Теплоснабжение жилого района города Орск

Содержание Введение 1 О бщая часть 1.1 Характеристика объектов теплоснабжения 1.2 Исходные данные 2 Технологическая часть 2.1 О писание системы теплоснабжения 2.2 Описание источника теплоснабжения 3 Расчетная часть 3.1 О пределение тепловых поток потребителей 3.2 Расчет и построение графиков теплопотребления 3.3 Построение годового графика теплопотребления 3.4 Расчет и построение графика центрального качественного регул и рования 3.5 Гидравлический расчет тепловой сети 3.6 Подбор насосного оборудования 3.7 Механический расчет и подбор строительных конструкций 3.7.1 Расчет и подбор труб 3.7.2 Расчет и подбор опор 3.7.3 Подбор компенсаторов 3.7.4 Расчет тепловых характеристик сети 4 Техника безопасности при выполнении ремонтных работ 5 Мероприятия по охране окружающей среды Список используемой литературы Введение Тепловое потребление — одна из основных статей топливно-энергетического ба ланса нашей страны . На удовлетворение тепловой нагру з ки страны расходуется ежегодно более 600 млн . т .у.т. , т.е. около 30 % всех используемых первичных топливно-энергетических ресурсов. Под тепл о снабжением понимают систему обеспечения теплом зданий и сооружений. Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают наиболее эк о номное использование топлива и имеющие наиболее высокие экономические показатели. Тепловое хозяйство России в течение длительного периода развивае т ся по пути концентрации тепловых нагрузок, централизации теплоснабж е ния и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Широкое развитие получила теплофикация, являющаяся наиболее рациональным методом использования топливных ресурсов для тепло- и эле к троснабжения. Развитие теплофикации способствует решению многих важных наро д нохозяйственных и социальных проблем таких, как повышение тепловой и общей экономичности электроэнергетического производства, обеспечение экономичного и качественного теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, улучшение экологической обстановки в гор о дах и промышленных районах, снижение трудозатрат в тепловом хозяйстве. Наряду с теплофикацией рационально используется теплоснабжение от экономичных котельных установок, а также от теплоутилизационных пр о мышленных установок. Каждый из этих источников теплоснабжения имеет свою область экономически целесообразного применения. Теплоснабжение является крупной отраслью народного хозяйства. В услов и ях ограниченных топливных ресурсов рациональное и экономичное расх о дование их представляет задачу большой государственной важности. Значительная роль в решении этой задачи отводится централизованному те п лоснабжению и теплофикации, которые тесно связаны с электрификацией и энергетикой. Централизованное теплоснабжение базируется на использовании кру п ных районных котельных РК, характеризующихся значительно большими КПД, чем мелкие отопительные установки. Теплофикация, т.е. централиз о ванное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэне р гии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Она позволяет сократить расход топлива на 20-25%. Кроме экономии топл и ва централизация теплоснабжения имеет большое социальное значение, сп о собствуя повышению производительности труда, вытесняя малоквалифиц и рованные профессии, улучшая условия труда и повышая культуру произво д ства. В настоящее время в результате достижений в области использования ядерного топлива развивается новое направление - централизованное тепл о снабжение на базе атомных ТЭЦ и атомных котельных. Централизованная система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей и местных систем п о требления – систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Для централизованного теплоснабжения используются два типа исто ч ников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК). На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электр о энергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов то п лива при получении электроэнергии. При этом тепло рабочего тела - водяного пара – используется для получения электроэнергии при ра с ширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для н а грева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное об о рудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким обр а зом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки эле к троэнергии, а тепло низкого потенциала – для низкого потенциала – для те п лоснабжения. В этом состоит энергетический смысл комбинированной выр а ботки тепла и электроэнергетики. При раздельной их выработке электроэне р гию получают на конденсационных станциях (КЭС), а тепло – в котельных. В конденсаторах паровых турбин на КЭС поддерживается глубокий вакуум, которому соответствуют низкие температуры (15-20 0 С), и охлаждающую воды не используют. В результате на теплоснабжение расходуют дополнител ь ное топливо. Следовательно, раздельная выработка экономические менее в ы годна, чем комбинированная. Преимущества теплофикации и централизованного теплоснабжения наиболее ярко проявляются при концентрации тепловых нагрузок, что хара к терно для современных развивающихся городов. Другим источником теплоснабжения являются РК. Тепловая мо щ ность современных РК составляет 150-200 Гкал/ч. Такая концентрация те п ловых нагрузок позволяет использовать крупные агрегаты, современное технич е ское оснащение котельных, что обеспечивает высокие КПД использования топл и ва. Отечественная теплофикация базируется на районных ТЭЦ общего пользования и на промышленных ТЭЦ в составе предприятий, от которых теплота отпускается как промышленным предприятиям, так и расположе н ным поблизости городам и населенным пунктам. Для удовлетворения отоп и тельно-вентиляционной и бытовой нагрузок жилых и общественных зданий, а та к же промышленных предприятий используется главным образом горячая вода. Применение горячей воды в качестве теплоносителя позволяет испол ь зовать для теплоснабжения теплоту отработавшего пара низкого давления, что повышает эффективность теплофикации благодаря увеличению удельной выработки электрической энергии на базе теплового потребления. В качестве теплоносителя для теплоснабжения городов используют г о рячую воду, а для теплоснабжения промышленных предприятий – водяной пар. Теплоноситель от источников тепла транспортируют по теплопроводам. Горячая вода поступает к потребителям по подающим теплопроводам, отдает в теплообменниках свое тепло и после охлаждения возвращается по обра т ным теплопроводам к источнику тепла. Таким образом, теплоноситель непрерывно циркулирует между исто ч ником тепла и потребителями. Циркуляцию теплоносителя обеспечивает н а сосная станция источника тепла. Водяной пар поступает к промышленным потреб и телям по паропроводам под собственным давлением, конденсируется в теплообменниках и отдает свое тепло. Образовавшийся конденсат возвр а щается к источнику тепла под действием избыточного давления или с помощью ко н денсатных насосов. Современные централизованные системы теплоснабжения предста в ляют собой сложный комплекс, включающий источники тепла, тепловые с е ти с насосными станциями и тепловыми пунктами и абонентские вводы, о с нащенные системами автоматического управления. Для обеспечения наде ж ного функционирования таких систем необходимо их иерархическое п о строение, при котором всю систему расчленяют на ряд уровней, каждый из которых имеет свою задачу, уменьшающуюся п о значению от верхнего уровня к нижнему. Верхний уровень составляют источники тепла, следу ю щий уровень – магистральные тепловые сети с РТП, нижний – распредел и тельные сети с абонентскими вводами потребителей. Источники тепла под а ют в тепловые сети горячую воду заданной температуры и заданного давл е ния, обеспечивают циркуляцию воды в системе и поддержание в ней дол ж ного гидродинамического и статического давления. Они имеют спец и альные водоподготовительные установки, где осуществляется химическая очистка и деаэрация воды. По магистральным тепловым сетям транспортируются о с новные потоки теплоносителя в узлы теплопотребления. В РТП теплонос и тель распределяется по районам и в сетях районов поддерживается автономный гидравл и ческий и тепловой режим. К магистральным тепловым сетям отдельных потребителей присоединять не следует, чтобы не нарушить иерархичности п о строения системы. Развитие теплофикации способствует решению многих важных наро д нохозяйственных и социальных проблем, таких как повышение тепловой и общей экономичности энергетического производства, обеспечение экон о мичного и качественного электро- и теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, снижение трудозатрат в тепл о вом хозяйстве, улучшение экологической обстановки в городах и промы ш ленных районах. 1.Общая часть 1.1 Характеристика объектов теплоснабжения В данном курсовом проекте объектом теплоснабжения я вляется жилой район г. Орск , в котором количество жилых домов 10, общественных зданий 3. Таблица 1 - Характеристика объектов жилого района. № п/п Наименование объекта Общая пл о щадь F ,м2 Объем V , м3 Количество чел о век m 1 Жилой дом 7800 756 2 Жилой дом 7350 756 3 Жилой дом 7400 720 4 Жилой дом 7320 735 5 Жилой дом 8300 855 6 Жилой дом 8100 805 7 Жилой дом 4600 420 8 Жилой дом 3600 335 9 Жилой дом 3250 300 10 Жилой дом 3400 355 11 Жилой дом 3600 358 12 Жилой дом 3270 344 1 3 Детский сад 3800 11400 340 1 4 Школа 3500 10500 625 1 5 Магазин 2183 6550 49 Объем помещения V , м 3 находим по формуле: V = F * h где h – высота помещения, м Принимаем h =3 метра для общественных зданий. V д.с.= 3800*3=11400 м 3 1.2 Исходные данные Для расчета системы теплоснабжения жилого района г. Орск необходимы следующие данные: Таблица 2 – Климатические данные по г. Орск [1 , с 432 ] Г о род Отопительный период Лето Пр о должител ь ность n , сут . Температура воздуха, 0С Температура воздуха, 0С Температура воздуха, 0С Средняя отопительного пери о да Средняя самого холодного м е сяца Средняя самого жаркого месяца Средняя самого в 13ч самого жаркого м е сяца (ориент.) От о пления t н.о. Вент и ляция t н.в. г. Орск 204 - 2 9 -21 - 7,9 -16,4 Таблица 3 - Среднемесячные температуры н аружного воздуха. [2 , с15] город се н тябрь о к тябрь н о ябрь д е кабрь я н варь февраль март а п рель май июнь Орск +13,3 +4,6 -4,4 -11,5 -14,8 -14,2 -7,7 +4,7 +14,7 +19,8 Таблица 4 - Число часов за отопительный сезон с установившейся среднесуто ч ной t н , 0 С . [1, с 435 ] t н0С -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 +8 n ,час 3 30 202 620 1250 2010 2760 3900 4890 2. Технологическая часть 2.1 Описание системы теплоснабжения Централизованные системы теплоснабжения обеспечивают потребит е лей теплом низкого и среднего потенциала (до 350 0 ), на выработку которого затрачивается около 25% всего добываемого в стране топлива. Тепло, как известно, является одним из видов энергии, поэтому при решении основных вопросов энергосбережения отдельных объектов и терр и ториальных районов теплоснабжения дол жно рассматриваться совместно с другими энергообеспечивающими системами – электроснабжением и газ о снабжением. Система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем те п лопотребления. В зависимости от организации движения теплоносителя системы те п лоснабжения могут быть замкнутыми, полузамкнутыми и разомкнутыми. В замкнутых системах потребитель использует только часть тепла, содержащегося в теплоносителе, а сам теплоноситель вместе с оставшимся количес т вом тепла возвращается к источнику, где снова пополняется теплом (дву х трубные замкнутые системы). В полузамкнутых системах у потребителя используется и часть пост у пающего к нему тепла, и часть самого теплоносителя, а оставшиеся колич е ство теплоносителя и тепла возвращается к источнику (двухтрубные откр ы тые системы). В разомкнутых системах , как сам теплоноситель, так и соде р жащееся в нем тепло полностью используются у потребителя (однотрубные системы). В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплонос и теля используются вода и водяной пар, в связи с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения. Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром; некот о рые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла от ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического поте н циала, то есть её температуры. Энергетический потенциал пара – его давл е ние – уменьшается при транспортировании более значительно. Таким обр а зом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (0,06-0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1-1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэне р гии на тепловом потреблении. Другим достоинством воды как теплоносителя относятся: меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем от о пления, при открытых системах ещё и местных систем горячего водоснабж е ния; возможность центрального регулирования отпуска тепла потребителя изменением температуры воды; простота эксплуатации – отсутствие у потр е бителей неизбежных при паре конденстатоотводчиков и насо с ных установок по возврату конденсата. По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную си с тему горячего водоснабжения. По количеству трубопроводов различают однотрубные, двухтрубные и многотрубные системы теплоснабжения. В курсовом проекте рассматривается водяная, закрытая, зависимая двухтрубная система теплоснабжения. В зависимых схемах присоединения теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловых сетей. Давление в местной системе теплоснабжения зависит от давления в тепловых сетях. Рисунок 2.1- Закрытая двухтрубная водяная система теплоснабж е ния. 1-аккумулятор горячей воды; 2-воздушный кран; 3-водоразборный кран; 4-нагревательный прибор; 5-обратный клапан; 6-подогревательГВС о д ноступенчатый; 7,8- подогреватели ГВС нижней и верхней ступеней; 9-отопительный подогреватель; 10-расширительный сосуд; 11-регулятор от о пления; 12-регулятор расхода; 13-регулятор температуры воды; 14-регулятор отопления; 15-элеватор; 16-насос; 17-подпиточный насос; 18-сетевой насос; 19-регулятор по д питки; 20-подогреватели сетевой воды; 21-пиковый котел. Схема, присоединения на рис. 2.1 , а, показывает зависимое присоед и нение отопительной установки. Вода из подающей линии тепловой сети п о ступает через клапан регулятора расхода 12 непосредственно в отопительную систему здания, проходит через нагревательные приборы 4 и отдает в них т е плоту окружающему воздуху. Охлажденная вода поступает в обратную линию те п ловой сети. По такой схеме присоединяют обычно к тепловой сети системы вод я ного отопления промышленных предприятий. В том случае, когда максимальная температура воды в подающей линии тепловой сети не превышает 95 о С, по этой схеме также присоедин я ются также отопительные системы жилых и общественных зданий. В бол ь шинстве случаев отопительные системы жилых и общественных зданий присоедин я ются к водяным тепловым сетям по зависимой схеме со смесительным ус т ройством (рис. 2.1, б и в). 2.2 Описание источника теплоснабжения Водогрейная к отельная предназначена для выработки горячей воды , используемых для технологических потребителей и нужд теплоснабж е ния . Современная установка представляет собой комплекс основного и вспомогательного об орудования . Выбор технологической схемы и размещ е ния оборудования зависят от назначения установки , вида сжигаемого топл и ва , мощн о сти и типа установленных парогенераторов и других факторов . Природный газ по газопроводу поступает на территорию предприятия и н а правляется в газорегуляторную установку (ГРУ ), которая предназначена для снижения давления газа и поддержания его на постоянном уровне перед газовыми горелками независимо от расхода . Обычно в ГРУ располагают ко н трольно-измерительные приборы для определе ния давления газа , его темп е ратуры и расхода . Из ГРУ газ по цеховому газопроводу поступает к г о релкам парогенераторов . Основным оборудованием установки является парогенератор , который с о стоит из следующих элементов : топочной камеры с горелками , экранных и конвективных поверхностей нагрева , пароперегревателя , водяного эконома й зера и воздухоподогревателя . Топочная камера предназначена для организ а ции и завершения сжигания топлива, а также для передачи тепла распол о женных в ней поверхностям нагрева . Поверхнос ти нагрева парогенератора в зависимости от способа передачи им тепла принято разделять на луче во с принимающие и конвективные . Луч ш е воспринимающие поверхности нагр е ва, расположенные непосредственно в топочной камере , называют экранн ы ми . Поверхности нагрева , в которых тепло от продуктов сгорания передается путем соприкосновения , называют конвективными. Пароперегреватель предназначен для превращения сухого насыщенн о го пара в перегретый . Перегретый пар имеет большие температуру и энтал ь пию по сравнению с насыщ енным при одинаковом с ним давлении. Водяной экономайзер предназначен для подогрева питательной воды , пост у пающей в парогенератор . Нагрев воды в экономайзере осуществляется пр о дуктами сгорания , покидающими парогенератор. В воздухоподогревателе за счет тепл а продуктов сгорания осуществл я ется подогрев воздуха , используемого в процессе сжигания топлива . Возд у хоподогреватель и водяной экономайзер принято называть хвостовыми п о верхн о стями нагрева. Систему ограждений точной камеры и газоходов парогенератора от о к ружающей среды называют обмуровкой . Газоходами называют каналы , по которым перемещаются продукты сгорания . Под газовым трактом , или тра к том продуктов сгорания , понимают все газоходы парогенератора . Начиная от топки и кончая дымовой трубой . Золоуловитель служит для очистки продуктов сгорания от мелкой л е тучей золы , выносимой за пределы топочной камеры и газоходов пароген е ратора при сжигании твердого топлива. Дымосос осуществляет удаление продуктов сгорания из парогенерат о ра и направляет их в дымовую трубу, через которую они выбрасываются в атм о сферу . Воздушный тракт паро-генерирующей установки состоит из вентил я тора , воздухоподогревателя и системы каналов . Вентилятор предназначен для подачи воздуха , необходимого для организации процесса горения , в то п ку . С истема каналов , по которым вентилятор подает воздух , называется во з духопроводами. Паровой тракт парогенератора состоит из барабана с сепарационными устройствами , пароперегревателя с устройствами для регулирования темп е ратуры перегрева пара и паропровода дл я подачи пара к потребителям . В б а рабане парогенератора собирается пар , образовавшийся в экранных и конве к тивных поверхностях нагрева . В сепарационных устройствах происходит о т деление от пара капелек воды перед поступлением его в пароперегреватель . Для по ддержания постоянного уровня воды в парогенераторах в него необходимо подавать воду в количестве , равном выработанному пару . Одн а ко вода , поступающая из источника водоснабжения , перед подачей в парог е нератор проходит очистку от механических примесей и хими ческую обр а ботку . Химически очищенная вода и возвратившийся от потребителей пара конденсат направляется для дегазации в деаэратор . Деаэратор служит для удаления из воды растворенных в ней кислорода и углекислого газа . Из д е аэратора вода забирается питатель ным насосом и по трубопроводам , наз ы ваемым питательными линиями , подается в водяные экономайзеры пароген е раторов . Нагревшись до определенной температуры , питательная вода из в о дяного экономайзера поступает в барабан парогенератора . При сжигании твердого т оплива образуется шлак и зола . Шлак выпад а ет в топке , а зола улавливается из продуктов сгорания золоуловителем . Для удаления шлака и золы за пределы здания служит система механизмов , наз ы ваемая шлакоудалением . Для обеспечения безопасной эксплуатация обор у д ования , регулирования количества пара и воды , а также отключения отдел ь ных трубопроводов паро-генерирующая установка имеет предохранител ь ную , р е гулирующую и отключающую арматуру . Для получения горячей воды , расходуемой на нужды теплоснабжения , в котельной установлен пароводяной бойлер . Пар на бойлер подается от о б щего сборного коллектора котельной по специальному паропроводу . Сетевая вода подается в бойлер и систему теплоснабжения сетевым насосом . Подпи т ка т е пловой сети осуществляется подпиточным насосом , забирающим воду из деаэратора , общего для системы теплоснабжения и питания парогенерат о ра . Конденсат пара из бойлера поступает в деаэратор . Тепловая схема котельных с водогрейными котлами имеет свои ос о бенности . Однако основным преимуществом котельных с в одогрейными ко т лами является их более низкая стоимость по сравнению с парогенераторами . Сложность тепловой схемы отопительных котельных с водогрейными котлами зависит от вида сжигаемого топлива и системы теплоснабжения (о т крытая , закрытая ). При открытой с истеме теплоснабжения дополнительно устанавливаются баки-аккумуляторы деаэрированой воды , что усложняет т е пловую схему отопительной котельной. Водогрейные котлы в настоящее время преимущественно работают на мазуте и природном газе , хотя разработаны проекты и имеется опыт эксплу а тации этих котлов на твердом топливе . 3 Расчетная часть 3.1 Определение тепловых потоков потребителей Теплопотребление – это использование теплоты для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей. Все потребители теплоты делятся на две группы: Сезонные – используют теплоту не круглый год; Круглогодовые – используют теплоту в течении всего года; Для сезонного теплового потребления характерны следующие особе н ности: в течении года тепловые нагрузки изменяются в зависимости от темп е ратуры наружного воздуха. годовые расходы тепла имеют значительные колебания. изменение тепловой нагрузки на отопление в течении суток незнач и тельны. расходы тепловой энергии для вентиляции по часам суток могут отл и чаться большим разнообразием в зависимости от смены режимов работы. Для круглогодовых потребителей расход теплоты зависит: от технологии производства; от вида выпускаемой продукции: от режима предприятия. Максимальный тепловой поток на отопление жилых зданий Q 0 ж.д , МВт о п ределяется по формуле: Q 0 ж.д = q 0 * F *10 -6 (3.1) где q 0 – удельный укрепленный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление, Вт/м 2 ; q 0 = 168 Вт/м 2 [2 ,с325] F – общая площадь жилого здания, м 2 1ж.д. Q 01 ж.д = 168 * 7800 * 10 -6 = 1,31 МВт Остальные 9 домов рассчитываются аналогично первому, результаты св е дены в таблицу 5. Максимальный тепловой поток на отопление общественных зданий Q 0 общ , Мвт определяется по формуле: Q 0 общ = q 0 * V * ( t вн – t н.о р )*10 -6 (3.2) где t вн – ра счетная внутренняя температура, 0 С [2 , c 20] t вн. дет.сад. . = 20 0 С; t вн.шк. = 18 0 С; t вн . маг . = 15 0 С. q 0 =0. 60 ; q 0 =0 , 34 q 0 =0, 38 Q 0 дет . сад . = 0, 60 * 11400 *( 20 -(- 2 9 ))* 10 -6 = 0, 34 МВт Q 0 шк . = 0, 34 * 10500 *( 18 -(-2 9 ))* 10 -6 = 0, 17 МВт Q 0 маг . = 0,38 * 6550 *(15-(-2 9 ))* 10 -6 = 0, 11 МВт Максимальный тепловой поток на вентиляцию Q В , МВт определяется по формуле: Q В = q В * V *( t вн - t в р )*10 -6 (3.3) где q В – удельный расход теплоты на вентиляцию общественных зд а ний, Вт/(м 3 * 0 С) V – наружный объем здания, м 3 t вн – температура внутри помещения, 0 С [2 , c 20] t в р - расчетная температура для системной вентиляции, 0 С Q В дет.сад = 0, 18 * 11400 *(20-(- 21 )*10 -6 =0,084 МВт Q В шк . = 0, 1 * 10500*(18-(-21 )*10 -6 =0,041 МВт Q В маг. = 0, 31 * 6550*(15-(-2 1 )*10 -6 =0, 073 МВт Тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяется отдельно для зимнего и летнего периода, а затем опр е деляется максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение. Тепловой поток на горячее водоснабжения отопительного периода Q гвс от. п. , МВт определяется по формуле: Q гвс от п. = 10 -6 (3.4) где 1,2 – коэффициент, учитывающий теплоотдачи в системе горячего водоснабжения от трубопроводов, m – количество жителей, чел., С в – теплоёмкость, С в =4, 3 а - норма расхода горячей воды в жилых зданиях, принимается согла с но СНиП II * а=120 л/ сут, в - норма расхода горячей воды в общественных зданиях, в=25 л/сут 55 – расчетная температура горячей воды в системе, 0 С t х.з =5 температура холодной водопроводной воды в отоп и тельный период, 0 С 1 ж.з. Q гвс от п. = * 10 -6 = 0,27 МВт Остальные 9 домов рассчитываются аналогично первому, результаты св е дены в таблицу 5. Для общественных зданий берем в расчет в - норма расхода горячей воды в общественных зданиях. Ч10 -6 = 0,0 25 МВт Тепловой поток на горячее водоснабжение летнего периода Q гвс л..п , МВт о п ределяется по формуле: Q гвс л..п = Ч (3.5) где t Х..Л – температура холодной водопроводной воды в летний период t Х..Л =+1 5 0 С - коэффициент учитывающий снижение расхода воды на горячее водоснабжение в летний период по отношению к отопительному р а вен , =0,8 для жилых зданий, =1 для общественных зданий. Q гвс л..п = 2,491 Ч = 1,59 МВт Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение Q гвс max , МВт опр е деляется по формуле: Q гвс max = ( ) Ч Q гвс от п. (3.6) Q гвс max = ( )Ч 2,491 = 2,08 МВт Годовой тепловой поток на горячее водоснабжение Q гвс год , ГДж опр е деляется по формуле: Q гвс год =24*3,6*[ Q гвс от п * n 0 . + Q гвс л..п *(350- n 0 )] (3.7) 350- число дней межремонтного периода n o =2 04 число дней отопительного периода Q гвс год =24*3,6*[ 2,491*204 + 1,59 *(350- 2 04 )]= 63962 ГДж Тепловые потоки остальных объектов рассчитываются аналогичным обр а зом, результаты расчетов сведены в таблицу 5 Таблица 5 – Определение тепловых потоков потребителей по укру п ненным показателям № п/п О б щая пл о щадь F , м2 Объем зданий QУ , МВт Кол-во жит е лей m , чел. Укрупне н ный пок а затель системы от о пления q 0, Вт/м2 Тепловой п о ток на отопл е ние Q 0, МВт Укру п ненный показ а тель сист е мы вент и ляции q в, Вт/м2 Тепл о вой п о ток на вентил я цию Q в, МВт Тепл о вой поток на ГВС, Q ГВС МВт 1 7800 1,712 756 168 1,31 0,1 0,131 0,271 2 7350 1,635 756 168 1,24 0,1 0,124 0,271 3 7400 1,622 720 168 1,24 0,1 0,124 0,258 4 7320 1,616 735 168 1,23 0,1 0,123 0,263 5 8300 1,835 855 168 1,39 0,1 0,139 0,306 6 8100 1,785 805 168 1,36 0,1 0,136 0,289 7 4600 0,998 420 168 0,77 0,1 0,077 0,151 8 3600 0,791 335 168 0,61 0,1 0,061 0,120 9 3250 0,713 300 168 0,55 0,1 0,055 0,108 10 3400 0,754 355 168 0,57 0,1 0,057 0,127 11 3600 0,799 358 168 0,61 0,1 0,061 0,128 12 3270 0,728 344 168 0,55 0,1 0,055 0,123 Дет . сад 3800 0,449 340 0,60 0,34 0, 18 0,084 0,025 Шк . 3500 0,258 625 0,34 0,17 0, 10 0,041 0,047 Маг а зин 2183 0,187 49 0,38 0,11 0,31 0,073 0,004 Ит о го: 15,882 12,05 1,341 2,491 3.2 Расчет и построение графика теплопотребления Для определения потребности в тепле абонентов системы центрального теплоснабжения используют не только аналитический, но и графический м е тод, путем построения графиков. Графики бывают месячные и годовые, эти графики необходимы для решения ряда вопросов централизованного тепл о снабжения. Для построения графика теплопотребления по месяцам, все необход и мые параметры определяются по среднемесячным наружным температурам. Выбираются расчетные месяцы устойчивой среднесуточной температурой начала и конца отопительного периода. Для каждого расчетного месяца определяется тепловой поток на отопление и вентиляцию при суммарном расходе тепла жилым и общественн ы ми зданиями выбранного района. По этому же графику определяют тепловую нагрузку на ГВС в отопительный и летний период. График строят в виде к о лонок для каждого расчетного месяца, высота которых зависит от рассчита н ного теплового потока на отопление и вентиляцию. Горизонтальной линией отмечают тепловую нагрузку на ГВС в отопительный и летний период. При расчетах, начало, и конец отопительного сезона принимается по температуре наружного воздуха 8 о С Тепловой поток рассчитываемого месяца Q мес от , МВт определяем по формуле Для отопления: Q мес от = ∑ Q о * (3.8) где t но мес - среднемесячная температура воздуха, 0 С t но р -расчетная для проектирования температура отопления [2,с432] Количество тепла необходимого на весь месяц Q мес’ от , ГДж определяе т ся по формуле Q мес’ от = Q мес от *3600*24* n мес *10 -3 , ГДж (3.9) где n мес -продолжительность отопительн ого периода, суток [1 ,с433] Q янв от = 11,08 МВт Q янв’ от = 11,08 *3600*24*31*10 -3 = 29677 ГДж Q фев от = МВт Q фев’ от = 10,88 *3600*24*29*10 -3 = 27261 ГДж Q март от = МВт Q март’ от = 8,68 *3600*24*31*10 -3 = 23249 ГДж Q апр от = МВт Q апр’ от = 4,49 *3600*24*30*10 -3 = 11638 ГДж Q окт от = МВт Q окт’ от = 4,53 *3600*24*31*10 -3 = 11742 ГДж Q нояб от = МВт Q нояб’ от = 7,57 *3600*24*30*10 -3 = 19621 ГДж Q дек от = МВт Q дек’ от = 9,97 *3600*24*31*10 -3 = 26704 ГДж Определяем расход тепла на вентиляцию по месяцам, Q мес в , МВт ∑ Q в Ч (3.10) где t нв р -расчетная для проектирования температура вентиляции Количество вентиляции необходимого на весь месяц Q мес’ в , ГДж опр е деляется по формуле Q мес’ в = Q мес в *3.6*24- n мес (3.11) Q янв в = МВт Q янв’ в = 1,54 *3600*24*31*10 -3 = 4125 ГДж Q фев в = 1,51 МВт Q фев’ в = 1,51 *3600*24*29*10 -3 = 3784 ГДж Q март в = МВт Q март = 1, 21 *3600*24*31*10 -3 = 3241 ГДж Q апр в = МВт Q апр в = 0, 625 *3600*24*30*10 -3 = 1674 ГДж Q окт в = МВт Q окт в = 0, 63 *3600*24*31*10 -3 = 1687 ГДж Q нояб в = МВт Q нояб в = 1,05 *3600*24*30*10 -3 = 2722 ГДж Q дек в = МВт Q дек в = 1,39 *3600*24*31*10 -3 = 3723 ГДж Для зимнего периода ∑ Ч3,6Ч24Ч (3.12) 2,491 Ч3,6Ч24Ч31= 6672 ГДж/мес Для летнего периода Q лет.пер’ гвс = Q от.пер’ гвс *[(55-15)/(55-5*0.8)] (3.13) Q лет.пер’ гвс = 6672 *[(55-15) / (55-5*0.8)]= 5233 ГДж 3.3 Построение годового графика теплопотребления Годовой график теплопотребления определяет продолжительность отопительного периода. График строится на основании данных по продолж и тельности стояния наружных температур (данные берут из климатических таблиц). Выписки ведут с интервалом температур 5 0 С, включая в интервал длительность стояния данной температуры и температуры ниже ее в часах. График состоит из двух частей. С левой стороны строят график зависимости от наружной температуры расходов тепла на отопление и вентиляцию объектов. В правой стороне стр о ят график продолжительности теплового потока в часах в течении года. Г о ризонтально проводится линия, соответствующая расходу тепла на ГВС в год, суммарный расход жилых и общественных зданий выбранного района. Для построения графика необходимо рассчитать тепловой поток при температуре наружного воздуха 8 0 С. Для отопления Q 0 8 =∑ Q 0 Ч (3.13) Q 0 8 = 12,05 Ч = 2,56 МВт Для вентиляции Q 0 8 =∑ Q в Ч (3.14) Q в 8 = 1, 341 Ч =0, 34 МВт Для построения графика используем данные по числу часов стояния температур равной и ниже данной из таблицы 3 3.4 Расчет и построение графика центрального качественного р е гулирования Задачей расчета регулирования является определение температуры сетевой воды, отпускаемой из источника тепла в тепловую сеть в зависим о сти от температуры наружного воздуха. Если преобладающей нагрузкой в сист е ме теплоснабжения является отопление, то график температуры сетевой воды называется отопительным. Формулы для расчета выводятся из общего уровня регулирования, которое при зависимом присоединении абонентов может быть представлено в виде: Q 0 = = = = (3.15) где: Q 0 – тепловой поток на отопление при текущей температуре н а ружного воздуха; Q 0 MAX – максимальный тепловой поток на отопление, при расчетной наружной температуре для данного города; t ВН – расчетная температура внутри помещения; t н – текущая наружная температура. t 0 р - расчетная наружная температура; ф 1 , ф 2 – температура воды в подающем и обратном трубопроводе тепл о вой сети; К – коэффициент теплопередачи нагревательных приборов; ∆ t 0 – температурный напор в нагревательных приборах; ф 1 , ф 2 ,К, ∆ t 0 – те же величины, отнесенные к расчетным условиям. ф 1 = 125 0 С ф 2 = 65 0 С ф 3 = 9 5 0 С t ВН = 20 0 С t р но = - 2 9 0 С Перепад температуры теплоносителя в тепловой сети дф = ф 1 - ф 2 (3.16) дф = 125-65 = 6 0 о С Температурный напор в отопительной системе ∆ t 0 = 0,5 *(ф 3 + ф 2 ) - t ВН (3.17) ∆ t 0 = 0,5*( 95+65)-18 = 6 2 о С Перепад температур в отопительной системе И = ф 3 - ф 2 (3.18) И = 95-65 = 3 0 о С формулы для определения температуры воды в тепловой сети прин и мает вид: ф 1 = t ВН + ∆ t 0 * Q 0 0.8 + (дф – 0,5 И)* Q 0 , 0 С (3.19) ф 3 = t ВН + ∆ t 0 * Q 0 0.8 + 0,5 И * Q 0 , 0 С (3.20) ф 2 = t ВН + ∆ t 0 * Q 0 0.8 - 0,5 И * Q 0 , 0 С (3.21) Как следует, из этих формул температура воды в тепловой сети являе т ся функцией относительного расхода тепла на отопление Q 0 . Выразив относительный расход тепла (тепловой поток) на отоплен ие (3.22) можно получить графическую зависимость температур воды в тепл о вой сети и отопительной системе от температуры наружного воздуха. В связи с этим, что по тепловым сетям вода подается не только на отопление, но и на ГВС, температура воды в подающей линии в закрытых си с темах не должна быть ниже 70 0 С. Так как при более низких температурах нагрев в о допроводной воды в теплообменниках до 60 0 С будет не возможен. В закрытых системах температура в подающей линии не может быть ниже 60 0 С (теплообменники отсутствуют). В результате этого ограничения график температур приобретает вид ломанной линии с точкой излома при минимально доступной температуре. Температура наружного воздуха, соо т ветствующая точке «излома» обозначается t и н . При температурах наружного воздуха выше t и н регулирование осуществляется количественным методом на тепловых пунктах или местными «пропусками» (периодически отключ е нием систем отопления). Для построения графика задаемся температурой наружного воздуха через каждые 5 0 С от расчетной и определяем ф 1 ,ф 2 ,ф 3 для каждой температ у ры за отопительный период, до температуры 8 0 С t н = - 3 5 0 С Q 0 = = = 1,13 ф 1 = 18 + 62 *1,1 3 0,8 + ( 60-0,5*3 0) * 1,1 3 = 137,22 0 С ф 2 = 18 +6 2 * 1,1 3 0,8 - 0,5*3 0 * 1,1 3 = 103,32 0 С ф 3 = 18 +6 2 * 1,1 3 0,8 + 0,5*3 0 * 1,1 3 = 69,42 0 С Остальные расчеты производятся аналогичным образом. На основе полученных расчетов строим график центрального качес т венного регулирования жилого района График строится из двух частей. Верхняя часть представляет завис и мость относительного расхода тепла от температуры теплоносителя. Нижняя часть - зависимость относительного расхода тепла от заданных температур наружного воз духа . На графике отмечается , до какой наружной температуры происходит центральное качественное регулирование (зона II ) , и от какой наружной температуры происходит местное количественное регулирование (зона I ). 3.5 Гидравлический расчет тепловой сети Гидравлический расчет является одним из важных разделов проектир о вания. Задачей гидравлического расчета является определение диаметра труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадом да в лений в тепловой сети. Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрического графика, выбора схем местных тепловых пунктов, подб о ра насосного оборудования и технико-экономических расчетов. Распределение давления в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который даёт наглядное представление о давл е нии и напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местности, высота здания, особенности абонентских систем и т.д.) при выборе оптимального гидравлического режима. Пьезометрические графики разрабатываются для зимних и летних расчетных условий. Проектирование открытых систем теплоснабжения св я зано с необходимостью построения пьезометрических графиков для отопительного сезона с учетом максимальных водоразборов из подающих и о т дельно из обратных трубопроводов. Давление, выраженное в линейных единицах измерение, называется напором давления или пьезометрическим графиком. В системах теплосна б жения пьезометрические графики характеризуют напоры, соответствующие избыточному давлению, и они могут быть измерены обычными манометрами с последующим переводом результатов измерения в метры. При построение пьезометрического графика нужно выполнять сл е дующие условия: Давление в непосредственно присоединяемых к сети абонентских систем не должно превышать допускаемого как при статическом, так и при динамическом режиме. Для радиаторов систем отопления максимальное изб ы точное давление должно быть не более 0,6 МПа, что соответствует примерно напору в 60 м. Максимальный напор в подающих трубопроводах ограничивается прочностью труб и всех водоподогревательных установок. Напор в подающих трубопроводах, по которым перемещается вода с температурой более 100 0 С, должен быть достаточным для исключения пар о образования. Для предупреждения кавитации напор во всасывающем патрубке сет е вого насоса должен быть не меньше 5 м. В точках присоединения абонентов следует обеспечить достаточный напор для создания циркуляции воды в местных системах. При элеваторном смешении на абонентском вводе располагаемый н а пор должен быть не меньше 10-15 м. Наличие подогревателей горячего водоснабжения при двухступенч а той схеме требует увеличение напора до 20-25 м. Уровни пьезометрических линий , как при статическом, так и при дин а мическом режиме следует устанавливать с учетом возможности присоедин е ния большинства абонентских систем по наиболее дешевым зависимым сх е мам. Статическое давление также не должно превышать допускаемого да в ления для всех элементов. Нам необходимо определить расход по домам и участкам G , кг/с по формуле : G = (3.23) где С в =4, 3 кДж/кг.гр ф 1 =1 25 0 С ф 2 = 65 0 С Q от - тепловой поток на отопление, МВт Q в - тепловой поток на вентиляцию, МВт Q гвс - тепло на горячее теплоснабжение, МВт = = 23,9 т/ч = = 6,27 т/ч = = 3,6 т/ч = = 0,694 т/ч Остальные расчеты выполняются аналогично, результаты сведены в табл. 6 При движении теплового носителя по трубам, потери давления в тепловой сети складывается из местных потерь сопротивлений и потерь на тр е ние по длине: Общие потери давления в тепловой сети ∆ P , Па определяются по фо р муле: ∆ P =∆ P м + ∆ P л (3.24) Гидравлическое сопротивление по длине трубопровода ∆ P л , Па опред е ляется по формуле: ∆ P л = л (3.25) где: л – коэффициент гидравлического трения, l - длина участка, м d ВН – внутренний диаметр трубы, мм с – плотность теплоносителя, кг/м 3 щ – скорость движения теплоносителя, м/с. Коэффициент гидравлического трения « л» зависит от числа Рейнольдса « Re » и относительной эквивалентной шероховатости трубы с учетом корр о зии. - Для водяных систем К ЭКВ = 0,5 мм. [2, c . 352] Коэффициент гидравлического трения л d определяется по формуле: л d = 0,11( ) 0,25 (3.26) 1 уч л 273 x 7 =0,11Ч( ) 0,25 =0,023 Д P л =0,0 2 3Ч( ) Ч = 2793 Па 2 уч л 219Ч6 =0,11Ч( 0,25 =0,024 Д P л =0,024 Ч Ч = 5989 Па Остальные расчеты выполняются аналогично, результаты сведены в табл. 6 Местное гидравлическое сопротивление ∆ P м ,Па определяется по фо р муле: ∆ P м = Уо* (3.27) где: Уо – сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке тепловой сети. Для экономичной работы тепловой сети значения R л принимаются: · Для магистральных участков R л = 80 Па/м; [2, c .354] · Для распределительных участков R л = 300 Па/м. [2, c .354] 1 уч ∆ P м = 1,5 Ч = 1180 Па 2 уч Д P м = 2,25 Ч = 2324 Па Остальные расчеты выполняются аналогично, результаты сведены в табл. 6 Гидравлический расчет состоит из двух этапов: 1 этап: предварительный расчет . Заключается в о пределение диаметров, скоростей; 2 этап: окончательный расчет. Производится после принятия стандартных диаметров, потерь давл е ния, и потерь напора на расчетных участках. Потери напора на участке ∆Н, м.вод.ст. определяется по формуле: ∆Н = (3.28) где: с – плотность теплоносителя, кг/м 3 g – ускорение свободного падения, ( g = 9,81 м/с 2 ) 1 уч ∆Н = = 0, 44 м 2 уч Д Н = = 0, 91 м Падающий и обратный трубопроводы рассчитываются аналогично. Данные сводятся в таблицу 6 . Таблица 6- Результаты гидравлического расчета № п/п Расход теплоносит е ля G т/ч Длина уч-ка l , м Длина тр у бопровода на уч-ке d *д, мм Удельно падение давл е ния по длине R Л, Па/м Фактич. удельное пад е ние по длине R Л Па/м Скорость теплонос и теля щ, м/с Суммарный коэф. мес т ных сопрот-ий Уо Гидравл-ое сопрот-ие ∆ P л, Па Местное гидравлич-ое с о прот-ие ∆ P м, Па Общие потери давл е ния теплопотр-ия ∆ P , Па Потери н а пора т/носит. на уч-ке ∆Н м.вод.ст 1 228,49 40 273Ч7 80 70 1,3 1,5 2793 1180 3973 0,44 2 181,78 50 219Ч6 80 125 1,49 2,25 5989 2324 8313 0,91 3 171,78 30 219Ч6 80 110 1,38 0,75 3082 665 3747 0,41 4 149,15 20 219Ч6 80 85 1,23 0,5 1632 352 1984 0,22 5 126,6 40 219Ч6 80 62 1,03 2,5 2290 1234 3524 0,39 6 94,5 60 194Ч5 80 68 1 , 02 0,75 3947 363 4310 0,47 7 69,59 40 159Ч4,5 80 105 1,12 2 4047 1167 5214 0,57 8 55,67 40 159Ч4,5 80 66 0,89 0,5 2556 184 2740 0,3 9 44,63 60 133Ч4,5 80 102 0,99 0,75 6179 342 6521 0,71 10 34,68 40 108Ч4 300 205 1,22 0,5 8034 346 8380 0,92 11 24,16 60 89Ч3,5 300 252 1,22 2,5 15203 1732 16935 1,85 12 10,16 30 76Ч3,5 300 140 0,8 1,0 4143 298 4441 0,49 13 11,15 25 76Ч3,5 300 160 0,85 1,0 3898 336 4234 0,46 14 2,85 30 57Ч3,5 300 52 0,4 1,0 1519 74 1593 0,18 15 10,52 20 76Ч3,5 300 141 0,8 1,0 2762 298 3060 0,34 16 9,95 30 76Ч3,5 300 128 0,75 1,0 3642 262 3904 0,43 17 11,04 40 76Ч3,5 300 155 0,85 1,0 6237 336 6573 0,72 18 13,92 30 76Ч3,5 300 220 1 1,0 5107 465 5572 0,61 19 24,91 30 89Ч3,5 300 298 1,3 1,0 8631 786 9417 1,03 20 25,6 15 89Ч3,5 300 305 1,32 1,0 4449 811 5260 0,58 21 6,5 40 57Ч3,5 300 260 0,9 1,0 10252 377 10629 1,16 22 22,55 33 89Ч3,5 300 240 1,16 1,0 7560 626 8186 0,9 23 22,63 15 89Ч3,5 300 240 1,16 1,0 3436 626 4062 0,45 24 10 34 76Ч3,5 300 130 0,77 1,0 4350 276 4626 0,51 25 23,9 20 89Ч3,5 300 260 1,21 1,0 4985 681 5666 0,62 26 22,81 30 89Ч3,5 300 240 1,16 1,0 6872 626 7498 0,82 3.6 Подбор насосного оборудования В системах в качестве сетевых, циркуляционных, подкачивающих, смесительных и подпиточных насосов могут использоваться цент робежные н а сосы следующих типов . СЭ – горизонтальные спирального типа с рабочими колесами двойного входа, одноступенчатые. Насосы этого типа применяются в качестве сетевых в крупных системах теплоснабжения. Для перекачивания нагретой воды с температурой до 120 о , 180 о с, с давлением 4 – 25 кгс/с 2 в зависимости от ма р ки. СД – горизонтальные одноступенчатые, с рабочим колесом двух ст о роннего всасывания. Предназначенного для перекачки воды с температурой до 180 о с при подборе напора 60 – 100 м. Характеристики насосов, устанавливаемых в соответствии с проектом на источнике тепла и перекачивающих насосных станциях, не могут соотве т ствовать требованиям эксплутационных гидравлических режимов тепловых сетей для каждого конкретного отопительного сезона из-за практически п о стоянного, после ввода в эксплуатацию дополнительных абонентов, развивая тем самым системы центрального теплоснабжения. Это приводит к значительным перерасходам электроэнергии на пер е качку теплоносителя, в связи с чем по мере роста систем теплоснабжения н е обходимо производить периодическую замену насосного оборудования или изменение их характеристик для приведения соответствие по напору и пр о изводительности к разработанному гидравлическому режиму тепловых с е тей. Насос подбирается для заданных рабочих условий внешней системы сети, т.е. по требуемой, напору, температуре. Подача и напор должны соо т ветствовать характеристике сопротивления внешней сети, состоящих из системы трубопроводов и арматуры. При этом насос должен обеспечивать ма к симально возможную подачу для данной системы. Учитывая возможные отклонения характеристик насоса при изготовл е нии напор его рекомендуется выбирать на 2 – 4 % выше требуемого напора для преодоления сопротивления в сети. По параметрам производительности и напора в рабочей точке подбирают марку насоса. При выборе марки насоса необходимо принимать во внимание высоту всасывания насоса, величина которой берется из характеристики при максимальной подаче насоса. У центробежных насосов малых и средних скоростей при неизменной подаче высота всасывания не зависит от наружн о го диаметра рабочего колеса. Увеличение высоты всасывания насоса данной марки может достигаться путем снижения числа оборотов. В водяных тепловых сетях насосы используются для создания зада н ных давлений и подачи необходимого количества воды к потребителям те п ла. Сетевые насосы создают циркуляцию воды в системе т еплоснабж е ния, а подпиточные компенсируют утечки воды и поддерживают необход и мый уровень пьезометрических линий как при статическом, так и при динамич е ском режимах. В закрытых системах теплоснабжения устанавливаются не менее 2 подпиточных насосов, а в открытых не менее 3, из которых один является р е зервным. Для подбора насоса необходимо знать его производительность и вел и чину капора. Производительность подпиточных насосов для закрытых систем теплосна б жения принимают из расчета компенсации утечек в количестве 0,5% от об ъ ема воды. Напор сетевого насоса Н Н , м.вод.ст. определяется по формуле: Н с = ∆Н и + ∆Н п + ∆Н о + ∆Н аб , (3.29) где: ∆Н и – потери напора на источнике теплоснабжения, м. вод. ст.; ∆Н п – суммарная потеря напора в подающем трубопроводе, м. вод. ст.; ∆Н о – суммарная потеря напора в обратном трубопроводе, м. вод. ст.; ∆Н аб – потеря напора в концевом абоненте, м. вод. ст. Н с = 21+4,42+4,42+21=50,84 м.вод.ст. Q = = 258 м 3 /ч Берем два насоса рабочих и один насос резервный Тип насоса: СЭ 320 – 11 0 [1 , c .446 ] Подача: V = 32 0 м 3 /ч Напор: Н = 11 0 м Допускаемый кавитационный запас: К КВ = 8 м Частота вращения: n = 3000 1/мин Мощность: Q = 114 кВт КПД: з = 80% 3.7 Механический расчет и подбор строительных конструкций 3.7.1 Расчет и подбор труб Трубы являются наиболее ответственными элементами тепловых с е тей, поэтому современная техника транспорта теплоты представляет сл е дующие основные требования: 1. Достаточная механическая прочность и герметичность при изм е няющих место давления и температурах теплоносителя; 2. Эластичность и устойчивость против термических напряжений при переменном тепловом режиме; 3. Постоянство механических свойств; 4. Устойчивость против внешней и внутренней коррозии; 5. Малая шероховатость внутренних поверхностей труб. В тепловых сетях применяются в основном бесшовные горячекатонные и электросварные трубы, из стали по ГОСТу 8731-14. Напряжение в стенке трубы, вызванная внутренним давлением у, МПа опр е деляется по формуле: у = (3.30) где: Р – внутреннее давление в трубе, Р = 1,6 МПа d ВН – внутр енний диаметр, м г – коэ ффициент сварного шва, г = 0,8 д – толщина стенки трубы, м =30 МПа = 29 МПа Порядок расчета для всех участков одинаковый, результаты сведены в табл. 7 Схематическое изображение напряжений , действующих в трубе . у 2 у 1 у 2 у 1 - осевые напряжения у 2 – меридиальные напряжения у 3 - радиальные напряжения у 1 у 3 Таблица 7 - Расчет и подбор труб № Участка Диаметр трубопр о водов d *д Расчет напряж е ния У, МПа Марка стали Допустимое н а пряжение [у], МПа 1 273Ч7 32, 2 Ст 2 115 2, 3 ,4,5 219 Ч 6 30 Ст2 115 6 194 Ч 5 32 Ст2 115 7,8 159 Ч 4,5 29 Ст2 115 9 133Ч4,5 24 Ст2 115 10 108 Ч 4 21,7 Ст2 115 11,19,20,22,23,25,26 89 Ч 3,5 20,3 Ст2 115 12,13,15,16,17,18 76 Ч 3,5 17,1 Ст2 115 14,21 57 Ч 3,5 12,4 Ст2 115 3.7.2 Расчет и подбор опор При сооружении теплопроводов применяются опоры двух типов : 1) подвижные 2) неподвижные Неподвижные опоры предназначены для фиксации положения тепл о провода в определенных точках, а также восприятия усилий, возникающих в местах фиксации под действием температурных деформаций и внутренних давлений. Неподвижное закрепление трубопроводов выполняют различным ко н струкциями в зависимости от способа прокладки сетей. Разделяют: лобовые, щитовые, хомутовые опоры. Подвижные опоры предназначены для восприятия веса участка тепл о провода и обеспечивает свободное перемещение этих участков под действ и ем температурных деформаций Схема нагрузок на опоры. F г F г 2 1 Fv Fv 1 – труба ; 2 – подвижная опора трубы ; Fv – вер тикальная нагрузка, Н ; F г – горизонтальная нагрузка, Н . Напряжение, действующие на подвижные опоры Fv , H определяется : Fv = G x L ф (3.31) где : G – вес 1 метра трубы (справочные данные), Н/м L ф – длина участка трубопровода (таблица 8 ) , м Fv = 1,217 * 10 = 12,17 кН Опред еляем горизонтальную нагрузку : F г = Fv * м (3.32) где: м – коэффициент трения м = 0.3 ; F г = 12,170 * 0.3 = 3,651к Н Все расчеты сведены в таблицу 8 Таблица 8 – Расчет подвижный опор № уч а стка Диаметр труб о провода d * S , мм Длина учас т ка , м Длина между пр о летами , м Количество прол е тов Кол и чество опор Факт и ческая д лина L ф, м Вес трубопр о вода G , Н/м Вертикальная н а грузка Fv , кН Горизонтал ь ная нагрузка F г= Fv Ч м 1 273 Ч 7 40 13 4 5 10 1 217 12,17 3,651 2 219 Ч 6 50 11,6 5 6 10 843 8,43 2,5 3 3 219 Ч 6 30 11,6 3 4 10 843 8,43 2,5 3 4 219 Ч 6 20 11,6 2 3 10 843 8,43 2,53 5 219 Ч 6 40 11,6 4 5 10 843 8,43 2,53 6 194 Ч 5 60 10,2 6 7 10 663 6,63 1,99 7 159 Ч 4,5 40 9,3 5 6 8 503 4,024 1,21 8 159 Ч 4,5 40 9 ,3 5 6 8 503 4,024 1,21 9 133 Ч 4,5 60 8,4 8 9 7,5 391 2,933 0,88 10 108 Ч 4 40 8,3 5 6 8 277 2,216 0,67 11 89 Ч 3,5 60 6,8 9 10 6,67 210,9 1,41 0,423 12 76 Ч 3,5 30 6,2 5 6 6 167,5 1,005 0,3 13 76 Ч 3,5 25 6,2 5 6 5 167,5 0,838 0,25 14 57 Ч 3,5 30 5,4 6 7 5 125,5 0,628 0,19 15 76 Ч 3,5 20 6,2 4 5 5 167,5 0,838 0,25 16 76 Ч 3,5 30 6,2 5 6 6 167,5 1,005 0,3 17 76 Ч 3,5 40 6,2 7 8 5,71 167,5 0,956 0,29 18 76 Ч 3,5 30 6,2 5 6 6 167,5 1,005 0,3 19 89 Ч 3,5 30 6,8 5 6 6 210,9 1,265 0,38 20 89 Ч 3,5 15 6,8 3 4 5 210,9 1,055 0,32 21 57 Ч 3,5 40 5,4 8 9 5 125,5 0,628 0,19 22 89 Ч 3,5 33 6,8 5 6 6,6 210,9 1,392 0,42 23 89 Ч 3,5 15 6,8 3 4 5 210,9 1,055 0,32 24 76 Ч 3,5 34 6,2 6 7 5,67 167,5 0,95 0,29 25 89 Ч 3,5 20 6,8 3 4 6,67 210,9 1,41 0,42 26 89 Ч 3,5 30 6,8 5 6 6 210,9 1,265 0,38 3.7.3 Подбор компенсаторов Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов имеет исключительно важное значение в технике транспорта теплоты. Отсутствие компенсации вызывает возникновение напряжения в сте н ках трубопровода, вследствие расширения металла при нагреве. Компенсаторы располагают между неподвижными опорами. Примен я ются П- образные, сальниковые, линзовые компенсаторы. В качестве компенсат о ров ис пользуют повороты трассы . Наибольшее распространение на практике вследствие простоты изг о товления получили П- образные компенсаторы, их компенсирующая спосо б ность определяется суммой деформации по оси каждого из участков труб о пров о дов. Подбор компенсаторов осуществляется по величине расчетного тепл о вого удлинения трубопроводов Д L , которые определяются : Д L =б Ч Д t Ч L (3.33) где : б – коэффициент температурного расширения = 0.012 мм/м 0 С Д t – перепад температуры между стенками труб и окружающим воздухом, о С Д t = ( ф 1 – t о р ) (3.34) Д t = 1 25 – ( - 29 ) = 1 54 о С L – расстояние между неподвижными опорами Д L уч 2 = 0,012* 1 54 * 105 = 194,04 мм Расчетное тепловое удлинение с учетом растяжки компенсатора Д Х , мм Д Х=0.5* Д l (3.35) Д Х уч2 =0,5* 194,04 = 97,02 мм Все данные подобранных компенсаторов сводятся в таблицу 9. В данном курсовом проекте принята подземная прокладка трубопров о да, а также П – образные компенсаторы, они применяются при любом методе прокладки трубопровода . Расчет компенсаторов вводится по таблицам и номограммам. Таблица 9 Расчет компенсаторов . № участка Диаметр трубопров о да d н х д , мм Фактическое рассто я ние между неподвижными опорами L ф , м Тепловое удлинение Д l , мм Расчетное тепловое удлинение Д X , мм Размер компенс а торов Сила упругой деформации Рк т.с Количество компенсаторов П , шт В, м Н, м 2 219Ч6 105 194,04 97,02 1,75 3,5 0,625 1 4 219Ч6 95 175,56 87,78 1,63 3,26 0,65 1 5 194 Ч 5 105 194,04 97,02 1,6 3,2 0,41 1 7 89Ч3 ,5 85 157,08 78,54 1,05 2,1 0,125 1 3.7.4 Расчет тепловых характеристик сети Для теплоизоляционного слоя при любом способе прокладке следует применять материалы и изделия со средней плотность не более 400 кг/м те п лопроводностью не более 0,07 . Теплоизоляционные конструкции тепловой сети предусматривают из следующих элементов: теплоизоляционного материала, арматурных деталей, покровного слоя из алюминиевой фольги. Прокладка теплосетей бывает надземной и подземной. Надземная прокладка: 1. Высокая – применяется в тех местах, где она обеспечивает пр о ходы и проезды. 2. Низкая – там , где нет проходов и проездов. Подземные прокладки: 1. Канальные · В проходных каналах; · В полуторных каналах; · В непроходных каналах. Канальные прокладки предназначены для защиты трубопроводов от механ и ческого воздействия грунтов и коррозионного влияния почвы. Стены каналов облегчают работу трубопроводов, поэтому канальные прокладки допускаю т ся для теплоносителей с Р < 2,2 МПа и t <350 0 С. 2. Без канальные · Засыпные · Сборные · Сборно-литые · Литые · Монолитные В без канальных прокладках трубопровода работают в более тяжелых условиях, так как они воспринимают дополнительную нагрузку грунта и при неудовлетворительной защите от влаги подвержены наружной коррозии. В свя зи с этим без канальные прокладки рекомендуется применять при темп е ратуре теплоносителя t = 180 0 С. В данном курсовом проекте принято двухтрубная водяная тепло вая сеть, уложенная подземно без канально на глубину h = 1,2 м. Целью расчета является определение удельных тепловых потерь двухтрубн о го теплопровода и выявление соответствия выбранных условием для но р мальной работы тепловой сети. Необходимо учитывать сопротивление грунта, сопротивление изолир о ванного теплопровода, как подающего, так и обратного. Гидрозащитный слой накладывается двойным слоем с целью предо т вращения проникновения грунтовых вод. Защитно-механический слой является внешней оболочкой изолирова н ного теплопровода назначением , которого является защите теплопровода от блуждающих токов и от механических воздействий грунта. Материл теплоизоляционного слоя – маты из стеклянного штапельного в о локна на синтетическом связующем марки МТ-35 и МТ-50. л из =0,04 Вт/ м 0 С [1 c ,462] Потери тепла трубопровода через изоляцию Q , Вт определяется по формуле : Q = q Ч ℓ (3.36) q - удаленная потеря теплоты, Вт/м ℓ - длина трубопровода, м при безканальной земельной прокладке q = (3.37) t - средняя температура теплоносителя, 0 С t 0 - температура окружающей среды, 0 С R - термическое сопротивление подающего трубопровода, м 0 С/Вт R u з - термическо е сопротивление слоя изоляции, м 0 С/Вт R u з = Ч (3.38) d н - наружный диаметр трубопровода, м л из - коэффициент теплопроводности слоя изоляции, Вт/ м 0 С d из - диаметр трубопровода со слоем изоляции, м определяется по фо р муле d из = d н +2 S (3.39) где S - толщина стенки изоляции, мм [1 c ,462] d из = 89 + 2Ч50 = 18 9 мм R u з1 = Ч 2,998 м 0 С/Вт R u з2 = Ч 2,553 м 0 С/Вт Термическое сопротивление определяется по формуле: R гр = Ч ) (3.40) где л гр - коэффициент теплопроводности грунта, Вт/ м 0 С л гр = 1,75 Вт/ м Ч K h - глубина грунта, мм h = 1200 мм R гр1 = Ч ) = 0,291 м 0 С/Вт R гр2 = Ч ) = 0,2 68 м 0 С/Вт Дополнительное т ермическое сопротивление : R 0 = Ч ) 2 (3.41) b - расстояние между осями трубопроводов, м R 0 = Ч ) 2 = 0, 169 м 0 С/Вт Удаленные тепловые потери тепла с одного метра в падающем тепл о проводе q 1 , Вт /м определяется по формуле : q 1 = (3.42) где t 0 - температура грунта, 0 С R 1 - термическое сопротивление подающего трубопровода, м 0 С/Вт R 2 - температурное сопротивление обратного трубопровода м 0 С/Вт R 1 = R из 1 + R гр1 R 2 = R из2 + R гр2 R 1 = 2,998+0,291=3,289 м 0 С/Вт R 2 = 2,553+0,2 68 =2,8 21 м 0 С/Вт q 1 = = 35,5 Вт/м Удельные температурные потери тепла с одного метра в обратном тр у бопроводе q 2 , Вт /м определяется по формуле : q 2 = (3.43) q 2 = = 19,14 Вт/м В результате вычислений получили удельные тепловые потери в п о дающем теплопроводе 35,5 Вт/м, в обратном теплопроводе 19,14 Вт/м , следовательно, необходимо увеличить удельные тепловые потери в о б ратном трубопроводе, так как они значительно меньше тепловых потерь в подающем трубопроводе. 4 Техника безопасности при выполнении ремонтных работ Слесари-ремонтники выполняют самые различные слесарные и сб о рочные операции. Они работают на сверлильных и заточных станках, имеют дело с электрооборудованием машин и станков, пользуются грузоподъемными м е ханизмами, начиная с блока и кончая поворотным краном. Слесарь-ремонтник должен четко знать правила безопасности и уметь организовать выполнение ремонтных работ в соответствии с этими правилами. Запрещается применять прокладки между зевом ключа и гранями г а ек, наращивать их трубами или другими рычагами. Раздвижные ключи не дол ж ны иметь слабины в подвижных частях. Перед началом работы: - привести в порядок спец. одежду; - убрать лишние предметы с рабочего места; - проверить исправность инструмента, приспособлений, огражд е ний и специальных устройств. При ремонте (на месте его постоянной работы) потребовать отключ е ния изоляции концов кабеля для провода, питающих электродвигателей станка, при этом на месте, где произведено отключение, должен быть вывешен пл а кат: "Не включать - идет ремонт". Ознакомиться с технологическим процессом и технологической ка р той; П ереносные электрические светильники допускается применять н а пряжением не выше 36 В. В помещениях особо опасных не выше 12 В. При выполнении работ ручными инструментами убедиться в его и с правности . Ручной слесарный инструмент должен быть исправным и соответств о вать характеру работы. Работать неисправным инструментом запрещается. Инструмент должен быть правильно насажен и надежно закреплен на деревянной рукоятке. Рукоятки для молотков, топоров, кувалд и т.п. инстр у ментов пропиливаются и расклиниваются завершенным металлическим или д у бовым на клею клином. Слесарный молоток должен иметь поверхность бойка слегка выпу к лую, не косую, необитую и без заусенец. Зубила и крейцмейсели с косыми и обитыми затылками не должны прим е няться при работе. Для избегания ударов по руке зубила должны быть дл и ной не менее 150 мм, при чем оттянутая часть его должна равняться 60-70 мм. Острия зубил и крейцмейселей должны быть заточены под углом 65-70°. Пользоваться напильниками или другим инструментом, имеющим заостре н ные концы, без деревянных ручек нельзя. Напильники, отвертки и др. дол ж ны быть прочно закреплены в ручках. Гаечные ключи должны строго соответствовать размерам гаек. Отве р тывать и завертывать гайку (болт) путем удлинения гаечных ключей втор ы ми ключами или трубами запрещается. Все электроинструменты перед началом должны быть тщательно осмотр е ны и правильность их действия проверена. Работа с ручным электроинструментом без заземления корпуса катег о рически запрещается. Работать на этих инструментах можно только в резиновых перчатках и галошах. При обнаружении напряжения на корпусе электроинструмента р а бота с ним должна немедленно прекратиться. Ручки инструмента и вводы питающих электродов должны иметь н а дежную изоляцию. При соединении к электросети без соответствующих штепселей категорически запрещается. Подключение инструмента к сети должно произв о диться гибким (шланговым) кабелем. При окончании работы или при отлучке с места работы электроинс т румент должен быть отключен. Слесарные верстаки должны быть устойчивыми, прочно и надежно закре п лены к полу. Поверхность верстака должна быть чистой и ровной. В зависимости от роста рабочих у верстаков должны устанавливаться деревянные трапы. Пожары на территории предприятия и в производственных помещен и ях возникают в большинстве случаев от небрежного и халатного отнош е ния к хранению воспламеняющихся производственных отходов (масляные тряпки, пакля, бумага) используемых для очистки станков, инструмента и о б тирания рук. Поэтому все воспламеняющиеся материалы необходимо хранить в о т дельно металлической таре с крышкой и в специально отведенном месте. Пожары могут возникать так же вследствие самовозгорания твердого минерального топлива, промасленных концов, неисправности электропров о дов, и электроприводов. Во избежание пожаров необходимо выполнять все противопожарные мероприятия, курить следует только в специально отв е денных местах. Банки с маслом, керосином и бензином необходимо убирать в места, специально отведенные для хранения огнеопасных материалов. Н е обходимо следить за исправностью электросети. После работы нужно пров е рить включены ли электрорубильники, электроприборы и осветительные точки, за и с ключением дежурных электроламп и проверить , нет ли других причин, м о гущих вызвать пожар. Проведение сварочных и других огневых работ в помещениях и на те р ритории предприятия допускается в порядке, установленном "Правилами пожарной безопасности при проведении сварочных и огневых работ на об ъ ектах народного хозяйства". Слесари-инструментальщики и рабочие других профессий при пож а ре должны быть на своих рабочих местах и выполнять распоряжения руковод и телей производства. Следует помнить, что при пожаре нельзя выбивать стекла в окнах, так как приток свежего воздуха способствует ра с пространению пожара. До прибытия пожарных команд тушить пожар можно огнетушител я ми, водой из пожарного крана или песком, для чего в специально отведенных местах должны быть ящики с песком и настенный щит с шанцевым против о пожарным инструментом. Горячий бензин, керосин, нефть, смазочные масла и другие горючие жидкости следует тушить пенными огнетушителями и песком. 5 Мероприятия по охране окружающей среды Использование топливных элементов для энергоснабжения зданий. Топливные элементы представляют собой очень эффективный, наде ж ный, долговечный и экологически чистый способ получения энергии. Первоначально применявшиеся лишь в космической отрасли, в настоящее время топливные элементы всё активней используются в самых разных о б ластях – как стационарные электростанции , автономные источники тепло- и электроснабжения зданий, двигатели транспортных средств, источники п и тания ноутбуков и мобильных телефонов. Топливный элемент (электрохимический генератор) – устройство, которое преобразует химическую энергию топлива (водорода) в электрич е скую, в процессе электрохимической реакции напрямую, в отличие от трад и ционных технологий, при которых используется сжигание твердого жидкого и газообразного топлива. Прямое электрохимическое преобразование топл и ва очень эффективно и привлекательно с точки зрения экологии, поскольку в процессе работы выделяется минимальное количество загрязняющих в е ществ, а также отсутствуют сильные шумы и вибрация. При использовании чистого водорода в качестве топлива продуктами реакции помимо энергетической энергии являются тепло и вода (или водяной пар), то есть в атмосферу не выбрасываются газы, вызывающие загрязнение воздушной среды или вызывающие парниковый эффект. Важное преимущество топливных элементов – их экологичность. В ы бросы в атмосферу загрязняющих веществ при эксплуатации топливных эл е ментов настолько низки, что в некоторых районах США для эксплуатации не требуется специального разрешения от государственных органов контрол и рующих качество воздушной среды. Достоинство топливных элементов являются также доступность топл и ва, надежность (отсутствуют движущиеся части), долговечность и простота эк с плуатации. Топливные элементы можно размещать непосредственно в здания, при этом снижаются потери при транспортировке энергии, а тепло, образующе е ся в результате реакции модно использовать для теплоснабжения или горяч е го водоснабжения здания. В перспективе рассматривается возможность использования эколог и чески чистых возобновляемых источников энергии (например, солнечной энергии или энергии ветра) для разложения воды на водород и кислород м е тодом электролиза, а затем преобразование получившегося топлива в то п ливном элементе. Такие комбинированные установки, работающие в замкн у том цикле, могут представлять собой совершенно экологически чистый, н а дежный, долговечный и эффективный источник энергии. Список используемой литературы 1.Е.Я.Соколов Теплофикация и тепловые сети М. Издательство МЭИ,2001 2.В.Е.Козин Т.А.Левин. Теплоснабжение М.: Высшая школа, 1980 3.В.С.Шутов Компенсаторы тепловых сетей М. Энергоатомиздат , 1990 4.Ф.С.Центр Проектирование тепловой изоляции электростанций