Задачи и методика гидравлического расчета транзитных трубопроводов и разветвленных водяных тепловых сетей

Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети. При проектировании в задачи гидравлического расчета входят:

- определение диаметров трубопроводов;

- определение падения давления (потерь напора) по сети;

- определение давлений (напоров) в различных точках сети;

- увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимого давления и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Иногда необходимо определение пропускной способности трубопроводов и сети при известных расчетных значениях диаметра и потерях давления.

Результаты гидравлического расчета позволяют:

- определить капиталовложения, расход металла (труб, арматуры, и объем строительно-монтажных работ);

- установить характеристики циркуляционных сетевых и подпиточных насосов, их количество и размещение;

- выяснить условия работы сети систем абонентов, выбрать схему присоединения абонентских установок;

- выбрать средства авторегулирования для сети и абонентских вводов;

- разработать режимы эксплуатации систем теплоснабжения.

 

Для проведения гидравлического расчета (водяной) тепловой сети должны быть задана схемы и профиль сети по рельефу местности, указаны размещения источников теплоты, потребителей и их расчетные нагрузки и расходы сетевой воды. Гидравлический расчет для определения диаметров труб выполняют по зимним суммарным расчетным расходам теплоносителя.

При дублированных или кольцевых схемах также выполняют проверочный гидравлический расчет на аварийный режим, исходя из условия обеспечения неотключаемых тепловых нагрузок.

Величина эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стальных труб теплоснабжения для проектируемых сетей принимают: для водяных теплоносителей К_э=0,0005 м; для паропроводов К_э=0,0002 м; для конденсатопроводов К_э=0,001 м.

Диаметры участков трубопроводов обычно выбирают исходя из непревышения R_л, Па/м.

Удельные потери давления на трение определяются на основе технико-экономических расчётов.

Допускается принимать линейные потери давления в трубопроводе R_л:

- для участков магистральных трубопроводов от источника тепла до самого удаленного потребителя 40-80 Па/м;

- для распределительных тепловых сетей и ответвлений к отдельным зданиям по располагаемому перепаду давления, но не более 295 Па/м. Избыточный перепад давления используется в элеваторах (соплах) или в дроссельных шайбах;

- для паропроводов по располагаемому перепаду давления, но при скорости пара не более указанной:

Диаметр паропровода Ду, мм	Скорость пара, w, м/с
Для перегретого пара	Для насыщенного пара
до 200 включительно
свыше 200

 

- для напорных конденсаторов до 98 Па/м;

- для сборных конденсатопроводов по располагаемому перепаду давления.

На основании гидравлического расчета устанавливаются величины давлений (напоров) в различных точках сети. Для водных сетей строится пьезометрический график (график давлений или напоров), который позволяет выбрать схему присоединения абонентов, увязать статистический и динамический режимы работы сети, определить напор сетевых и подпиточных насосов. Для паровых сетей из-за малой плотности пара пьезометрический график не строится, профиль прокладки не учитывается.

Расчёт транзитного трубопровода

Коэффициент местных потерь:

где

- коэффициент из справочника;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

l – длина транзитного участка, м;

G – расход теплоносителя, кг/с;

ΔР – суммарная потеря давления, Па.

Удельная линейная потеря давления:

Внутренний диаметр трубопровода:

где

- коэффициент из справочника;

 

Суммарная потеря давления на участке:

ΔР = R_л ∙ l ∙ (1+α) = R_л ∙ l_пр,где l_пр – приведенная длина трубопровода, м l_пр = l + l_ЭК,где l_ЭК – эквивалентная длина местных сопротивлений (задвижки, вентили, повороты, компенсаторы).

 

Расчёт разветвлённой сети

Составляют схему тепловой сети с длинами всех участков, расходов теплоносителей, указывают запорную арматуру и местные сопротивления.

Главная магистраль – это направление от источника до самого отдалённого потребителя.

 

Расход теплоносителя:

- закрытые водяные сети G_под = G_обр;

- открытые сети G_под ≠ G_обр, т.е. расчёт по усреднённому расходу:

 

, где

 

G₀, G_B, G_Г – расчётный расход воды на отопление, вентиляцию, ГВС соответственно, кг/с.

 

Определяют диаметр трубопровода по ГОСТу, находят удельную линейную потерю давления R_л для прямой и обратной при G_под ≠ G_обр.

Суммарные потери давления:

- закрытые сети ΔР_под = ΔР_обр;

- открытые сети при G_под ≠ G_обр, ΔР_под ≠ ΔР_обр.

Зная суммарную потерю давления на участке и давление на оном из его концов находят давление на другом конце участка.

При расчёте сложных ответвлений определяется:

- расчётное направление (с минимальной удельной потерей давления);

- расчётное давление или располагаемые напоры у абонентов при выбранных диаметрах сети.

 

 

 

№38

Пьезометрический график напоров водяной тепловой сети. Гидростатический и гидродинамический режимы её работы

Для водяных тепловых сетей после гидравлического расчёта производят построение пьезометрического графика (графика напоров) для основной расчётной магистрали и характерных ответвлений, а при нескольких магистральных одного источника тепла - для каждой из магистралей, совмещая их на одном чертеже.

Пьезометрический график позволяет судить о напорах в любой точке сети, о располагаемых перепадов (напоров) у абонентов, и следовательно даёт возможность выбирать гидравлические режимы работы сети из условия их надёжности, рациональные схемы присоединения потребителей к сети. Основные требования к режиму напоров водяных тепловых сетей состоят в следующем:

- напор в любой точке системы не должен превышать допускаемых пределов прочности установленного оборудования источников тепла и местных систем отопления, вентиляции и ГВС, присоединяемых зданий. Наименьший допустимый напор имеют местные отопительные системы с чугунными радиаторами. На них обычно и ориентируются при построении пьезометрического графика, он составляет 60 м вод.ст. Поэтому напор в обратной линии тепловой сети и статическое давление системы не должно превышать 50 м вод. ст. Для стальных отопительных приборов не выше 80 м вод. ст.

- напор во всех точках тепловой сети и местных систем должен быть выше атмосферного не менее чем 5 м вод.ст. для предупреждения подсоса воздуха и связанного с этим нарушения циркуляции воды в местных системах и возникновения внутренней коррозии местных систем и тепловых сетей.

- во всасывающих патрубках сетевых насосов должен быть обеспечен напор избыточный не ниже 5 м вод. ст., который предупреждает возникновение кавитации в них.

- давление в подающей линии тепловых сетей должно поддерживаться на таком уровне, чтобы избежать вскипания воды при температуре выше 100°С.

Все эти требования должны выполняться как при циркуляции воды в системе - гидродинамический режим, так и при состоянии покоя - гидростатический.

На пьезометрическом графике по горизонтали откладывают длины участков тепловой сети, по вертикали - профиль местности, высоту характерных зданий, присоединяемых к тепловым сетям, величины напоров в сети. Условно принимают, что отметка прокладки трубопроводов, установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в местной системе принимают равным высоте здания с запасом 3-5 м.

Статическое давление на графике характеризуется горизонтальной линией, проведённой на отметке 5 м выше наиболее высокого здания. Давление в любой точке системы при гидродинамическом режиме должно обеспечивать заполнение системы водой, предотвращать вскипание воды и не превышать допустимого по прочности оборудования, трубопроводов тепловой сети и местных систем присоединяемых зданий. Для принятого в настоящее время температурного графика 150/70 это давление может быть принято 40 м вод. ст. Для водогрейных котлов дополнительно учитывают возможность локального вскипания воды в трубках поверхности нагрева и наименьшее давление, предотвращающее вскипание воды, принимают при температуре насыщения, превышающей расчётную на 30°С. На входе в котёл давление должно быть выше на величину гидравлических потерь давления в котле при наибольшем расчётном распаде воды. Ориентировочно наименьшее давление воды на входе в котёл принимается для температурного графика 150/70 - 108 м вод.ст. линия давления в подающем трубопроводе при расчётном и других гидродинамических режимах должна располагаться выше линии невскипания. Условная линия невскипания повторяет геодезический профиль положения воды в системе и при сложном рельефе местности может пересекаться с линией статического давления.

Для предварительного построения пьезометрического графика можно рекомендовать следующий метод:

Принимая за нуль отметку самой низкой точки района тепловой сети, строится профиль местности. На профиле в масштабе вычерчиваются высоты присоединяемых зданий. Выбирается и наносится линия статического давления. Строится линия напора из условия невскипания воды в самой высокой точке района при заполнении системы водой с максимальной температурой.

Намечается положение пьезометрического графика обратной магистрали, исходя из заданной удельной линейной потери напора и удовлетворения следующих требований:

а) напор в обратной магистрали не должен превышать 50 м вод.ст. что позволяет присоединить все отопительные системы к тепловой сети по зависимой схеме;

б) пьезометрический напор в обратной магистрали не должен быть ниже 5 м вод.ст. во избежания вакуума.

При выборе положения пьезометрического графика подающей магистрали должны быть удовлетворены следующие требования:

а) пьезометрический график подающего трубопровода не должен пересекать линию вскипания;

б) располагаемый напор в конечной точке тепловой сети должен быть равен или больше расчётной потери напора на абонентском вводе, которая зависит от характера местной системы и схемы её присоединения к тепловой сети.

Различают 2 режима динамический и статический.

Задачей динамического режима является обеспечение циркуляции теплоносителя (воды) во всех звеньях системы теплоснабжения (теплообменниках источника теплоты, трубопроводах тепловой сети, потребителях).

К динамическому режиму предъявляются следующие требования: напоры перед тепловыми пунктами должны быть достаточными для подачи соответствующего расхода воды в местные системы теплопотребления:

-давление в подающем трубопроводе на всём его протяжении должно быть не ниже давления, обеспечивающее невскипание в трубопроводе воды;

-давление в обратном трубопроводе должно быть выше статической высоты большинства отопительных систем для обеспечения их залива; давление в обратном трубопроводе должно максимально обеспечивать зависимое присоединение отопления, т.е. оно не должно приводить к разрушению отопительных систем.

Динамический режим обеспечивается: работой сетевых насосов, устанавливаемых на источнике теплоты и в промежуточных точках сети (на подстанциях), работой подпиточных насосов, дроссельными устройствами, устанавливаемых в промежуточных точках сети. С помощью сетевых насосов создается необходимый напор перед тепловыми пунктами.

Подпиточные насосы служат для восполнения потерь сетевой воды при утечках через неплотности в трубопроводах и поддержания в тепловой сети давлений на требуемом уровне.

Задачей статического режима является: обеспечение заполнения систем отопления при отсутствии циркуляции. При статическом режиме давления в точках присоединения систем отопления должно быть выше статической высоты систем отопления и в то же время ниже давления допустимого для системы отопления по условиям прочности. Статический режим обеспечивается работой подпиточных насосов и соответствующих регулирующих устройств. При сложном рельефе местности (большая разность высот), тепловая сеть при статическом режиме делится на зоны. В каждой зоне при остановке сетевых насосов поддерживается своё значение статического давления.

 

№39