Теплоснабжение района города Ростов-на-Дону

-
...

Оглавление
Введение 2
1. Исходные данные для проектирования наружных тепловых сетей 3
2. Определение расчётных расходов тепла. 5
3. Регулирование отпуска теплоты. 11
3.1 Регулирование отпуска теплоты в закрытых системах теплоснабжения. 11
4. Гидравлический расчет тепловой сети. 17
4.1 Определение расходов сетевой воды 17
4.2 Расчетная схема тепловой сети 18
5 Гидравлические режимы водяных тепловых сетей 24
5.1 Пьезометрический график 24
6. Выбор насосов 28
7. Тепловой расчет теплопроводов. 29
8. Продольный профиль тепловой сети. 33
9. Механический расчет. 35
9.1. Расчёт труб на прочность 35
9.2. Выбор габаритов П-образного компенсатора 37
9.3. Определение установочной и монтажной длины сальникового компенсатора 37
9.4. Определение усилий на опоры 38
Список литературы 40

Введение

Тепловое потребление — одна из основных статей топливно-энергетического баланса нашей страны. На удовлетворение тепловой нагрузки страны расходуется ежегодно более 600 млн. т.у.т., т.е. около 30 % всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов. Под теплоснабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают наиболее экономное использование топлива и имеющие наиболее высокие экономические показатели.
Широкое развитие получила теплофикация, являющаяся наиболее рациональным методом использования топливных ресурсов для тепло- и электроснабжения.
Развитие теплофикации способствует решению многих важных народнохозяйственных и социальных проблем таких, как повышение тепловой и общей экономичности электроэнер гетического производства, обеспечение экономичного и качественного теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, улучшение экологической обстановки в городах и промышленных районах, снижение трудозатрат в тепловом хозяйстве.
Наряду с теплофикацией рационально используется теплоснабжение от экономичных котельных установок, а также от теплоутилизационных про-мышленных установок. Каждый из этих источников теплоснабжения имеет свою область экономически целесообразного применения.
Теплоснабжение является крупной отраслью народного хозяйства. В условиях ограниченных топливных ресурсов рациональное и экономичное расходование их представляет задачу большой государственной важности. Значительная роль в решении этой задачи отводится централизованному теплоснабжению и теплофикации, которые тесно связаны с электрификацией и энергетикой.

Температура сетевой водыТемпература наружного воздуха tн оС8-0,1-22τ1053,778,2140τ2036,246,570τ3042,457,995Расчет повышенного температурного графика заключается в определении перепада температур сетевой воды в подогревателях верхней δ1 и δ2 нижней ступеней при различных температурах наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего водоснабжения. ,где- балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность расхода теплоты на горячее водоснабжение в течение суток, для закрытых систем теплоснабжения .ВтСуммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступеней δ в течение всего отопительного периода постоянен и определяется по формуле:,Перепад температур сетевой воды в нижней ступени подогревателя δ2, при различных температурах наружного воздуха определяют по выражениям:- для диапазона от +8 до - для диапазона от догде th – температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, равная 60°С;tс – температура холодной водопроводной воды перед водоподогревателем нижней ступени, °С.t’h – температура холодной водопроводной воды после водоподогревателем нижней ступени, °С, определяется по формуле: τ’20 – температура сетевой воды в обратной магистрали, соответствующая точке излома температурного графика, °С, τ20 – температура сетевой воды в обратной магистрали, принимаемая по отопительному графику в соответствии с заданной температурой наружного воздуха tн, °С.Расчет δ1 и δ2 выполняют для ряда температур наружного воздуха, а затем определяют τ1n и τ2n.Температуру сетевой воды по повышенному графику в обратной магистрали τ2n рассчитывают по формуле, С,Перепад температур сетевой воды в верхней ступени водоподогревателя δ1, определяют по формуле, С,Температуру сетевой воды в подающей магистрали, τ2n, определяют по формулеРис.3. а) Температурный график регулирования тепловой нагрузки для закрытой системы теплоснабжения; б) повышенный график температур воды для закрытой системы теплоснабжения.4. Гидравлический расчет тепловой сети.4.1 Определение расходов сетевой водыРасчётный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием этих расходов [2, 7]. Буквенные обозначения расчётных величин этого раздела приведены в Приложении 1. Расчётный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует вычислять по формулам:а) на отоплениеб) на вентиляциюг) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:- среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей - максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателейВ формулах расчётные тепловые потоки приведены в Вт, теплоёмкость, с, принимается равной 4,198 кДж/(кг °С). Суммарные расчётные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле При регулировании по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k3 принимается равным нулю.4.2 Расчетная схема тепловой сетиДля проведения гидравлического расчёта составляется расчётная схема сети, на которой показывается источник теплоснабжения, трасса тепловой сети и подсоединяемые к ней ЦТП или узловые камеры кварталов.Трассу разбивают на расчетные участки, указывая на каждом номере, длину и расход теплоносителя. Расчетная схема представлена на рис. 4.Гидравлический расчёт выполняется для подающего трубопровода, принимая диаметр обратного трубопровода и падение давления в нём такими же, как в подающем.Расход сетевой воды по жилым кварталам распределяют пропорционально их площади. Следует определить удельный расход сетевой воды, g, (т/ч)га, по формулегде Gd – суммарный расчётный расход сетевой воды, т/ч;F – площадь жилого квартала, га, таблица 1.На основании полученных данных следует заполнить таблицу 5. Расход сетевой воды квартала получаем умножением удельного расхода на площадь квартала.Таблица 5. Расходы сетевой воды по кварталам.Номер квартала1234567Площадь квартала, F, га4,954,562,823,613,432,893,18Расход сетевой воды на квартал, G, т/ч42,8739,4924,4231,2629,7025,0327,54Номер квартала8910111213Площадь квартала, F, га3,784,534,174,353,713,1Расход сетевой воды на квартал, G, т/ч32,7339,2336,1137,6732,1326,85Рис. 4. Расчетная схема тепловой сети.В целях сокращения однотипных расчётов разрешается выполнить гидравлический расчёт магистрального направления (участка, наиболее удалённого от источника теплоты и с наибольшим суммарным расходом сетевой воды) и одного ответвления трассы.В проекте рассмотрим трубопроводы стальные электросварные прямошовные, ГОСТ 10704-80 (сталь 20).Для предварительного расчёта удельные потери давления, Rл, следует принимать на магистральных участках до 80 Па/м, что соответствует экономически оптимальному решению. В конце каждого ответвления трассы необходимо сохранять располагаемый напор, а Rл принимать до 300 Па/м [1, 2].Зная расчётный расход теплоносителя на участке, G, и удельные потери давления, Rл, по номограмме для гидравлического расчёта (рис. 2.13 [1]) находят диаметр трубопровода. Зная DН, уточняют Rл и скорость движения теплоносителя на участке, W (принимать W до 3,5 м/с).Для рассматриваемого района разрабатывают монтажную схему, на которой указывают трубопроводы, арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы, углы поворота, переходы. Выделяют виды местных сопротивлений и подсчитывают длину, эквивалентную местным сопротивлениям каждого участка, lЭ, по таблице 2.16 [1]. Расчёты сводят в таблицу 5.До жилого района выбираем надземную прокладку трубопровода (участок 1). На участке в 1080 м получаем 8 неподвижных опор, 7 П-образных компенсатора и 72 подвижные опоры. Также находим количество опор и компенсаторов на других участках.Рассчитаем потери давления на главной магистрали, это у нас участки 1,2,3,4,5,6,7,8.Участок 1.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 7 П-образных компенсатора.Участок 2.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 2 тройника при разделении потока, 1 сальниковый компенсатор.Участок 3.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 2 тройника при разделении потока, 3 сальниковых компенсатора.Участок 4.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 2 тройника при разделении потока, 2 сальниковых компенсатора.Участок 5.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 1 тройник при разделении потока, 1 сальниковый компенсатор.Участок 6.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 2 тройника при разделении потока, 1 сальниковый компенсатор.Участок 7.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 1 тройник при разделении потока, 2 сальниковых компенсатора.Участок 8.Перечислим все местные сопротивления на этом участке: 2 задвижки, 2 тройника при разделении потока, 1 сальниковый компенсатор.Таблица 5. Гидравлический расчет водяной тепловой сети.№ участкаРасход воды,G, т/чДлина уч-ка, l, мДиаметр трубы, DHхs,ммУдельные потери давления,Rл ,Па/мСкорость воды, W, м/сЭквивалентная длина, lЭ, мСуммарная длина, (l+ lЭ), мПотери давления на участке, ΔP, ПаСуммарные потери давления, ΣΔP , Па123456789101425,031040377х9661,45112115276032159274,522425,0346,1377х9661,4564110,17266,63342,93263325x8821,574337276344267,33149,4325x8501,269218,4109205204,6384,8273x7721,335,9120,78690,46148,9588219x6961,344,19132,1912690,24789,28108,6194x5681,0524,36132,969041,28859,5856159x4,5800,9831,587,57000955,68225,9159x4,5780,971029,7228,7133х4,5800,7Трубопроводы тепловой сети на схеме показываются двумя параллельными линиями и обозначаются Т1 и Т2. Подающий трубопровод Т1 следует располагать строго справа по ходу теплоносителя от источника.На ответвлениях тепловой сети устанавливается запорная арматура –стальные задвижки (таблица 1.2 [1]), для обслуживания которых предусматриваются тепловые камеры.Наименьшая высота тепловых камер – 2,0 м, они выполняются из железобетона. В перекрытиях камер должно быть не менее 2 люков D = 630 мм, расположенных по диагонали, при внутренней площади камер до 6 м2 и четырёх люков – при внутренней площади камер более 6 м2. Под люками должны быть устроены лестницы или скобы. Днище камер выполняется с уклоном не менее 0,002 в сторону водосборного приямка. Габаритные размеры тепловых камер определяются по [9, табл. В. 3].Для опирания трубопроводов на опорные конструкции по теплотрассе устанавливаются подвижные опоры, расстояния между которыми указаны в табл. 2.17 и 2.18 [1].Теплотрасса между двумя УТ (узлы трубопроводные) разбивается неподвижными опорами на компенсационные участки. При расстановке неподвижных опор следует выполнять следующую последовательность:• в первую очередь неподвижные опоры устанавливаются в местах ответвлений трубопроводов (УТ);• далее следует выявить участки самокомпенсации. Углы поворота (УП) трассы от 90 до 130°С должны быть использованы для самокомпенсации тепловых удлинений трубопроводов. Неподвижными опорами закрепляют плечи угла, при этом суммарная длина плеч не должна превышать расстояния, указанного в табл. 2.19 [1]. Плечи угла могут быть как равными по величине, так и различными. Углы поворота более 130°С следует рассматривать как прямолинейные участки;• при расстановке неподвижных опор на остальных прямолинейных участках исходят из допускаемых расстояний между неподвижными опорами в зависимости от диаметра, типа компенсатора (таблица 2.19 [1]).Между двумя неподвижными опорами должно быть предусмотрено компенсирующее устройство.В данном проекте выбираем вариант 1 установки компенсаторов – на участке от источника до жилого района установить П-образные компенсаторы, по территории жилого района − сальниковые. Расстояние между неподвижными опорами принимается в зависимости от диаметра трубопровода и типа компенсирующих устройств, оно не должно превышать указанного в табл. 2.19 [1].5 Гидравлические режимы водяных тепловых сетейДля водяных тепловых сетей согласно [2] следует предусматривать следующие гидравлические режимы:● зимний – при максимальном отборе воды на горячее водоснабжение из обратного трубопровода для открытых систем теплоснабжения;● переходный – при максимальном отборе воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода для открытых систем теплоснабжения;● летний – при максимальной нагрузке горячего водоснабжения в неотопительный период для открытых и закрытых систем теплоснабжения;● статический – при отсутствии циркуляции теплоносителя в тепловойсети для открытых и закрытых систем теплоснабжения;● аварийный.Гидравлическими режимами определяется взаимосвязь между расходом сетевой воды и давлением в различных точках системы теплоснабжения в данный момент времени. Для изучения гидравлических режимов в тепловых сетях и местных системах теплопотребления зданий широко используются пьезометрические графики.5.1 Пьезометрический графикПьезометрический график строится для наглядного изображения распределения давления в системе теплоснабжения. Он позволяет учесть рельеф местности, высоту зданий, особенности абонентских вводов.При разработке гидравлических режимов используют линейную единицу давления – пьезометрический напор (1 м = 10000 Па). Пьезометрический напор определяется избыточным давлением в трубопроводе, его возможное максимальное значение зависит от прочности трубопроводов, нагревательных приборов, а минимальное – определяется из условия предотвращения вскипания высокотемпературного теплоносителя и образования вакуума в элементах системы.График выполняют по результатам гидравлического расчёта на листе миллиметровой бумаги размером формат А4. В нижней части листа наносят в масштабе (горизонтальный 1:10000, вертикальный 1:1000) развёрнутый план главной магистрали трассы. Слева проводят вертикальную ось, на которой в выбранном масштабе наносится шкала напоров Н в м. Над планом трассы строят рельеф местности на основании отметок горизонталей, указанных на плане района города и ТЭЦ. Построение пьезометрического графика при работающих сетевых насосах (расчётный режим) осуществляется в следующем порядке.На оси Н, в точке расположения ТЭЦ, откладывают от рельефа местности 10-25 м – это напор перед сетевыми насосами. От этой точки проводят горизонтальную линию до конца первого расчётного участка и вертикально вверх откладывают величину потерь напора на первом участке. Полученную точку соединяют с точкой напора перед сетевыми насосами на оси Н. Построенная линия характеризует изменение напора на данном расчётном участке. Для последующих участков построение проводится аналогично. В результате получают ломанную прямую линию изменения величины напора в обратном трубопроводе тепловой сети. В конечной точке сети следует отложить вверх величину располагаемого напора для квартала. В закрытой системе теплоснабжения располагаемый напор перед узловой камерой (или центральным тепловым пунктом) квартала рекомендуется принимать в размере 25-30 м, в открытой системе перед узловой камерой (или центральным тепловым пунктом) квартала располагаемый напор должен быть 20-25 м. Полученная точка характеризует величину напора в подающем трубопроводе перед узловой камерой (или центральным тепловым пунктом). От этой точки строят линию напора в подающем трубопроводе путём зеркального отображения линии напора в обратном трубопроводе. От точки, характеризующей величину напора в подающем трубопроводе на выходе из ТЭЦ, следует отложить потери напора в водонагревательной установке источника в размере 10-15 м. При остановке сетевых насосов (статический режим) давление в подающими обратном трубопроводах выравнивается. График давлений при данном режиме изображается прямой горизонтальной линией (ЛСД). Величину статического напора устанавливают из условия обеспечения заполнения сетевой водой верхних приборов местных систем отопления с запасом как минимум в 5 м по отношению к самому высокому абоненту, защищая их от «оголения». В то же время статический напор должен быть ниже на 10 или более метров величины максимального рабочего напора для местных систем, обеспечивая их защиту от «раздавливания». Величина максимального рабочего напора в местных теплопотребляющих системах составляет: для систем отопления с чугунными радиаторами – 60 м.Необходим учитывать, что напор в подающих трубопроводах водяных тепловых сетей при работе сетевых насосов должен обеспечить невскипание воды. Иначе говоря, давление в любой точке подающего трубопровода должно быть избыточным по сравнению с давлением парообразования (давлением насыщения водяного пара) при максимальной (расчётной) температуре воды (табл. 2.23 [1]).Давление не должно превышать максимального значения из условия прочности трубопроводов, арматуры, теплообменников. Допустимое избыточное давление в стальных трубопроводах и арматуре зависит от характеристики применяемых труб и оборудования и в большинстве случаев составляет 1,6-2 МПа; водоводяные подогреватели рассчитаны на 10 МПа, пароводяные – на 14 МПа. Уровни пьезометрических линий как при статическом, так и при динамическом режиме следует устанавливать с учётом возможности присоединения большинства абонентских систем по наиболее простым и дешёвым зависимым схемам.Пьезометрический график приставлен на рисунке 5.Рис. 5. Пьезометрический график.6. Выбор насосов1) Сетевой насос выбирают по напору Нсн, м, (см. рис. 5) согласно [2, п. 8.12] и подаче Gсн, м3/ч. Подбор насосов марки СЭ отечественного производства проводят по рис. 2.18 [1]. Характеристики данных сетевых насосов приведены в таблице 2.24 [1].Число сетевых насосов следует принимать не менее двух, один из которых является резервным [2, п. 8.16].Выбираем насос СЭ-500-70-11.2) Подпиточные насосы устанавливаются для восполнения утечки воды в тепловой сети, а в открытой системе они ещё обеспечивают подачу воды на горячее водоснабжение. Напор подпиточных насосов, Нпн, м, определяется месторасположением линии статического давления (см. пьезометрический график).Подачу подпиточных насосов, Gпн, м3/ч, в закрытых системах теплоснабжения следует принимать равной расходу воды на компенсацию потерь сетевой воды из тепловой сети согласно [2, п. 6.16] по формулегде V – объём воды в системе теплоснабжения, м3где υ − удельный объём воды в системе: в закрытой – 65 м3 на 1 МВт, в Q∑ − суммарная тепловая нагрузка района города.