Гидравлический расчет водяной тепловой сети

Введение

    Целью курсового проекта является выполнение гидравлического и теплового расчета магистральной тепловой сети, построение пьезометрического графика, выбор оборудования источника теплоснабжения. Освоение предложенной методики является обязательным для инженера - промтеплоэнергетика.

Задание на курсовой проект

        Произвести выбор схемы тепловой сети, расчет расходов сетевой воды по участкам тепловой сети, выполнить гидравлический и тепловой расчет разветвленной тепловой сети, построить пьезометрический график тепловой сети, произвести выбор оборудования источника теплоснабжения.

Вариант задания на курсовой проект выбирается из таблицы 1, 2, 3. Согласно таблице 1 по предпоследней цифре шифра определяется тип водяной системы теплоснабжения, длины участков тепловой сети,

из таблицы 2 по первой цифре шифра студента определяется расход тепла на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение для промышленного предприятия и жилого района.

Таблица 1 – Варианты заданий на курсовой проект

Пред после дняя циф ра шиф ра	Тип водяной системы теплоснабжения	Длина участков тепловой сети, м
0	трехтрубная, закрытая	500	450	2500
1	двухтрубная, открытая	300	500	3700
2	двухтрубная, закрытая	250	350	4200
3	трехтрубная, закрытая	360	1300	3700
4	двухтрубная, открытая	430	1420	2900
5	двухтрубная, закрытая	470	560	2700
6	трехтрубная, закрытая	380	500	3500
7	двухтрубная, закрытая	370	350	4200
8	трехтрубная, закрытая	270	700	4500
9	двухтрубная, открытая	250	1200	3750

Таблица 2 – Варианты заданий на курсовой проект

Пос лед няя циф ра шифра	Расход тепла, МДж/с
	промышленное предприятие			жилой район
	отопление	вентиля ция	горячее водоснабж.	отопление	вентиля ция	горячее водоснабж.
1	762300	60980	15660	7920	3570	1860
2	872500	46980	11740	1100	3100	1500
3	674100	42870	19940	3240	2800	1550
4	639800	51340	14270	6460	3370	1360
5	385200	30810	12530	3440	1170	1200
6	725600	57980	14490	8340	3370	1590
7	468300	38620	14840	3640	1290	1440
8	253600	19930	11750	2980	1150	1280
9	564500	41900	15830	1600	3290	1150
0	539900	29800	16900	2450	2850	1600

По первой букве фамилии студента из таблицы 3 определяется район теплоснабжения, параметры пара у потребителя, тип котельной.

Пояснительная записка должна содержать: титульный лист (приложение А), задание на курсовой проект, введение, выбор схемы тепловой сети, расчет расходов сетевой воды по участкам тепловой сети, гидравлический расчет водяной и паровой тепловой сети, построение пьезометрического графика, тепловой расчет теплопроводов, выбор оборудования источника теплоснабжения, список использованной литературы.

В объем курсового проекта входит чертеж на листе формата А1, включающий в себя генплан района теплоснабжения, профиль трассы, пьезометрический график тепловой сети и схему источника теплоснабжения. Скелетная схема теплотрассы выполняется на листах формата А4 и прилагается к пояснительной записке.

Таблица 3 - Варианты заданий на курсовой проект

     1 Схема тепловой сети

Для выполнения гидравлического расчета необходимо разработать генплан района теплоснабжения в соответствующем масштабе. Генплан разрабатывается студентами самостоятельно, при этом следует учитывать особенности местности заданного района теплоснабжения. Пример генплана района теплоснабжения в сельской местности приведен на рисунке 1. В том случае, если район теплоснабжения расположен в городе, можно задаваться перепадом высот. На генплане изображается роза ветров для зимнего и летнего месяцев, повторяемость ветров по направлениям приведена в приложении Б. Размещение источника и потребителей тепла должно учитывать господствующее направление ветров.

При выборе плана и профиля теплотрассы необходимо руководствоваться следующими положениями:

- надземная прокладка, как наиболее дешевая, рекомендуется для промышленных объектов и незастроенных районов, а также для заболоченных и сильно пересеченных местностей. Она осуществляется на эстакадах или отдельных стойках;

- подземная прокладка применяется для городских районов и районов, подлежащих застройке. Подземная прокладка в проходных и непроходных каналах усложняет условия дренирования сетей и каналов, удорожает сооружение сетей;

- пересечение теплотрассой различных инженерных сооружений требует специальных приспособлений и средств защиты, поэтому пересечения должны быть (по возможности) под прямым углом с выдержкой необходимых зазоров между сооружениями и трубопроводами.

По плану трассы составляется профиль местности и на нем выбирается способ прокладки трубопроводов, т.е. профиль трассы (рисунок 2). Необходимые размеры каналов, траверс, эстакад и стоек заносятся в графу «тип канала или эстакады» после расчета диаметров труб. С помощью плана и профиля трассы легко подсчитывается количество поворотов и подъемов на участках.

Составляется скелетная схема трубопровода (рисунок 3), на которой намечаются узлы отводов. Тепловую сеть разбивают на расчетные участки. Расчетным участком считается участок между двумя ближайшими ответвлениями. Нумерацию участков тепловой сети начинают от источника теплоснабжения. На водяных тепловых сетях секционирующие задвижки устанавливаются не реже, чем через

Рисунок 1 - Генплан района теплоснабжения

Рисунок 2 – Профиль трассы тепловой сети

Рисунок 3 – Скелетная схема теплотрассы

каждые 1000 м с перемычкой между подающей и обратной линиями, задвижки устанавливаются также на всех ответвлениях и на вводах к крупным потребителям. В нижних точках устанавливают дренажи, а в наиболее высоких – воздушники. Разработка схемы завершается после окончания гидравлического расчета.

    2 Определение расходов сетевой воды

Расчетный часовой расход воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях должен определяться отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием, по приведенным ниже формулам.

Расчетный часовой расход воды на отопление G_o, кг/с

.                          

 Расчетный часовой расход воды на вентиляцию G_в, кг/с

,                           

где Q₀^max, Q_B^max – максимальные расходы тепла соответственно на

   отопление и вентиляцию предприятия и   жилого    

   района, кДж/с;     

       с - теплоемкость воды (приложение В), кДж/(кг.град);

t₁, t₂ – температуры воды в подающей и обратной линиях водяной    

          тепловой сети при расчетной температуре наружного

             воздуха для проектирования отопления t_HO , ⁰C;

t₁^B, t₂^B – температура воды в подающей и обратной линиях при

           расчетной температуре наружного воздуха для

             проектирования вентиляции t_HВ, могут приниматься

             равными соответственно t₁ и t₂, ⁰С.

Температура воды в подающем трубопроводе двухтрубных водяных сетей при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования принимается t₁= 150⁰С. Допускается при обосновании применение воды с более низкой (до 95⁰С) или более высокой (до 200⁰С) температурой [5]. При теплоснабжении от промышленной котельной температуру воды в подающей линии рекомендуется принимать 95 – 115 ^оС.

При одновременной подаче тепла по двухтрубным водяным тепловым сетям на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение должно приниматься центральное регулирование отпуска тепла. При этом температура воды в обратном трубопроводе должна приниматься t₂= 70⁰С – для закрытых систем теплоснабжения и t₂= 60⁰С – для открытых систем теплоснабжения [4].

Расчетный расход воды на горячее водоснабжение G_гв, кг/с, при открытых системах теплоснабжения

,

где t_г, t_x – температуры воды, поступающей в систему горячего 

              водоснабжения потребителей и холодной водопроводной

        воды, ⁰С.

    При отсутствии данных о температуре холодной водопро-водной воды ее принимают в отопительный период равной t_хз= 5 ^оC и в летний период t_хл= 15 ^оC [5].

Расчетный расход воды на горячее водоснабжение в закрытых ситемах теплоснабжения G_гв, кг/с, при параллельной схеме присоединения водонагревателей потребителей

,                                      

где t₁ - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети в 

точке излома графика температур воды,  

    t₃ – температура воды после параллельно включенного

водонагревателя горячего водоснабжения в точке излома

графика температур воды. Рекомендуется принимать

t₃= 30⁰С [5].

В закрытых системах теплоснабжения суммарный расчетный расход воды в тепловой сети является суммой расходов воды на отдельные виды тепловой нагрузки. Причем, поскольку вода из тепловой сети не разбирается, расходы в падающей и обратной линиях сети одинаковы

.                            

При открытых системах теплоснабжения расчетные расходы воды получаются в ряде случаев различными для подающей и обратной линий. Однако подающие и обратные линии сети обычно прокладываются одного диаметра. Расчетный расход воды для таких тепловых сетей должен выбираться из условия, чтобы суммарная потеря напора при расходе воды в подающей (  ) и обратной линиях (  ) была равна суммарной потере напора при одинаковом расходе G_p в падающей и обратной линиях. Этот расчетный расход воды, по которому и следует выбирать диаметры тепловой сети при открытой системе [3] определяется

,

где   - суммарный расход сетевой воды на отопление и

                  вентиляцию.

Расчетный расход воды определяется для каждого участка тепловой сети. Результаты расчетов заносятся в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчетные расходы воды

Пьезометрический график

    На пьезометрическом графике в определенном масштабе наносятся рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети.

    Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения гидравлического расчета водной тепловой сети наметить уровень статистических напоров, а также линии предельно допустимых максимальных и минимальных гидродинамических напоров в системе. Ориентируясь по ним, выбрать характер пьезометрического графика из условия, чтобы при любом ожидаемом режиме работы напоры в любой точке системы теплоснабжения не выходили за допустимые пределы.

    При любом режиме работы системы теплоснабжения должны соблюдаться условия надежности, которые сводятся к следующему:

    а) действительные давления не должны превышать допустимых давлений в оборудовании источника теплоснабжения, тепловой сети и абонентских установок;

б) во всех элементах системы теплоснабжения должно поддер-живаться избыточное давление (сверх атмосферного) для предупреж-дения кавитации насосов и защиты системы от подсоса воздуха. Минимальная величина избыточного давления принимается 0,05 МПа (5 м.вод.ст.);

     в) при гидродинамическом режиме системы теплоснабжения (т.е. при циркуляции воды) для обеспечения невскипания воды во всех точках системы должно поддерживаться давление, превышающее давление насыщения водяного пара при температуре воды в системе. Давление насыщения определяется по приложению В, таблица В.1.

    Последнее условие не учитывается при рассмотрении гидростатического режима, т.к. температура воды может быть снижена до 100°С и ниже путем выключения подогрева сетевой воды на станции, при этом не требуется обеспечивать избыточного давления, т.к. температура насыщенного водяного пара при давлении 0,1 МПа равна 100 °С.

    Разработка пьезометрического графика начинается с гидростатического режима, т.е. когда циркуляция воды в тепловой сети отсутствует и система заполнения водой с температурой 100°С, при этом все потребители тепла присоединяются по зависимой схеме. Намечается уровень полного статического напора в системе и проверяется возможность установления общей статистической зоны для всей системы теплоснабжения, а также выявляются причины, препятствующие такому решению. Установление общей статистической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным.

    При зависимой схеме присоединения отопительных установок к тепловой сети, полный статический напор определяется из условия обеспечения в верхних точках наиболее высоко расположенных отопительных установок, избыточного давления не менее 0,05 МПа (5 м.вод.ст.), по выражению:

где z  - геодезическая отметка, на которой расположено здание, м;

  L - высота здания, м.

    Под полным статистическим напором находятся все элементы системы теплоснабжения, однако пьезометрический статистический напор неодинаков для различных элементов системы теплоснабжения. Для каждого элемента системы пьезометрический статистический напор можно определить по выражению:

,

где z_i - геодезическая отметка каждого элемента системы, м.

    По величине пьезометрического статистического напора проверяются условия механической прочности всех элементов системы теплоснабжения с учетом допустимых величин, значения которых приведены в приложении Г. Наименьший допустимый напор, как правило, имеют местные системы отопления зданий, на которые и ориентируются при анализе графика для статического режима.

    В том случае, если напор меньше 60 м.вод.ст. получается только у отдельных зданий, то их местные системы следует присоединить по независимой схеме с использованием теплообменников. Если такой завышенный напор отмечается для целого района, то тепловую сеть разделяют на отдельные зоны.

    На рисунке 4 приведен пример графика напоров для статического режима системы теплоснабжения. Условно принимается, что отметка прокладки трубопроводов, установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадает с отметкой земли, а источник теплоснабжения расположен на отметке 0. Здания промышленного предприятия имеют высоту 20 м и расположены на геодезической отметке 15 м. Жилые здания имеют высоту 33 м и расположены на геодезической отметке 12 м. Наиболее высокой точкой системы будет верхний этаж жилых зданий. Тогда полный статистический напор в системе будет равен:

.

    Пьезометрические напоры соответственно в оборудовании источника теплоснабжения, в нижних этажах жилых и промышленных зданий будут равен:

,

    Следовательно, для данной системы теплоснабжения возможно присоединение отопительных установок абонентов по зависимой схеме и устанавливается общая статистическая зона для всей системы. При этом пьезометрические напоры не будут превышать допустимых значений.

    При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения график напоров разрабатывается для условий установившегося движения воды при расчетных расходах и максимальной расчетной температуре воды. Напоры в любой точке системы также должны удовлетворять указанным выше условиям надежности.

    На график наносят уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линий системы.

    При построении линий напоров для оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты (например, пиковые водогрейные котлы имеют высоту 10-15 м), величина допустимого максимального пьезометрического напора отсчитывается от нижней точки, а величина допустимого минимального пьезометрического напора – от верхней точки оборудования. Кроме этого, в связи с возможным локальным нагревом воды в отдельных трубах водогрейного котла выше расчетной температуры, для выходного коллектора величина минимального допустимого пьезометрического напора определяется по температуре, превышающей расчетную на

30 °С.

    Величина максимального допустимого гидродинамического пьезометрического напора обычно определяется:

    - для подающей линии, из условия механической прочности оборудования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоснабжения (пароводяные подогреватели, водогрейные котлы);

    - для обратной линии, при зависимой схеме присоединения абонентов, из условия механической прочности отопительных и вентиляционных приборов абонентских установок; при независимой схеме присоединения абонентов из условия механической прочности водо-водяных подогревателей.

    Величина минимального допустимого гидродинамического напора обычно определяется:

    - для подающей линии из условия защиты от вскипания воды;

- для обратной линии из условия предупреждения вакуума в

системе, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.

Рисунок 4 – Построение графика гидродинамических напоров

системы теплоснабжения

    На рисунке 4 показано построение графика гидродинамического напоров системы теплоснабжения рассмотренной выше. Расчетная температура воды в подающей линии задана 150 °С. Полный стати-ческий напор принят 50 м. Отопительные установки (чугунные радиаторы) абонентов присоединены по зависимой схеме. У источника тепла установлен стальной водогрейный котел, имеющий высоту 10 м и подогреватель сетевой воды.

    Линия П_б показывает максимально допустимые напоры в подающей линии от падающего коллектора на станции до абонентских вводов. Она определяется условиями прочности стального водогрейного котла с учетом гидравлических потерь

(220 м), трубопровода и арматуры подающей линии (160 м).

    Линия П_м показывает минимально допустимые напоры в подающей линии системы. Она определяется условиями обеспечения невскипания воды в верхней точке котла при температуре 175 °С (10+93=103 м ) и в подающей линии при температуре 145 °С (40 м).

    Линия О_б показывает максимально допустимые напоры в обратной линии системы от абонентских вводов до входного коллектора теплофикационного подогревателя. Она определяется условиями механической прочности подогревателя (140 м) и чугунных радиаторов отопления, присоединенных по зависимой схеме (60 м).

    Линия О_м показывает минимально допустимые пьезомет-рические напоры в обратной линии системы. Она определяется условиями обеспечения избыточного давления в обратной линии и на всасывающей линии насосов, для предупреждения подсоса воздуха и кавитации (5м. вод.ст.).

    Для построения графика действительных напоров в тепловой сети задаются значениями располагаемых напоров на коллекторах станции и у абонентов. Значение требуемого располагаемого напора на абонентском вводе или центральном тепловом пункте Н_Аб зави-сит от характера местной теплопотребляющей установки и схемы ее присоединения к тепловой сети. При размещении узлов присоединения непосредственного на абонентском вводе можно принимать значения приведенные в таблице 5.

    Полный напор на обратном коллекторе станции Н₀, м должен быть не менее 5 м.вод.ст. из условия обеспечения избыточного давления в обратной линии. В расчетах рекомендуется принимать .

Величина полного напора на подающем коллекторе станции Н_п, м, будет равна

где Н_сн - напор развиваемый сетевым насосом, м.

Таблица 5 - Располагаемые напоры у абонентов [4]

Схема присоединения	Наб, м
1. Зависимое присоединение отопительных и вентиляционных установок без применения элеваторов, а также независимое присоединение с помощью поверхностных подогревателей.	6-10
2. Присоединение отопительных установок с помощью элеватора.	15-20
3. Последовательное включение водо-водяных подогревателей горячего водоснабжения и элеваторного узла.	20-25

    Отсюда следует, что величина Н_п должна предварительно задаваться по двум условиям:

    - величина Н_п не должна выходить за пределы ограниченные линиями П_б и П_м (рисунок 4), с учетом возможного увеличения Н_п на 25% при испытаниях системы;

     - величина Н_п зависит от Н_сн, следовательно необходимо ориентироваться на напоры развиваемые существующими насосами, с учетом производительности этих насосов (характеристики сетевых насосов приведенных в приложении Д).

    Тогда располагаемый напор на коллекторах станции , м, будет равен

где -  потеря напора сетевой воды в теплоподогревательной уста-

             новке станции, пиковой котельной и станционных комму-

        никациях (обычно 20-25 м).

    Задавшись располагаемым напором на коллекторах станции  и располагаемым напором у абонента Н_аб можно определить располагаемую потерю напора на трение в трубопроводах тепловой сети ∆Н_тс, м

.

    В двухтрубной закрытой системе теплоснабжения эта потеря напора располагается поровну между подающей и обратной линиями тепловой сети

,

где , , – соответственно потеря напора в подающей и обратной

                     линиях тепловой сети, м.

    Наличие в закрытых системах насосных, насосно-смесительных или дросселирующих подстанций, особенности открытых систем, особенности рельефа местности накладывают свои особенности на пьезометрический график, которые необходимо учитывать.

    Для построения графика действительных напоров в тепловой сети предварительно задаются характером падения напора в расчетной магистрали. Если нет каких-либо ограничений по условиям профиля, высотности зданий или другим соображениям, то линию падения напора (пьезометрический график) выбирают прямолинейной.

    Желательно, чтобы при зависимой схеме присоединения линия действительных полных гидродинамических напоров подающей линии не пересекала линию статистических напоров. В этом случае в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети не требуется сооружения повысительных насосных подстанций, что упрощает систему и повышает надежность ее работы. Линия действительных полных гидродинамических напоров в обратной линии, как правило, пересекает линию статистических напоров.

    Линии действительных гидродинамических напоров наносят на график. На рисунке 4 линия П показывает напоры в подающей линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями П_б и П_м. Линия О показывает действительные напоры в обратной линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями О_б и О_м.

Гидравлический расчет водяной тепловой сети

    Задачами гидравлического расчета водяной тепловой сети является определение диаметров трубопроводов на всех участках, определение падения давления (напора) в подающей и обратной линиях, определение напора сетевого насоса, построение пьезомет-рического графика.

    Расчет диаметров водяной сети производится по максимальной тепловой нагрузке на отопление, вентиляцию и горячее водоснаб-жение в зимнее время.

    Для выбранных диаметров трубопроводов водяных тепловых сетей в случае необходимости определяются потери давления при расходах воды, отличающихся от расчетных, например: расход в летнее время, при максимальном отборе на горячее водоснабжение в двухтрубных сетях при открытой системе и др. Гидравлический расчет разделяется на два этапа: предварительный и проверочный.

    4.1 Предварительный расчет

    Выбирается расчетная магистраль, т.е. направление от станции до одного из абонентов, которое характеризуется наименьшим удельным падением давления. Если падение давления между станцией и любым потребителем одно и тоже, то расчетной магистралью является линия, соединяющая станцию с наиболее удаленным потреблением. Такое положение имеет место в паровой сети при одинаковых давлениях пара у всех потребителей, а в двухтрубной водяной сети - при одинаковом располагаемом напоре у всех потреби-телей. В примере приведенном на рисунках 2 и 3 магистральной трассой будет направление 0-1-2, т.к. располагаемые напоры у абонентов 2 и 3 приняты одинаковыми, а абонент 2 является наиболее удаленным.

    Расчет начинается с начального участка расчетной магистрали (0-1). По формуле Б.Л. Шифринсона определяется предварительное значение средней доли местных потерь давления на данном участке

,

где  - расход теплоносителя на рассматриваемом участке 0-1, кг/с;

     z – постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоноси-

            теля. Для воды рекомендуется принимать z = 0,03 - 0,05;

            для водяного пара  z = 0,2 - 0,4 [4].

    Предварительное значение удельного линейного падения давления на участке 0-1 , Па/м, т.е. падение давления на единицу длины трубопровода определяется по формуле

где p – объемная плотность воды (приложение В, таблица В.1), кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

- потеря напора по всей длине трассы 0-1-2, м. Принимается рав-

    ной потери напора в подающей линии ;

 - длина трубопровода на трассе 0-1-2, м.

    Определяется предварительное значение диаметра трубопровода на участке 0-1 , м

где А_d – постоянный расчетный коэффициент для определения

диаметра трубопроводов (приложение В, таблица В.2).

Проверочный расчет

        Ориентировочное расчетное значение диаметра трубопроводов округляется до ближайшего большего стандартного внутреннего диаметра  (приложение Е).

    С помощью скелетной схемы тепловой сети и профиля трассы (рисунок 2, 3) определяется количество запорной арматуры, пово-ротов, компенсаторов, переходов диаметров, и наносится на схему (рисунок 3). При этом необходимо руководствоваться следующими правилами.

    На водяных тепловых сетях секционирующие задвижки устанавливаются не реже, чем через каждые 1000 м с перемычкой между подающей и обратной линиями, задвижки устанавливаются также на всех ответвлениях и на вводах к крупным потребителям тепла. Число компенсаторов определяется в зависимости от расстояния между неподвижными опорами. Неподвижные опоры предусматриваются на трубопроводах при всех способах прокладки тепловых сетей. Рекомендуемые расстояния между неподвижными опорами приведены в приложении Ж. Тогда количество компенсаторов установленных на участке 0-1 будет равно

,

где l₀₁ – длина рассматриваемого участка, м;

        l_x - расстояние между неподвижными опорами, м.

    При установке П - образных компенсаторов длина трубопровода на участке 0-1 , м, увеличивается на величину

где Н – вылет (плечо) компенсатора, м.

    Вылет П - образного компенсатора Н, м, можно определить по формуле

где С_х – коэффициент конфигурации теплопровода, рекомендуется     принимать С_х= 0,3;

     Е    – модуль упругости первого рода (приложение И), МН/м²;

      d_H01 – наружный диаметр трубопровода, м;

        - максимальное допустимое напряжение при расчете усилий    

              тепловых удлинений, рекомендуется принимать

- расчетное тепловое удлинение трубопровода, м.

    Расчетное тепловое удлинение трубопровода , м, можно определить по формуле

,

где К₁- коэффициент зависящий от температуры теплоносителя

         (таблица 5);

    - коэффициент линейного расширения материала трубопровода     

        (приложение И), мм/м.град;

t₁ – максимальная температура теплоносителя (принимается для     

       прямой и обратной линий, равной температуре теплоносителя в

       прямой линии), °С;

t₀ – температура окружающей среды, °С.

    Температура окружающей среды принимается [3]:

     - при надземной прокладке равной среднегодовой температуре наружного воздуха (приложение К);

- при подземной бесканальной прокладке или прокладке в непроходных каналах равной температуре грунта на глубине заложения оси трубопровода +5 °С;

- при подземной прокладке в тоннелях или полупроходных каналах равной температуре воздуха в канале +40 °С.

Таблица 5 - Коэффициент для расчета теплового удлинения

                  трубопровода

    Уточненное значение удельных линейных потерь давления на участке 0-1 , Па/м, будет равно

где А_R – вспомогательный расчетный коэффициент (приложение В,

            таблица В.2);

G_p01 - расход теплоносителя на данном участке, кг/с.

    При выполнении гидравлического расчета величину местных потерь выражают через эквивалентные линейные потери условных участков, имеющих эквивалентную длину l_э. Эквивалентную длину всех местных сопротивлений участка 0-1 l_э01, м, можно определить по формуле

где А_l- вспомогательный расчетный коэффициент (приложение В,

       таблица В.2); 

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном

       участке;

- коэффициент отдельного местного сопротивления (приложе- 

   ние Л);

  n –количество местных сопротивлений на данном участке.

    Падение давления на участке 0-1 , Па, будет равно

                                   .                                       

    Потере напора на участке 0-1 , м

    Тогда располагаемый напор в т. I тепловой сети (рисунок 4) с учетом потери напора в подающей и обратной линиях , м, будет равен

    На этом заканчивается расчет участка 0-1 магистрали.

    Аналогично рассчитываются все остальные участки расчетной магистрали. Так, например, расчет следующего участка 1-2 начинается с предварительного определения доли местных потерь давления на этом участке

.

    Далее определяется предварительное значение линейных потерь давления на участке 1-2 R_л12, Па/м

где l₁₂ – длина трубопровода на участке 1-2;

  - потеря напора на участке 1-2 расчетной магистрали, м.

    Потеря напора на участке 1-2 ,будет равна

и т.д.

    В аналогичной последовательности производится также расчет ответвлений. Все расчеты сводятся в таблицу 6.

    При гидравлических расчетах водяных тепловых сетей удельные потери давления в трубопроводах рекомендуется принимать [4]:

- для участков расчетной магистрали от источника тепла до наиболее удаленного абонента - не более 80 Па/м;

- для ответвлений от расчетной магистрали - по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.

    В случае, если действительные удельные потери давления превышают допустимые, то следует принять большой стандартный диаметр трубопровода.

    По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график водяной тепловой сети (рисунок 4).

Таблица 6 - Сводная таблица гидравлического расчета водяных тепловых сетей

Участок тепловой сети	Расход воды на участке , кг/с	Длина участка по плану l, м	Располагаемый напор в начале участка	Предварит. доля местных потерь	Предварит. удельные линейные потери напора Rл, Па/м	Предварительный диаметр участка трубопровода
1	2	3	4	5	6	7
0-1 1-2 1-3

Стандартный внутренний диаметр трубопровода участка,	Количество компенса-торов , шт	Длина вылета всех компенса-торов lk,, м	Сумма коэффициентов местных сопротивлений,	Эквивалентная длина всех местных сопротивлений, lэ, м	Удельные линейные потери напора,	Потеря напора на участке,
8	9	10	11	12	13	14
0-1 1-2 1-3

    5 Гидравлический расчет паровой линии

        Гидравлический расчет паропроводов производится по заданным в исходных данных расходу и давлению пара, с учетом изменения состояния пара за счет падения давления при движении его по паропроводу и падении температуры, за счет потерь тепла в окружающую среду.

    Таким же образом, как и для водяных тепловых сетей, составляется профиль и скелетная схема паропровода. Расчетным участком считается участок между двумя ближайшими ответвлениями. При расчете паропроводов большой протяженности длина расчетного участка принимается равной 300 – 500 м, при большом перегреве пара длину расчетного участка можно увеличить до 1000 м. Секционирующие задвижки на паропроводах не устанавливают.

    Расчет разбивается на два этапа: предварительный и проверочный.

    5.1 Предварительный расчет

        Выбор расчетной магистрали производится методом, указанным в п.4.1. Расчет разветвленной паровой сети выполняется в такой же последовательности, как и расчет тепловой водяной сети.

    Предварительное значение средней доли местных потерь давления на данном участке рассчитывается

,

где  - расход теплоносителя на рассматриваемом участке 0-1, кг/с;

     z – постоянный коэффициент, зависящий от вида теплоносителя

            Для водяного пара  z = 0,2 - 0,4 [5].

    Задаются значением температуры пара у потребителя t_пк таким образом, чтобы она была существенно выше чем температура насыщения водяного пара при давлении Р_пк, заданном в исходных данных. Температуру насыщения водяного пара можно определить из приложения И, таблица И.2. Затем задаются падением температуры пара на рассматриваемом участке, рекомендуется принимать

 ∆t_п = 10 – 20 ^оС на 1 км длины паропровода.

    Задаются предварительным значением падения давления пара ∆Р_п на расчетных участках паропровода в пределах 0,05 – 0,1 МПа на  

1 км длины паропровода.

    В примере приведенном на рисунках 2 и 3 потребителем пара является только промышленное предприятие (абонент 3), расчетная магистраль 0-1-3. Так как паропровод является транзитным, то расчет можно выполнять сразу для всей магистрали 3-0. Падение давления пара ∆Р_п будет равно разности давлений на станции Р_пн и у абонента Р_пк.

    Предварительное значение удельного линейного падения давления на рассматриваемом участке паропровода  будет равно

,

где - длина участка паропровода по генплану, м.

    Предварительное значение внутреннего диаметра паропровода  можно вычислить по формуле

,

где А_d – вспомогательный расчетный коэффициент (приложение В,

         таблица В.2);

   D – расчетный расход пара на участке, задается в исходных

          данных к проекту, кг/с;

    ρ – средняя плотность пара на участке, кг/м³.

    Состояние пара принимается для каждого расчетного участка при средней плотности. С достаточной степенью точности средняя плотность пара на участке , определяется по формуле

,

где ρ_пн, ρ_пк – соответственно плотности пара в начале и конце расчетного участка (приложение М), кг/м³.

    5.2 Проверочный расчет

        Предварительно рассчитанное значение диаметра трубопровода округляется до ближайшего стандартного внутреннего диаметра

(приложение Е).

    Местные сопротивления, а также эквивалентная длина местных сопротивлений  количество и размеры компенсаторов, а также суммарная длина вылета П – образных компенсаторов  вычисляются по методике приведенной для водяных тепловых сетей (п. 4.2).

    Следует иметь в виду, что секционирующие задвижки на паропроводах расчетной магистрали не устанавливают. Задвижки устанавливаются на ответвления, а также перед вводом паропровода к абонентам. При совместной прокладке паропроводов и трубопроводов горячей воды принятые расстояния между мертвыми опорами должны быть одинаковыми или чтобы между небольшими пролетами можно было разместить дополнительные компенсаторы на трубопроводах с меньшими пролетами.

    Уточненное значение удельных линейных потерь давления  вычисляется по формуле Д Арси

,

где λ – коэффициент гидравлического трения.

    Коэффициент гидравлического трения при любых значениях числа Рейнольдса допускается определять по формуле [4]

где к_э – абсолютная эквивалентная шероховатость паропровода

        (приложение В, таблица В.2), м;

Re – число Рейнольдса.

    Число Рейнольдса определяется по формуле

где ν – кинематическая вязкость перегретого пара (приложение Н,

       таблица Н.1), м²/с.

    Падение давления на рассматриваемом участке трубопровода  будет равно

где l - длина участка паропровода по генплану, м.

    Определяется скорость пара W_п, м/с, в паропроводе

    Полученное значение скорости не должно превышать величины указанной в таблице 7. На ответвлениях к отдельным абонентам допускается увеличивать скорость пара по сравнению с предельными значениями, но не более чем на 30%.

Таблица 7 – Предельные скорости пара в паропроводах, м/с

    Потери тепла паропроводом в окружающую среду Q_п, кДж/с, определяются по формуле

,

где q_l – удельные тепловые потери одним метром изолированного

        паропровода при разности температур между температурой

        пара и окружающей среды в один градус (приложение П),

        кДж/(с.м);

t_ср - средняя температура пара на рассматриваемом участке, ^оС;

t_o – температура окружающей среды, ^оС. Принимается в

        зависимости от типа прокладки паропровода (п.4.2).

    Падение температуры перегретого пара ^оC на участке паропровода за счет теплопотерь в окружающую среду определяется по формуле

,

где с_п - теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении и

         средней температуре пара на участке (приложение Р),

         кДж/(кг.град).

    По результатам расчета определяют параметры пара на станции (давление   температура  и плотность ), находят значение . Если значение средней плотности пара отличается от ранее принятого значения , более чем на 5%, то уточняют значения ΔР_п и R_л  и расчет повторяют. Если расхождения не велики, то расчет считается законченным.

    Гидравлический расчет напорных конденсатопроводов производят аналогично гидравлическому расчету водяных тепловых сетей.

 6 Тепловой расчет трубопроводов

     Основными задачами теплового расчета являются определение тепловых потерь трубопроводами и выбор толщины тепловой изоляции.

     6.1 Выбор толщины тепловой изоляции

     Расчет выполняется отдельно для подающей и обратной линий. Толщина изоляции трубопроводов определяется исходя их предварительно принятых норм тепловых потерь. Норма потери тепла I метром трубопровода определяется в зависимости от наружного диаметра трубопровода и среднегодовой температуры теплоносителя для различных типов прокладки трубопроводов согласно данным приведенным в приложениях Н (таблица Н.2), С, Т.

     После выбора нормы тепловых потерь определяется предварительное значение тепловых сопротивлений трубопровода R_т, м.с.град/кДж, по формуле

где - температура теплоносителя (в падающем или обратном трубо-    

         проводе), ;

где - температура окружающей среды, . Выбирается в зависимо-

         сти от типа прокладки трубопровода (п.4.2)

     Затем вычисляется условный параметр

,                         

где - сумма термического сопротивления защитного покрытия и сопротивления теплоотдаче от поверхности изоляции к окружающему воздуху (приложение У, Ф), с.м. град./кДж;

- коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции,                 кДж/(с.м.град).

     Коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции определяется по приложению Х в зависимости от средней температуры изоляционного слоя . Значение средней температуры изоляционного слоя  принимается из приложения Ц (таблица Ц.1) в зависимости от температуры среды .

     Используя график, приведенный на рисунке 5, по условному параметру , принимается толщина основного слоя теплоизоляции  трубопроводов теплотрассы. Определив таким образом основные размеры теплоизоляции, переходят к определению действительных значений тепловых потерь.

     6.2 Тепловые потери трубопроводов

     Суммарные тепловые потери трубопровода , кДж/с, опреде-ляются по формуле

,

где - действительные удельные тепловые потери изолированным       трубопроводом, кДж/ (с.м);

   - длина рассматриваемого участка по генплану, м;

- суммарная длина компенсаторов, м;

- коэффициент местных потерь тепла, учитывающей потери фланцев, фасонных частей и арматуры (таблица 8).

Таблица 8- Значение коэффициента  

     Действительные удельные тепловые потери изолированным трубопроводом определяются по формуле

         Рисунок 5 – График для определения толщины слоя изоляции                            

,

     где  - действительное полное термическое сопротивление изолированного трубопровода, м.с.град/кДж.

       Величина действительного полного термического сопротивления изолированного трубопровода определяется в зависимости от способа прокладки трубопроводов. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи:

       6.2.1 Надземная прокладка трубопроводов.Полное термическое сопротивление  будет равно