Тема занятия 14-15. Гидравлический режим тепловых сетей.

В водяных системах теплоснабжения обеспечение потребителей теплотой осуществляется путем соответствующего распределения расчетных расходов сетевой воды между ними. Для реализации такого распределения необходимо разработать гидравлический режим системы теплоснабжения.

Целью разработки гидравлического режима системы теплоснабжения является обеспечение оптимально допустимых давлений во всех элементах системы теплоснабжения и необходимых располагаемых давлений в узловых точках тепловой сети, в групповых и местных тепловых пунктах, достаточных для подачи потребителям расчетных расходов воды. Располагаемым давлением называется разность давлений воды в подающем и обратном трубопроводах.

Для надежности работы системы теплоснабжения предъявляются следующие условия:

-не превышение допустимых давлений: в источниках теплоснабжения и тепловых сетях: 1.6-2.5 мПа- для пароводяных сетевых подогревателей типа ПСВ, для стальных водогрейных котлов, стальных труб и арматуры; в абонентских установках: 1.0 мПа- для секционных водоводяных подогревателей; 0.8-1.0 мПа- для стальных конвекторов; 0.6 мПа- для чугунных радиаторов; 0.8 мПа- для калориферов;

-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 этой причине пьезометрическая линия обратного трубопровода во всех режимах должна располагаться выше точки самого высокого здания не менее чем на 5 м. вод. ст.;

-во всех точках системы теплоснабжения должно поддерживаться давление, превышающее давление насыщенного водяного пара при максимальной температуре воды, обеспечивая невскипание воды. Как правило, опасность вскипания воды чаще всего возникает в подающих трубопроводах тепловой сети. Минимальный напор в подающих трубопроводах принимается по расчетной температуре сетевой воды, таблица 7.1.

Таблица 7.1

Линию на невскипание необходимо провести на графике параллельно рельефу местности на высоте, соответствующей избыточному напору при максимальной температуре теплоносителя.

Графически гидравлический режим удобно изображать в виде пьезометрического графика. Пьезометрический график строится для двух гидравлических режимов: гидростатического и гидродинамического.

Цель разработки гидростатического режима - обеспечить необходимое давление воды в системе теплоснабжения, в допустимых пределах. Нижний предел давления должен обеспечить заполнение водой систем потребителей и создать необходимое минимальное давление для защиты системы теплоснабжения от подсоса воздуха. Гидростатический режим разрабатывается при работающих подпиточных насосах и отсутствии циркуляции.

Гидродинамический режим разрабатывается на основе данных гидравлического расчета тепловых сетей и обеспечивается одновременной работой подпиточных и сетевых насосов.

Разработка гидравлического режима сводится к построению пьезометрического графика, отвечающего всем требованиям, предъявляемым к гидравлическому режиму. Гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики) следует разрабатывать для отопительного и неотопительного периодов. Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах; располагаемый напор в любой точке тепловой сети с учетом рельефа местности; по располагаемому напору и высоты зданий выбирать схемы присоединения потребителей; подобрать авторегуляторы, сопла элеваторов, дроссельные устройства для местных систем потребителей теплоты; подобрать сетевые и подпиточные насосы.

Построение пьезометрического графика (рис.7.1) производится следующим образом:

а) выбираются масштабы по осям абсцисс и ординат и наносятся рельеф местности и высота здания кварталов. Пьезометрические графики строятся для магистральных и распределительных тепловых сетей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М_г 1:10000; вертикальный М_в 1:1000; для распределительных тепловых сетей: М_г 1:1000, М_в 1:500; За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают обычно отметку низшей точки теплотрассы или отметку сетевых насосов.

б) определяется значение статического напора обеспечивающего заполнение систем потребителей и создание минимально избыточного напора. Это высота наиболее высоко расположенного здания плюс 3-5 м.вод.ст.

После нанесения рельефа местности и высоты зданий определяется статический напор системы

H_cт = [Н_зд + (3¸5)], м (7.1)

где Н_зд- высота наиболее высоко расположенного здания, м.

Статический напор Н_ст проводится параллельно оси абсцисс, и он не должна превышать максимальный рабочий напор для местных систем. Величина максимального рабочего напора составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 метров; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 метров; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 метров;

в) Затем строится динамический режим. Произвольно выбирается напор на всасе сетевых насосов Н_вс, который не должен превышать статический напор и обеспечивает необходимый запас напора на входе для предотвращения кавитанции. Кавитационный запас в зависимости от мерки насоса составляет 5-10 м.вод.ст.;

г) от условной линии напоров на всасе сетевых насосов последовательно откладываются потери напоров на обратном трубопроводе DН_обр главной магистрали тепловой сети (линия А-В) используя результаты гидравлического расчета. Величина напоров в обратной магистрали должна соответствовать требованиям указанным выше при построении линии статического напора;

д) откладывается необходимый располагаемый напор у последнего абонента DН_аб, из условия работы элеватора, подогревателя, смесителя и распределительных тепловых сетей(линия В-С). Величина располагаемого напора в точке подключения распределительных сетей принимается не менее 40м;

е) начиная от последнего узла трубопроводов, откладываются потери напоров в подающем трубопроводе главной магистрали DН_под (линия С-D). Напор во всех точках подающего трубопровода исходя из условия его механической прочности не должен превышать 160 м ;

ж) откладываются потери напора в источнике теплоты DН_ит (линия D-E) и получается напор на выходе из сетевых насосов. При отсутствии данных потери напора в коммуникациях ТЭЦ могут быть приняты 25 - 30 м, а для районной котельной 8-16м.

Напор сетевых насосов определяется

(7.2)

Напор подпиточных насосов определяется напором статического режима.

В результате такого построения получается первоначальная форма пьезометрического графика, который позволяет оценить напоры во всех точках системы теплоснабжения (рис.7.1).

В случае их несоответствия требованиям изменяют положение и форму пьезометрического графика:

а) если линия напоров обратного трубопровода пересекает высоту здания или отстоит от него менее чем на 3¸5 м, то пьезометрический график следует поднять, чтобы напор в обратном трубопроводе обеспечивал заполнение системы;

б) если величина максимального напора в обратном трубопроводе превышает допустимый напор в отопительных приборах, и его нельзя уменьшить путем смещения пьезометрического графика вниз, то его следует уменьшить путем установки подкачивающих насосов в обратном трубопроводе;

в) если линия на невскипание пересекает линию напоров в подающем трубопроводе, то за точкой пересечения возможно вскипание воды. Поэтому напор воды в этой части тепловой сети следует повысить путем перемещения пьезометрического графика вверх, если это возможно, или установить подкачивающий насос на подающем трубопроводе;

г) если максимальный напор в оборудовании теплоподготовительной установки источника теплоты превышает допустимое значение, то устанавливаются подкачивающие насосы на подающем трубопроводе.

Деление тепловой сети на статические зоны. Пьезометрический график разрабатывают для двух режимов. Во-первых, для статического режима, когда в системе теплоснабжения отсутствует циркуляция воды. Считают, что система заполнена водой с температурой 100°С, тем самым исключается необходимость поддержания избыточного давления в теплопроводах во избежание вскипания теплоносителя. Во-вторых, для гидродинамического режима - при наличии циркуляции теплоносителя в системе.

Разработку графика начинают со статического режима. Расположение на графике линии полного статического давления, должно обеспечивать присоединение всех абонентов к тепловой сети по зависимой схеме. Для этого статическое давление не должно превышать допустимого из условия прочности абонентских установок и должно обеспечивать заполнение водой местных систем. Наличие общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает ее эксплуатацию и повышает ее надежность. При наличии значительной разности геодезических отметок земли установление общей статической зоны оказывается невозможным по следующим причинам.

Наинизшее положение уровня статического давления определяется из условий заполнения водой местных систем и обеспечения в верхних точках систем наиболее высоких зданий, расположенных в зоне наибольших геодезических отметок, избыточного давления не менее 0,05 МПа. Такое давление оказывается недопустимо высоким для зданий, расположенных в той части района, который имеет наиболее низкие геодезические отметки. При таких условиях возникает необходимость разделения системы теплоснабжения на две статические зоны. Одна зона для части района с низкими геодезическими отметками, другая — с высокими.

На рис. 7.2 показаны пьезометрический график и принципиальная схема системы теплоснабжения района, имеющего значительную разность геодезических отметок уровня земли (40м). Часть района, прилегающая к источнику теплоснабжения, имеет нулевые геодезические отметки, в периферийной части района отметки составляют 40м. Высота зданий 30 и 45м. Для возможности заполнения водой систем отопления зданий III и IV,расположенных на отметке 40м и создания в верхних точках систем избыточного напора в 5м уровень полного статического напора должен быть расположен на отметке 75м (линия 5₂ - S₂). В этом случае статический напор будет равен 35м. Однако напор в 75м недопустим для зданий I и II, расположенных на нулевой отметке. Для них допустимое наивысшее положение уровня полного статического давления соответствует отметке 60м. Таким образом, в рассматриваемых условиях установить общую статическую зону для всей системы теплоснабжения нельзя.

Возможным решением является разделение системы теплоснабжения на две зоны с различными уровнями полных статических напоров — на нижнюю с уровнем в 50м (линия S_t -Si) и верхнюю с уровнем в 75м (линия S₂—S₂). При таком решении всех потребителей можно присоединить к системе теплоснабжения по зависимой схеме, так как статические напоры в нижней и верхней зонах находятся в допустимых границах.

Чтобы при прекращении циркуляции воды в системе уровни статических давлений установились в соответствии с принятыми двумя зонами, в месте их соединения располагают разделительное устройство (рис. 7.26). Это устройство защищает тепловую сеть от повышенного давления при остановке циркуляционных насосов, автоматически рассекая ее на две гидравлически независимые зоны: верхнюю и нижнюю.

При остановке циркуляционных насосов падение давления в обратном трубопроводе верхней зоны предотвращает регулятор давления «до себя» РДДС (10), поддерживающий постоянным заданный напор HРДДС в точке отбора импульса. При падении давления он закрывается. Падение давления в подающей линии предотвращает установленный на ней обратный клапан (11), который также закрывается. Таким образом, РДДС и обратный клапан рассекают теплосеть на две зоны. Для подпитки верхней зоны установлены подпиточный насос (8), который забирает воду из нижней зоны и подает в верхнюю. Напор, развиваемый насосом, равен разности гидростатических напоров верхней и нижней зон. Подпитку нижней зоны осуществляет подпиточный насос 2 и регулятор подпитки 3.

Рисунок 7.2. Система теплоснабжения, разделен-ная на две статические зоны

а - пьезометрический график;

б - принципиальная схема системы теплоснабжения; S₁ - S₁, — линия полного статического напора нижней зоны;

S₂ – S₂, - линия полного статического напора верхней зоны;

Н_п.н1- напор, развиваемый подпиточным насосом нижней зоны; Н_п.н2 - напор развиваемый подпиточным насосом верхней зоны; Н_РДДС- напор на который настроены регуляторы РДДС (10)и РД2 (9);ΔН_РДДС - напор, срабатываемый на клапане регулятора РДДС при гидродинамическом режиме; I-IV - абоненты; 1-бак подпиточной воды; 2,3 - подпиточный насос и регулятор подпитки нижней зоны; 4 - предвключенный насос; 5 — основные пароводяные подогреватели; 6— сетевой насос; 7 - пиковый водогрейный котел; 8,9 — подпиточный насос и регулятор подпитки верхней зоны; 10 -регулятор давления «до себя» РДДС; 11- обратный клапан

Регулятор РДДС настроен на напор Нрддс (рис. 7.2а). На этот же напор настроен регулятор подпитки РД2.

При гидродинамическом режиме регулятор РДДС поддерживает напор на том же уровне. В начале сети подпиточный насос с регулятором поддерживают напор Н_О1. Разность этих напоров тратится на преодоление гидравлических сопротивлений в обратном трубопроводе между разделительным устройством и циркуляционным насосом источника тепла, остальная часть напора срабатывается в дроссельной подстанции на клапане РДДС. На рис. 8.9, а эта часть напора показана величиной ΔН_РДДС. Дроссельная подстанция при гидродинамическом режиме позволяет поддерживать давление в обратной линии верхней зоны не ниже принятого уровня статического давления S₂ – S₂.

Пьезометрические линии, соответствующие гидродинамическому режиму, показаны на рис. 7.2а. Наибольшее давление в обратном трубопроводе у потребителя IV составляет 90-40 = 50м, что допустимо. Напор в обратной линии нижней зоны также находится в допустимых границах.

В подающем трубопроводе максимальный напор после источника тепла равен 160 м, что не превышает допустимого из условия прочности труб. Минимальный пьезометрический напор в подающем трубопроводе 110м, что обеспечивает невскипание теплоносителя, так как при расчетной температуре 150°С минимальное допустимое давление равно 40м.

Разработанный для статического и гидродинамического режимов пьезометрический график обеспечивает возможность присоединения всех абонентов по зависимой схеме.

Другим возможным решением гидростатического режима системы теплоснабжения, показанной на рис. 7.2, является присоединение части абонентов по независимой схеме. Здесь могут быть два варианта. Первый вариант - установить общий уровень статического давления на отметке 50м (линия S₁ - S₁), а здания, расположенные на верхних геодезических отметках, присоединить по независимой схеме. В этом случае статический напор в водоводяных отопительных подогревателях зданий верхней зоны со стороны греющего теплоносителя составит 50—40=10м, а со стороны нагреваемого теплоносителя определится высотой зданий. Второй вариант - установить общий уровень статического давления на отметке 75 м (линия S₂ — S₂) с присоединением зданий верхней зоны по зависимой схеме, а зданий нижней зоны — по независимой. В этом случае статический напор в водоводяных подогревателях со стороны греющего теплоносителя будет равен 75 м, т. е. меньше допустимой величины (100м).

Рекомендуемая литература.

Осн.1[206-210, 219-222], 2[137-145]; 3[167-172];

доп. 4 [199-200], 7 [175-178], 8 [143-145].