Установить соответствие основных типов схем тепловых сетей. Схемы теплоснабжения и их конструктивные особенности

Задачи гидравлического расчета тепловых сетей

Гидравлический расчет является одним из важнейших этапов проектирования и эксплуатации тепловых сетей.

При проектировании тепловых сетей в прямую задачу гидравлического расчета входит:

1. Определение диаметров трубопроводов;

2. Определение потерь давления на участках;

3. Определение давления в различных точках;

4. Увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах.

В некоторых случаях (при эксплуатации тепловых сетей) может решаться обратная задача, т.е. определение пропускной способности трубопроводов при известном диаметре или потерях давления участка.

В результате после гидравлического расчета тепловой сети могут быть решены следующие задачи:

1. Определение капитальных вложений;

2. Подбор циркуляционных и подпиточных насосов;

3. Выбор схем присоединения абонентов;

4. Выбор регулирования абонентских вводов;

5. Разработка режима эксплуатации.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещения источника и потребителей и расчетные тепловые нагрузки.

Схема тепловой сети определяется размещением источника теплоты (ТЭЦ или котельной) по отношению к району теплопотребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя (рис. 5.1 ).

Основные принципы, которыми следует руководиться при выборе схемы тепловой сети – это надежность и экономичность.

Экономичность тепловой сети определяется по - среднее удельное падение давления по длине. = f (стоимости сети, расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя, теплопотерь трубопроводов и т.д.)

Удельные потери давления на трение при гидравлических расчетах водяных тепловых сетей следует определять на основании технико-экономических расчетов.

Если технико-экономические расчеты не проводятся, то рекомендуется принимать:

Магистральные трубопроводы;

Ответвления.

Надежность тепловой сети – это способность непрерывной подачи теплоносителя к потребителю в необходимом количестве в течении всего года. Требования к надежности тепловой сети возрастают с понижением расчетной температуры наружного воздуха и увеличением диаметров трубопроводов. В СНиПе для различных t нр и d тр указаны необходимость резервирования подачи теплоты и допускаемое снижение подачи от расчетного значения.

Аварийная уязвимость тепловой сети особенно заметно проявляется в крупных системах теплоснабжения при зависимом присоединении абонентов, поэтому при выборе схемы водяной тепловой сети вопросам надежности и резервирования теплоснабжения необходимо уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети разделяются на магистрали и распределительные. К магистралям относятся трубопроводы, соединяющие источник с районами теплопотребления. Из магистралей теплоноситель поступает в распределительные сети и по ним через ЦТП и ИТП к абонентам. Непосредственное присоединение потребителей к магистралям тепловой сети допускать не следует, кроме крупных промышленных предприятий (с Q > 4 МВт ).

Рис. 5.1.

Принципиальная

схема тепловой

СК – секционирущая камера

В местах присоединения распределительных сетей к магистралям сооружают секционирующие камеры (СК), в которых размещают: секционирующие задвижки, задвижки распределительных сетей и т.д.

Секционирующие задвижки устанавливают на магистралях с 100 мм на 1000 м , 400 мм на 1500 м . Благодаря разделению магистральных сетей на секции уменьшаются потери воды из тепловой сети при аварии, т.к. место аварии локализуется секционными задвижками.

Принципиально существуют две схемы: тупиковая(радиальная) и кольцевая.

Рис. 5.2 . Принципиальные схемы тепловых сетей: а, в – тупиковые;

в – кольцевая; 1 – магистраль 1; 2 – магистраль 2;

3 – резервирующая перемычка

Тупиковая схема (рис. 5.2а, в ) более дешевая по начальным затратам, требует меньше металла и проста в эксплуатации. Однако менее надежна, т.к. при аварии на магистралях прекращается теплоснабжение абонентов, присоединенных за местом аварии.

Кольцевая схема (рис. 5.2б ) более надежна и применяется в крупных системах теплоснабжения от нескольких источников.

Для увеличения надежности работы тупиковых схем применяют резервирующие перемычки (рис. 5.2в ).

5.2. Определение схемы и конфигурации тепловых сетей.

При проектировании тепловых сетей выбор схемы является сложной технико-экономической задачей. Схема тепловой сети определяется не только размещением источников тепла по отношению к потребителям, но и видом теплоносителя, характером тепловых нагрузок и их расчетной величиной.

Основными критериями, которыми оценивается качество проектируемой тепловой сети, должны являться ее и экономическая эффективность. При выборе конфигурации тепловых сетей нужно стремиться к наиболее простым решениям и, по возможности, меньшей длине трубопроводов.

В тепловых сетях в качестве теплоносителей могут применяться как вода, так и пар. Пар в качестве теплоносителя используется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Обычно протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Если по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, то наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением служит прокладка однотрубного паропровода с опроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование паровых сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо одного трубопровода, рассчитанного на полную нагрузку, двух параллельных, рассчитанных на половинную нагрузку, площадь поверхности трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми сетями главным образом из-за большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов, проложенных в подземных каналах. Кроме того, водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большей плотности теплоносителя. Аварийная уязвимость водяных тепловых сетей особенно заметно проявляется в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при выборе схемы водяных тепловых сетей вопросам надежности и резервирования теплоснабжения необходимо уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на ные и распределительные. К ным сетям обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой.

Теплоноситель поступает из ных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к ным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий,

Ные тепловые сети с помощью задвижек разделяются на секции длиной 1 – 3 км. При раскрытии (разрыве) трубопровода место отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды, и сокращается длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается так, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре для отопления опустится ниже 12 – 14 °С. Это минимально предельное значение, которое принимают обычно, в соответствии с договором теплоснабжения.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть, как правило, меньше при больших диаметрах трубопроводов и при более низкой расчетной наружной температуре для отопления . Время, необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диаметра тру бопровода и расстояния между секционирующими задвижками. Это обусловлено тем, что с увеличением диаметра существенно возрастает время ремонта.

В случае если время ремонта больше допустимого, необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети. Одним из методов резервирования является блокировка смежных магистралей. Секционирующие задвижки удобно размещать в узлах присоединения распределительных сетей к ным тепловым сетям. В этих узловых камерах кроме секционирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными ьными (камеры 4 на рис. 5.1). В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунктом. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебойное абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Рис. 5.1. Принципиальная однолинейная коммуникационная схема двухтрубной водяной тепловой сети с двумя магистралями

1 - коллектор ; 2 - ная сеть; 3 - распределительная сеть; 4 - секционирующая камера; 5 - секционирующая задвижка; 6 - ; 7 - блокирующая связь

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными. Соответствующей схемой их присоединения к ной сети может быть предусмотрено использование блокировочной связи как для подающего, так и для обратного трубопровода.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабжении, должна быть предусмотрена возможность резервного теплоснабжения от газовых или электрических нагревателей или же от местных ьных на случай аварийного прекращения централизованного теплоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение). Для предприятий, в которых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дублированные или кольцевые схемы тепловых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответствии с режимом работы предприятий.

На рис. 5.1 приведена принципиальная однолинейная схема двухтрубной водяной тепловой сети от электрической мощностью 500 МВт и тепловой мощностью 2000 МДж/с (1700 Гкал/ч).

Радиус действия тепловой сети 15 км. До конечного района теплопотребления передается по двум двухтрубным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры ных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления вводится по четырем магистралям диаметром 700 мм, а затем распределяется по восьми магистралям диаметром 500 мм. Блокировочные связи между магистралями, а также резервирующие ные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между секционирующими задвижками (на схеме – 2 км) время, необходимое для ремонта трубопровода диаметром 700 мм, меньше времени, в течение которого внутренняя температура отапливаемых зданий при отключении отопления при наружной температуре снизится от 18 до 12 ºС (не ниже).

Блокировочные связи и секционирующие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистрали диаметром 800 мм и более обеспечивается всех абонентов, присоединенных к тепловой сети. абонентов нарушается только при авариях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается абонентов, расположенных за местом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких целесообразно предусмотреть взаимную блокировку посредством соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая

Блокирующие связи между магистралями большого диаметра должны иметь достаточную пропускную способность, обеспечивающую передачу резервирующих потоков воды. В необходимых случаях для увеличения пропускной способности блокирующих связей сооружаются ные подстанции.

Независимо от блокирующих связей между магистралями целесообразно в городах с развитой нагрузкой горячего водоснабжения предусматривать перемычки сравнительно небольшого диаметра между смежными распределительными тепловыми сетями для резервирования нагрузки горячего водоснабжения.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от станции и снижения присоединенной тепловой нагрузки.

Такая сеть наиболее дешевая по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации. Однако при аварии на магистрали радиальной сети прекращается абонентов, присоединенных за местом аварии. Если происходит авария на магистрали вблизи станции, то прекращается всех потребителей, присоединенных к магистрали. Такое решение допустимо, если время ремонта трубопроводов диаметром не менее 700 мм удовлетворяет вышесказанному условию.

Вопрос о том, при каких диаметрах теплопроводов какую схему тепловых сетей (радиальную или кольцевую) следует применять в системах централизованного теплоснабжения, должен решаться исходя из конкретных условий, диктуемых ю теплоснабжения потребителей теплоты: допускают они перерыв в подаче теплоносителя или нет, каковы затраты на резервирование и т.п. Поэтому в условиях рыночной экономики указанная выше регламентация диаметров и схем тепловых сетей не может считаться единственно правильным решением.

Для транспортирования тепла от источника тепло­снабжения до потребителей сооружаются наружные тепловые сети. Они являются одними из наиболее трудоемких и дорого­стоящих элементов системы теплоснабжения. Сети состоят из стальных труб, соединенных сваркой, тепловой изоляции, запорной арматуры, компенсаторов (тепловых удлинителей), дренажных и воздухоспускных устройств, подвижных и неподвижных опор. В комплекс строительных конструкций входят камеры об­служивания и система подземных каналов.

Тепловые сети различают по числу теплопроводов, передающих теплоноситель в одном направлении (одно-, двух-, трех- и четырехтрубные). Однотрубная магистраль применяется для подачи воды без ее возврата в котельную или ТЭЦ и пара без возврата конденсата. Такое решение возможно при использовании воды из самой тепловой сети на цели горячего водоснабже­ния, технологические нужды или дальнее теплоснабжение от ТЭЦ, а также при использовании термальных вод.

В теплоснабжении малых населенных мест применяется двухтрубная открытая система теплоснабжения, когда тепловая сеть состоит из теплопроводов подающего и обратного. Часть воды, циркулирующей в открытой сети, разбирается абонентами для горячего водоснабжения.

В водяных и паровых двухтрубных закрытых системах вода, циркулирующая в тепловых сетях, или пар используется только как теплоноситель. Соединение двухтрубной системы теплоснаб­жения на нужды отопления и вентиляции с однотрубной системой горячего водоснабжения приводит к трехтрубной. Если си­стема горячего водоснабжения имеет две трубы, вторая труба является вспомогательной для создания циркуляции, уст­раняющей остывание воды при малом водоразборе. Тогда вся система теплоснабжения вместе с двухтрубной системой отоп­ления называется четырехтрубной. Трехтрубные или четырехтрубные могут быть применены в тех случаях, где рациональнее выделить горячее водоснабжение на третью трубу. В системах горячего водоснабжения жилых зданий, больниц, гостиниц и т. п. желательно предусматривать циркуляцию воды.

Схема тепловой сети определяется размещением ТЭЦ или поселковой котельной среди теплопотребителей. Сети выполняются радиальными тупиковыми.

Для поселков сельскохозяйственных предприятий, застраи­ваемых двух- и трехэтажными домами, расположенными груп­пами (рис. 1), образующими параллельные фронты застройки или замкнутые контуры, могут применяться кольцевые одно­трубные тепловые сети. Кольцевые системы могут устраиваться

Рис. 1. Конфигурация тепловых сетей: А - радиаль­ная сеть; Б - радиальная сеть с перемычками; 1 - котельная; 2 - тепловая сеть; 3 - перемычка

как от групповых котельных, так и от двухтрубной магистрали отопительной котельной.

Однотрубные кольцевые системы имеют те же общие принципы действия, что и однотрубные системы внутреннего отопле­ния. Теплоноситель в сети последовательно проходит каждое присоединенное здание и в последних приближается к температуре обратной воды. Регулирование теплоотдачи в отапливаемых зданиях достигается установкой приборов с различными поверхностями нагрева.

Однотрубные сети прокладываются параллельно фронту за­стройки присоединяемых.зданий на расстоянии от 3 до 5 м от линии застройки. Количество присоединяемых зданий к тепло­вой сети определяется из условия непревышения допустимого давления для нагревательных приборов.

Трубопроводы тепловых сетей прокладываются в непроход­ных каналах и бесканально (подземная прокладка), а также на отдельно стоящих опорах (наземная прокладка). Последняя применяется на территории производственных площадок, ТЭЦ или при прохождении через незастроенные территории. Приме­нение ее ограничивается архитектурными соображениями.

Основным типом подземной прокладки тепловых сетей явля­ется прокладка в непроходных каналах.

На рис. 2 показана конструкция непроходного канала с бетонными стенками. При такой конструкции основ­ные затраты (50-58%) приходятся на строительную часть, тепловую изоляцию труб, т. е. на вспомогательные сооружения прокладки. Каналы прокладываются на глубине 0,7-1 м от по­верхности земли до верха плиты перекрытия. Во избежание дре­нажных устройств тепловую сеть необходимо стремиться укла­дывать выше уровня грунтовых вод. Если этого избежать невоз­можно, применяются, гидроизоляция канала из двух слоев рубе­роида на клебемассе или прокладка с наименьшим заглублением (до 0,5 м). Однако гидроизоляция каналов тепло­вых сетей не обеспечивает надежной защиты их от грунтовых вод, так как в практических условиях трудно вы­полнить такую изоляцию доброкачест­венно. Поэтому в настоящее время при укладке тепловых сетей ниже уровня грунтовых вод устраивают сопутствую­щий пластовый дренаж.

Дренажные трубы песчано-гравийным (щебеночным) фильтром про­кладывают вдоль канала, обычно со стороны наибольшего при­тока грунтовых вод. Под канал и вдоль боковых его стен укладывают песчаный грунт, который способствует отводу грунтовых вод. В отдельных случаях дренажные трубы

размещают под каналом (рис.2), а смотровые колодцы уст­раивают внутри компенсаторных ниш. Устройство дренажа под каналом обходится значительно дешевле, особенно в скальных и плывунных грунтах, так как в этом случае не требуется дополнительного уширения траншей.

Применение пористых бетонных труб удешев­ляет и ускоряет сооружение дренажа, так как уменьшаются тру­доемкие работы по устройству фильтров.

При сооружении канала теплотрассы в мелкозернистых пес­чаных и супесчаных грунтах может быть устроен песчано-гравийный или песчаный фильтр слоем 150 мм под каналом.

Заглубление теплопроводов определяется, как правило, про­филем земли, отметками вводов, протяженностью сети и про­кладкой других подземных коммуникаций. Водопровод и газопровод обычно прокладываются на уровне теплопроводов.

В местах пересечений допускается устройство местных изгибов водопровода или газопровода с прокладкой их над или под теп­лопроводами.

Для существенного снижения стоимости прокладки сетей применяют бесканальную прокладку труб в теплоизоляционных оболочках. В этом случае тепловая изоляция труб непосредст­венно соприкасается с грунтом. Материал для устройства тепло­изоляционной оболочки должен быть гидрофобным, прочным, дешевым и нейтральным, по отношению к металлу труб. Жела­тельно, чтобы он обладал диэлектрическими свойствами. С этой целью осваиваются конструкции бесканальной прокладки труб в штучных изделиях из ячеистой керамики и в оболочках из поликерамики.

В местах ответвлений теплотрассы к потребителям устраи­ваются кирпичные подземные камеры-колодцы с запорной и другой арматурой. Высота камер принимается не менее 1,8 м. Вход в камеру выполняется через чугунный люк глубина принимается 0,4-0,5 м. Для камер, размещаемых внутри жилой застройки, допускается возвышение их над поверхностью земли на высоту не более 400 мм.

Для компенсации тепловых удлинений трубопроводов от из­менения температуры теплоносителя на прямых участках теп­лотрассы применяются гибкие П-образные компенсаторы, а на ломаных участках используются углы поворота трассы (есте­ственная компенсация). Компенсаторы размещаются в специ­альных кирпичных нишах, предусматриваемых по длине тепло­трассы. Расстояние между компенсаторами устанавливается расчетом или принимается по номограммам в зависимости от температуры теплоносителя.

Трубы в каналах укладываются на опорных бетонных подушках. Перемещение труб при изменении их длины обеспечивает заложение камер от поверхности земли до верха покрытия.

Расстояние между опорными подушками зависит от диаметров укладываемых труб. Для труб диаметром не более 250 мм рас­стояния принимаются 2-8 м.

С. теплоснабжения – это совокупность устройств для производства тепловой энергии, её транспортирование, распределение и потреблении.

Схема:

1) Источник тепловой энергии (ТЭЦ, РК, ГК, АК, и тд.). 2) Теплопроводы для транспортирования тепловой энергии от источника к потребителю. 3) Тепловые пункты для присоединения, учёта и контроля потребления тепловой энерг. 4) Потребители тепловой энергии (ОВ + ГВС + технологические нужды).

Виды тепловых пунктов: 1. центральные (обслуживают несколько зданий или кварталов и отдельные здания). 2. местные (обслуживают здание в котором и расположены).

2.Классификация систем теплоснабжения.

1
) По расположению источника тепловой эн.: Централизованная (источник тепловой энергии обслуживает 2 и более здания). Децентрализованная (обслуживает одно здание или отдельные помещения). 2) По теплоносителю (водяные и паровые). 3) По способу приготовления воды на ГВС: Открытые (вода для ГВС отбирается из тепловых сетей), Закрытые (вода готовится в водоподогревателях). 4) По количеству трубопроводов (системы теплоснабжения бывают 1,2,3,4,5 и т.д. трубные). Однотрубные бывают только открытые:

Основной тип теплоснабжения это двухтрубная система. (принимается в тех случаях когда тепловая нагрузка может быть обеспечена одним видом теплоносителя и приблизительно одинаковой температурой. 2-х трубные системы могут быть открытые и закрытые.

трёхтрубная:

четырёхтрубная в жилом квартале:

для обеспечения постоянной температуры воды

системе ГВС при малом водоразборе или при

его отсутствии

5) По конфигурации (тс бывают тупиковые, кольцевые и кольцевые с контрольно распределительными пунктами).

3. Схемы тепловых сетей.

Тупиковая: достоинства (простая схема, небольшие капиталовложения), недостатки (низкая надёжность, т.к. потребитель получает тепловую эн. только с одного направления, а при аварии полностью отключается от системы теплоснабжения).

С
хема:

С целью повышения надёжности все ТС делят на отдельные участки с регулирующими задвижками для сокращения ликвидации аварии.

Кольцевая: достоинства (более высокая надёжность т.к. потребители могут получать тепловую эн. с двух направлений. К кольцевой сети могут подключаться несколько источников тепловой эн., что повышает надёжность. Возможность использовать тепловую эн. источниками работающими на разных видах топлива). Недостатки (повышенные капиталовложения на 20-30 %. Более сложное регулирование тепловых нагрузок).

1. Магистральные трубопроводы тс.

2. Распределительные

3. Внутриквартальные

Кольцевая с контрольно распределительными пунктами.

Схема:

1.2.3. магистрали распределительные

квартальные. 4. секционная задвижка

5. головные задвижки распределител.

сетей. 6. Одно или 2-х трубная

перемычка.

Задвижка (а) открыта. при аварии (а)

закрыта, открыты (c , d ).

Устройство КРП увеличивает

затраты на 10%.

4.Опоры трубопроводов тепловых сетей.

Опоры бывают подвижные и не подвижные. Подвижные (скользящие, подвесные, роликовые, котковые). Опоры предназначены для восприятия веса трубопровода и обеспечивают его перемещение при температурных деформациях. Скользящие применяются при всех видах прокладки.

1. трубопровод

2. скользящая опора

3. опорная подушка

4. бетон

Роликовая опора:

1. ролик

µ ТР = 0,4

Котковая опора:

1
. каток

µ ТР = 0,2

Роликовые и катковые опоры не применяются при подземной безканальной, канальной и не проходных каналах, прокладке, т.к. требуют обслуживания.

Подвесные опоры:

1. тяга

2. пружина

3. хомут

Неподвижные опоры предназначены для восприятиявеса трубопровода и жёстко фиксирует трубопровод вместе её установки (хомутове, щитовые, лобовые).

Хомутовые опоры: 1. хомут

2. упоры

Применяется при всех видах прокладки

Щитовая опора :

1. железобетонный щит

воспринимающий нагрузку.

2.четырёхупорная неподвижная

опора

Применяется при всех видах

прокладки кроме надземной

на высоких опорах.

5. Компенсаторы тепловых сетей и правила их установки.

Компенсаторы служат для восприятия изменения длины трубопровода при его температурных деформациях. Компенсаторы бывают осевые и радиальные.

Осевые (сальниковые, линзовые, сильфонные).

Сальниковые:

1. корпус.2. стакан. 3. опорное

кольцо. 4. уплотнительное

кольцо. 5. Сальниковая набивка.

Достоинства (малые габариты,

небольшое гидравлическое

сопротивление, небольшие

затраты).

Недостатки (требуют переоди

ческого обслуживания, возможен

перекос осей корпуса и стакана,

что приводит к заклиниванию).

Применяются (на трубопроводах

d ≥100, при давлениях Р ≤ 2.5

МПа). ∆ L = 350мм.

Линзовые:

1. линза. 2. металлическая вставка для

уменьшения гидропотерь.

компенсирующая способность одной линзы

5мм. Установка более 5 линз нежелательна.

Достоинства(допускают радиальные

перемещения).

Сильфонные: + Не требуют обслуживания

- Большая стоимость

Радиальная компенсация осуществляется за счёт изгибов криволинейных участков, изгибов трубопровода (самокомпенсация), или за счёт специальных вставок.

Самокомпенсация: Специальные вставки:

омегообразный компенсатор

П
– образный компенсатор Достоинства П – образных компенсаторов:

устанавливается и изготавливается не посред

ственно на стройплощадках и не большие кап.

затраты.

Недостатки: увеличенные гидравлические

сопротивления.

Правила установки компенсаторов: 1. П – образные компенсаторы устанавливаются между неподвижными опорами по середине. 2. Устройства устанавливаются справа по ходу теплоносителя. 3. Острые углы не допускаются, если имеется острый угол то в углу необходима установка не подвижной опоры. 4. Сальниковые компенсаторы устанавливаются у неподвижной опоры. Сальниковые комп. запрещается устанавливать на криволинейных участках. 6. Арматура устанавливается между опорой и сальниковым комп.

I Курс лекций за первое полугодие

Источники и системы теплоснабжения предприятий

1. 
   Системы теплоснабжения производственных предприятий
2. 
   Виды тепловых нагрузок
3. 
   Классификация систем теплоснабжения

По виду теплоносителя (паровые системы и водяные системы);

По способу отпуска теплоты потребителю ;(для отопления : зависимые и независимые ; для горячего теплоснабжения: закрытые и открытые )

По числу параллельно идущих теплопроводов;

По числу ступеней присоединения.

4. Схемы тепловых сетей (Тупиковая, Радиальная, Кольцевая)

5. Паровые системы теплоснабжения (ПСТ).

6. Оборудование тепловых сетей
Системы теплоснабжения предприятий (СТСПП) - это комплекс устройств по выработке, транспортированию и обеспечению потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров.

Система теплоснабжения (рис. 1) включает в себя:

1. Источник (ТЭЦ, котельная);

2. Магистральные сети (тепловые);

3. Распределительные сети (тепловые);

4. Потребители тепла (промышленные потребители,

Жилые и общественные объекты ЖКХ);

5. Абонентский ввод (тепловой узел, местный тепловой пункт МТП, элеваторный узел);

6. Центральный тепловой пункт ЦТП.

Рис.1. Система теплоснабжения.

Виды тепловых нагрузок:

• 
  Потребление тепловых нагрузок:

1. 
   отопление (нагрузка на отопление);
   вентиляцию (тепло в калорифере (теплообменнике);
2. 
   горячее водоснабжение;
3. 
   технологические нужды п.п.

• 
  Тепловые нагрузки различают:

1. 
   сезонные (отопление, вентиляция);
2. 
   круглогодичные (горячее водоснабжение, технологические нужды).

1. 
   по схеме подачи тепла потребителю;
2. 
   по виду теплоносителя;
3. 
   по способу отпуска теплоты потребителю ;
4. 
   по числу параллельно идущих теплопроводов;
5. 
   по числу ступеней присоединения.

Децентрализованные – источник тепла на месте потребления. В этом случае отсутствуют тепловые сети; применяются в районах с малой концентрацией тепловой нагрузки, когда небольшие здания расположены на неплотно застраиваемых участках, а также при технико-экономических обоснованиях.

Централизованные – источник теплоснабжения (ТЭЦ или котельная) располагаются на значительном расстоянии от потребителей теплоты. Поэтому каждая СТС состоит из трех звеньев (источник теплоты – тепловые сети – местные системы теплоснабжения). Местные СТС – тепловые подстанции и теплоприемники.

Централизованные системы отопления имеют преимущества перед децентрализованными, и в настоящее время Ц C Т определяют ведущую роль в развитии теплоснабжения крупных городов и промышленных предприятий. В г. Петрозаводске ТЭЦ введена в строй в 1977 году.

2. По виду теплоносителя:

Паровые системы (теплоноситель – водяной пар);

Водяные системы (теплоноситель – горячая вода).
Горячая вода используется для удовлетворения нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Водяной пар используется на предприятиях для технологических нужд (редко используют перегретую воду). При требуемой температуре теплоносителя у потребителя до 150˚С используют горячую воду , а при более высоких параметрах – водяной пар. К теплоносителям предъявляют специальные требования:

а. санитарно – гигиенические (в помещениях ЖКС температура нагреваемых приборов не допускается выше 90˚С, в промышленных цехах она может быть и выше);

Б. технико – экономические (стоимость материала, монтажа и эксплуатации должна быть оптимальной);

В. эксплуатационные (теплоноситель должен обладать качествами, которые позволяли бы производить централизованную регулировку теплоотдачи систем потребления).

Сравнительная характеристика воды и пара как теплоносителя:

Преимущества воды: диапазон изменения температур в широких пределах (от 25˚до 150˚С); возможность транспортирования на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала (15-20 км); возможность централизованного регулирования температуры теплоносителя на источнике; простота присоединения местных систем к тепловым сетям.

Недостатки воды: требуется значительный расход электроэнергии на работу насосов по перекачке тепла; температура теплоносителя может быть меньше заданной.

Преимущества пара: применяют как для тепловых потребителей, так и для силовых и технологических нужд; быстрый прогрев и остывание системы, что ценно для помещений, где периодически требуется отопление; в паровых системах можно не учитывать гидростатическое давление по причине низкой объемной массы (в 1650 раз меньше объема воды). Паровые системы могут применяться в гористой местности и в многоэтажных зданиях; отсутствие расхода электроэнергии на транспортировку пара (без насосов); простота начальной регулировки вследствие саморегулировки пара.

Недостатки пара: при транспортировке на значительные расстояния имеют место большие потери температуры и давления, поэтому радиус паровых систем всего 6-15 км, а водяных – от 30 до 60 км. Срок службы паровых систем значительно ниже, чем водяных из-за коррозии труб.

Для отопления – схемы подключения ТС: зависимые и независимые;

Для горячего теплоснабжения – схемы подключения ТС: закрытые и открытые.

Зависимая схема подключения – когда вода из теплосети непосредственно поступает в нагревательные приборы местной отопительной системы (МОС).

Независимая схема подключения – когда имеется два раздельных контура (первичный – вода, циркулирующая в тепловой сети, и вторичный – собственный контур дома , вода, циркулирующая в МОС), при этом, вода из теплосети через теплообменник отдает тепло воде собственного контура. Вода из ТС доходит только до тепловой подстанции МОС (тепловая подстанция – это ЦТП или МТП), где в подогревателях (теплообменниках ТА) нагревают воду, которая циркулирует в МОС. В этом случае имеет место два теплоносителя: греющий (вода из ТС) и нагреваемый (вода в МОС). Давление первичного контура никак не передается на давление вторичного, который работает за счет собственного циркуляционного насоса.

Открытый водоразбор – напрямую из тепловой сети. Закрытый водоразбор – через теплообменник вода из ТС нагревает воду питьевого водопровода.

Оборудование тепловой подстанции при зависимой схеме проще и дешевле, чем при независимой, однако, необходимо учитывать, что в зависимых схемах давление передается из тепловой сети в МОС, которая выдерживает давление до 6-10 атм. в зависимости от типа нагревательных приборов. Пример : чугунные радиаторы выдерживают 6 атм.

Схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям:

Т 1 – подающий теплопровод ТС,
-1-1 Т 2 – обратный трубопровод ТС,

1 – арматура отключающего устройства.

Рис. 2. Зависимая схема без смешения

Температура в подающем трубопроводе ТС не превышает предела, установленного санитарными нормами для приборов местных систем. Это возможно в случае малого источника тепла, когда котельная вырабатывает теплоноситель параметрами 95˚-70˚С или в системе отопления промышленных зданий t ? 100˚ С, но она допустима.

• 
  Зависимая схема с элеваторным смешением (рис. 3).

? 130˚С ? 90-95˚С

70˚С?

Рис. 3. Зависимая схема с элеваторным смешением Рис. 4. Элеватор
Вода из подающего трубопровода Т 1 с t = 130˚ C поступает в элеватор (рис. 4), через патрубок к элеватору подсасывается вода из обратной местной сети Т 2 t =70˚ C . Благодаря соплу, которое встроено в элеватор, и по принципу инжекции, происходит смешение t = 130˚ C и t =70˚ C , смешанная вода t = 90˚С поступает в нагревательные приборы. Элеваторы рассчитываются, и подбирается диаметр сопла. У нас в стране большинство вводов в здания снабжено элеваторами там, где по теплосетям транспортируют перегретую воду. Необходимо учитывать, что для работы элеватора требуется напор на воде 15 м водного столба.

• 
  Зависимая схема с насосным смешением (рис. 5).

Центробежный насос на перемычке между

90˚С ? 70˚С ? подающим и обратным трубопроводом и он

Как элеватор подмешивает к подающей воде

Обратную охлажденную воду. Но насос

Дорогостоящее оборудование.

130˚С? Существует схема и с элеватором и с насосом.

Рис. 5. Зависимая схема с насосным смешением

• 
  Независимая схема (с теплообменником) (рис.6).

1. Местная отопительная система;

2. Циркуляционный насос;

3. Теплообменник;

4. Расширенный бак;

5. Отключающая арматура.

Рис. 6. Независимая схема (с теплообменником)

Схемы подключения ГВС к тепловым сетям.

• 
  В закрытых системах теплоснабжения теплоноситель полностью возвращается к

Закрытые схемы различают одноступенчатые и многоступенчатые. Выбор схемы зависит от соотношения расхода тепла на отопление и ГВС. Выбор схемы присоединения производится на основании расчета.

• 
  В открытых системах ГВС используют не только теплоту, подводимую

Схемы присоединения систем горячего водоснабжения зданий к тепловым сетям.

• 
  Одноступенчатые схемы (рис. 7, 8):

Один теплообменник и нагрев на ГВС происходит перед МОС).

Рис. 7. Одноступенчатая предвключенная

?

Рис. 8. Одноступенчатая параллельная

Т = 55-60˚С

Т = 30˚С Т = 5˚С

Рис. 9. Последовательная двухступенчатая

Рис. 10. Смешанная двухступенчатая
Двухступенчатые схемы эффективны в применении тем, что происходит глубокое снижение температуры обратной воды, а также имеет место независимый расход тепла на отопление и ГВС, т.е. колебание расхода в системе ГВС не отражается на работе МОС, что может происходить в открытых схемах.

4. По числу параллельно идущих теплопроводов.

В зависимости от числа труб, передающих теплоноситель в одном направлении различают одно-, двух- и многотрубные системы ТС. По минимальному числу труб может быть:

Открытая однотрубная система – применяется при централизованном отоплении на технологические и бытовые нужды, когда вся сетевая вода разбирается потребителями при подаче теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС, т.е. когда Q от + Q вент. = Q гвс . Такие ситуации характерны для южных районов и технологических потребителей (редко встречаются).

Двухтрубная система – самая распространенная, состоит из подающего (Т1) и обратного (Т2) трубопроводов.

Трехтрубная – состоит из соединения двухтрубной системы водоснабжения на отопление и вентиляцию и третьей трубы для целей ГВС, что не очень удобно.

Четырехтрубная – когда добавляется циркуляционный трубопровод на ГВС.

Условные обозначения трубопроводов в соответствии с ГОСТом:

1. 
   подающий трубопровод (Т 1 ),
2. 
   обратный трубопровод (Т 2 ),
3. 
   трубопровод ГВС (Т 3 ),
   циркуляционный трубопровод ГВС (Т 4 ),
4. 
   трубопровод технологических нужд (Тт).

Различают одноступенчатые и многоступенчатые схемы систем теплоснабжения.

Одноступенчатая схема (рис. 11) – когда потребители теплоты присоединяются к тепловым сетям при помощи МТП.

Рис. 11. Одноступенчатая схема
1- потребители тепла,

2- местные тепловые узлы (МТП),

3- элемент промышленной котельной с паровыми и водогрейными котлами,

4- водогрейный котел (пиковый),

5- сетевой паро- водяной подогреватель,

6- перемычка с отключающей арматурой для создания различных режимов работы (для отключения водогрейного котла),

7- сетевой насос,

8- ЦТП.
Двухступенчатая схема (рис. 12).

Рис. 12. Двухступенчатая схема
Многоступенчатая схема – когда между источником теплоты и потребителями размещают ЦТП и групповые тепловые пункты (ГТП). Эти пункты предназначены для приготовления теплоносителей требуемых параметров, для регулирования расхода теплоты и распределения по местным системам потребителей, а также для учета и контроля расхода теплоты и воды.
Схемы тепловых сетей

Схемы тепловых сетей зависят от:

• 
  Размещения источников теплоты по отношению к району потребления;
• 
  От характера тепловой нагрузки;
• 
  От вида теплоносителя (пар, вода).

Тепловые сети делятся на категории:

1. 
   Магистральные сети;
2. 
   Распределительные сети;
3. 
   Внутриквартальные сети;
4. 
   Ответвления к потребителям (зданиям).

1. 
   Тупиковая (рис. 13) – наиболее простая, имеет распространение в поселках и малых городах:

1-источник,

2-магистральные сети,

3-распределительные сети,

4-квартальные сети,

5-ответвления,

6- потребители,

7-перемычка.

Рис. 13 Тупиковая схема

1. 
   Радиальная (рис. 14) – устраивается, когда нет возможности предусмотреть кольцевую, но перерыв в теплоснабжении недопустим:

Рис. 14 Радиальная схема

1. 
   Кольцевая – наиболее дорогая, сооружается в крупных городах, обеспечивает бесперебойное теплоснабжение, для чего должен быть предусмотрен второй источник тепловой энергии:

Рис. 15 Кольцевая схема

Паровые системы теплоснабжения (ПСТ).

Паровые системы теплоснабжения применяются в основном на крупных промышленных предприятиях и могут иметь место на объектах, окружающих промышленных потребителей, а так же в городах с неблагоприятным рельефом местности.

Виды паровых систем:

1-однотрубные (рис. 16) (нет возврата конденсата в систему):

1-источник (паровой котел),

2-стена промышленного потребителя – граница абонентского ввода потребителя,

3-калорифер,

5-пароводяной теплообменник для МОС,

6-технологический агрегат,

Рис. 16 Однотрубная паровая система 7-конденсатоотводчики,

8- сброс конденсата в дренаж.
Рис. 17 Автоматический конденсатоотводчик.

Однотрубную схему целесообразно применять, когда по условиям технологического процесса конденсат имеет значительные загрязнения и качество этих загрязнений неэффективно для очистки. Данная схема применяется для прогрева мазута, пропарки железобетонных изделий.

2-двухтрубные (рис. 18):

1-источник (паровой котел),

2-стена промышленного

Потребителя – граница

Абонентского ввода потребителя,

3-калорифер,

4-пароводяной теплообменник для

5-пароводяной теплообменник для

6-технологический агрегат,

7-конденсатоотводчики,

Рис. 18 Двухтрубная паровая система 8-конденсатопровод,

9-конденнсатный бак,

10-конденсатный насос.

Двухтрубные системы с возвратом конденсата применяют , если конденсат не содержит агрессивных солей и других загрязнений (т.е. он условно-чистый). Схемы прокладывают как правило, таким образом, что в конденсатный бак конденсат поступает самотеком.

3-многотрубные (рис. 19):

Трехтрубная (многотрубная) схема применяется, когда потребителю требуется пар различных параметров. Котельная вырабатывает пар с максимальным давлением и температурой, которые требуются одному из потребителей. Если имеются потребители, которым требуется пар с более низкими параметрами, то пар пропускают через редукционную установку (РУ), в которой пар снижает только давление или через редукционную охладительную установку (РОУ), если необходимо понизить и давление, и температуру.

Оборудование тепловых сетей

Различают следующие способы прокладки тепловых сетей:

1. 
   Надземная (наземная) прокладка – имеет место на территории промышленных предприятий, при пересечении дорог и препятствий, в районах вечной мерзлоты;
2. 
   Подземная прокладка бывает:

В полупроходных каналах,

В проходных каналах (коллекторах),

Бесканальная.

Коллекторы и полупроходные каналы имеют место в крупных городах, на территории промышленных предприятий, где имеет смысл прокладывать различные инженерные сети (коммуникации) совместно. Этот способ прокладки удобен в обслуживании сетей , но дорогостоящий. Трубы тепловых сетей, прокладываемые в непроходных каналах и бесканально, не обслуживаются. Таким образом , выбор прокладки сетей зависит от условий территории, вида грунта, застройки и технико-экономического обоснования.

Глубина прокладки тепловых сетей зависит от места прокладки. Максимальная глубина в непроезжей части составляет 0,5 м до верха канала, в проезжей части – 0,7 м. Тепловые сети прокладываются с уклоном ί min =0.002 (ί min = h / L ).
Оборудование тепловых сетей, которое требует постоянного контроля и обслуживания, устанавливается в теплофикационных камерах (рис. 20). Это: задвижки, дисковые затворы, регулирующие клапаны, устройства для выпуска воздуха и спуска воды (опорожнения сети). Как правило, совместно с камерой сооружают неподвижные опоры. Необходимо сооружать (в водонасыщенных грунтах) дренажные сети (на песчаную подготовку укладывают трубы с отверстиями сверху и по бокам и засыпают щебнем).

Рис. 20 Теплофикационная камера

В тепловых сетях применяют электросварные или бесшовные трубы, а также возможны варианты и чугунные трубы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Для дворовых сетей при рабочем давлении Р раб до 1,6 МПа и температурой Т до 115˚С можно применять неметаллические (пластиковые) трубы.

Опорные конструкции.

Различают: - подвижные (свободные) опоры,

Неподвижные (мертвые) опоры.

Подвижные опоры предназначены для восприятия веса трубы и обеспечения свободного перемещения труб (при температурных удлинениях). Количество подвижных опор определяется по таблицам в зависимости от диаметра и веса трубы. По принципу свободного перемещения подвижные опоры различаются на: скользящие опоры (скользячки), катковые, шариковые, подвижные.

Подвижные опоры используют во всех способах прокладки, кроме бесканальной.

Неподвижные опоры служат для восприятия температурной деформации методом закрепления трубопровода, а также для разграничения участков компенсации тепловых удлинений. Различают неподвижные опоры:

Щитовые (при подземной прокладке),

На балке, на фундаменте, на стойках (при наземной прокладке или в тоннелях).

Компенсация тепловых удлинений.
Компенсаторы предназначены для восприятия температурных удлинений теплопровода и разгрузки труб от температурных напряжений и деформаций. В тепловых сетях применяют следующие виды компенсаторов:

1. 
   вылет компенсатора,
2. 
   спинка компенсатора,
3. 
   сварные крутоизогнутые отводы,
4. 
   подвижные опоры,
5. 
   стяжные болты,

L – длина между неподвижными опорами (участок компенсации).

П- образные компенсаторы растягиваются на половину тепловых удлинений. Растяжку делают на первых сварных стыках от компенсатора.

П-образные компенсатора, как и углы поворота не требуют обслуживания.

1. 
   углы поворота трассы (самокомпенсация),
2. 
   сильфонные, линзовые (одна или много гофр),

Составляет 50-150 мм.

Сильфонный трехволновый компенсатор.

1-корпус,

2-стакан,

3-сальниковая набивка,

4-грунтбукса,

5-фланец нажимной,

6-стяжной болт.

Рис. 22 Сальниковый компенсатор
Сальниковый компенсатор может быть односторонним и двухсторонним.

Углы поворота трассы и п-образные компенсаторы работают как радиальные , а сильфонные, линзовые и сальниковые – как осевые.

Бесканальная прокладка.

Для тепловых сетей бесканальной прокладки используют трубопроводы с пенополиуретановой изоляцией (ППУ-изоляция). Россия – страна с самым высоким уровнем централизованного теплоснабжения, протяженность тепловых сетей в нашей стране составляет примерно 260 тысяч километров, а в Карелии – примерно 999 тыс. метров. Из них 50% тепловых сетей требуют капитального ремонта. Тепловые сети теряют 30% отпускного тепла, что составляет примерно 80 млн. тут/год. Для решения этих проблем предлагается бесканальная прокладка с ППУ-изоляцией. Преимущества данной прокладки:

Повышение долговечности с 10 до 30 лет,

Снижение теплопотерь с 30% до 3%,

Снижение эксплуатационных расходов в 9 раз,

Снижение расходов на ремонт теплотрасс в 3 раза,

Снижение сроков строительства,

Наличие системы оперативно-дистанционного контроля (ОДК) за увлажнением изоляционного слоя.

Статистика накопленных дефектов:

38% -повреждение сторонними лицами системы ОДК,

32%-повреждение стальных оболочек,

14%- повреждение стыковых соединений,

8%-ошибки сборки ОДК,

2%-некачественная сварка,

6%-внутренняя коррозия металла.

При бесканальной прокладке используют полиэтиленовую оболочку.