Тема занятия 12. Структура тепловых сетей.

Схема тепловых сетей в значительной мере определяет надежность теплоснабжения, маневренность системы, удобство ее эксплуатации и экономическую эффективность. Принципы построения крупных систем теплоснабжения от нескольких источников теплоты, средних и мелких систем существенно отличаются.

Крупные и средние системы должны иметь иерархическое построение. Высший уровень составляют магистральные сети, соединяющие источники теплоты с крупными тепловыми узлами - районными тепловыми пунктами (РТП), которые распределяют теплоноситель по сетям низшего уровня и обеспечивают в них автономные гидравлический и температурный режимы. Низший уровень составляют распределительные сети, которые транспортируют теплоноситель в групповые или индивидуальные тепловые пункты.

Распределительные сети присоединяют к магистральным в РТП через водоводяные подогреватели или непосредственно с установкой смесительных циркуляционных насосов. В случае присоединения через водоводяные подогреватели гидравлические режимы магистральных и распределительных сетей разделены, что делает систему надежной, гибкой и маневренной. В этом случае выдвигаются требования к магистральным теплопроводам, это непревышение давления, определяемого прочностью элементов тепловой сети, невскипания теплоносителя в подающем трубопроводе и обеспечения необходимого располагаемого напора перед водоподогревателями. В сеть высшего иерархического уровня теплоноситель может подаваться из различных источников с различными температурами, но при условии, чтобы они не превышали температуру в распределительных сетях. Параллельная работа всех источников теплоты на объединенную магистральную сеть позволяет наилучшим образом распределять нагрузку между ними в целях экономии топлива, обеспечивает резервирование источников и позволяет сократить их суммарную мощность. Закольцованная сеть повышает надежность теплоснабжения и обеспечивает подачу теплоты потребителям при отказах отдельных ее элементов.

В состав систем большой тепловой мощности от ТЭЦ в настоящее время включаются водогрейные котельные, расположенные на магистральных тепловых сетях. Котельная может быть резервной, или используется для покрытия пика тепловой нагрузки. Районные водогрейные котельные в городах возникают до начала сооружения ТЭЦ, обеспечивая теплоснабжение первоначального комплекса тепловых потребителей, необходимого для быстрой загрузки первой очереди ТЭЦ.

В системе теплоснабжения с насосами в РТП отсутствует полная гидравлическая изоляция магистральных сетей от распределительных.

На рисунке 5.1 показана однолинейная, принципиальная схема большой системы теплоснабжения, которая имеет два иерархических уровня тепловых сетей. Высший уровень системы представлен кольцевой магистральной сетью с ответвлениями к РТП. От РТП идут распределительные сети, к которым присоединены потребители. Эти сети составляют низший уровень. К магистральной сети потребителей не присоединяют. Теплоноситель в магистральную сеть поступает от двух ТЭЦ. Система имеет резервный источник теплоты - районную котельную (РК). У систем с двумя иерархическими уровнями резервируют только высший уровень. Надежность теплоснабжения обеспечивается выбором такой мощности РТП, при которой надежность нерезервированной (тупиковой) сети оказывается достаточной.

Принятый уровень надежности определяет протяженность и максимальные диаметры распределительной сети от каждого РТП. На высшем уровне резервируют и источники теплоты и теплопроводы. Резервирование осуществляют путем соединения подающих и обратных магистралей соответственными перемычками. Различают два вида перемычек (см. рисунок 5.1).

Одни из них резервируют сеть, обеспечивая ее надежное функционирование при отказах участков теплопроводов, задвижек или другого оборудования сети. Другие резервируют источники теплоты, обеспечивая переток теплоносителя из зоны одного источника в зону другого при его отказах или ремонте. Тепломагистрали вместе с перемычками образуют единую кольцевую сеть. Диаметры всех теплопроводов этой сети, включая диаметры перемычек, должны быть, рассчитаны на пропуск необходимого количества теплоносителя в самых неблагоприятных аварийных ситуациях. Поскольку резервные элементы тепловой сети всегда находятся в работе, такое резервирование называется нагруженным.

Сохраняя принцип иерархического построения системы теплоснабжения, можно применить другой метод ее резервирования, используя ненагруженный резерв. В этом случае перемычки, обеспечивающие резервирование источников тепла, в нормальном режиме отключены и не работают.

Режим работы магистральных тепловых сетей должен обеспечивать наибольшую экономичность при выработке и транспорте теплоты за счет совместной работы ТЭЦ и котельных, снижение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя и пр.

В современных больших системах теплоснабжения присоединение распределительных сетей к магистрали осуществляется через РТП, в которых устанавливаются циркуляционные насосы позволяющие поддерживать располагаемый перепад давлений после РТП или через теплообменники, располагаемые в РТП, не требует оснащения РТП большим количеством автоматических устройств. Выбор способа присоединения следует осуществлять на основании технико-экономического расчета рисунок 5.2.

Задача управления аварийным гидравлическим режимом возникает при расчете теплопроводов на пропуск лимитированного количества теплоносителя при авариях.

Действующие тепловые сети по их построению можно разделить на два типа: радиальные и кольцевые (рисунок 5.3). Радиальные сети являются тупиковыми, нерезервированными и поэтому они не обеспечивают необходимой надежности.

Такие сети можно применять для небольших систем, если источник теплоты расположен в центре района.

1 - смесительный насос; 2 - циркуляционный насос; 3 - регулятор давления; 4 - регулятор температуры воды и ограничитель расхода; 5 - регулятор горячего водоснабжения; б - диафрагмы к расходомерам; 7 - реле-сигнализатор утечки воды; 8 - сбросное устройство.

Проектирование тепловых сетей начинается с выбора трассы и способа прокладки трубопроводов, инженерных изысканий по принятой схеме тепловых сетей

Для проектирования тепловых сетей необходимы исходные данные, определяющие: топографические условия местности; характер планировки и застройки городских районов; размещение надземных и подземных инженерных сооружений и коммуникаций; характеристику свойства грунтов и глубину их залегания; высоту стояния грунтовых вод др.

Получение этих данных является задачей инженерных изысканий.

При проектировании теплоснабжения новых районов на первом этапе требуется выбрать направление (трассу) тепловых сетей от источника тепла до потребителей.

Трасса тепловой сети должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах, параллельно красным линиям улиц, дорогам, вне проезжей части и полосы зеленых насаждений. Следует избегать прокладки трубопроводов вблизи трамвайных линий, электрифицированных железных дорог и отсасывающих кабелей постоянного тока, а также пересечения с ними во избежание необходимости устройств от блуждающих токов.

При выборе трассы тепловых сетей исходят из следующих основных условий: надежности системы теплоснабжения, быстрой ликвидации возможных неполадок и аварий, безопасности работы обслуживающего персонала, наименьшей длины тепловой сети и минимального объема работ по ее сооружению. При этом учитывают возможность совместной прокладки теплопроводов с другими инженерными сетями, если это допускается по условиям надежности всех сетей и безопасности их обслуживания.

Выбор трассы производят на рабочем генплане по масштабу, на котором должны быть указаны все существующие надземные и подземные сооружения и объекты перспективного строительства. Трасса должна быть по возможности прямолинейной и пролегать в одной стороне проезда или застройки. Частые пересечения с инженерными коммуникациями и линиями городского транспорта удорожают сети. Если невозможно избежать пересечения, то они должны выполняться под углом 90° и в исключительных случаях - под углом не менее 45°.

Уклонытрассыпринимаются не менее 0,003 - 0,005 - для паропроводов соответственно по направлению движения пара и против движения пара, 0,002 - для водяных сетей, 0,003 - для конденсатопроводов.

Продольный профиль тепловой сети является одним из основных документов проекта на строительстве тепловых сетей. Прокладку тепловых сетей предусматривают параллельно рельефу местности с глубиной заложения не менее 0,5 м до верха перекрытия канала при канальной прокладке, 0,7 м – до оболочки бесканальной прокладки и 0,3 м –до верха перекрытий камер.

Назначение районных, центральных, местных тепловых пунктов (РТП, ЦТП, МТП).

Существенным элементом систем централизованного теплоснабжения являются установки, размещаемые в узлах присоединения к тепловым сетям местных систем потребителей теплоты, а также на стыках сетей различных категорий. В таких установках осуществляются контроль работы тепловых сетей и систем теплоиспользования и управление ими. Здесь производится измерение параметров теплоносителя - давлений, температур, а иногда и расходов - и регулирование отпуска теплоты на различных уровнях. От работы таких установок зависят надежность и экономичность систем теплоснабжения в целом.

Эти установки в нормативных называются тепловыми пунктами (ранее применялись также наименования «узлы присоединения местных систем потребителей теплоты», «тепловые центры», «абонентские установки» и т. п.).

Однако принята классификация тепловых пунктов: центральные (ЦТП); индивидуальные (ИТП). К последним относятся только установки с узлами присоединения к тепловым сетям систем потребителей одного здания или их части (в крупных зданиях). Все остальные тепловые пункты независимо от количества обслуживаемых зданий относятся к центральным.

В соответствии с принятой классификацией тепловых сетей, а также различных ступеней регулирования отпуска теплоты применяется следующая терминология. В части тепловых пунктов:

местные тепловые пункты (МТП), обслуживающие системы теплоиспользования отдельных зданий;

групповые или микрорайонные тепловые пункты (ГТП), обслуживающие группу жилых зданий или все здания в пределах мик­рорайона;

районные тепловые пункты (РТП), обслуживающие все здания в пределах жилого района.

Трубы и арматура тепловых сетей. Водяные тепловые сети, по которым транспортируется вода с температурой выше 115°С, монтируются, испытываются и эксплуатируются в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды».

Определение категории трубопроводов по выбору труб, арматуры, оборудования и деталей трубопроводов, а также расчет трубопроводов на прочность и определение нагрузок на опоры труб и строительные конструкции должны производиться по рабочим параметрам (давлению и температуре) теплоносителя. Рабочее давление для подающего и обратного трубопроводов водяных тепловых сетей принимается равным наибольшему давлению в подающем трубопроводе при работе сетевых насосов с учетом рельефа местности (без учета потерь давления), но не менее 1,0МПа, а для тепловых сетей от источников теплоты с расчетной тепловой мощностью 1000МВт и более - не менее 1,7МПа для труб Д_у>500 мм. Рабочая температура принимается равной температуре воды в подающем трубопроводе при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления.

Для тепловых сетей преимущественно применяют стальные прямошовные или спи-ральношовные электросварные трубы, при этом спиральношовные трубы допускается применять только для прямых участков трубопроводов. Бесшовные трубы допускается применять для трубопроводов с параметрами теплоносителей, для которых применение сварных труб не разрешается, а также при отсутствии электросварных труб необходимого качества, например в северных районах строительства. Стальные трубы для тепловых сетей используются в основном электросварные с продольным прямым и спиральным швом и бесшовные, из сталей марок Ст.3, 4, 5, 10, 20 и низколегированных. Выпускаются электросварные трубы до условного диаметра 1400мм, бесшовные Д_у-400мм. В основу сортамента положены значения условных проходов труб Д_умм, по ГОСТ 10704-91*(электросварные), ГОСТ 8734-85*(бесшовные).

Арматура, применяемая в тепловых сетях, по назначению подразделяется на: запорную, регулировочную, предохранительную, дросселирующую, конденсатоотводящую и контрольно-измерительную.

Характерными элементами в тепловых сетях являются компенсирующие устройства (компенсаторы), опоры подвижные и неподвижные, теплоизоляционные конструкции трубопроводов. Компенсаторы тепловых сетей служат для устранения усилий, возникающих при тепловых удлинениях труб. Подвижные опоры предназначены для восприятия весовых нагрузок теплопроводов и обеспечения свободного его перемещения при температурных деформациях. Неподвижные опоры предназначены для закрепления теплопроводов в отдельных точках, разделения его на независимые по температурных деформациям участки. Неподвижные опоры воспринимают усилия, возникающие на независимых участках.

Рекомендуемая литература.

Осн. 1 [151-157,165-167], 2 [11-44,193-210], 3 [245-246,260-270];

доп. 4 [44-45], 5 [81-87], 7 [46-50, 217-224, 241-244]; 8 [13-20, 127-129], 9[20-25].