Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: «ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ»
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие сведения. 3
2. Исходные данные. 5
3. Определение расчётных расходов тепла. 6
4. Расчёт и построение графика тепловых нагрузок зависимости от наружных температур и годового графика продолжительности нагрузок. 12
5. Регулирование отпуска теплоты 14
7. Выбор трассы и конструкции тепловой сети 20
8. Разработка монтажной схемы 21
9. Гидравлический расчёт водяных тепловых сетей 22
10. Тепловой расчет теплоизоляционной конструкции 29
11. Построение продольного профиля теплосети 31
12. Построение пьезометрического графика и подбор насосов 32
13. Механический расчёт теплопроводов 34
14. Разработка схемы ОДК 36
Список литературы 37
1. Общие сведения
Источником теплоснабжения для потребителей жилых и общественных зданий микрорайонов является центральная отопительная котельная. Система централизованного теплоснабжения: водяная, двухтрубная, открытая. Прокладка трубопроводов подземная в непроходных каналах. Система тупиковая (радиальная с закрытыми перемычками). Теплоносителем является вода с параметрами:
Т1 – подающий трубопровод .
Т2 – обратный трубопровод .
Подача тепла осуществляется одновременно на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Система отопления подключена по наиболее применяемой зависимой схеме со смешением в элеваторном узле. Система горячего водоснабжения принята открытая, т.е. водоразбор осуществляется непосредственно из тепловых сетей.
Трасса тепловых сетей выбирается с учётом геодезической съёмки и тепловой карты района, учитывающая существующие и намечаемые подземные и наземные сооружения. При выборе трассы руководствуются надежностью систем теплоснабжения, быстротой ликвидации аварий, безопасностью работы обслуживающего персонала, а также наименьшей длиной тепловых сетей, минимальной стоимостью и объёмом работ. Конструктивно непроходные каналы должны обеспечивать свободное перемещение трубопроводов от температурных удлинений. Наличие воздушного зазора между поверхностью трубопровода и стенкой канала обеспечивает поддержание тепловой изоляции в хорошем состоянии. В качестве изоляционного материала применяются маты из минеральной ваты, которые сверху покрывают гидроизоляцией. В настоящее время непроходные каналы изготавливают из лотковых железобетонных элементов. Выбираемая трасса наносится на план геодезической съёмки местности. По трассе на основании тепловых нагрузок определяются ориентировочные диаметры труб. Выбирают наиболее длинную трассу от источников тепла до последнего потребителя. После оформления расчётной схемы приступают к проектированию монтажных схем. На ней показывают: запорные и секционирующие задвижки, переходы диаметров труб, компенсационные устройства (при диаметре труб меньше или равной 200 мм – П-образные компенсаторы; при диаметре труб больше 200 мм – сальниковые), повороты трассы, спускники воды и воздуха, неподвижные опоры. Оформленная монтажная схема должна содержать: маркировку трубопроводов Т1 и Т2, привязки трассы по неподвижным опорам, величины диаметров на выносках, номера поперечных размеров, номера промежуточных неподвижных опор, номера тепловых узлов. В нижних точках трассы устанавливают устройства для спуска воды, в верхних – для спуска воздуха. Для тепловых сетей используют стальные горячекатаные трубы, трубы соединяются при помощи электросварки. Фланцы применяют при присоединении труб и арматуры. Для снижения затрат следует выбирать минимальное количество тепловых камер, сооружая их в местах установки приборов и оборудования (сальниковые компенсаторы). Запорная арматура устанавливается на выходе из теплового источника, ответвлений в тепловом пункте, на всех ответвлениях от основной магистрали и для удобства эксплуатации и ремонта тепловых сетей, устанавливаются секционирующие задвижки на магистрали на расстоянии не более 1000 м. друг от друга. Секционирующие задвижки устанавливаются с перемычками, на которых устанавливают две задвижки с контрольным вентилем между ними. Задвижки используются стальные, при диаметре труб более 500 мм, устанавливаются с электроприводом.
2. Исходные данные
Город: Л в Липецкой области
Численность жителей: 77430
Генплан № 3
Источник тепла: ТЭЦ-3
Теплоноситель-вода с расчетными параметрами 150/70С
Система теплоснабжения – открытая
Уровень грунтовых вод – 2,0 м
Этажность застройки – 9 этажей
Из [2] табл.1 (графы 21, 22, 23) выписываем следующие данные:
Расчётная температура наружного воздуха для системы отопления: ;
Средняя температура отопительного периода наружного воздуха: ;
Продолжительность отопительного периода: ;
Плотность жилого фонда для городов на 1га территории принимаем по [6] табл.2. При средней степени застройки (9 этажей) норма человек на гектар зависит от общего числа жителей в городе. При числе жителей в г. Липецк св. 100 тыс.чел. принимаем 210 чел/га.
По [3] по укрупнённым показателям на одного жителя в настоящее время приходится 18 м², при более комфортной застройке 23,5 м².
3. Определение расчётных расходов тепла.
Максимальные тепловые потоки на отопление Q’o, вентиляцию Q’v, и горячее водоснабжение Q’hm, зданий следует принимать из проектов отопления и вентиляции. При отсутствии проектной документации тепловые потоки для жилых зданий на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение допускается по укрупнённым показателям по [1] в зависимости от общей площади и численности населения.
Для того, чтобы определить расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, следует вычислить общую площадь жилых зданий, а также, количество жителей в квартале.
Чтобы определить общую площадь застройки, требуется определить удельную норму площади на 1 га [5, таблица 6.1].
Тип застройки Плотность жилищного фонда, м2 общ. пл./га
Многоквартирная 9-ти этажная 2500
Для жилого района необходимо снижать расчетные показатели плотности на 15-20 % с учетом размещения на их территории общественных и производственно-деловых объектов районного и городского значения.
Определяем общую площадь жилых зданий, м2, по формуле:
Аналогично рассчитываем жилую площадь для остальных кварталов. Для квартала №14, для которого имеется информация, следует произвести отдельный расчет. Результаты расчета сведем в отдельную таблицу.
Для расчетного квартала общая площадь жилых зданий определится:
Расходы теплоты при отсутствии проектов отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий и сооружений для жилых районов определяются по формулам [1]:
а) максимальный расход теплоты, кВт, на отопление жилых и общественных зданий
Q_оmax=q_о∙А∙(1+k_1 );
Для квартала №1:
Q_оmax=50∙15978∙((1+0,25))/1000=999,кВт;
Для квартала №14 определяем для каждого дома отдельно в соответствии с количеством квартир в доме:
Для 3 жилых домов на 120 квартир:
Q_оmax=50∙7333∙((1+0,25))/1000=458,кВт;
Для 3 жилых домов на 80 квартир:
Q_оmax=50∙5767∙((1+0,25))/1000=360,кВт
Для жилого дома на 53 квартиры:
Q_оmax=50∙3817∙((1+0,25))/1000=239,кВт.
б) максимальный расход теплоты, кВт,на вентиляцию общественных зданий Q_вmax=k_1∙k_2∙q_о∙А;
Для квартала №1: Q_вmax=0,25∙0,6∙50∙15978/1000=184,кВт;
Для квартала №14:
Для 3 жилых домов на 120 квартир: Q_вmax=0,25∙0,6∙50∙7333/1000=73,кВт;
Для 3 жилых домов на 80 квартир: Q_вmax=0,25∙0,6∙50∙5767/1000=58,кВт;
Для жилого дома на 53 квартиры: Q_вmax=0,25∙0,6∙50∙3817/1000=38,кВт.
в) средний расход теплоты, кВт, на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий Q_гв=q_гв∙m;
Для квартала №1:
г) максимальный расход теплоты, кВт, на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий Q_гвmax=2,4∙Q_гв,
Для квартала №1: Q_гвmax=2,4∙300=721,кВт.
Для квартала №14:
Для 3 жилых домов на 120 квартир:
Q_гвmax=2,4∙138=331,кВт.
Для 3 жилых домов на 80 квартир:
Q_гвmax=2,4∙108=260,кВт.
Для жилого дома на 53 квартиры:
Q_гвmax=2,4∙72=172,кВт.
где q_о– укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади, принимаемый в соответствии с таблицей А.1 [1,Лист А], q_о=50 Вт;
А – общая площадь жилых зданий, м2;
k_1– коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий; при отсутствии данных принимаем равным 0,25;
k_2 – коэффициент, учитывающий расход теплоты на вентиляцию общественных зданий, принимаем равным 0,6;
q_гв– укрупненный показатель среднего расхода теплоты на горячего водоснабжение на одного человека, принимаемый по таблице А.2 [1, Лист А], q_гв=376 Вт;
m – количество человек.
Таблица 1. Расчет теплопотребления района
№ квартала Fкв,га Pн,чел/га Аобщ,м Аж,м m,чел Расходы теплоты кВт
Qo,max Qв,max Qгв,ср Qгв,max Σ Q
1 7,35 2500 18375 15978 799 1148 184 300 721 1633
2 19,5 48750 42391 2120 3047 488 797 1913 4331
3 12,75 31875 27717 1386 1992 319 521 1251 2832
4 4,13 10325 8978 449 645 103 169 405 917
5 4,43 11075 9630 482 692 111 181 435 984
6 12,63 31575 27457 1373 1973 316 516 1239 2805
7 7,13 17825 15500 775 1114 178 291 699 1584
8 2,5 6250 5435 272 391 63 102 245 555
9 8,63 21575 18761 938 1348 216 353 846 1917
10 6,75 16875 14674 734 1055 169 276 662 1499
11 9 22500 19565 978 1406 225 368 883 1999
12 2 5000 4348 217 313 50 82 196 444
13 3,5 8750 7609 380 547 88 143 343 777
15 5 12500 10870 543 781 125 204 490 1111
16 12,5 31250 27174 1359 1953 313 511 1226 2776
17 2 5000 4348 217 313 50 82 196 444
18 3,5 8750 7609 380 547 88 143 343 777
ИТОГО 21413 3426 5601 13442 30439
в МВт 21,413 3,426 5,601 13,44 30,439
4. Расчёт и построение графика тепловых нагрузок зависимости от наружных температур и годового графика продолжительности нагрузок.
График годового расхода теплоты строится на основании суммарных часовых расходов теплоты и состоит из двух частей: левой – графика зависимости суммарных расходов теплоты от температуры наружного воздуха и правой – годового графика расхода теплоты. На последнем по оси ординат откладывается расход теплоты, по оси абсцисс – число часов стояния температур наружного воздуха.
График расходов теплоты на отопление и вентиляцию представляет собой линейные зависимости от температуры наружного воздуха, их строится по трем точкам. Одной точкой графика является расчетное потребление теплоты районом города Q_оmaxи Q_вmax (при температуре наружного воздуха, равной расчетной на отоплениеt_но^р=-27 ℃). Второй точкой графика является расходы теплоты на отопление и вентиляцию приt_нк=+8℃, находим по формулам из [1, п.А.2]:
Q_о^(+8)=Q_оmax∙(〖(t〗_в-8))/((t_в-t_но^р ) )=24,11∙((18-8))/((18+27) )=6,03 МВт;
Q_в^(+8)=Q_вmax∙(〖(t〗_в-8))/((t_в-t_но^р ) )=3,86∙((18-8))/((18+27) )=0,96 МВт,
где t_в –средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий жилых районов, ℃, [1, п.А.2].
В летний период тепловые нагрузки отсутствуют.
Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение – круглогодовая, в течение отопительного периода условно принимается постоянной, независящей от температуры наружного воздуха.
Поэтому график часового расхода теплоты на горячее водоснабжение представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс.
В летний период года тепловая нагрузка на горячее водоснабжение, кВт, находим по формуле:
Q_гв^s=Q_гв∙β∙((55-t_c^s ))/((55-t_c ) )=6,41∙0,8∙((55-15))/((55-5) )=4,102 МВт,
Где 55 – температура горячей воды в системе горячего водоснабжения, ºС;
t_c– температура холодной воды в отопительный период, t_c=5℃,[1, п.А.3];
t_c^s– температура холодной воды в неотопительный период, t_c^s=15℃, [1, п.А.3];
β – коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, β=0,8, [1, п.А.3].
Продолжительность отопительного периода для города Липецк составляет [6. Табл.3.19]:
Таблица 2. Средняя продолжительность температуры воздуха
5. Регулирование отпуска теплоты
Если доля средней нагрузки горячего водоснабжения составляет менее 15% от расчетной нагрузки отопления (Q_гв/Q_оmax ≤15%), то регулирование отпуска теплоты принимают по нагрузке отопления [8, п. 4.6].Если доля средней нагрузки горячего водоснабжения составляет более 15 % от суммарной тепловой нагрузки, то следует принимать регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. Это верно как для открытых, так и для закрытых систем теплоснабжения. По заданию у нас система закрытая.
Q_гв/Q_оmax =6,41/24,11=0,27,
Следовательно, принимаем регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.
Согласно п.6.8 [2]схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения к закрытым системам теплоснабжения выбирается одноступенчатая или двухступенчатая. Рекомендуется применять двухступенчатую смешанную схему с использованием теплоты обратной воды системы отопления. При обосновании допускается использование теплоты обратной воды системы теплоснабжения установок систем вентиляции для приготовления горячей воды.
Применение одноступенчатых схем присоединения водоподогревателей горячей воды допускается при следующем соотношении максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление:
0,2>Q_гвmax/Q_оmax >1;
Для двухступенчатых схем: 0,2
〖10〗^5, коэффициент гидравлического трения рассчитываем по формуле:
λ=0,11∙〖(k_э/d_стi )〗^0,25.
Расчеты сведем в таблицы 7-10
Таблица 7. Предварительный гидравлический расчет района в отопительный период
№ участка Расчётный расход Gd,кг/с Внутренний расчетный диаметр трубопровода dрi,м Внутренний диаметр трубопровода di,м
Условный диаметр трубопровода dy,м Наружный диаметр трубопровода dн,м
Толщина стенки трубопровода δст,м
Коэффициент гидравлического трения λ Удельные потери давления R,Па/м Скорость движения теплоносителя , ν, м/с
1 8,36 0,127 0,125 0,125 0,133 0,004 0,028 52,535 0,697
2 34,16 0,217 0,207 0,2 0,219 0,006 0,024 62,088 1,038
3 39,22 0,228 0,261 0,25 0,273 0,006 0,023 24,236 0,75
4 56,69 0,262 0,261 0,25 0,273 0,006 0,023 50,637 1,084
5 66,81 0,279 0,313 0,3 0,325 0,006 0,022 27,095 0,888
6 80,71 0,3 0,313 0,3 0,325 0,006 0,022 39,542 1,073
7 115,62 0,344 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 37,271 1,143
8 129,52 0,359 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 46,771 1,28
9 136,6 0,367 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 52,024 1,35
10 155,08 0,385 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 67,053 1,533
11 159,13 0,389 0,412 0,4 0,426 0,007 0,021 36,317 1,221
12 166,21 0,395 0,412 0,4 0,426 0,007 0,021 39,62 1,275
13 316,32 0,504 0,516 0,5 0,53 0,007 0,019 44,021 1,547
Таблица 8. Предварительный гидравлический расчет района в неотопительный период
№ участка Расчётный расход Gd,кг/с Внутренний расчетный диаметр трубопровода dрi,м Внутренний диаметр трубопровода di,м
Условный диаметр трубопровода dy,м Наружный диаметр трубопровода dн,м
Толщина стенки трубопровода δст,м
Коэффициент гидравлического трения λ Удельные потери давления R,Па/м Скорость движения теплоносителя , ν, м/с
1 6,97 0,118 0,125 0,125 0,133 0,004 0,028 52,535 0,581
2 28,47 0,202 0,207 0,2 0,219 0,006 0,024 62,088 0,865
3 32,69 0,213 0,261 0,25 0,273 0,006 0,023 24,236 0,625
4 47,24 0,245 0,261 0,25 0,273 0,006 0,023 50,637 0,903
5 55,68 0,261 0,261 0,25 0,273 0,006 0,023 27,095 1,065
6 67,27 0,28 0,313 0,3 0,325 0,006 0,022 39,542 0,894
7 100,72 0,327 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 37,271 0,996
8 112,31 0,34 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 46,771 1,11
9 118,21 0,347 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 52,024 1,169
10 133,61 0,364 0,363 0,35 0,377 0,007 0,021 67,053 1,321
11 136,98 0,367 0,412 0,4 0,426 0,007 0,021 36,317 1,051
12 142,89 0,373 0,412 0,4 0,426 0,007 0,021 39,62 1,096
13 267,97 0,474 0,516 0,5 0,53 0,007 0,019 44,021 1,311
Таблица 9. Предварительный гидравлический расчет квартала в отопительный период
№ участка Расчётный расход Gd,кг/с Внутренний расчетный диаметр трубопровода dрi,м Внутренний диаметр трубопровода di,м Условный диаметр трубопровода dy,м Наружный диаметр трубопровода dн,м Коэффициент гидравлического трения λ Удельные потери давления R,Па/м Скорость движения теплоносителя , ν, м/с
Толщина стенки трубопровода δст,м
1 3,09 0,087 0,106 0,1 0,133 0,004 0,029 23,16 0,4
2 9,03 0,131 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 23,518 0,523
3 13,7 0,153 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 54,134 0,793
4 19,63 0,175 0,207 0,2 0,219 0,006 0,024 20,507 0,597
5 34,91 0,218 0,207 0,2 0,219 0,006 0,024 64,827 1,061
6 5,91 0,111 0,106 0,1 0,114 0,004 0,029 62,96 0,688
7 10,61 0,139 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 32,462 0,614
8 15,27 0,159 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 67,33 0,884
9 4,67 0,102 0,106 0,1 0,114 0,004 0,029 38,93 0,541
10 4,67 0,102 0,106 0,1 0,114 0,004 0,029 38,93 0,541
Таблица 10. Предварительный гидравлический расчет квартала в неотопительный период
№ участка Расчётный расход Gd,кг/с Внутренний расчетный диаметр трубопровода dрi,м Внутренний диаметр трубопровода di,м Условный диаметр трубопровода dy,м Наружный диаметр трубопровода dн,м Коэффициент гидравлического трения λ Удельные потери давления R,Па/м Скорость движения теплоносителя , ν, м/с
Толщина стенки трубопровода δст,м
1 2,96 0,085 0,106 0,1 0,133 0,004 0,029 21,27 0,386
2 8,65 0,128 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 21,6 0,501
3 13,13 0,151 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 49,72 0,760
4 18,82 0,173 0,207 0,2 0,219 0,006 0,024 18,84 0,575
5 33,45 0,215 0,207 0,2 0,219 0,006 0,024 59,54 1,017
6 5,69 0,11 0,106 0,1 0,114 0,004 0,029 57,83 0,66
76 10,16 0,137 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 29,818 0,588
8 14,64 0,157 0,15 0,15 0,159 0,0045 0,026 61,84 0,847
9 4,47 0,1 0,106 0,1 0,114 0,004 0,029 35,76 0,519
10 4,47 0,1 0,106 0,1 0,114 0,004 0,029 35,76 0,519
На втором этапе (окончательный расчет) на основании монтажной схемы определяем все местные сопротивления в сети. Определяем коэффициенты местного сопротивления из табл. 7.2 [10].
Эквивалентная длина, м, определяется по формуле:
,
где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке из табл. 7.5-7.6.
Суммарные потери давления , Па, на участке трубопровода:
,
где -приведенная длина, м, расчетного участка, которая определяют по формуле:
где l- фактическая длина участка, м;
Гидравлический расчет сведем в табл. 11-13
Таблица 11 Местные сопротивления в сети района города
№ участка Местное сопротивление Коэффициент ξ Количество Сумма ξ
1 Отвод 90 0,8 1 1,3
задвижка 0,5 1
2 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
задвижка 0,5 1
3 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
Задвижка 0,5 1
Тройник на ответвление 1,5 1 3,6
4 Задвижка 0,5 1
Отвод 90 0,8 2
5 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
Задвижка 0,5 1
6 Тройник на проход 1,0 1 1,0
7 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
задвижка 0,5 1
8 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
Задвижка 0,5 1
9 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
Задвижка 0,5 1
10 Тройник на проход 1,0 1 1,0
11 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
Задвижка 0,5 1
12 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
Задвижка 0,5 1
13 Тройник на проход 1,0 1 1,5
задвижка 0,5 2
Таблица 12 Местные сопротивления в сети квартала города
№ участка Местное сопротивление Коэффициент ξ Количество Сумма ξ
1 Отвод 90 0,8 1 3,7
Отвод60 0,7 1
Задвижка 0,5 1
Компенсатор п-образный 1,7 1
2 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
задвижка 0,5 2
3 задвижка 0,5 1 2,2
Компенсатор п-образный 1,7 1
4 Тройник на ответвление 1,5 1 3,7
задвижка 0,5 1
Компенсатор
п-образный 1,7 1
Отвод 90 0,8 1
Отвод 45 0,3 1
5 задвижка 0,5 2 2,8
Тройник на проход 1,0 1
Отвод 90 0,8 1
6 Тройник на ответвление 1,5 1 4,5
задвижка 0,5 1
Отвод 90 0,8 1
Компенсатор
п-образный 1,7 1
7 Компенсатор
п-образный 1,7 1 3,7
Задвижка 0,5 1
Тройник на ответвление 1,5 1
8 Тройник на проход 1,0 1 2,0
задвижка 0,5 2
9 Отвод 90 0,8 1 3,6
Отвод 45 0,3 1
задвижка 0,5 1
Тройник на ответвление 1,5 1
10 Тройник на ответвление 1,5 1 2,0
задвижка 0,5 1
Таблица 13. Окончательный гидравлический расчет района в отопительный период
№ участка Расчётный расход Gd, кг/с Внутренний диаметр трубопровода Di ,м Удельные потери давления R , Па/м Скорость движения воды ν, м/с Длина участка l, м Эквивалентная длина lэ, м Приведённая длина l’, м Потери давления ΔP, Па Потери давления ΔP, м.вод.ст
1 8,36 0,125 52,535 0,697 114 5,87 119,87 6297,598 0,630
2 34,16 0,207 62,088 1,038 190,5 16,98 207,48 12881,768 1,288
3 39,22 0,261 24,236 0,75 52,5 22,68 75,18 1822,154 0,182
4 56,69 0,261 50,637 1,084 296,75 40,83 337,58 17093,852 1,709
5 66,81 0,313 27,095 0,888 164,5 28,47 192,97 5228,416 0,523
6 80,71 0,313 39,542 1,073 146,75 14,23 160,98 6365,627 0,637
7 115,62 0,363 37,271 1,143 44,25 34,26 78,51 2926,115 0,293
8 129,52 0,363 46,771 1,28 295 34,26 329,26 15399,842 1,540
9 136,6 0,363 52,024 1,35 128,75 34,26 163,01 8480,438 0,848
10 155,08 0,363 67,053 1,533 167,25 17,13 184,38 12363,150 1,236
11 159,13 0,412 36,317 1,221 87,75 40,13 127,88 4644,356 0,464
12 166,21 0,395 39,62 1,275 105,75 40,13 145,88 5779,989 0,578
13 316,32 0,504 44,021 1,547 132,5 39,88 172,38 7588,337 0,759
Таблица 14.Окончательный гидравлический расчет района в неотопительный период
№ участка Расчётный расход Gd, кг/с Внутренний диаметр трубопровода Di ,м Удельные потери давления R , Па/м Скорость движения воды ν, м/с Длина участка l, м Эквивалентная длина lэ, м Приведённая длина l’, м Потери давления ΔP, Па Потери давления ΔP, м.вод.ст
1 6,97 0,125 52,535 0,581 114 5,87 119,87 4372,643 0,437
2 28,47 0,207 62,088 0,865 190,5 16,98 207,48 8948,829 0,895
3 32,69 0,261 24,236 0,625 52,5 22,68 75,18 1265,782 0,127
4 47,24 0,261 50,637 0,903 296,75 40,83 337,58 11872,299 1,187
5 55,68 0,261 27,095 1,065 164,5 22,68 187,18 9143,030 0,914
6 67,27 0,313 39,542 0,894 146,75 14,23 160,98 4421,589 0,442
7 100,72 0,363 37,271 0,996 44,25 34,26 78,51 2220,519 0,222
8 112,31 0,363 46,771 1,11 295 34,26 329,26 11578,695 1,158
9 118,21 0,363 52,024 1,169 128,75 34,26 163,01 6350,854 0,635
10 133,61 0,363 67,053 1,321 167,25 17,13 184,38 9176,971 0,918
11 136,98 0,412 36,317 1,051 87,75 40,13 127,88 3441,607 0,344
12 142,89 0,412 39,62 1,096 105,75 40,13 145,88 4271,705 0,427
13 267,97 0,516 44,021 1,311 132,5 39,88 172,38 5446,014 0,545
Таблица 15.Окончательный гидравлический расчет квартала в отопительный период
№ участка Расчётный расход Gd, кг/с Внутренний диаметр трубопровода Di ,м Удельные потери давления R , Па/м Скорость движения воды ν, м/с Длина участка l, м Эквивалентная длина lэ, м Приведённая длина l’, м Потери давления ΔP, Па Потери давления ΔP, м.вод.ст
1 3,09 0,106 23,16 0,4 100,36 12,65 113,01 2617,252 0,261
2 9,03 0,15 23,518 0,523 91 11,35 102,35 2407,059 0,24
3 13,7 0,15 54,134 0,793 160 12,49 172,49 9337,339 0,933
4 19,63 0,207 20,507 0,597 94,36 31,41 125,77 2579,071 0,25
5 34,91 0,207 64,827 1,061 40,4 23,77 64,17 4159,823 0,415
6 5,91 0,106 62,96 0,688 190,3 16,55 206,85 15022,775 1,302
7 10,61 0,15 32,462 0,614 65,48 21,00 86,48 2807,229 0,281
8 15,27 0,15 67,33 0,884 92,8 11,35 104,15 7012,614 0,701
9 4,67 0,106 38,93 0,541 28 13,24 41,24 1605,433 0,160
10 4,67 0,106 38,93 0,541 38,4 7,35 45,75 1781,277 0,178
Таблица 16.Окончательный гидравлический расчет квартала в неотопительный период
№ участка Расчётный расход Gd, кг/с Внутренний диаметр трубопровода Di ,м Удельные потери давления R , Па/м Скорость движения воды ν, м/с Длина участка l, м Эквивалентная длина lэ, м Приведённая длина l’, м Потери давления ΔP, Па Потери давления ΔP, м.вод.ст
1 2,96 0,106 21,27 0,386 100,36 12,65 113,01 2403,778 0,240
2 8,65 0,15 21,6 0,501 91 11,35 102,35 2210,912 0,221
3 13,13 0,15 49,72 0,760 160 12,49 172,49 8576,585 0,857
4 18,82 0,207 18,84 0,575 94,36 31,41 125,77 2368,963 0,236
5 33,45 0,207 59,54 1,017 40,4 23,77 64,17 3820,970 0,382
6 5,69 0,106 57,83 0,66 190,3 16,55 206,85 11962,092 1,196
7 10,16 0,15 29,818 0,588 65,48 21,00 86,48 2578,585 0,257
8 14,64 0,15 61,84 0,847 92,8 11,35 104,15 6441,449 0,644
9 4,47 0,106 35,76 0,519 28 13,24 41,24 1474,673 0,147
10 4,47 0,106 35,76 0,519 38,4 7,35 45,75 1636,195 0,163
После гидравлического расчета производится увязка потерь давления магистрального направления и ответвлений в квартале города. Невязка при этом не должна превышать 10 процентов.
Участок №10:
(∑▒〖〖∆P〗_1+∑▒〖∆P〗_2 -∑▒〖∆P〗_10 〗)/(∑▒〖∆P〗_1 +∑▒〖∆P〗_2 )∙100%=(2330,99+2242,43-1781,27)/(2330,99+2242,43)∙100%=61,05%>10%
Условие не выполняется, следовательно, требуется подобрать диафрагму.
Подбираем диафрагму по формуле:
d=10∙∜(G^2/∆P),
где — расчетный расход воды через диафрагму, т/ч;
— напор, дросселируемый диафрагмой, м.
d=10∙∜(G^2/∆P)=10∙∜((4,67∙3,6)^2/0,28)=56мм
Участок №9:
(∑▒〖〖∆P〗_6+∑▒〖∆P〗_7 -∑▒〖∆P〗_9 〗)/(∑▒〖∆P〗_6 +∑▒〖∆P〗_7 )∙100%=(6330,28+6252,06-1605,43)/(6330,28+6252,06)∙100%=86,9%>10%
Условие не выполняется, следовательно, требуется подобрать диафрагму.
d=10∙∜(G^2/∆P)=10∙∜((4,67∙3,6)^2/1,08)=40мм.
10. Тепловой расчет теплоизоляционной конструкции
Основной задачей теплового расчет является определение толщины изоляционного слоя, обеспечивающей соблюдение требований, заданных при расчетах. Наружные диаметры подающего и обратного трубопровода равны. Расчет выполняется в соответствии с [3].
Толщину теплоизоляционного слоя для цилиндрических объектов с d_н<2 мпо п. 3.4.4 [3], определяем по формуле:
δ_из=d_н/2∙((d_н^из)/d_н -1),
где d_н – наружный диаметр трубопровода, м;
d_н^из – наружный диаметр изоляции, м.
Отношение d_н^из/d_н определяем для двухтрубной бесканальной прокладки тепловой сети по формуле:
- для подающего трубопровода
n (d_н1^из)/d_н =(2∙π∙λ_из1∙λ_гр)/(λ_гр-λ_из1 )∙((t_(в_1 )-t_н-q_2^L∙R_о)/(q_1^L )-R_гр );
- для обратного трубопровода
ln (d_н2^из)/d_н =(2∙π∙λ_из2∙λ_гр)/(λ_гр-λ_из2 )∙((t_(в_2 )-t_н-q_1^L∙R_о)/(q_2^L )-R_гр ),
где λ_из – теплопроводность изоляции в конструкции, Вт/(м^2∙℃), пенополиуретан жесткий λ_из=0,035 Вт/(м^2∙℃), из табл. 1.1 [4];
λ_гр – теплопроводность грунта, Вт/(м^2∙℃), при отсутствии сведений о грунте коэффициент теплопроводности грунта принимаем λ_гр=1,8 Вт/(м^2∙℃) для грунтов средней влажности, из табл. 4.1 [3];
t_(в_1 ) – температура теплоносителя в подающем трубопроводе, ℃;
t_(в_2 ) – температура теплоносителя в обратном трубопроводе, ℃;
t_н – температура окружающей среды, ℃;
q_1^L – норма линейной плотности теплового потока для подающего трубопровода, Вт/м, принимаем из табл. 11 [4] при среднегодовой температуре теплоносителя 90℃;
q_2^L – норма линейной плотности теплового потока для обратного трубопровода, Вт/м, принимаем из табл. 11 [4] при среднегодовой температуре теплоносителя 50℃;
R_о – термическое сопротивление, обусловленное тепловым взаимодействием двух трубопроводов, м∙℃/Вт;
R_гр – термическое сопротивление грунта, м∙℃/Вт.
Термическое сопротивление, обусловленное тепловым взаимодействием двух трубопроводов, м∙℃/Вт, определяем по формуле пункт 3.13.3 [3]:
R_о=(ln√(1+(2H/K1,2)^2 ))/(2∙π∙λ_гр ),
где H – глубина заложения трубопровода до его оси, м;
K – расстояние между осями трубопроводов, м,
Термическое сопротивление грунта, м∙℃/Вт, определяем по формуле пункт 3.13.3 [3]:
R_гр=1/(2∙π∙λ_гр )∙ln[(2∙H)/d_н +√(((2∙H)/d_н )^2-1)].
Рассчитаем 5 участок:
Термическое сопротивление грунта, м∙℃/Вт:
R_гр=1/(2∙3,14∙1,8)∙ln[(2∙0,85)/0,219+√(((2∙0,85)/0,219)^2-1)]=0,242 м∙℃/Вт.
Термическое сопротивление, обусловленное тепловым взаимодействием двух трубопроводов, м∙℃/Вт:
R_о=(ln√(1+((2∙0,85)/0,219)^2 ))/(2∙3,14∙1,8)=0,182 м∙℃/Вт.
Отношение d_н^из/d_н для подающего трубопровода:
ln (d_н^из)/(d_н^1 )=(2∙3,14∙0,035∙1,8)/(1,8-0,035)∙((142-4-65∙0,182)/67-0,242)=0,384,
Отношение d_н^из/d_н для обратного трубопровода:
ln (d_н^из)/(d_н^2 )=(2∙3,14∙0,035∙1,8)/(1,8-0,035)∙((65-4-67∙0,182)/37-0,242)=0,241,
(d_н^из)/(d_н^1 )=1,469;(d_н^из)/(d_н^2 )=1,273.
Толщина теплоизоляционного слоя подающего трубопровода, м:
δ_из^1=0,219/2∙(1,469-1)=0,051 м.
Толщина теплоизоляционного слоя обратного трубопровода, м:
δ_из^2=0,219/2∙(1,273-1)=0,029 м.
11. Построение продольного профиля теплосети
Продольный профиль участка теплосети строится в масштабах вертикальном Мв 1:100 и горизонтальном Мг 1:5000. Построение начинаем с определения минимальной глубины заложения. Глубина заложения при бесканальной прокладке принимается до верха оболочки 0,7 м. В непроезжей части допускается выступающие над поверхностью земли перекрытия камер на высоту не менее 0,4 м.
Уклоны тепловых сетей при подземной прокладке и труб попутного дренажа следует принимать с учетом ожидаемых уклонов земной поверхности от влияния горных выработок. Уклон теплопроводов независимо от способа прокладки должен составлять не менее 0,002. При прокладке теплопроводов по конструкциям мостов при пересечении рек, оврагов уклоны могут не предусматриваться.
На продольном профиле показываются:
- поверхности земли натурные;
- поверхности земли проектные;
- каналы, камеры, отдельно стоящие опоры и т.д. упрощенными контурными очертаниями внутренних и наружных габаритов;
- неподвижные опоры;
- величины уклонов;
- трубопроводы (в каналах и камерах не изображаются).
В самых низких точках теплопроводов предусматриваются дренажные выпуски, а в самых высоких – устройства для выпуска воздуха (воздушники). Необходимо соблюдать допустимые расстояния по вертикали от конструкций тепловой сети до инженерных коммуникаций [1, прил. Г].
При прокладке тепловых сетей бесканальным способом, трубы укладываются на песчаное основание толщиной не менее 100 мм с песчаной обсыпкой не менее 100 мм.
12. Построение пьезометрического графика и подбор насосов
После выполнения гидравлического расчета водяных тепловых сетей приступаем к построению пьезометрического графика, при помощи которого определяем напор в любой точке сети, подбор сетевых и подпиточных насосов.
Должны быть выполнены условия:
а) условие «невскипания». Во всех точках системы теплоснабжения должно поддерживаться давление, которое превышает давление насыщенного пара при максимальной температуре воды, обеспечивая невскипание воды. При температуре t=142˚C, минимальный напор H=32м.
б) условие прочности. Напор в сети не должен превышать: 160м для подающей магистрали; 50м для обратной магистрали( установлен чугунный радиатор).
в) условие избыточного давления. обеспечение избыточного давления во всех элементах системы теплоснабжения для предупреждения кавитации насосов и защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Минимальное значение избыточного давления принимается 0,05 мПа.
По оси ординат откладываем значения напоров в подающей и обратной магистралях тепловой сети (как для отопительного периода, так и для неотопительного периода), отметки рельефа местности и высоты присоединенных потребителей; по оси абсцисс строим профиль местности и откладываем длину расчетных участков трубопровода.
В гидростатическом режиме циркуляция теплоносителя в тепловой сети отсутствует, напор в системе поддерживается подпиточными насосами. При таком режиме график представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс.
Требуемый напор подпиточных насосовP_p^n, м, определяем по формуле:
P_p^n=P_cm+∆P_noдn+P_б=25+2+3=30 м,
где P_cm – статический напор в сети по отношению к оси подпиточного насоса, м;P_cm=25,м
∆P_noдn – потери напора в трубопроводах подпиточной линии от бака подпиточной воды до точки присоединения к тепловой сети, м, принимаем равными 2 м;
P_б – разность отметок между осью насоса и нижним уровнем воды в питательном баке, м, принимаем равной 3 м.
Так как у нас система закрытая, то устанавливаем два подпиточных насосов, один из который является резервным.
Требуемый напор сетевых насосовP_p^c, м, определяем по формуле:
〖∆P〗_p^c=∆P_ист+∆P_nод+∆P_обр+∆P_абон=15+8,74+8,74+20=52,48 м,
где ∆P_ист – потери напора в источнике теплоты, м;
∆P_nод – потери напора в подающем трубопроводе, м;
∆P_обр – потери напора в обратном трубопроводе, м;
∆P_абон – потери напора абонентов, включая потери давления во внутриквартальной сети, м.
Напор сетевых насосов, м, в летний период года определяем по формуле:
P_p^s=〖∆P〗_p^c∙((G_d^s)/G_d )^2=52,48∙(264,6/312,26)^2=37,68 м.
Устанавливаем два насоса СЭ 1250-45-11, один из которых резервный.
13. Механический расчёт теплопроводов
Целью механического расчета является определение места расположения компенсирующих устройств и проверка линейных участков трубопровода на естественную компенсацию температурных удлинений.
При нагревании прямого участка трубопровода бесканальной прокладки, засыпанного грунтом, концы которого заканчиваются компенсатором, возникает неподвижная точка, не имеющая перемещений, от которой труба расширяется в разные стороны. Эта точка называется условной неподвижной опорой. Нет необходимости устанавливать в этом месте реальную неподвижную опору.
Максимальная длина Lм по табл. 2.1 [9] – это максимально возможное расстояние между условно неподвижной опорой и компенсатором, при котором осевое напряжение в стальной трубе не превышает допускаемого.
Для обеспечения прочности трубопровода, длина прямых отрезков не должна превышать 2Lм, причем в центрепрямого участка удлинение Δl=0, и здесь возникает условная неподвижная опора, где трубопровод фиксируется, а на его свободных концах появляется удлинение Δl.
Если длина прямого участка составляет больше 2Lм, то следует предусматривать на этом участке дополнительную компенсацию за счет естественных углов поворота.
Компенсация температурных удлинений трубопроводов осуществляется за счет естественных изменений направления трассы с помощью углов поворота Г-образной, П-образной и Z-образной формы.
Температурное удлинение Δl,м, участка трубопровода длиной L,м, засыпанного грунтом, определяем по формуле:
∆l=α∙(T-T_o )∙L-(F∙L^2)/(2∙E_o∙S),
где α – коэффициент линейного расширения стальной трубы, 1/℃, для диапазона температур от 0 до 150 ℃ – 1,25∙〖10〗^(-5) 1/℃;
T – расчетная температура теплоносителя, ℃;
T_o – температура наружного воздуха при монтаже трубопровода, ℃, минимальная температура наружного воздуха, при которой допускается осуществлять монтаж трубопроводов 10℃;
L – длина участка трубопровода, м;
F– сила трения, Н/м, табл. 2.1 [9];
E_o – модуль продольной упругости стальной трубы с учетом влияния температуры, принимаем равным 0,204∙〖10〗^6 Н/〖мм〗^2;
S – площадь поперечного сечения стенки трубы, 〖мм〗^2, табл. 2.1 [9].
Для участка 5:
∆l=1,25∙〖10〗^(-5)∙(142-10)∙111,8-(3323∙〖111,8〗^2)/(2∙0,204∙〖10〗^6∙1382)=0,11 м.
В качестве амортизирующих прокладок используют маты теплозвукоизоляционные из вспененного полиэтилена. Толщина матов должны быть не менее двойной величины расчетного теплового удлинения.
Амортизирующие прокладки должны устанавливаться на 2/3 длины плеча компенсации. Их высота должна превышать диаметр полиэтиленовой трубы-оболочки не менее чем на 100мм.
При расчетном тепловом удлинении до 10мм амортизирующие прокладки можно не устанавливать.
Устанавливаем амортизирующие подушки 2/3∙∆L=0,073 м.
14. Разработка схемы ОДК
Система оперативного дистанционного контроля (СОДК) предназначена для проведения непрерывного контроля состояния теплоизоляционного слоя из пенополиуретана (ППУ) предизолированных трубопроводов в течение всего срока их службы.
Принцип действия системы ОДК основан на измерении электрического сопротивления теплоизоляционного слоя между стальной трубой и проводами системы контроля. Сигнальную цепь образуют два медных провода, проходящие по всей длине теплосети. Первый провод – основной – располагается в трубопроводе справа по ходу подачи воды потребителю. Второй – транзитный – расположен слева по ходу подачи воды потребителю.
Ковер, как наземный, так и настенный, предназначен для размещения в них коммутационных терминалов и предохраняет элементы системы контроля от несанкционированного доступа.
Ковер представляет собой металлическую конструкцию с надежным запорным устройством. Внутри ковера предусмотрено место для крепления терминала.
Терминалы присоединяют к проводникам ОДК с помощью соединительных кабелей: 3-х жильный кабель (NYX 3x1,5) для соединения терминалов на концевых участках теплотрассы и 5-ти жильный кабель (NYX 5x1,5) для соединения терминалов на промежуточных участках теплотрассы.
Подключение и эксплуатация терминалов производится согласно технической документации предприятия-изготовителя.
В качестве концевого терминала устанавливает терминал КТ-11. КТ-12/Ш устанавливаем на промежуточных точках контроля трубопровода.
Список литературы
1. СНиП 2.04.07 – 86*. Тепловые сети. М.: Стройиздат, 1988.
2. СНиП 2.01.01 - 99. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 2000.
3. СНиП 2.07.01 - 89. Планировка и застройка городских и сельских населенных пунктов. М.: Стройиздат 1991.
4. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника. М.: Стройиздат, 1995.
5. «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей»: Справочник/Под ред. Манюка В.И М.: Стройиздат, 1988.
6. «Теплоснабжение района города». Методические указания к курсовому проекту. Сост.: Богачук С.М, Полонский В.М., Минкина С.А., Ватузов Д.Н. СГАСУ Самара, 2006.
Ссылка на первоисточник:
http://ivgpu.com/
