Выбор оптимального направления трассы сети и ее описание

 

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, определяющие топографические условия местности, характер планировки и застройки городских районов, размещение наземных и подземных инженерных сооружений и коммуникаций, характеристику свойств грунтов и глубину их залегания, режим и физико-химические свойства подземных вод и др. Получение этих данных является задачей инженерных изысканий.

Трасса тепломагистрали, наносимая на топографический план, выбирается по кратчайшему направлению между начальной (ТЭЦ, котельная) и конечной (потребитель) ее точками с учетом обхода 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. Трасса тепловых сетей, проходящая по площадкам предприятий, должна предусматриваться вне проезжей части дорог в специально отведенных технических полосах, совместно с трассой технологических трубопроводов. 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 % расчетного. При диаметре магистралей до 500 мм перемычки можно не устраивать.

Принимаемые расстояния трассы тепловых сетей до других сооружений и параллельно проложенных коммуникаций должны обеспечить сохранность этих сооружений и коммуникаций как при строительстве, так и в период эксплуатации.

Пересечение тепловыми сетями естественных препятствий и инженерных коммуникаций должно выполняться под углом 90°, а при обосновании – под меньшим углом, но не менее 45°. Подробные указания по выбору трассы на территории промышленных предприятий приведены в СНиП «Тепловые сети».

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

По результатам расчета и исходным данным начертить расчетную схему тепловой сети.

За расчетную магистраль принять наиболее напряженное и нагруженное направление на трассе тепловой сети, соединяющее источник теплоты с дальними потребителями.

Гидравлический расчет тепловой сети

В задачу гидравлического расчета входит определение диаметра трубопровода, падения давления между отдельными точками, определения давления в различных точках, увязка всех точек системы с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и у абонементов при статических и динамических режимах.

4.1 Определение расхода теплоносителя

Расход теплоносителя в сети можно вычислить по формуле:

где - тепловая мощность системы отопления, кВт;

- расчетная температура подающей и обратной воды в системе отопления, °С;

- теплоемкость воды, кДж/(кг·°С).

Для участка 1 тепловая мощность будет равна сумме расходов тепла на отопление и вентиляцию, то есть . Расчетные температуры прямой и обратной воды примем 95°С и 70°С. Таким образом, расход воды для участка 1 составит:

Для остальных участков вычисление расходов теплоносителя сведено в таблицу

 

 

 

 

4.2.Расчет диаметра трубопровода

Оценим предварительный диаметр трубопровода, используя формулу массового расхода:

где - скорость теплоносителя, м/с.

Скорость движения воды примем 1,5 м/с [3],плотность воды при средней температуре в сети 80-85°С составит . Тогда диаметр трубопровода составит:

Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр 680×9 мм. Для него проводим следующие расчеты.

Исходной зависимостью для определения удельного линейного падения давления в трубопроводе является уравнение Д’Арси:

где - коэффициент гидравлического трения;

– скорость среды, м/с;

- плотность среды, кг/м³;

– внутренний диаметр трубопровода, м;

- массовый расход, кг/с.

Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от эквивалентной шероховатости и критерия Рейнольдса. Для транспорта тепла применяют шероховатые стальные трубы, в которых наблюдается турбулентное течение. Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от критерия Рейнольдса и относительной шероховатости хорошо описывается универсальным уравнением, предложенным А.Д.Альтшулем:

где - эквивалентная шероховатость, м;

– внутренний диаметр трубопровода, м;

- критерий Рейнольдса.

Эквивалентная шероховатость для водяных сетей, работающих в условиях нормальной эксплуатации, составляет . Критерий Рейнольдса вычисляем по формуле:

где – кинематическая вязкость, м²/с.

Для температуры 80°С кинематическая вязкость воды составляет . Таким образом, имеем:

Предполагаем, что трубопровод работает в квадратичной области. Найдем новое значение диаметра по формуле:

Таким образом, предварительно принятый диаметр верен.

 

7. Гидравлический расчет тепловой сети

 

Составляем расчетную схему с номерами и длинами участков, расходами воды по участкам тепловой сети. Число кварталов в поселке принимаем n = 6.

Расчетный расход сетевой воды на один квартал, , кг/с:

 

(40)

,

 

Гидравлический расчет производится в два этапа: предварительный и проверочный.

Для расчета участков принимаем:

а) =55 Па/м – удельное линейное падение давления;

б) кг/м3 - плотность воды;

в) м0,62/кг0,19 - постоянный коэффициент для воды;

г) м - абсолютная эквивалентная шероховатость трубопровода.

На трубопроводах тепловой сети установлены следующие местные сопротивления:

а) Задвижка у магистрали у ответвления и на ответвлении ;

б) П - образный компенсатор на каждые 100м трубопровода ;

 

7.1 Расчет участка 1 – 2

 

= – расход сетевой воды на участке, кг/с;

=151,4 – длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

(41)

;

 

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d=0,258 м (приложение 11, стр.47).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

(42)

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

(43)

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

(44)

;

 

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

(45)

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

 

(46)

,

 

7.2 Расчет участка 9-10

 

=48.56 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=9,5– длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

;

 

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,182 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

 

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений Приложение 1, стр.56) на участке lЭКВ, м:

 

;

 

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

 

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

 

7.3 Расчет участка 15 – 16

 

=23,4 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=14 – длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,182 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

;

;

пз= 2 шт – число задвижек;

 

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

 

;

 

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

 

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

 

 

7.4 Расчет участка 25-26

 

=3,12 – расход сетевой воды на участке, кг/с;

=43– длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

;

где: – расход сетевой воды на участке, кг/с;

 

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,081 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

;

;

пз= 2 шт – число задвижек;

 

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке LЭКВ, м:

 

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

 

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

 

 

7.5 Расчет участка 31-32

 

=27– расход сетевой воды на участке, кг/с;

=32,5 – длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

;

 

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,207 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

 

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке LЭКВ, м:

 

;

 

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

 

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м:

 

7.6 Расчет участка 40-41

 

=48,9 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=25 – длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

;

 

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,258 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

 

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

 

;

 

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

 

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м:

 

 

7.6 Расчет участка 51-52

 

=15,75 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=43 – длина участка, м.

 

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

 

;

 

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,15 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит , Па/м:

 

,

 

Определим количество компенсаторов пк, шт:

 

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

 

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

 

;

 

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

 

;

 

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м:

 

 

 

Определим величины соответствующих напоров в эквивалентных точках тепловой сети.

 

 

Определяем располагаемый напор в точке 2:

(48)

 

Определим располагаемый напор в точке 3:

(49)

Определим располагаемый напор в точке 4:

(50)

(51)

Определим располагаемый напор в точке 3:

 

 

Определим располагаемый напор в точке 5:

(52)

 

Определим располагаемый напор в точке 6:

 

 

Избыточное давление составляет:

 

м.вод.ст.

 

Полученные данные занесем в таблицу:

 

Таблица данных гидравлического расчета
Предварительный расчет	Проверочный расчет
Н-ра уч-ов	G,кг/с	R, Па/м	L,м	d,мм	d',мм	R', Па/м	Lэ, м	∆Ρi, Па/м	∆Нi, м.вод.ст
Главная магистраль
1-2	282,37			0,395	0,408			0,071	7,1
2-3				0,336	0,359	36,2	175,42	0,036	3,6
3-4				0,3988	0,408	44,2	265,2	0,061	6,1
4-7				0,3036	0,309	46,4	153,8	0,033	3,3
Ответление
4-5				0,334	0,359	48,5	185,5	0,048	4,8
5-6				0,401	0,408	38,2		0,056	5,6

 

 

4 Гидравлический расчет тепловой сети

 

В задачу гидравлического расчета входит определение диаметра трубопровода, падения давления между отдельными точками, определения давления в различных точках, увязка всех точек системы с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и у абонементов при статических и динамических режимах.

4.1 Определение расхода теплоносителя

Расход теплоносителя в сети можно вычислить по формуле:

где - тепловая мощность системы отопления, кВт;

- расчетная температура подающей и обратной воды в системе отопления, °С;

- теплоемкость воды, кДж/(кг·°С).

Для участка 0 тепловая мощность будет равна сумме расходов тепла на отопление и вентиляцию, то есть . Расчетные температуры прямой и обратной воды примем 95°С и 70°С. Таким образом, расход воды для участка 0 составит:

Для остальных участков вычисление расходов теплоносителя сведено в таблицу 4.1

 

4.2 Расчет диаметра трубопровода

Оценим предварительный диаметр трубопровода, используя формулу массового расхода:

где - скорость теплоносителя, м/с.

Скорость движения воды примем 1,5 м/с [3],плотность воды при средней температуре в сети 80-85°С составит . Тогда диаметр трубопровода составит:

Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр 680×9 мм. Для него проводим следующие расчеты.

Исходной зависимостью для определения удельного линейного падения давления в трубопроводе является уравнение Д’Арси:

где - коэффициент гидравлического трения;

– скорость среды, м/с;

- плотность среды, кг/м³;

– внутренний диаметр трубопровода, м;

- массовый расход, кг/с.

Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от эквивалентной шероховатости и критерия Рейнольдса. Для транспорта тепла применяют шероховатые стальные трубы, в которых наблюдается турбулентное течение. Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от критерия Рейнольдса и относительной шероховатости хорошо описывается универсальным уравнением, предложенным А.Д.Альтшулем:

где - эквивалентная шероховатость, м;

– внутренний диаметр трубопровода, м;

- критерий Рейнольдса.

Эквивалентная шероховатость для водяных сетей, работающих в условиях нормальной эксплуатации, составляет . Критерий Рейнольдса вычисляем по формуле:

где – кинематическая вязкость, м²/с.

Для температуры 80°С кинематическая вязкость воды составляет . Таким образом, имеем:

Предполагаем, что трубопровод работает в квадратичной области. Найдем новое значение диаметра по формуле:

Таким образом, предварительно принятый диаметр верен.

 

4.3 Расчет падения давления в трубопроводе

Падение давления в трубопроводе может быть представлено как сумма двух слагаемых: линейного падения и падения в местных сопротивлениях

где - линейное падение давления на трение, Па;

– падение давления в зависимости от наклона трубопровода, Па.

 

Падение давления на трение вычисляют по формуле:

где λ =1,96 – коэффициент трения для новых труб с обсолютной шероховатостью 0,5 мм;

l – длина участка трубопровода, м;

ν – скорость на участке, принимаем постоянной для всех участкой 1,5 м/с;

d – диаметр трубопровода, d = 0,5 м.

Падение давления в зависимости от наклона трубопровода вычисляем по формуле:

Где m – масса воды проходящая через участок, кг/с;

h – разница высот между участками, м.

Для расчета расходов теплоносителя будем использовать второй закон Кирхгофа, согласно которому сумма потерь напора для замкнутого контура равна 0.

Задаемся произвольными значениями расходов воды по участкам:

Определим сопротивления на соответствующих участках по формуле:

Определим величину невязки потерь напора:

Т.к. то нужен перерасчет. Для этого нам нужен поправочный расход:

Находим следующие расходы воды:

Найдем величину невязки потерь напора второго приближения:

Для более точного определения сделаем пересчет:

Находим следующие расходы воды:

Для более точного определения сделаем ещё один пересчет:

Находим следующие расходы воды:

Таблица 4.1 – Расходы теплоносителя по участкам магистральной теплосети

Участок	ИТ-А	А-Б	Б-Д	А-Г	Г-Ж	Б-В	В-Е	Г-В
Тепловая мощность, МВт	51,521	26,907	11,541	24,848	12,348	20,737	27,622	18,271
Расход воды	491,85	256,8716	110,18	237,2184	117,89	197,9716	263,7	174,4284