Проектирование тепловых сетей промышленного предприятия г. Тамбова

где б - коэффициент линейного удлинения стальных труб принимается в зависимости от температуры, в среднем б =1,2?10^-5 м/?С; t - температура теплоносителя, ?С; t₀= -28 ?С - температура окружающей среды.

С учетом предварительно растяжки по полному удлинению на 50%:

Графическим методом зная тепловое удлинение, диаметр трубы определяем по номограмме длину плеча П-образного компенсатора, которая равняется 2,4 м.

Радиус изгиба гладкого отвода

.



Отношение длины спинки компенсатора к длине вылета:

При изгибе гибких компенсаторов круглое сечение трубы сплющивается в эллиптическое, жесткость которого значительно понижается. Коэффициент жесткости гибких отводов зависит от геометрической характеристики отвода, представляющей собой отношение:

где S - толщина стенки трубы, м; R - радиус изгиба отвода, м; r_c - средний радиус трубы, м.

Определим коэффициент жесткости гладкого отвода по формуле:

В сплющенном сечении трубы напряжения изгиба несколько уменьшаются и учитываются коэффициентом напряжения, который для гладких отводов определяется зависимостью:



Определим изгибающее напряжение в отводе по формуле:

(28)

где E=2*10⁸ кПа, модуль продольной упругости для стали.

Подставим найденные данные в формулу (28) и определим изгибающее напряжение в отводе:

Допустимое напряжение от температурных удлинений

Т.к. , то расчет является верным.



6. Расчет изоляции тепловых сетей с учетом способа их прокладки

Экономическая эффективность систем централизованного теплоснабжения при современных масштабах теплового потребления в значительной мере зависит от тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности. Дополнительные затраты, связанные с нанесением тепловой изоляции и антикоррозионных покрытий, относительно невелики и составляют 5--8% от общей стоимости тепловых сетей, но качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в результате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов.

Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех способах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственны непрерывные колебания температуры, влажности и давления.

Материалы, используемые в качестве теплоизолятора, должны обладать высокими теплозащитными свойствами и низким водопоглощением в течение длительного срока эксплуатации.

По исполнению основного изоляционного слоя и наружной отделки различают несколько видов конструкций тепловой изоляции: засыпные, мастичные, подвесные, оберточные, монолитные.

В данной работе выберем оберточную конструкцию тепловой изоляции, рисунок 6.1.



Рисунок 6.1. Оберточная изоляция прошивными матами из волокнистых материалов в обкладках

Цифрами на рисунке обозначены: 1 -- антикоррозионное покрытие; 2 -- внутренняя обкладка металлической сеткой: 3 -- отделка стыка; 4 -- проволочная скрутка: 5 -- сетка; 6--бандаж с пряжкой: 7 -- скрутка проволочная; 8 -- покровный слой из асбестоцементных полуцилиндров: 9 -- сшивка стыков обкладки отожженной проволокой; 10 -- наружная обкладка металлический сеткой; 11 - мат.

Оберточная изоляция выполняется из прошивных матов в обкладках или из мягких плит на синтетической связке. На рис. 6.1. показана конструкция с использованием минераловатных или стекловолокнистых матов с двусторонней обкладкой металлической сеткой или стеклотканью. Маты с обкладками прошиваются мягкой отожженной проволокой или стеклонитью. На трубопроводе маты закрепляются проволочной скруткой и дополнительной сшивкой продольных и поперечных швов наружной обкладки. Затем вся эта конструкция закрывается покровным слоем, выбираемым в зависимости от способа прокладки теплопровода. По металлической сетке в качестве покровного слоя удобнее всего использовать асбестоцементную штукатурку, которая сглаживает все неровности и прочно скрепляется с основным изоляционным слоем.

Целью расчета является определение толщины изоляции. Определим толщину изоляции участка №1 магистрали по нормированным теплопотерям при надземной прокладке трубопровода.

По таблице 6 ([2] приложение 5, табл. 6) определим нормированные теплопотери для прямого и обратного трубопроводов:

для подающего:

для обратного

Определим полное термическое сопротивление для подающего и обратного трубопровода:

где температура воды в подающей магистрали; - средняя температура отопительного периода; температура воды в обратной магистрали.

Найдем коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху [2]:

Вт/(м² *°С).

где w - скорость движения воздуха, м/с.

Зададимся толщиной изоляции по таблице ([2] приложение 5, табл. 2) и определим наружный диаметр изоляции:



где d - наружный диаметр изолируемого объекта, мм.

Зная наружный диаметр изоляции и коэффициент теплоотдачи можно определить термическое сопротивление от поверхности изоляции к воздуху .

Для прямого трубопровода:

Термическое сопротивление изоляции:

Для обратного трубопровода:

Термическое сопротивление изоляции:

В качестве тепловой изоляции используем минираловатные прошивные изделия с теплопроводностью Вт/м*°С.

Для подающего трубопровода по таблице 4.2 [2] , тогда:

Вт/м*°С.

Определим толщину тепловой изоляции:



Найдем температуру поверхности изоляции по формуле:

°С.

Уточним среднюю температуру изоляционного материала:

С.,

Уточним коэффициент теплопроводности изоляции:

Вт/м*°С.

По уточненным данным определим температуру поверхности изоляции при :

°С.

Полученные значения температуры поверхности изоляции достаточно близки, поэтому пересчет толщины изоляции не проводим. К установке принимаем изоляцию с толщиной в соответствии с данными таблицы 1 ([2] приложение 5, табл. 1).

Проведем аналогичный расчет для обратного трубопровода:

Для обратного трубопровода по таблице 4.2 [2] , тогда:

Вт/м*°С.

Определим толщину тепловой изоляции:

Найдем температуру поверхности изоляции по формуле:

°С.

Уточним среднюю температуру изоляционного материала:

С.,

Уточним коэффициент теплопроводности изоляции:

Вт/м*°С.

По уточненным данным определим температуру поверхности изоляции при :

°С.

Полученные значения температуры поверхности изоляции достаточно близки, поэтому пересчет толщины изоляции не проводим. К установке принимаем изоляцию с толщиной в соответствии с данными таблицы 1 ([2] приложение 5, табл. 1).

Аналогично рассчитываем изоляцию остальных участков. Результаты расчёта изоляции трубопровода по всем участкам заносим в таблицу 6.1.



Таблица 6.1

№					подающий	обратный
уч.	d, мм	dint, мм	бe, Вт/(м2•оС)	to, oC	tв, oC	дk, мм	tв, oC	дk, мм
1	219	207	26,8	-4,2	150	100	70	100
2	194	184	26,8	-4,2	150	100	70	100
3	194	184	26,8	-4,2	150	100	70	100
4	194	184	26,8	-4,2	150	100	70	100
5	133	124	26,8	-4,2	150	100	70	80
6	108	100	26,8	-4,2	150	80	70	80
7	57	50	26,8	-4,2	150	60	70	60
8|1	57	50	26,8	-4,2	150	60	70	60
8|2	57	50	26,8	18	150	60	70	40
22|1	57	50	26,8	-4,2	150	60	70	60
22|2	57	50	26,8	18	150	60	70	60
23	108	100	26,8	18	150	80	70	80
24	108	100	26,8	18	150	80	70	80
25	133	124	26,8	18	150	100	70	80
26	57	50	26,8	18	150	60	70	60
27	76	69	26,8	18	150	80	70	60



7. Подбор и расчет оборудования для горячего водоснабжения

Целью расчета подогревателя ГВС является определение площади поверхности теплообмена, марки и количества секций подогревателя.

Выбираем схему теплового пункта с параллельным подключением подогревателей горячего водоснабжения. Данную схему возможно применять в двухтрубной закрытой системе при независимом подключении систем ГВС к тепловым сетям.

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

В двух трубных закрытых системах теплоснабжения подогреватели устанавливают при независимых схемах присоединения систем отопления к тепловым сетям.

Подогреватели должны обеспечивать заданную теплопроизводительность при любых температурных режимах сетевой воды. Наиболее неблагоприятный режим соответствует точке излома температурного графика регулирования. Поэтому расчет подогревателей горячего водоснабжения при всех системах подключения их к тепловым сетям производится по параметрам сетевой воды при температуре наружного воздуха (t_н''').

Схема ЦТП с параллельным подключением подогревателя ГВС изображена на рис 7.1:



Рис. 7.1. Схема ЦТП с параллельным подключением подогревателя ГВС: 1-трехходовой клапан; 2-подмешивающий насос; 3-подогреватель ГВС.

Для расчета абонентских вводов с параллельным подключением подогревателей горячего водоснабже6ния нам потребуются следующие исходные данные:

- тепловая нагрузка на горячее водоснабжение Q_гвс= 324,8 кВт;

- расчетные температуры сетевой воды: ф₁'=150°С, ф₂'=70°С;

- температуры холодной и горячей водопроводной воды: t_х=5°С, t_г=35°С;

- температура воздуха внутри помещения t_в=18°С.

В точке излома температурного графика, значения температур сетевой воды равны: ф₁'''= 70°С, ф_2.о'''= 41,7°С.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется по формуле:

(29)

где - расчетная теплопроизводительность подогревателя горячего водоснабжения, принимаем равным тепловой нагрузке на горячее водоснабжение, кВт; c - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*^оС); - температура сетевой воды после подогревателя, принимаемая по графику [1,стр. 104]

Тогда по формуле (29), при = 30°С:

Определим расчетный расход водопроводной воды:

(30)

где - расчетная теплопроизводительность подогревателя горячего водоснабжения, принимаем равным тепловой нагрузке на горячее водоснабжение, кВт; с - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*^оС); t_х и t_г -температуры холодной и горячей водопроводной воды^{, о}С.

Тогда по формуле (30):

Зададимся скоростью воды в межтрубном пространстве подогревателя 1 м/с. Найдем ориентировочную площадь сечения межтрубного пространства (при с=1000 кг/м³⁾:

f = G_р.г/3600сw (31)

где Q_р.г- расчетная теплопроизводительность подогревателя горячего водоснабжения, принимаем равным тепловой нагрузке на горячее водоснабжение, кВт; w - скоростью воды в межтрубном пространстве, м/с.

Тогда

f = 6960/3600*1000*1=1,93*10^-3 м²

Из приложения 20а ([4], приложение 20а, стр. 456]) выбираем подогреватель 04 (по ГОСТ 27590-88) с сечением трубок f_тр =1,08*10^-3 м², межтрубного пространства f_м=2,33*10^-3 м² и эквивалентным диаметром межтрубного пространства d_{м. экв}=16,4 мм, трубки с диаметром наружным и внутренним соответственно 16/14.

Для этого типоразмера подогревателя скорости, нагреваемой воды в трубах (w_т) и греющей воды в межтрубном пространстве (w_м) составляют:

w_т = G_р.в.в/3600f_трс_в (32)

w_м =G_р.г/3600f_мс_с (33)

где с_в - плотность водопроводной воды при средней температуре t_ср:

t_ср=0,5(t_г+t_х) = 0,5*(35+5)=20 ^оС

с_с - плотность сетевой воды при средней температуре

=0,5()=0,5*(70+30)=50 ^оС

Тогда по формулам (32) и (33):

w_т = 9280/3600*0,00108*992,3 = 2,4 м/с.

w_м=6960/3600*0,00233*988,1 = 0,84 м/с.

Коэффициенты теплоотдачи от сетевой воды к поверхности трубного пучка и от внутренних стенок трубок к водопроводной воде определим по формуле:

б = (1630+21t - 0,041t²)w^0,8/d^0,2 (34)

где t - средняя температура теплоносителя, ^оС; w- скорость теплоносителя, м/с; d- внутренний диаметр трубки или эквивалентный гидравлический диаметр межтрубного пространства, м.

б₁=(1630+21*20-0,041*20²)*2,4^0,8/0,014^0,2 = 9619 Вт/м²*^оС.

б₂=(1630+21*50-0,041*50²)*0,84^0,8/0,0164^0,2 = 5096 Вт/м²*^оС.

Определим коэффициент теплопередачи по формуле:

(35)

где б₁ и б₂- коэффициенты теплоотдачи, Вт/м^{2* о}С; л_ст- коэффициент теплопроводности трубы, Вт/м* ^оС, ([6],стр. 261); д_ст- толщина стенки трубы, м, ([4], стр. 456).

Подставим значения в формулу (35):

Вт/м²* ^оС

Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в подогревателе:

?t_ср=(?t_б-?t_м) / 2,3lg(?t_б/?t_м) (36)

?t_ср=((70-30)-(30-5))/ 2,3lg((70-30)/(30-5))=31,9 ^оС.

Определим необходимую поверхность теплообмена подогревателя:

F = Q_р *10³ / (k?t_срµ) (37)

где Q_р - расчетная тепловая нагрузка, кВт; ?t_ср- среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в подогревателе, ^оС; k - коэффициент теплопередачи, Вт/м²*^оС; µ - коэффициент, учитывающий накипь и загрязнение трубок, принимаем по приложению 13 ([1],cтр.401).

F=324,8*10³/(3216*31,9*0,8) = 3,96 м².

Число секций одного подогревателя:

z = F/f_c=3,96/1,31=3,02



где f_c- поверхность нагрева одной секции ([4], стр. 456).

Принимаем z = 3.



8. Подбор элеваторов и циркуляционных насосов абонентских вводов

Основной расчетной характеристикой для элеваторов является коэффициент смешения. При подборе элеватора коэффициент смешения принимается на 15% выше его расчетного значения с учетом возможности наладки присоединенной системы, т.е. u=1,15u'.

Определим коэффициент смешения:

где - температуры воды, ^оС.

Элеватор подбираем по приведенному расходу, который определяется по формуле:

(38)

где G - расход теплоносителя на отопление и вентиляцию, т/ч; h - располагаемый напор, необходимый для работы элеватора равный 15, м.

Подберем элеватор для РИЦ:

Расход теплоносителя на отопление и вентиляцию G =21,5 т/ч.

Определим по формуле приведенный расход (38):

Подбираем элеватор по номограмме ([1],стр. 134). Выбираем элеватор №2 с диаметром сопла d_с= 6,5 мм и диаметром горловины d_г= 20 мм

Проведем аналогичный расчет для остальных зданий и сооружений. Данный занесем в таблицу 8.1.



Таблица 8.1.

Назначение	, т/ч	, т/ч	Элеватор	Насос
			№	dс, мм	dг, мм
РИЦ	21,5	5,6	2	6,5	20	-
Компрессорная	4,3	1,1	1	4	15	-
Сборочный цех №2	104	26,9	6	13	47	-
Сборочный цех №3	57	14,7	4	10	30	-
Механический цех №1	38,4	9,9	3	8,5	28	-
ЦЗЛ	3,1	0,8	1	4	15	-
Админ. корпус	2,2	0,6	1	4	15	-



9. Подбор насосов ЦТП

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

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. 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.

9.1 Подбор сетевого насоса

Определим напор сетевого насоса по формуле:

(39)

где =5 м - потери напора в тепловом центре; - потери напора в подающем и в обратном магистральных трубопроводах; - необходимый напор на вводе концевого абонента.

Подставим значения и определим напор сетевого насоса:

Производительность сетевого насоса определяем по расчетному расходу воды в головном участке тепловой сети G_н=308 т/ч.

По напору и производительности выберем два насоса марки КсВ 320-85 мощностью 132 кВт и частотой 1480 об/мин.

9.2 Подбор подпиточного насоса

Расчетная величина напора подпиточного насоса может быть определена по формуле:

(40)



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

Разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке примем равное 0.

По формуле (40) определим напор подпиточного насоса:

Производительность подпиточного насоса 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.

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

(41)

где Q=8,95 МВт - тепловая мощность системы теплоснабжения; - удельные объемы сетевой воды, находящейся в наружных сетях с подогревательными установками и в местных системах, м³/МВт.

Для тепловых сетей с подогревательными установками промышленных предприятий , для систем отопления

Подставим значения в формулу (41) и определим объем воды:

Определим необходимую производительность подпиточного насоса, которая равна 2% от общего объема воды в системе:

По напору и производительности выберем два насоса марки ЦНСг 8-68 мощностью 11 кВт и частотой 2940 об/мин.



Заключение

В данной курсовой работе были проведены расчеты системы теплоснабжения промышленного предприятия в результате которого были определены расходы тепла по отдельным видам теплопотребления (отопление, вентиляция, ГВС), годовые расходы тепла. Также были найдены расходы теплоносителя по отдельным видам теплопотребления.

В курсовой работе проведен гидравлический расчет тепловых сетей. По результатам этого расчета построен пьезометрический график, исходя из которого были выбраны схемы подключения абонентских вводов, а также выбрано оборудование для ГВС.

Также рассчитана тепловая изоляция тепловых сетей. Составлены соответствующие схемы и таблицы.

Проведен подбор насосного оборудования, а также расчет конструктивных элементов тепловой сети таки как: опоры, компенсаторы.



Список использованной литературы

1. Козин В.Е. и др. Теплоснабжение: Учебное пособие. М. Высш. Школа,1980 г.

2. Мозговой Н.В. и Быченок В.И. Проектирование тепловых сетей: Пособие. Тамбом - Воронеж, 2005 г.

3. СНиП 23.01-99 «Строительная климатология».

4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. М. МЭИ, 2001 г.

5. СНиП 41-03-2001 «Тепловая изоляция оборудования и теплопроводов».

6. Краснощеков Е.А. и Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие. М. Энергия, 1980 г.

7. Ионин А.А, Хлыбов Б.М., Братенков В.Н., Терлецкая Е.Н. Теплоснабжение. М.: Стройиздат, 1982 г.

8. СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети».

9. А.А. Николаев. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. М., 1965.

Размещено на Allbest.ru