карбонатная жесткость воды снижается до 0,5 - 1 мг-экв/кг. При обработке воды силикатом натрия (силикатировании) происходит связывание по уравнению: В результате этой реакции уменьшается углекислотная коррозия и происходит увеличение рН воды. Кроме того, уменьшается и кислородная коррозия, так как окись силиция (жидкое стекло) образует на поверхности трубопроводов плотную защитную пленку, которая изолирует металл от контакта с водой. Отмеченные обстоятельства, а также безвредность и недефицитность исходного материала явились причиной широкого использования этого метода в системах с непосредственным водоразбором. При обработке воды сульфитом натрия (сульфитировании) происходит связывание кислорода по уравнению: В результате снижается содержание кислорода в воде, вследствие чего уменьшается кислородная коррозия трубопроводов и увеличивается содержание сульфата натрия в воде. Последний является более безопасным в отношении коррозии трубопроводов. Магнитная обработка воды, в соответствии со СНиП может предусматриваться при исходной воде с карбонатной жесткостью до 9 мг-экв/л, содержанием железа до 3 мг/л и при подогреве воды не выше 95°С. Вода с такой температурой применяется в настоящее время только в небольших системах теплоснабжения и для горячего водоснабжения. Принципиальная схема установки магнитной обработки воды показана на рис 12.3

Рис. 12.3 Принципиальная схема магнитной обработки воды

1 - ПМУ для подпиточной воды, 2 - сетевой насос, 3 - шламоотделигель, 4 - ПМУ для сетевой воды, 5 - подогреватель; а - водопроводная вода; б и в - обратная и подающая сетевая вода

42. Структура эксплуатационной службы зависит от единичной мощности и количества источников тепловой энергии, радиуса действия тепловых сетей и других местных факторов. Высшая форма организации службы эксплуатации создается в крупных культурных и промышленных центрах, имеющих несколько ТЭЦ, объединенных разветвленной тепловой сетью. В них создаются предприятия тепловых сетей, называемые теплосетью. Теплосеть, получая теплоту от ТЭЦ, осуществляет руководство транспортом тепловой энергии по наружным тепловым сетям, распределением ее по тепловым пунктам и контролем за использованием теплоты потребителями.

По структуре предприятие Теплосети состоит из трех подразделений: административное, производственное и эксплуатационное (рис. 14.1).

43. В объем по обслуживанию тепловых сетей входят следующие работы:а) поддержание в исправном состоянии всего оборудования, строительных и других конструкций тепловых сетей путем проведения своевременного их осмотра и ремонта;б) наблюдение за работой компенсаторов, опор, арматуры, дренажей, контрольно-измерительной аппаратуры и других элементов оборудования со своевременным устранением замеченных неисправностей;в) устранение сверхнормативных потерь теплоты путем своевременного отключения неработающих участков сети, удаления скапливающейся в каналах и камерах воды, ликвидации проникания грунтовых и верховых вод в каналы и камеры, своевременного восстановления разрушенной изоляции;

г) устранение сверхнормативных гидравлических потерь в сети путем регулярной промывки и очистки трубопроводов;д) своевременное удаление через воздушники воздуха из теплопроводов и недопущение присоса воздуха путем постоянного поддержания избыточного давления во всех точках сети и в системах потребителей;е) поддержание в сети и на тепловых пунктах потребителей необходимых гидравлического и теплового режимов при систематической проверке требуемых параметров в характерных точках сети и на тепловых пунктах потребителей; ж) обеспечение расчетного распределения теплоносителя по тепловым пунктам потребителей; з) принятие мер по предупреждению, локализации и ликвидации неполадок и аварий в сети.

44. Основными задачами обслуживания тепловых пунктов являются: обеспечение для каждого теплового пункта, а следовательно и системы теплопотребления расхода теплоносителя требуемых параметров в пределах установленного лимита; обеспечение рационального использования теплоносителя и температурного перепада в системе теплопотребления; снижение до минимума тепловых потерь и устранение утечек; обеспечение бесперебойной и нормальной работы всего оборудования теплового пункта и систем теплопотребления.

Ежегодно оборудование тепловых пунктов ремонтируют. На центральных и индивидуальных тепловых пунктах и системах, прини-маемых в эксплуатацию впервые после монтажа, проверяют:а) соответствие выполненных работ и установленного оборудования проекту;б) состояние наружных теплопроводов, принадлежащих потребителю;в) состояние утепления отапливаемых зданий и помещений тепловых пунктов;г) состояние помещений тепловых пунктов, а также состояние трубопроводов, арматуры и тепловой изоляции в тепловых пунктах;д) наличие и состояние контрольно-измерительной аппаратуры и автоматических устройств;е) наличие паспорта, схем и инструкций для обслуживающего персонала, а также состояние тепловой изоляции на разводящих трубопроводах местных систем;ж) наличие и состояние запорно-регулировочной арматуры на стояках и нагревательных приборах;з) отсутствие прямых соединений оборудования тепловых пунктов потребителей с водопроводом и канализацией;и) эффективность промывки системы;к) герметичность оборудования тепловых пунктов и систем теплопотребления, а также прогреваемость нагревательных приборов.

45. Технический надзор возлагается на комиссию из представителей сетевого района, проектной и строительно-монтажной организаций и теплоснабжающей станции. Тепловые сети с рабочим давлением более 1,6 МПа и температурой теплоносителя свыше 115°С при диаметре тру-бопроводов более 100 мм принимаются в эксплуатацию с участием инспектора Проматомнадзора и подлежат регистрации в этих органах. Технический надзор и приемка материалов и оборудования производятся по сертификатам заводов-изготовителей Монтаж сальниковых компенсаторов проверяется на отсутствие перекосов подвижных стаканов в корпусе и наличие достаточного свободного хода стакана.

При П-образной компенсации температурных удлинений внешним осмотром оценивается качество сварных швов, допустимый радиус изгиба колен. Контроль теплоизоляционных работ проводится путем замеров толщины слоя, равномерности уплотнения материала, прочности бандажного крепления. Теплофизические свойства изоляционного материала проверяются лабораторным анализом проб.. Поверхность тепловой изоляции в пределах теплового пункта подлежит окраске в условные цвета.

46. Пуск систем теплосн-я в промышленную эксплуатацию производит пусковая бригада по программе, составленной руководителем приемочной комиссии. Пуск водяных тепл.сетей начинается с наполнения секционного участка водопрной водой, нагнетаемой в обратную магистраль под напором подпиточного насоса (рис. 14.2).

Рис.14.2. Схема размещения пусковых устройств в тепловой сети;1 - сетевой насос; 2 - подпиточный насос; 3 - регулятор подпитки; 4 - перемычка сетевого насоса; 5 - грязевик, 6 - дренажный вентиль; 7 - воздушный вентиль;8 - сетевая перемычка; 9 - секционная задвижка

В период заполнения на обратном трубопроводе перекрываются все спускные краны и задвижки на ответвлениях, открытыми остаются лишь воздушники. При появлении в воздушниках воды без пузырьков воздуха воздушные краны закрывают, затем периодическим открыванием (через 2 - 3 мин) воздушников произв-ся выпуск скоплений воздуха. Пуск паропр-в зависит от размеров сети. Разветвленные паропроводы большой протяженности пускаются вначале на магистр-х участках, затем поочередно пускаются ответвления.