Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Кафедра теплотехніки

курсовий проект

Теплопостачання промислових об'єктів і споруд

Виконав: студентка групи ТВ -62

Савчук І.В.

Вихідні дані до проекту

Завдання на курсовий проект наведено в додатку 1 та його вибирають за двома останніми цифрами номеру залікової книжки студента.

Місто проектування	Полтава
Розрахункова температура на опалення	-23
Середня температура опалювального періоду	-1,9
Тривалість опалювального періоду	187
Найменування промислового виробництва	Вироби з ніздрюватого бетону
Кількість змін роботи цеху, nc	3
Річний об'єм виробництва продукції П, тис. м3	33
Висота цеху h, м	6,5
Висота будівель, м	8,5
Номер формувального цеху	3
Кількість душових сіток, N	23

В завданні вказано: географічний пункт будівництва; розрахункові температури зовнішнього повітря; тривалість опалювального періоду; найменування промислового виробництва; генплан промислового об'єкту теплопостачання з розміщенням розрахункових цехів та джерела теплоти; розміри цеху за зовнішнім обміром; річний об'єм випуску промислової продукції; кількість змін роботи підприємства; кількість душових сіток.

Розрахунок теплових потоків

Розрахунок витрати теплоти є основою проектування, будівництва, регулювання, налагодження та експлуатації систем теплопостачання. Для розрахунку системи теплопостачання потрібно визначити витрату теплоти за певну одиницю часу.

Розрахунковий тепловий потік на опалення промислового будинку, кВт, визначається за формулою:

, (1)

де V - об'єм будинку за зовнішнім обміром, м³;

t_i - розрахункова температура внутрішнього повітря, °С;

- розрахункова температура зовнішнього повітря на опалення, °С;

q_o - питомий тепловий потік на опалення промислового будинку, Вт/(м³ · К), залежить від розрахункової температури зовнішнього повітря на опалення та розраховується з рівняння , де - питомий тепловий потік на опалення промислового будинку, Вт/(м³ · К) при = -30 °С (додаток 2);

з - коефіцієнт перерахунку на іншу розрахункову температуру зовнішнього повітря, при = -23 °С з = 1,116

м³,

кВт,

Річна витрата теплоти на опалення промислового будинку, ГДж, визначається за формулою 15 [2]:

, (2)

де t_i - розрахункова температура внутрішнього повітря в промисловому будинку, °С; t_oп - середня температура опалювального періоду, °С; n_o - тривалість опалювального періоду, діб; n_c - тривалість роботи системи опалення за добу, год.; k₁ - коефіцієнт, враховуючий кількість днів роботи системи опалення за тиждень, наприклад якщо цех працює 5 днів за тиждень, то k₁ = 5/7; n_ч - тривалість часу, протягом якого система опалення працює в режимі чергового опалення, год.; k - коефіцієнт переводу одиниць вимірювань; - температура внутрішнього повітря при черговому опаленні, дорівнює 5 °С; - розраховується з рівняння (1) при t_i = .

кВт,

ГДж,

Розрахунковий тепловий потік на вентиляцію промислового будинку, кВт, дорівнює:

, (3)

де V - об'єм будинку за зовнішнім обміром, м³; t_i - розрахункова температура внутрішнього повітря, °С; - розрахункова температура зовнішнього повітря на опалення, °С; q_v - питомий тепловий потік на опалення промислового будинку, Вт/(м³ · К) (додаток 2).

кВт,

Річна витрата теплоти на вентиляцію промислового будинку, ГДж, визначається за формулою 15 [2]:

, (4)

де t_i - розрахункова температура внутрішнього повітря в промисловому будинку, °С; t_oп - середня температура опалювального періоду, °С; n_o - тривалість опалювального періоду, діб; n_v - тривалість роботи системи вентиляції за добу, год.; k₂ - коефіцієнт, враховуючий нерівномірність роботи системи вентиляції за змінами; k₃ - коефіцієнт, враховуючий рециркуляцію, при відсутності даних приймається рівним 0,95; k - коефіцієнт переводу одиниць вимірювань.

Витрата теплоти на гаряче водопостачання в душових виробничих будівель визначається за розрахунковою кількістю робочих на одну душову сітку m_c залежно від групи виробничих процесів у виробничому цеху. При кількості душових сіток N = 10 та більше повинні використовуватись баки-акумулятори. Кількість годин зарядки акумулятора Т_з залежить від кількості сіток: при N = 10 ч 20 сіток Т_з = 2 години, при N = 21 ч 30 сіток Т_з = 3 години, при N > 31 сітки Т_з = 4 години. Максимальна витрата теплоти за годину для розрахунку підігрівачів Q_hmax, кВт, визначається з рівняння:

, (5)

де k - коефіцієнт переводу одиниць вимірювань; с - густина води, кг/м³, с - теплоємність води, кДж/(кг · К); t_с - температура водопровідної води, яка дорівнює в опалювальний період +5 °С, а в неопалювальний період +15 °С; t_h - температура гарячої води в системі гарячого водопостачання, дорівнює 55 °С.

кВт,

Максимальна витрата теплоти на гаряче водопостачання в неопалювальний період дорівнює, кВт:

, (6)

де в - коефіцієнт, враховуючий зменшення витрати гарячої води в неопалювальний період, порівнюючи з опалювальним періодом, для промислових підприємств дорівнює 1.

кВт,

Річна витрата теплоти на гаряче водопостачання для виробничих будівель дорівнює:

, (7)

де n_c - кількість робочих змін за рік.

кВт,

Витрата теплоти на технологічні потреби приймається за даними технологічних проектів. При відсутності добових графіків витрати пари припускається вводити до сумарної витрати пари зменшуючий коефіцієнт 0,9 для врахування незбіжності максимальної витрати пари окремими споживачами.

За укрупненими показниками річна витрата теплоти на виробництво промислової продукції дорівнює:

, (8)

де П - річний об'єм виробництва промислової продукції; q_н - нормативна кількість теплоти на виробництво одиниці промислової продукції, ГДж/од. ( додаток 3 ).

ГДж,

Розрахунковий тепловий потік на виробництво промислової продукції визначається з рівняння, кВт:

, (9)

де Z - кількість годин використання максимуму теплового навантаження (дод.3).

кВт,

Середній тепловий потік на технологію промислового будинку, кВт:

, (10)

де Z₁ - кількість годин роботи технологічної установки за рік.

кВт,

Сумарне розрахункове теплове навантаження об'єкту теплопостачання, кВт:

(11)

Сумарна річна витрата теплоти дорівнює

(12)

Аналогічно даному розрахунку (формули 1-12) виконуємо розрахунок теплових потоків для ремонтного цеху та майстерні.

Результати розрахунків зводимо в таблицю 1.

Таблиця 1

Назва цеху	Qomax, кВт	Qvmax, кВт	Qhmax, кВт	Qmmax, кВт	УQ, кВт	, ГДж	, ГДж	, ГДж	, ГДж	УQр , ГДж
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
формувальний цех №3	97,43	166,35	120,56	1571,4	1798,63	512,99	832,04	1015,59	19800	20180,62
Ремонтний цех №2	169,80	54,94	120,56	0	345,30	894,00	274,81	1015,59	0,0	2184,40
Майстерня №4	137,33	137,33	120,56	0	395,22	723,03	686,88	1015,59	0,0	2425,50
У	404,56	358,62	361,68	1571,43	2539,15	2130,02	1793,73	3046,77	19800	24790,52

Визначаємо витрати теплоти залежно від температури зовнішнього повітря та заносимо їх у таблицю 2, користуючись для перерахунку навантаження системи опалення та вентиляції значенням відносного теплового потоку, яке дорівнює:

, (13)

де t_i - температура внутрішнього повітря, °С; t_н - температура зовнішнього повітря в діапазоні від розрахункової температури зовнішнього повітря на опалення до +8 °С; - розрахункова температура зовнішнього повітря на опалення, °С. Результати розрахунку заносимо в таблицю 2 та будуємо графік теплових потоків за тривалістю опалювального періоду.

Таблиця 2. Розрахунок теплових потоків

Позначення	Тепловий потік при t, оС
	-23,0	-10,0	0,0	5,0	8,0	>+8,0
Відносний тепловий потік, кВт	1,000	0,667	0,410	0,282	0,205	-----
Витрата теплоти на опалення Qomax, кВт	404,56	269,71	165,97	114,11	82,99	-----
Витрата теплоти на вентиляцію Qvmax, кВт	358,62	239,08	147,13	101,15	73,56	-----
Витрата теплоти на ГВП Qhmax, кВт	361,68	361,68	361,68	361,68	361,68	361,68
Витрата теплоти на технологію Qm, кВт	1571,43	1571,43	1571,43	1571,43	1571,43	1571,43
Сумарна витрата теплоти ?Q, кВт	2539,15	2284,75	2089,06	1991,22	1932,51	1775,96

Гідравлічний розрахунок паропроводів

Розрахункові витрати пари визначаються з рівняння

, (14)

де УQ - розрахунковий тепловий потік, кВт; i_п - ентальпія пари перед споживачем при відповідному тиску, Дж/кг; i_к - ентальпія пари або конденсату після споживача, Дж/кг.

т/год,

Розрахункові витрати пари по підприємству, витрати м'ятої пари після технологічного обладнання та процент повернення конденсату зводимо в таблицю 3.

Таблиця 3. Розрахункові витрати пари

№ цеху	Споживач	Витрата пари, т/год	Параметри пари	Вихід пари і конденсату
		Dмах	Dср	P, МПа	Т, °С
1	2	3	4	5	6	7
3	3, 5	1,16	1,04	0,17	114,57
5		1,16	1,04	0,17	114,57

Якщо задані витрати пари окремими споживачами з нерівномірним режимом роботи, то сумарна витрата визначається з урахуванням неодночасності роботи та неповного завантаження агрегатів. При відсутності даних можливо користуватися рівнянням:

, (15)

де D_1max - максимальна витрата пари (теплоти) найпотужнішим агрегатом, D_2max - максимальна витрати пари другим за потужністю агрегатом, УD_cp - сумарна витрата пари (теплоти) всіма іншими агрегатами.

Річна витрата пари (теплоти) на технологічні потреби або визначається за кількістю годин роботи цеху за зміну z_т та кількістю змін за рік n_с і дорівнює:

, (16)

Для трубопроводів насиченої пари потрібно враховувати конденсацію пари при її транспортуванні:

, (17)

де D_к - витрати пари на конденсацію на розрахунковій ділянці; УD_кі - витрати пари на конденсацію на ділянках, які розташовані після розрахункової ділянки за ходом теплоносія.

Витрати пари на конденсацію на ділянці розраховуються з рівняння

, (18)

де q_п - питомі втрати теплоти ізольованого паропроводу із врахуванням додаткових втрат теплоти арматурою, опорами і компенсаторами, Вт/(м • К) (додаток 8); t_ср - середня температура пари на розрахунковій ділянці, °С; t_о - температура навколишнього середовища, °С, (для надземного прокладання приймається рівною розрахунковій температурі зовнішнього повітря на опалення - , для прокладання в непрохідних каналах - 0 °С, для прокладання в прохідних каналах +40 °С), l - довжина розрахункової ділянки за планом, м; r - прихована теплота пароутворення, яка відповідає середньому тиску пари на розрахунковій ділянці, кДж/кг.

Для ділянки 1-2 маємо:

q_п = 0,93 ккал/(м • год • °С) для труби 152Ч4,5,

l_1-2 = 266 м,

кг/год;

Для ділянки 2-3 маємо:

q_п = 0,72 ккал/(м • год • °С) для труби 108Ч4,

l_1-2 = 811 м,

кг/год;

Для ділянки 2-4 маємо:

q_п = 0,72 ккал/(м • год • °С) для труби 108Ч4,

l_1-3 = 219 м,

кг/год;

Тоді витрата пари з врахуванням конденсації на ділянках при транспортуванні складатиме:

кг/год,

кг/год,

кг/год,

Гідравлічний розрахунок паропроводів виконують з урахуванням зміни стану пари за рахунок зменшення тиску протягом руху по паропроводу та зменшення температури пари за рахунок втрат теплоти у навколишнє середовище. Стан пари приймають для кожної розрахункової ділянки при середній густині та середній температурі на даній ділянці.

Зменшення температури перегрітої пари на ділянці паропроводу за рахунок тепловтрат в навколишнє середовище визначають з рівняння:

, °С (19)

де Q - втрата теплоти в навколишнє середовище ділянкою паропроводу, Вт; G - розрахункова витрата пари на ділянці, кг/с; с_р - теплоємність перегрітої пари при сталому тиску при середніх параметрах пари на ділянці, кДж/(кг • К).

Втрати теплоти в навколишнє середовище визначають з рівняння:

, Вт (20)

де q_п - питома втрата теплоти ізольованим паропроводом із врахуванням втрат теплоти арматурою, компенсаторами та опорами, Вт/(м • К); l - довжина розрахункової ділянки, м.

По відомій витраті пара D_1-2 = 2,43 кг/с за допомогою табл. 9.19 [2] підбираємо діаметр трубопроводу таким чином, щоб швидкість пари в ньому не перевищувала 35 м/с для насиченої пари при d_у < 200 мм та визначаємо втрати тиску на ділянці 0-1. Для чого задаємось передбачуваною питомою вагою, меншою за початкову та знаходимо дійсну швидкість та питомі втрати тиску на ділянці за формулою:

м/с, кгс/м²м.

Втрати тиску на ділянці дорівнюють:

кгс/м²,

Тиск наприкінці ділянки дорівнює:

 кгс/м²,

Питома вага насиченої пари наприкінці ділянки буде дорівнювати г_к = 7,5 кгс/м³.

Дійсне середнє значення питомої ваги насиченої пари на ділянці 1-2:

г_ср = 0,5 • (г_п + г_к) = 0,5 • (7,93 + 7,5) = 7,72 кгс/м³

Тобто попередньо прийняте значення середньої питомої ваги майже не відрізняється від розрахункового значення. В іншому випадку, розрахунок прийшлося б повторити доки ці значення не співпали б.

Методика розрахунку паропроводів та конденсатопроводів наведена в [1, 2]. Результати розрахунку зводимо в таблицю 4.

Таблиця 4. Гідравлічний розрахунок паропроводів насиченої пари

№	Витрата пари G, кг/с	DЧS, мм	Геом. довж. l, м	Еквів. довж. le, м	Привед довж. lпр, м	Тиск пари Pп, кгс/см2	Питома вага пари гп, кгс/м3	Передбачувана питома вага пари гср, кгс/м3
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1-2	2,43	152Ч4,5	266	133	399	16	7,93	7,72
2-3	1,2	108Ч4	811	406	1216,5	15,101	7,5	6,11
2-4	1,17	108Ч4	219	110	328,5	15,101	7,5	7,2

Гідравлічний розрахунок конденсатопроводів

При г = 1 кгс/м3	При гср, кгс/м3	Кінець ділянки	гср = 0,5 • (гп + гк), кгс/м3
v, м/с	Дh, кгс/м2м	vд, м/с	Дhд, кгс/м2м	ДН, кгс/м	Рк, кгс/см2	гк, кгс/м3
10	11	12	13	14	15	16	17
152	174	19,689	22,539	0,899	15,101	7,5	7,72
156	289	25,532	47,3	5,754	9,347	4,71	6,11
149	263	20,694	36,528	1,200	13,901	6,9	7,2

Методика розрахунку конденсатопроводів залежить від стану конденсату - чи є конденсат однофазним середовищем, або він двофазна суміш пари та рідини (пароводяна емульсія). Однофазний конденсатопровід розраховується як напірний, а двофазний може проектуватись як самотічний.

Якщо температура конденсату в конденсатопроводі t_к менша за температуру насичення пари при відповідному тиску t_s в конденсатопроводі, то конденсатопровід однофазний. Якщо t_к t_s, то виникає закипання частки конденсату та конденсатопровід є емульсійним. Стан конденсату залежить від технологічного обладнання, яке споживає пару, та від пристроїв які відводять конденсат.

Розрахункові витрати конденсату G_к визначають за витратою пари споживачами, враховуючи процент втрат пари у споживача, при відсутності даних приймається 10 ч 30 %, із врахуванням неодночасності роботи технологічного обладнання.

Напірні конденсатопроводи розраховують на максимальну годинну витрату конденсату при роботі з повним перерізом. Також проводиться перевірка, щоб тиск у конденсатопроводі при різних режимах не перевищував тиск, при якому вода скипає при температурі конденсату, а також перевищував атмосферний тиск (у конденсатопроводі не повинно бути вакууму), щоб не виникало підсмоктування повітря в конденсатопровід.

Тиск перед конденсатовідводником, що установлено поза технологічним обладнанням, яке споживає пару, розраховують з рівняння:

, (21)

де Р_пр - тиск пари в технологічному пристрої, МПа.

МПа,

При дренажі паропроводу тиск пари перед конденсатовідводником приймається рівним тиску пари в паропроводі, де приєднано конденсатовідводник.

Тиск пари після конденсатовідводника приймають рівним [1,2]:

, МПа (22)

де А - коефіцієнт, який залежить від тиску в паропроводі, якщо Р_к 0,17 МПа А = 0,4 -0,5, якщо Р_к 0,17 МПа А = 0,5 - 0,7.

МПа

Наявний тиск для розрахунку конденсатопроводів за конденсатовідводником визначають за різницею тиску за конденсатовідводниками та в конденсатному баці Р_к.б із врахуванням різниці геодезичних відміток їх розміщення:

, МПа (23)

де h_к, h_б - відповідно відмітки конденсатовідводника та конденсатного баку, м.

МПа при h_к = h_б,

Однофазні конденсатопроводи розраховують аналогічно водяним трубопроводам, але при еквівалентній шорсткості К_е = 1 мм та R_L 100 Па/м за номограмами або таблицями [1,2].

Емульсійні конденсатопроводи розраховують із врахуванням виникнення пари вторинного скипання в кількості X кг на 1 кг конденсату за рівнянням:

, (24)

де i_поч, i_кін - ентальпія конденсату на початку та на кінці ділянки конденсатопроводу, ккал/кг; r_к - прихована теплота пароутворення при тиску на кінці розрахункової ділянки, ккал/кг.

кг/кг,

Це рівняння не враховує прольотну пару, яка при вірному підбиранні конденсатовідводників відсутня. Повна кількість вторинної пари D_вск, яка виникає на ділянці, визначається з рівняння:

, (25)

де G_к - витрата конденсату, кг/с.

кг/с,

Емульсійні конденсатопроводи розраховують за тими ж номограмами та таблицями, що і напірні, а наявність пари враховується за допомогою коєфіцієнту , який дорівнює:

, (26)

де г_см - густина суміші, яка залежить від початкового та кінцевого тиску на ділянці конденсатопроводу і визначається з таблиці [1] або розраховується за методикою [1,2].

, кгс/м³ (27)

де - питома вага конденсату при тиску в конденсатному баці, кгс/м³; - питома вага насиченої пари при тиску в конденсатному баці, кгс/м³,

кгс/м³,

,

Так швидкість конденсату w та питомі втрати R_L тиску на ділянці дорівнюють:

, (28)

, (29)

де w_т і R_lт - табличні значення швидкості та питомих втрат тиску відповідно.

При цьому швидкість емульсії не повинна бути більш за 35 м/с для конденсатопроводів з D_у 200 мм та 60 м/с для D_у 200 мм.

Тиск наприкінці ділянки конденсатопроводу визначається з рівняння:

, МПа (30)

Результати розрахунку зводимо в таблицю 5.

Таблиця 5. Гідравлічний розрахунок конденсатопроводів (емульсійних)

№	Витрата G, кг/с	DнЧS, мм	Довжина ділянки конденсатопроводу	Тиск до конденсатовідводника , МПа	Тиск на початку ділянки , МПа
			Геометрична l, м	Еквівалентна lе, м	Приведена lпр, м
1	2	3	4	5	6	7	8
1	0,728	57Ч3,5	20	16	36	0,16	0,142

Тиск наприкінці ділянки Рк, МПа	с = 958,4 кг/м3	Емульсія при сср, кг/ м3	Тиск наприкінці ділянки Рк, МПа
	Питомі втрати тиску Rlт, Па/м	Швидкість wт, м/с	Втрати тиску	Швидкість w, м/с
			Питомі Rl, Па/м	На ділянці ДР, МПа
9	10	11	12	13	14	15
0,12	0,53	0,1	59,6	0,002	11,2	0,14

Гідравлічний розрахунок напірного конденсатопроводу

Послідовність виконання розрахунку

Визначають розрахункові витрати для всіх ділянок простим додаванням розрахункових витрат споживачів. По розрахунковим витратам на ділянці по дод.15 підбираємо діаметри трубопроводів і знаходять питомі втрати тиску і швидкість.

Втрати тиску на ділянці:

, (31)

де R_i - питома втрата тиску, Па/м.

Таблиця для гідравлічного розрахунку трубопроводів при k_е = 0,5 мм і с = 958,4 кг/м³.

, (36)

Сумарні втрати тиску визначають зростаючим підсумком від кінцевого споживача до джерела теплоти:

де n - кількість ділянок, ДP_i - втрати тиску на і-й ділянці.

Гідравлічний розрахунок вважається задовільним, якщо втрати тиску від кінцевих споживачів до джерела теплоти відрізняються не більш ніж на 10 %. Результати розрахунку заносимо до таблиці 6.

Таблиця 6. Гідравлічний розрахунок напірних конденсатопроводів

№	Витрата G, кг/с	Діаметр DЧS, мм	Геометрична довжина l, м	Приведена довжина lпр, м	Швидкість, м/с	Питомі втрати тиску, Па/м	Втрати тиску на ділянці, кПа	Сумарні втрати тиску, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2-1	1,456	76Ч3,5	266	399	0,41	49,6	19,8	1,98
3-2	0,728	57Ч3,5	811	1216,5	0,38	69,9	85	10,48
4-2	0,728	45Ч2,5	219	328,5	0,6	233	76,54	9,634

За результатами розрахунків будується графік тиску в конденсатопроводі.

Гідравлічний розрахунок трубопроводів

Послідовність виконання розрахунку

Розрахункові витрати води визначаються з рівняння

кг/год

де Q - розрахунковий тепловий потік на опалення і вентиляцію;

Результати розрахунку заносимо до таблиці 7.

Таблиця 7. Гідравлічний розрахунок трубопроводів

№	Витрата G, кг/с	Діаметр DЧS, мм	Геометрична довжина l, м	Приведена довжина lпр, м	Швидкість, м/с	Питомі втрати тиску, Па/м	Втрати тиску на ділянці, кПа	Сумарні втрати тиску, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1-2	0,745	76Ч3,5	266	399	0,21	13,4	5,3	0,53
2-3	0,373	57Ч3,5	811	1216,5	0,2	18,9	23	2,83
2-4	0,373	44,5Ч2,5	219	328,5	0,32	67,2	22,1	2,74

Підбір конденсатних насосів

Для споживача №3 маємо:

H = 43 м,

G = 2,62 м³/год,

Підбираємо 2 насоса марки WILO-IPn 100/360-18,5/4, один з яких резервний.

Для споживача №5 маємо:

H = 29 м,

G = 2,62 м³/год,

Підбираємо 2 насоса марки WILO-IPn 100/315-11/4, один з яких резервний.

Розрахунок П-подібного компенсатора

Задача розрахунку полягає у визначенні розмірів компенсатора (вильоту Н та ширини В), а також сили пружної деформації. Розміри компенсатора визначають за дод. 13 залежно від значення компенсуючої здатності, яка дорівнює тепловому подовженню трубопроводу:

?l = б • (ф - t₀) • l, (37)

де l - відстань між нерухомими опорами, м.

Сила пружної деформації для П-подібного компенсатора зі зварними відводами, кН:

, (38)

де A - комплексний геометричний параметр компенсатора, A = 0,67 • Н³ + В • Н².

Для К5 маємо:

При діаметрі труби 108Ч4

?l = 1,2•10^-5 • (195,732 +25) • 60 = 0,16 м,

Момент інерції труби:

м⁴.

За додатком 13 приймаємо: В/Н = 0,5,

Н = 16D = 16 • 0,108 = 1,728 м,

В = 0,864 м,

A = 0,67 • 0,728³ + 0,864 • 1,728² = 6 м³,

Тоді

кН,

При діаметрі труби 45Ч2,5

?l = 1,2•10^-5 • (195,732 +25) • 60 = 0,16 м,

Момент інерції труби:

м⁴.

За додатком 13 приймаємо: В/Н = 0,5,

Н = 16D = 16 • 0,045 = 0,72 м,

В = 0,36 м,

A = 0,67 • 0,720³ + 0,360 • 0,720² = 0,4 м³,

Тоді кН

Тепловий розрахунок при надземному прокладанні теплових мереж

Термічний опір ізольованого трубопроводу складається з термічного опору ізоляції R_і та термічного опору тепловіддачі від поверхні ізоляції R_з. Коефіцієнт тепловіддачі приймаємо за дод.13 [4]. Тепловтрати визначаємо за формулою:

, Вт/м² (39)

де в = 0,2 - коефіцієнт, враховуючий теплові втрати опорами трубопроводів, фланцевими з'єднаннями і арматурою.

В першому наближенні товщину ізоляції приймають в межах 80-90% максимальної [4].

Термічний опір ізольованого трубопроводу із зовнішнім діаметром d_з, покритого ізоляцією з теплопровідністю л_і і товщиною д_і складається з:

термічного опору ізоляції трубопроводів, м²•К/Вт:

, (40)

термічного опору тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря, м²•К/Вт;

, (41)

Загальний термічний опір

R_У = R_i + R_з, (42)

Теплові втрати слід порівняти з нормативними і зробити висновок.

Для ділянки 2-4 маємо:

Середня температура теплоносія:

°С,

Матеріал теплової ізоляції - конструкції теплоізоляційні з матів мінераловатних вертикально-шарових з захисним покриттям з фольги алюмінієвої дубльованої гофрованої і армопластмасових матеріалів.

Максимальна товщина ізоляції д_іmax = 150 мм.

Вт/(м • °С),

Термічний опір ізоляції:

м²•К/Вт,

Термічний опір тепловіддачі від поверхні ізоляції до повітря:

м²•К/Вт,

Теплові втрати трубопроводом:

Вт/м,

Нев'язка: % < 10 %

Висновок: Отримане значення теплових втрат менше нормативних q = 86,60 Вт/м на 1,28%, тому ми приймаємо розрахункову товщину ізоляції д_і = 120 мм.

Тепловий розрахунок при безканальному прокладанні теплових мереж

Вихідні дані:

d₁=350 мм;

d₂=200 мм;

t_под=90С;

t_зв=50С;

t_гр=5С;

Термічний опір одного метру одиничного попередньоізольованого трубопроводу, який прокладено безканально, можна визначити за формулою:

(43)

де r_к і r_гр - відповідно термічні опори конструкції трубопроводу і ґрунту,

Оскільки опір стінки сталевої провідної труби настільки малий, що не впливає на розрахунки, то опір конструкції можна звести тільки до опору шару ізоляції і опору стінки поліетиленової захисної труби.

(44)

Термічний опір однорідного циліндричного шару:

(45)

де л_і - теплопровідність матеріалу шару, Вт/(м • °С),

d_1і і d_2і - внутрішній і зовнішній діаметри шару, м,

Термічний опір ґрунту:

(46)

де л_гр - теплопровідність ґрунту, Вт/(м • °С),

Умовний додатковий термічний опір, який враховує взаємний вплив сусідніх труб при двохтрубному прокладенні:

(47)

де А - відстань між осями труб, м,

Питомі втрати подаючого і зворотного трубопроводів при двохтрубному прокладанні:

(48)

(49)

де t₁, t₂ - температури теплоносія в подаючому і зворотному трубопроводах, °С,

t_гр - температура ґрунту на глибині залягання осі трубопроводу, °С,

r₁ і r₂ - термічні опори (ізоляція і ґрунт) подаючого і зворотного трубопроводу, м • °С/Вт,

Тоді маємо:

,

,

,

,

,

Висновок: Отримане значення теплових втрат менше нормативних q₁ = 32,71 Вт/м та q₂ = 16,7 Вт/м.

Навантаження на безканальні трубопроводи

Розраховуємо

1. Тиск власної ваги оточуючого грунту

- нормативний тиск грунту визначається:

- вертикальний

кН/м²,

- горизонтальний (боковий)

кН/м²,

де - нормативна питома вага грунту, (=17,7 кН/м³),

h - висота засипки від верху дорожнього покриття підошви рейок або рівня землі до верху труби (h=1м),

h₀ - те ж, до осі трубопроводу (h₀=1,1м),

c_v - коефіцієнт вертикального тиску, який при ґрунтових (не скальних) основах дорівнює -1,

_n - коефіцієнт нормативного бокового тиску грунту засипки, який визначається по формулі

_n - нормативний кут внутрішнього тертя грунту (_n = 30),

м,

кН/м²,

кН/м².

2. Нормативний тиск власної ваги оточуючого грунту, який рівномірно розподілений по поверхні трубопроводу, можна визначити по формулі

де - коефіцієнт надійності по навантаженню(=1,3)

3.Тиск власної ваги трубопроводу визначаємо за формулою

де - вага попередньоізольованої труби з водою, кН/м:

4.Сумарні (еквівалентні) навантаження

Сумарне (еквівалентне) навантаження, яке діє на трубопровід, що укладений в грунт (без впливу наземного транспорту), можна визначити за формулою:

5.Сила тертя між грунтом і трубопроводом

Переміщення попередньоізольованої труби в грунті, внаслідок температурних видовжень при зміні температури теплоносія, призводить до виникнення сили тертя між оточуючим грунтом і поверхнею трубопроводу, що дорівнює:

де L - довжина ділянки, м.

- коефіцієнт тертя між засипкою і захисною оболонкою,(=0,2...0,5).

При перерахунку для 1п м трубопроводу формула має інший вигляд:

Нев'язка:

6.Напруження від внутрішнього тиску:

- середнє осьове напруження від внутрішнього тиску:

- середнє окружне напруження від внутрішнього тиску:

Враховуючи, що для труб, як для тонкостінних циліндричних оболонок, співвідношення між товщиною стінки і діаметром досить малі:

- внутрішній діаметр провідної труби, м

S - номінальна товщина стінки, м

- робочий тиск, МПа

- коефіцієнт міцності зварного шву

Із попередніх формул:

Однак слід відзначити, що напруження виникають тільки на ділянках, де присутні зміни напрямку траси (кути повороту, гнучкі компенсатори ). У випадку трас із застосуванням осьових компенсаторів або безкомпенсаційних прямих ділянках траси

Крім того, окружні напруження, згідно з теорією Губера, викликають осьові напруження рівні за величиною:

де - коефіцієнт Пуассона (для сталі);

- приведене осьове напруження від окружного напруження, МПа

- середнє радіальне напруження від дії внутрішнього тиску:

7.Напруження від осьової сили:

- середнє осьове напруження від осьової сили

де - осьове зусилля від вагових навантажень або від дії вагових навантажень і сили самокомпенсації, Н;

- площа поперечного перерізу стінки труби при номінальній товщині стінки труби, мм² (м²):

8.Сумарне осьове навантаження

Сумарне середнє осьове напруження від дії внутрішнього тиску, осьової сили і згинаючого моменту визначається за формулою:

9.Визначення припустимих осьових напружень

Для розрахункового перерізу труби:



Література

опалення тепловий мережа гідравличний

1. Справочник проектировщика: Проектирование тепловых сетей /Под редакцией А.А. Николаева -М: Энергия, 1965. -360 с.

2. Пешехонов Н.И. Проектирование теплоснабжения. -Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982. -328 с.

3. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. -М.: Энергоатомиздат, 1982. -360 с.

4. СниП 2.04.07.86 “Тепловые сети. Нормы проектирования”. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. -46 с.

4. СниП 2.04.01.85 “Внутренний водопровод и канализация зданий. Нормы проектирования”. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. -56 с.

5. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -224 с.

6. Ионин А.А. и др. Теплоснабжение. -М.: Стройиздат, 1982. -336 с.

7. Норми та вказівки по нормуванню витрат палива та теплової енергії на опалення житлових та громадських споруд, а також на господарсько-побутові потреби на Україні. -Київ: КТМ 204 України 244-94. 1996.-636 с.

8. Серия 4.903-10 Изделия и детали трубопроводов для тепловых сетей. Выпуск 5. Опоры трубопроводов подвижные. -М.: Госстрой СССР, 1972. -119 с.

9. Серия 4.903-10 Изделия и детали трубопроводов для тепловых сетей. Выпуск 4. Опоры трубопроводов неподвижные. -М.: Госстрой СССР, 1972. -110 с.

10. Серия 4.904-66 Прокладка трубопроводов водяных тепловых сетей в непрходных каналах. Выпуск 1,2. Расположение трубопроводов в непроходных каналах, углах поворотов и компенсаторных нишах. -М.: Госстрой СССР, 1974. -111 с.

11. ГОСТ 21.605-82 “Тепломеханическая часть. Тепловые сети. Рабочие чертежи”. -М.: Изд-во стандартов, 1982. -10 с.

12. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) -М.: Энергия, 1973. -236 с.

13. Цветков А.Я., Бережнов В.В. Справочник по теплоснабжению промышленных предприятий. -М.: Энергия, 1987.

14. Ширакс З.Э. Теплоснабжение: пер. с латыш. -М.: Энергия, 1979. - 256с.

15. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий: Учебн. пособие для техникумов / Под ред. Б.Н. Голубкова -М.: Энергоатомиздат, 1993.

Размещено на Allbest