Тема занятия 13. Гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей.

Гидравлические расчеты трубопроводов водяных тепловых сетей являются необходимым этапом их проектирования, следующим за определением расчетных тепловых нагрузок, выбором трассы и определением расчетных расходов сетевой воды. Расчеты выполняются отдельно по каждому участку сетей, на протяжении которого внутренние диаметры труб и расчетные расходы сетевой воды остаются неизменными.

Гидравлические расчеты трубопроводов водяных тепловых сетей предназначены для решения следующих основных задач:

1) определения по заданным расчетным расходам воды внутренних диаметров труб для каждого участка сетей, причем этими диаметрами в сочетании с длинами трубопроводов и способом их прокладки в основном определяются капитальные вложения и расходы металла на сооружение сетей;

2) определения перепадов давления теплоносителя в пределах каждого участка при заданных расходах его, а также известных внутренних диаметрах и длинах труб на данном участке. Эти перепады давления являются исходными для последующего определения потребных напоров перекачивающих сетевых насосов, а в сочетании с данными о давлениях воды в сетях при неработающих насосах (статические режимы) - также для анализа гидравлических режимов сетей при работающих насосах (динамические режимы);

3) определения расходов теплоносителя на данном участке, соответствующих известным диаметрам труб и выбранным значениям перепадов давления, отнесенным к одному метру длины труб. Такие расчеты необходимы при рассмотрении аварийных режимов работы тепловых сетей, а также при разработке проектов их расширения и реконструкции.

Гидравлические расчеты водяных тепловых сетей базируются на основных положениях и закономерностях механики жидкостей применительно к движению воды в стальных трубопроводах. В этих сетях вода находится при температурах, которые в подающих трубопроводах изменяются' в пределах от 60 до 150°С (в перспективе до 200 °С), а в обратных трубопроводах — от 30 до 80 °С.

Основными исходными данными при гидравлических расчетах водяных тепловых сетей являются расчетные расходы воды по отдельным участкам.

Суммарные расчетные расходы сетевой воды определяются путем суммирования расчетных расходов воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Расчетные расходы сетевой воды учитывают систему теплоснабжения, способ регулирования отпуска теплоты и схемы присоединения системы горячего водоснабжения к тепловым сетям.

Расходы сетевой воды определяются для отопительного и неотопительного периодов работы тепловой сети. В открытых системах теплоснабжения в режиме максимального водоразбора из трубопроводов также определяется расход сетевой воды.

Суммарные расходы сетевой воды в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при центральном качественном регулировании отпуска теплоты для отопительного периода определяются

, кг/с (6.1)

где G_О, G_n , G_ihm - расчетные расходы воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, кг/с; k₃-коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение.

При регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k₃=0. При регулировании по нагрузке отопления значения коэффициента k₃ принимают 0,6 в открытых системах теплоснабжения с тепловым потоком -100МВт и более.

Расчетные расходы воды определяются:

а) на отопление , кг/с (6.2)

б) на вентиляцию , кг/с (6.3)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения

средний , кг/с (6.4)

максимальный , кг/с (6.5)

где Q¢_o, Q¢_v - максимальные тепловые потоки на отопление и вентиляцию, мВт; Q_hm -средний тепловой поток на горячее водоснабжение в отопительный период, мВт; Q_hmax-максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение в отопительный период, мВт.

с-удельная теплоемкость воды принимается - 4,19кДж/(кг °С); -температуры воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха t^¢_о; t^²₁-температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети в точке излома графика температур воды t^²_н, °С; t_h=60°С-температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения потребителей; t_c, t^s_c-температуры холодной (водопроводной) воды в отопительный и неотопительный периоды, при отсутствии данных принимаются равными t_c=5°С, t^s_c=15°С.

Расчетный расход сетевой воды в двухтрубных тепловых сетях в подающем трубопроводе открытой системы теплоснабжения в неотопительный период определяется

, кг/с (6.6)

где G_ihm-максимальный расход воды на горячее водоснабжение; b -поправочный коэффициент.

Для открытых систем теплоснабжения при температуре холодной (водопроводной) воды в неотопительный период

, кг/с (6.7)

Расчетный расход сетевой воды в обратном трубопроводе тепловой сети в открытых системах теплоснабжения в неотопительный период принимается в размере 10% от расчетного расхода воды, определенного по формуле (6.6)

, кг/с (6.8)

Расходы воды в тепловых сетях открытых систем теплоснабжения при максимальном водоразборе из подающего или обратного трубопроводов определяются

, кг/с (6.9)

где k₄-коэффициент, принимаемый с учетом изменения среднего расхода воды на горячее водоснабжение в зависимости от температурного графика регулирования отпуска теплоты и режима водоразбора из тепловой сети.

Гидравлический расчет является одним из важнейших этапов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

В задачу гидравлического расчета входит: установление пропускной способности трубопроводов для обеспечения потребителей необходимым расходом теплоносителя; определение диаметров трубопроводов; определение потери давления (напора); увязка во всех точках системы давления при статическом и динамическом режимах.

Основными исходными данными для гидравлического расчета являются суммарные расчетные расходы сетевой воды для отопительного периода работы тепловой сети. В неотопительный период, а также в режиме максимального водоразбора из трубопроводов для открытой системы теплоснабжения потери давления в тепловой сети определяются при выбранных диаметрах тепловой сети в отопительный период.

При гидравлических расчетах трубопроводов необходим определенный набор значений внутренних диаметров труб, соответствующий принятому сортаменту этих труб для тепловых сетей. При гидравлическом расчете водяных тепловых сетей, включая сети горячего водоснабжения, рекомендуют принимать следующие значения удельных потерь давления на трение:

а) для основного расчетного направления от источника тепла до наиболее удаленного потребителя — до 80 Па/м;

б) для остальных участков — по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м,

Гидравлический расчет разветвленных водяных тепловых сетей выполняется по методике для подбора диаметров теплопроводов по значения удельных потерь давления на трение. Расчет ведут в следующем порядке:

1) Сначала рассчитывают основную магистраль. Диаметры подбирают по среднему гидравлическому уклону, принимая удельные потери давления на трение до 80 Па/м, что дает решение, близкое к оптимальному. При определении диаметров труб принимают значение к_э, равное 0,0005 м, а скорость движения теплоносителя не более3,5м/с;

после определения диаметров участков магистрали подсчитывают для каждого участка сумму коэффициентов местных сопротивлений, используя схему тепловой сети, данные по расположению задвижек, компенсаторов и других сопротивлений и значения коэффициентов местных сопротивлений ξ. Для каждого участка находят эквивалентную местным сопротивлениям длину при Sξ = 1 и рассчитывают эквивалентную длину l_Э для этого участка. После определения l_Э заканчивают расчет магистрали и определяют потери напора в ней. Исходя из потерь напора в подающей и обратной линиях и необходимого располагаемого напора в конце магистрали, который назначают с учетом гидравлической устойчивости системы, определяют необходимый располагаемый напор на выводных коллекторах источника тепла;

2) рассчитывают ответвления, используя оставшийся напор, при условии, чтобы в конце каждого ответвления сохранялся необходимый 'располагаемый напор и удельные потери давления на трение не превышали 300 Па/м. Эквивалентные длины и потери напора на участках определяют аналогично их определению для основной магистрали. Диаметры распределительных трубопроводов принимают не менее 50 мм, а ответвлений - не менее 25 мм.

При движении теплоносителя по трубопроводам тепловой сети потери давления складываются из потерь давления по длине (линейные) и потерь давления в местных сопротивлениях. Потери давления на участке тепловой сети определяются

DР=DР_л+DР_м , Па, (6.10)

где DР_л- линейные потери давления, представляющие собой потери давления на прямолинейных участках, Па; DР_м- потери давления в местных сопротивлениях (в арматуре и оборудовании тепловой сети), Па.

Линейные потери давления на участке тепловой сети определяются

DР_л= R_л х L , Па, (6.11)

где R_л- удельные потери давления на одном погонном метре трубопровода, Па/м; L- длина участка трубопровода, м.

Для удобства расчета водяных тепловых сетей удельные линейные потери давления (R_л) можно определить по таблицам. При гидравлическом расчете водяных тепловых сетей значение абсолютной эквивалентной шероховатости принимается Ке=0.0005 м.

Потери давления в местных сопротивлениях тепловой сети определяются

(6.12)

где SV- сумма коэффициентов местного сопротивления на участке тепловой сети; r-плотность воды, 958,4 кг/м³; V-скорость воды, м/с.

При разработке тепловой сети, когда неизвестен характер и количество местных сопротивлений по участкам, можно пользоваться эквивалентной длиной местных сопротивлений в долях от линейной длины. Потери давления в местных сопротивлениях тепловой сети определяются

DР_м= a х DР_л =a х R_л х L= R_л х L_е, Па, (6.13)

где L_е -эквивалентная длина местных сопротивлений, м; L-длина участка трубопровода, м; a--коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях, зависит от диаметра трубопровода, типа компенсатора и вида теплоносителя в тепловых сетях.

Потери давления на участке тепловой сети

Па (6.14)

где L_пр =L+L_е- приведенная длина участка, м.