Расчет расходов теплоносителя в тепловых сетях

4. Расчет расходов теплоносителя в тепловых сетях

Определим расход воды на отопление G_{o. max} (кг/с) по формуле:

G_{o. max}= Q_o.p./c×(τ₁–τ₂) , т/ч, [1] cтр. 15 (13)

G_{o. max}=1983,74/ 4,19 (120 - 70)=9,5 т/ч.

где Q_o.p. − расчетная тепловая нагрузка отопления, ккал/ч;

с – удельная теплоемкость воды; с=1 ккал/(кг·°С);

Найдем расход воды на вентиляцию G_{в. max} (кг/с) по формуле:

Gв. max= Qв.p. /c×(τ1–τ2) , т/ч, [1] cтр. 15(14)

где Q_в.p. − расчетная тепловая нагрузка вентиляции, ккал/ч;

G_{в. max}= 62,6/ 4,19 (120 - 70) = 0,3 т/ч.

В закрытых системах теплоснабжения средний расход сетевой воды G_г.ср. (кг/с) при двухступенчатой схеме присоединения водоподогревателей найдем по формуле:

Gг.ср. = Qг.сp. )/c×(τ'1–τ'2) ×(55−t')/(55−tх.з.)+0,2, т/ч, [1] cтр. 15 (15)

где τ'₂ − температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети после системы отопления в точке излома температурного графика, °С;

t' – температура воды после первой ступени подогрева при двухступенчатых схемах присоединения подогревателей, °С;

G_г.ср. =239,88/ 4,19(70 – 58,3)× (55-48,3/55-5 +0,2)=1,61 т/ч.

Максимальный расход G_г.mах. (кг/с) определим по формуле:

Gг.mах. = 0,55×Qг.max./с×(τ'1–τ'2), т/ч, [1] cтр. 15 (16)

где τ'₁ – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети после системы отопления в точке излома температурного графика, °С;

τ'₂ – температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети после системы отопления в точке излома температурного графика, °С.

G_г.mах. =0,55×575,7 /4,19×(70-58,3)=6,46 т/ч.

Суммарный расчетный расход сетевой воды

В двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты суммарные расчетные расходы сетевой воды G_d (кг/с) следует определять по формуле:

Gd = Gо.mах+Gв.mах+Gг.max, т/ч, [1] cтр. 17 (17)

G_d =9,5 + 1,2+1,51=11,4 т/ч.

5. Гидравлический расчет тепловых сетей

Проектирование тепловых сетей начинается с выбора трассы и способа их прокладки. Проектирование трасс магистральных тепловых сетей должно увязываться с условиями как существующей застройки города, так и перспективами его дальнейшего развития.

Для проектирования тепловых сетей необходимы исходные данные: топографические условия местности, характер планировки и застройки городских районов, размещение наземных и подземных инженерных сооружений и коммуникаций, характеристика свойств грунтов и глубина их залегания, режим и физико-химические свойства подземных вод и другие

Трасса тепломагистрали, наносимая на топографический план, выбирается по кратчайшему направлению между начальной и конечной ее точками с учетом прохода труднопроходимых территорий и различных препятствий. Трасса тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах параллельно красным линиям улиц, дорог и проездов вне проезжей части и полосы зеленых насаждений, а внутри микрорайонов и кварталов – вне проезжей части дорог. При выборе трассы теплопроводов необходимо учитывать экономичность и надежность тепловых сетей. Наиболее экономичной является тупиковая схема.

С целью повышения надежности работы тепловых сетей целесообразно устраивать блокировочные перемычки, которые рассчитываются на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого равным 70 – 75 % от расчетного. При диаметре магистралей до 500 мм перемычки можно не устраивать.

Пересечение тепловыми сетями естественных препятствий и инженерных коммуникаций должно выполнятся под углом 90º, а при обосновании – под меньшим углом, но не менее 45º.

При выборе трассы предусматривается один ввод тепловых сетей в каждый квартал. В местах ответвлений к кварталам или зданиям предусматривают тепловую камеру. Подключать рядом расположенные кварталы целесообразно из одной тепловой камеры.

За расчетную магистраль принимаем наиболее напряженное и нагруженное направление на трассе тепловой сети, соединяющее источник теплоты с дальним потребителем. В проекте за магистраль принимаем направление от источника до микрорайона IV, т. е. участки: 1 (о – а), 2 (а – б), 3 (б – в), 4 (в – микрорайон IV).

Таблица 5.1- Расход сетевой воды на участке тепловой сети

№ участка		Расход теплоносителя (сетевой воды)
Цифровое обозначение	Буквенное обозначение	формула	G, кг/с	G×3,6 т/ч
1	о – а	G=или G=	100,41	361,48
2	а – б	G=G–Gили G=G+G	82,31	296,32
3	б – в	G=G–Gили G=G+G	39,32	141,55
4	в – микрорайон IV	G=G	24,61	88,6
5	а – микрорайон I	G=G	18,1	65,16
6	б – микрорайон II	G=G	42,99	154,76
7	в – микрорайон III	G=G	14,71	52,96

Предварительный гидравлический расчет тепловой сети

Гидравлический расчет один из важнейших разделов проектирования в эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в задачу гидравлического расчета входит:

– определение диаметров трубопроводов;

– определение падения давления (напора);

– определение давлений (напоров) в различных точках сети;

– увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Независимо от результатов расчета наименьшие диаметры труб принимают: для распределительных трубопроводов – не менее 50 мм, для ответвлений к отдельным зданиям – не менее 25 мм.

Удельные потери на трение R (h) на трубопроводах принимаем:

– для участков расчетной магистрали от источника тепла до наиболее удаленного потребителя до 80 Па/м;

– для ответвления от расчетной магистрали – по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м.

При определении диаметра труб принимаем значения коэффициента эквивалентной шероховатости =0,5 мм и скорость движения теплоносителя не более 3,5 м/с.

По приложению 1 ,[1] выбираем наружный диаметр (d×s) трубопровода для каждого участка тепловой сети, скорость движения теплоносителя () и удельные потери давления R(h). Выбранные значения заносим в таблицу 2.2 По приложению 20, [1] подбираем соответствующие данные (d×s), условный (d) и внутренний (d)диаметры трубопроводов.

Таблица 5.2 -Расчетные данные для гидравлического расчета трубопроводов

№ участка		Расход теплоносителя G, т/ч	Диаметры трубопроводов			Скорость движения теплоносителя , м/с	Удельные потери давления на трение
			наружный d×s, мм	Услов-ный d, мм	Внутренний d,мм		h, кгс/(м²×м)	R=h×9,81, Па/м
1	о – а	361,48	325×8	300	309	1,39	6,78	66,5
2	а – б	296,32	325×8	300	309	1,12	4,4	43,2
3	б – в	141,55	325×8	300	309	0,54	1,03	10,1
4	в – микрорайон IV	88,6	194×6	175	184	0,1	6,89	67,6
5	а – м икрорайон I	65,16	194×6	175	184	0,74	3,7	36,3
6	б – микрорайон II	154,76	194×6	175	184	1,73	20,74	203,5
7	в – микрорайон III	52,96	194×6	175	184	0,6	0,48	4,7

Для обеспечения надежной работы тепловой сети определяем место установки неподвижных опор, компенсаторов и запорной арматуры.

Неподвижные опоры фиксируют отдельные точки трубопровода, делят его на независимые в отношении температурных удлинений участки и воспринимают усилия, возникающие в трубопроводах при различных схемах и способах компенсации тепловых удлинений. Расстояние между неподвижными опорами зависит от диаметров трубопровода, способа прокладки тепловых сетей, типа компенсатора, параметров теплоносителя. Расстояние между неподвижными опорами принимаем по таблице 3.3 [1] .

Тепловые удлинения трубопроводов при температуре теплоносителя от 50º С и выше должны восприниматься специальными компенсирующими устройствами, предохраняющими трубопровод от возникновения недопустимых деформаций и напряжений. В качестве компенсирующего устройства принимаем сальниковые и П-образные компенсаторы.

Таблица 5.3 - Проектные расстояния между неподвижными опорами, тип компенсатора и их количество

№ участка	Длина участка l, м	Диаметр наружный d, мм	Диаметр условный d, мм	Тип компенсатора	Макс–е расстояние между не подвижными опорами l	Количество компенсаторов		Проектное расстояние между неподвижными опорами на участке тепловой сети
						П-образные	сальниковые
1	310	325	300	С	100	–	4
2	320	325	300	С	100	–	4
3	320	325	300	С	100	–	4
4	125	194	175	П	100	2	–
5	240	194	175	П	100	3	–
	160	194	175	П	100	2	–
7	170	194	175	П	100	2	–

Проверочный расчет магистрали и ответвлений

Режим движения теплоносителя

Для определения режима движения необходимо сравнить значения критерия Рейнольдса Re с его предельным значением Re:

Re= 4G×10³/, [1] стр39 (18)

где G – расход теплоносителя, кг/с; берем из таблицы 2.1;

d – внутренний диаметр трубопровода, мм, таблица 2.2;

 – средняя плотность теплоносителя на рассчитываемом участке тепловой сети, кг/м³; выбирается по приложению 12 [1];

 – кинематическая вязкость, м²/с; по приложению 12 [1].

Re=4×100,41×10³/ 3,14×309×958,38×0,296×10=1459215,32

Re= 568×d/ к [1] стр. 39 (19)

где К– эквивалентная шероховатость, мм; принимаем К= 0,5 мм.

Re=568×309 /0,5=31024

Коэффициент гидравлического трения:

– для области квадратичного закона:

= 1/ (1,14+2×lg×( d/ к))² [1] стр. 40 (20)

= 1/ (1,14+2*×lg×(309/0,5))² = 0,022

Сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассчитываемом участке тепловой сети:

n+n+n+n [1] стр40 (21)

где n–количество задвижек;

n – количество поворотов;

n– количество компенсаторов;

n – количество разветвлений;

 – коэффициенты местных сопротивлений принимаем по приложению 16 [1].

=2×0,5+0×1+4×0,3+1×1,5=3,7.

Эквивалентная длина местных сопротивлений

= (d×10/)× м, [1] стр41 (22)

где d – внутренний диаметр(таблица 2.2),мм

 – коэффициент гидравлического трения (формула 2.3)

 – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка тепловой сети;

 =( 309×0,001/0,022) ×3,7= 51,99 м.

Приведенная длина трубопроводов:

 

=+м, [1] стр41 (23)

где  – длина участка тепловой сети, м; значение берем из таблицы 2.4

=310+51,99 =361,99 м.

Потери давления на трубопроводах на трение и в местных сопротивлениях:

ΔP= R, Па, [1] стр41 (24)

где R – удельные потери давления на трение, Па/м

ΔP=66,5×361,99 =24072,34 Па.

Действительное падение напора для воды

ΔH= ΔP/g, м, [1] стр41 (25)

где  – средняя плотность воды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, принимаем g=9,81 м/с².

ΔH=24072,34/958,38×9,81 = 2,56 м.

Располагаемый напор в начале магистрального участка тепловой сети:

Н = Н+2ΔH, м [1] стр41 (26)

где Н – располагаемый напор в конце магистрального участка, м;

ΔH – потери напора на участке магистрали, м.

Н = 15+2×1,25=17,5 м.

Располагаемый напор у абонентов в каждом микрорайоне:

Н= Н – 2ΔH, [1] стр41 (27)

где Н – располагаемый напор в начале магистрального участка, м;

Потери напора от источника теплоснабжения до узловых точек магистрали и до абонента:

ΔH= ΔH, [1] стр43 (28)

ΔH=2,56 ,

ΔH= ΔH+ ΔH, [1] стр43 (29)

ΔH= 2,56+1,71= 4,69 ,

ΔH= ΔH+ ΔH, [1] стр43 (30)

ΔH=4,27+0,42=4,69 ,

ΔH= ΔH+ΔH, [1] стр43 (31)

ΔH=4,69+1,25=5,94 ,

ΔH=Δ Н1= ΔH+ΔH, [1] стр43 (32)

ΔH=2,6+1,18= 3,74 ,

ΔH= Δ Н11= ΔH+ ΔH, [1] стр43 (33)

ΔH=4,27+4,52= 8,79 ,

ΔH= Δ Н111= ΔH+ ΔH, [1] стр43 (34)

ΔH=4,69+0,11 =4,8 .

Напор сетевого насоса:

Н= НIV++, м, [1] стр43 (35)

где  – потери напора на источнике теплоснабжения, принимаем равным 20 м.

=2 ΔH+2 ΔH+2 ΔH+2 ΔH=2 ΔH, [1] стр43 (36)

=2×2,56+2×1,71+2×0,42+2×1,25 =11,88

Н=15+11,88+20=46,9 м.