7233

Рис. 1.2. Пьезометрический гра фик (а), однолинейная схема трубопроводов ( б) и схема двухтрубной тепловой сети ( в)

Рассмотрим пьезометрический график для тепловой сети, расположенной на местности со спокойным рельефом (рис. 8.2). Плоскость с

11

нулевой отметкой совмещена с отметкой расположения теплоподготовительной установки. Профиль основной магистрали 1— 2— 3— III совмещен с вертикальной плоскостью, в которой вычерчен пьезометрический график. В точке 2 к магистрали присоединено ответвление 2— I. Это ответвление имеет свой профиль в плоскости, перпендикулярной основной магистрали. Для возможности изображения профиля ответвления 2— I на пьезометрическом графике повернем его на 90° против часовой стрелки вокруг точки 2 и совместим с плоскостью профиля основной магистрали. После совмещения плоскостей профиль ответвления займет на графике положение, отображаемое линией 2— I’. Аналогично строим профиль и для ответвления 3— II.

Рассмотрим работу двухтрубной системы теплоснабжения, принципиальная схема которой показана на рис. 8.2, в. Из теплоподготовительной установки Т высокотемпературная вода с t=150° С поступает в подающий теплопровод в точке П1 с полным напором в подающем коллекторе источника теплоснабжения П нач ∆Т [здесь нач — начальный полный напор после сетевых насосов (точка К); ∆Т — потери напора сетевой воды в теплоподготовительной установке]. Так как геодезическая отметка установки сетевых насосов Zi = 0, полные напоры в начале сети равны пьезометрическим напорам и соответствуют избыточным давлениям в коллекторах источника теплоснабжения. Горячая вода по подающей магистрали 1— 2— 3— III и ответвлениям 2— I и 3— II поступает в местные системы потребителей тепла I, II, III. Полные напоры в подающей магистрали и ответвлениях изображены графиками напоров П1— ПIII, П2— ПI, П3— ПII. Охлажденная вода по обратным трубопроводам направляется к источнику теплоснабжения. Графики полных давлений в обратных теплопроводах изображены линиями ОIII— 01, ОII—

О3, ОI— О1.

Разность напоров ∆ в подающей и обратной линиях для любой точки сети называется располагаемым напором. Так как подающий и обратный трубопроводы в любой точке имеют одну и ту же геодезическую отметку, располагаемый напор равен разности полных или пьезометрических напоров:

У абонентов располагаемые напоры равны ∆ П О; ∆

П О; ∆ П О. Полный напор в конце обратной линии перед сетевым насосом на обратном коллекторе источника

теплоснабжения равен О. Следовательно, располагаемый напор в коллекторах теплоподготовительной установки ∆ П О.

12

Сетевой насос пов ышает давление воды, поступающей из обратной линии, и направляет ее в теплоподготовительную установку , где она нагревается до t=150° С. Насос развивает напор .

Потери напора в подающей и обратной линиях равны разности полных напоров в начале и конце трубопровода. Для подающей магистрали они равны , а для обратной .

Описанный гидродинамический режим наблюдается при работе сетевого насоса. Положение пьезометрической линии обратно го трубопровода в точке О1 поддерживается постоянным в результате р аботы подпиточного насоса П Н и регулятора давления РД. Напор, развиваемый подпиточным насосом п ри гидродинамическом режиме, др осселируется клапаном РД таким образом, чтобы в точке отбора импульса давления Д из байпасной линии сетевого насоса поддерживался напор , равный полному напору, развиваемому подпиточным насосом.

На рис. 8.3 показаны график напоров в линии подпит ки и в байпасной линии, а так же принципиальная схема подпиточ ного устройства.

Рис 1 3 График напоров в линии подпитки 1 — 2 и в байпасной линии сетевого насоса 2 — 3 ( а ) и схема подпиточного устройства (б)

Н — пьезометрические напоры; ∆H— потери напора в дроссельных органах регулятора давл ения РД и в задвижках А и В ; СЙ, П Н — сетевой и подп иточный насосы; ДК — дренажный клапан; Б — бак подпиточной воды.

Перед подпиточн ым насосом полный напор условно п ринимаем равным нулю. Подпито чный насос ПН развивает напор . Этот напор будет в трубопроводе д о регулятора давления РД. Потерями напора на

13

трение на участках 1—2 и 2—3 пренебрегаем ввиду их малости. В байпасной линии теплоноситель движется от точки 3 к точке 2. В задвижках А и В срабатывается весь напор, развиваемый сетевым насосом. Степень закрытия этих задвижек регулируют таким образом, чтобы в задвижке А был сработан напор ∆А и полный напор после нее был равенст нач ∆А. В задвижке В срабатывается напор ∆В, причемО ст ∆В (здесь О — напор после РД). Регулятор давления

поддерживает постоянное давление в точке Д между задвижками А и В. При этом в точке 2 будет поддерживаться напор О , а на клапане РД будет срабатываться напор ∆РД ∆В.

При увеличении утечки теплоносителя из сети давление в точке Д начинает снижаться, клапан РД приоткрывается, увеличивается подпитка тепловой сети и давление восстанавливается. При сокращении утечки давление в точке Д начинает повышаться и клапан РД прикрывается. Если при закрытом клапане РД давление будет продолжать расти, например в результате прироста объема воды при повышении ее температуры, в работу включится дренажный клапан ДК, поддерживающий постоянное давление «до себя» в точке Д, и сбросит избыток воды в дренаж. Так работает подпиточное устройство при гидродинамическом режиме. При остановке сетевых насосов прекращается циркуляция теплоносителя в сети и во всей системе напор падает вплоть до ст. Регулятор давления РД открывается, а подпиточный насос ПН поддерживает во всей системе постоянный напор ст.

Таким образом, при втором характерном гидравлическом режиме — статическом — во всех точках системы теплоснабжения устанавливается полный напор, развиваемый подпиточным насосом. В точке Д как при гидродинамическом, так и при статическом режимах поддерживается постоянный напор ст. Такая точка называется нейтральной.

Ввиду большого гидростатического давления, создаваемого столбом воды, и высокой температуры транспортируемой воды возникают жесткие требования к допустимому диапазону давлений как в подающем, так и в обратном трубопроводах. Эти требования накладывают ограничения на возможное расположение пьезометрических линий как при статическом, так и при гидродинамическом режимах.

Для исключения влияния местных систем на режим давления в сети будем считать, что они присоединены по независимой схеме, при которой гидравлические режимы тепловой сети и местных систем автономны. В таких условиях к режиму давлений в сети предъявляются излагаемые ниже требования.

Давление не должно превышать максимального значения из условия прочности трубопроводов, арматуры, теплообменников и другого оборудования. Допустимое избыточное давление в стальных трубопроводах и

14

арматуре тепловых сетей зависит от характеристики применяемых труб и оборудования и в большинстве случаев составляет 1,6—2 МПа, что соответствует 160—200 м пьезометрического напора (напора, отсчитанного от геодезической отметки места расположения оборудования).

Во избежание вскипания теплоносителя его давление на выходе из теплоподготовцтельной установки и во всех точках подающих трубопроводов должно быть выше давления насыщения водяного пара при температуре воды в системе. Это требование относится лишь к гидродинамическому режиму, так как при переходе на статический режим перед остановкой циркуляционных насосов можно снизить температуру теплоносителя до уровня, обеспечивающего его невскипание. Требование невскипания теплоносителя устанавливает нижний предел пьезометрического напора в теплоподготовительной установке и подающих трубопроводах. При температуре подаваемой воды 150° С минимальный пьезометрический напор в подающих линиях равен 40 м.

Поскольку невскипание обеспечивают избыточные давления, для оборудования, имеющего большую высоту, проверку на невскипание следует проводить для верхних точек. Так, верхний коллектор пикового водогрейного котла располагается выше его нижней точки на 10—15 м. Учитывая возможный местный перегрев воды в отдельных трубах котла выше расчетной температуры, минимальный пьезометрический напор определяют по температуре воды, превышающей расчетное значение на 30° С. Если t1 = 150°C, тогда пьезометрический напор следует определять исходя из температуры 150 + 30= 180° С. Этой температуре соответствует пьезометрический напор 92 м. Его отсчитывают от верхней точки котла. Минимальный пьезометрический напор, отсчитываемый от низа котла, будет равен 92+ 15= 107 м.

Так как максимальное и минимальное давления в подающей линии определяются избыточными давлениями, зона допустимых напоров располагается между двумя кривыми, повторяющими профиль теплотрассы. На рис. 8.4 построены предельные кривые, определяющие зону возможного расположения пьезометрической линии подающего теплопровода. В пределах теплоподготовительной установки максимальное давление определяется прочностью пикового котла. Допустимое давление для водогрейных котлов составляет 2,5 МПа. Потери напора в котле 30 м. Следовательно, максимально допустимый пьезометрический напор ща выходе из котла составляет 220 м. Максимальное допустимое давление в трубопроводах считают равным 1,6 МПа. Следовательно, максимальные напоры в подающем теплопроводе определяли пьезометрической линией, расположенной выше геодезических отметок земли на 160 м. На рис. 8.4

15

линия максимально допустимых напоров в подающем трубопроводе, повторяющая рельеф местности, обозначена Пб.

Линии минимальных избыточных давлений, определяемых условием невскипания воды, в пределах теплоподготовительной установки соответствует пьезометрический напор в 107 м, а в пределах подающего теплопровода напор в 40 м (t=150° С). Эта линия на рис. 8 4 обозначена Пм. Пьезометрическая линия подающего теплопровода не должна выходить за пределы зоны, ограниченной линиями Пб и Пм.

Диаметры ответвлений от тепломагистралей к потребителям тепла рассчитываются из условия полного использования избыточного давления и обеспечения достаточного располагаемого напора для преодоления гидравлического сопротивления водоводяных подогревателей абонентов. Ввиду того, что потери напора в абонентских установках невелики, можно считать, что давление в водоводяных подогревателях равно давлению в обратной линии тепловой сети в месте присоединения абонента. Следовательно, максимальное давление в обратной линии определяется давлением, на которое рассчитаны теплообменники, т. е. их механической прочностью. Водоводяные подогреватели рассчитаны на 10 МПа, поэтому максимальный пьезометрический напор в обратной линии должен быть не более 100 м. Теплофикационные пароводяные подогреватели рассчитаны на 1,4 МПа, поэтому допустимый пьезометрический напор перед ними равен 140 м (см. рис. 8.4).

16

Рис. 1.4. Предельные положения пьезометрических линий подающего и обратного теплопроводов

а ) — пьезометрический график; б) — принципиальная схема двухтрубной тепловой сети; I—VI — абоненты; Пб, Пм — предельные линии максимального и минимального напоров в подающем теплопроводе; О’б, Об — предельные линии максимального напора в обратном трубопроводе соответственно при независимом и зависимом присоединении абонентов, О’м, Ом — предельные линии минимального напора в обратном теплопроводе соответственно из условия исключения в нем разрежения и залива местных систем водой; П , О — пьезометрические линии подающего и обратного теплопроводов, 1 — бак подпиточной воды 2 — подпиточный насос; 3 — регулятор подпитки, 4 — предвключенный насос, 5 — теплофикационные пароводяные подогреватели; 6 — сетевой насос, 7 — точка отбора импульса для подпиточного насоса, 8 — пнковый водогрейный котел.

Во всех точках обратной линии должно быть некоторое избыточное давление для предотвращения кавитации в насосах и подсоса воздуха в систему. При невыполнении этого условия нарушается циркуляция воды в системе, а под воздействием проникающего в трубопроводы кислорода

17

начинаются активные коррозионные процессы. В качестве минимального избыточного давления, принимают давление в 0,05 МПа, чему соответствует пьезометрический напор в 5 м. Это требование определяет нижний предел расположения пьезометрической линии обратного теплопровода. Она должна находиться выше уровня земли не менее, чем на 5 м.

На рис. 1.4 линия максимального пьезометрического напора в обратном теплопроводе обозначена О’б, а линия минимального напора — О’м.

Выше были рассмотрены ограничения в расположении пьезометрических линий подающего и обратного теплопроводов при независимом присоединении потребителей. При таком присоединении гидравлический режим абонентов изолирован от режима тепловой сети, поэтому единственным ограничением, связанным с присоединением абонентов, является предел максимального давления в обратной линии, обусловленный прочностью водоводяных подогревателей. При зависимом присоединении потребителей гидравлические режимы сетей и абонентов взаимосвязаны; что выдвигает дополнительные требования к расположению пьезометрических линий. При таком присоединении давление в обратном трубопроводе местной системы на выходе из нее равно давлению в обратной линии тепловой сети в месте присоединения потребителя. Давление на входе в местную систему выше давления в ее обратной линии на величину потерь давления, связанных с циркуляцией воды в системе. Избыточное давление в подающем теплопроводе дросселируется при входе в местную систему в соплах элеваторов или в дроссельных диафрагмах. Так как гидравлические потери в местной системе по сравнению с максимальными напорами в обратных теплопроводах невелики, можно считать как и для водоводяных подогревателей при независимом присоединении, что местные системы, присоединенные к тепловой сети по зависимой схеме, находятся под давлением обратной линии. Следовательно, при зависимом присоединении абонентов максимальное допустимое давление в обратной линии тепловой сети определяется механической прочностью нагревательных приборов потребителей как наbменее прочного элемента местных систем. Для чугунных радиаторов максимальный пьезометрический напор составляет 60 м. Пьезометрическая линия, соответствующая 60 м, обозначена на рис. 8.4 Об.

Чтобы во всех точках местных систем имелось избыточное давление (для исключения разрежения в трубопроводах и частичного опорожнения местной системы), пьезометрическая линия обратного трубопровода должна располагаться выше верхней точки самого высокого здания не менее чем на 5 м. Это — дополнительное ограничение, накладываемое на положение пьезометрической линии обратного теплопровода при зависимом присоединении абонентов (линия Ом на рис. 8.4).

18

На рис. 1.4 показаны пьезометрические линии подающего и обратного теплопроводов, удовлетворяющие предъявляемым требованиям. Напор на выходе из теплоподготовительной установки принят равным 160 м, минимальный напор в обратной линии — 30 м. Потери напора в подающем и обратном теплопроводах составляют 110 м. Располагаемый напор перед последним абонентом (VI) составляет 20 м, т. е. достаточен для элеваторного присоединения абонента. Для обеспечения принятого напора в 160 м в выходном коллекторе источника теплоснабжения с учетом потерь напора в пиковом котле в 30 м сетевой насос должен создавать напор 190 м, что превышает допустимый пьезометрический напор в теплофикационных теплообменниках. В связи с этим для обеспечения циркуляции воды в системе последовательно установлены два насоса. Предвключенный насос 4 развивает напор, обеспечивающий невскипание воды после теплообменников 5, но не более 140 м. Основной насос 6 повышает напор теплоносителя до 190 м.

Здесь следует отметить, что обоснование расположения пьезометрических линий является первостепенной и важнейшей задачей гидравлического расчета. Технико-экономический расчет оптимизирует диаметры при соблюдении изложенных выше ограничений на расположение пьезометрических линий.

Выше были изложены требования к расположению пьезометрических линий при гидродинамическом режиме, когда работают циркуляционные насосы. При остановке насосов циркуляция воды прекращается и система переходит в статический режим. Выбор напора при статическом режиме производят в предположении, что теплоноситель имеет температуру 100° С. Линия статического давления должна быть расположена таким образом, чтобы у всех абонентов давление не превышало максимального допустимого значения. При зависимом присоединении абонентов и использовании в качестве нагревательных приборов в системах отопления радиаторов, максимальный пьезометрический напор составляет 60 м. Следовательно, линия статических напоров должна располагаться не выше 60 м от уровня земли. Положение статической линии на пьезометрическом графике определяет низшая геодезическая отметка, где расположены здания. На рис. 8.4 линия статических напоров обозначена S — S. Чтобы в верхних точках систем отопления зданий не образовывался вакуум и не происходило частичного опорожнения системы, линия статических напоров должна располагаться выше самого высокого здания примерно на 5 м.

Особенностью построения пьезометрических графиков паропроводов по сравнению с водяными трубопроводами является возможность не учитывать геодезических отметок профиля трассы из-за малой плотности пара.

19

ВЫБОР СХЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ ПРИ СЛОЖНОМ РЕЛЬЕФЕ МЕСТНОСТИ

Наименьшие требования к расположению пьезометрических линий как при статическом, так и при гидродинамическом режимах предъявляет независимая схема присоединения систем отопления, так как присоединение через теплообменники разобщает гидравлические режимы тепловой сети и местных систем. Единственно^ требование в этом отношении состоит в том, чтобы давление в обратной линии при гидродинамическом режиме и давление в теплопроводах при статическом режиме не превышали допустимого из условий механической прочности водоводяных подогревателей. Для систем, к которым присоединяется большое число абонентов с различными характеристиками оборудования, с различными требованиями к режимам регулирования теплоснабжения, при сложном рельефе местности независимое присоединение предпочтительнее других способов. При независимом присоединении всех абонентов существенно снижаются требования к гидравлическому режиму системы, тем самым упрощается ее эксплуатация и повышается ее маневренность, что особенно важно при нерасчетных и аварийных гидравлических режимах. Независимое присоединение повышает надежность системы теплоснабжения. В то же время капитальные вложения в абонентские установки получаются больше, чем при зависимом присоединении. Увеличиваются и энергозатраты на циркуляцию теплоносителя в местных системах. Учитывая отмеченные обстоятельства, зависимые способы присоединения применяют более широко.

Зависимое присоединение предъявляет жесткие требования к гидравлическому режиму тепловой сети, особенно жесткие требования предъявляют схемы присоединения с элеваторами. Если пьезометрические графики удовлетворяют их требованиям, можно осуществлять присоединения со смесительными насосами и независимые присоединения.

Ниже будут рассмотрены способы присоединения только систем отопления зданий, так как присоединение систем горячего водоснабжения и к закрытым и к открытым системам теплоснабжения можно осуществить при любых способах присоединения систем отопления.

На рис. 1.5, а приведен пьезометрический график тепловой сети при сложном рельефе местности и большой высоте присоединяемых зданий. На графике показан рельеф местности по трассе магистрали и ответвлений, нанесены высоты зданий, показаны пьезометрические линии при гидродинамическом и статическом режимах. На рис. 8.5, б дана принципиальная схема системы теплоснабжения.

20