close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Poyasnitelnaya zapiska TGTU 140106 022 TE-PZ(1)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра "Гидравлика и теплотехника"
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой ГиТ
____________ Н.П.Жуков
"___" _______________ 2012 г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине "Источники и системы теплоснабжения"
на тему: "Проектирование тепловых сетей промышленного предприятия в г. Томск".
Автор работы: группа СЭП-..............
подпись, дата инициалы, фамилия
Специальность 140106 Энергообеспечение предприятий
(номер, наименование)
Обозначение курсового проекта ТГТУ. 140106. 022 КП Руководитель проекта В. А. Ивановский
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Работа защищена Оценка________________________________
Члены комиссии: _____________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
_________________________________________________________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
_________________________________________________________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Нормоконтролер ______________
(подпись, дата) (инициалы, фамилия)
Тамбов 2012 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ...................................................................................3
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................5
1 Расчёт тепловых нагрузок производственных и служебных зданий предприятия 6
1.1 Расчет тепловых нагрузок на отопление..........................................6
1.2 Расчет тепловых нагрузок на вентиляцию.......................................8
1.3 Расчет тепловых нагрузок на горячее водоснабжение........................8
1.4 Расчет и построение графиков потребления тепловых нагрузок............9
2 Регулирование тепловой нагрузки.......................................................16
2.1 Выбор способа регулирования тепловой нагрузки...........................16
2.2 Регулирование отпуска теплоты..................................................17
2.2.1 Регулирование отпуска теплоты на отопление.... ................17
2.2.2 Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию.... ..............21
2.2.3 Регулирование отпуска теплоты на ГВС.............................23
2.2.4 Определение расходов сетевой воды................................ 25
3 Гидравлический расчет тепловой сети..................................................29
4 Построение пьезометрического графика...............................................42
5 Расчет изоляции тепловых сетей с учетом способа их прокладки................44
6 Расчет конструктивных элементов тепловых сетей.................................50
6.1 Расчет опор трубопроводов........................................................50
6.2 Расчет компенсаторов...............................................................55
7 Расчет и подбор водонагревателей тепловых пунктов..............................57
7.1 Тепловой расчет подогревателя ГВС............................................57
7.2 Гидравлический расчет подогревателя ГВС...................................60
8 Подбор элеваторов абонентских вводов. Подбор насосов ЦТП..................62
8.1 Подбор элеваторов абонентских вводов........................................62
8.2 Подбор сетевых насосов............................................................64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................70
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................71
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Рисунок 1 - Размещение цехов завода
Район строительства: г. Томск.
Схема размещения цехов промышленного предприятия, предоставленного для проектирования тепловых сетей, представлена в соответствии с рис. 1.
Промышленное предприятие, предоставленное для проектирования тепловых сетей, в соответствии с рисунком 1, расположено на площади 81400 м2 и имеет следующие объекты и их планировочные размеры:
Механический цех №1/бытовка F = 8049 м2; V = (31,3/4,0)103 м3;
Сборочный цех №2/бытовка F = 12071 м2; V = (98,2/18,3)103 м3;
Сборочный цех №3 F = 9455 м2; V = (48,1/3,0)103 м3;
Механический цех №4 F = 9430 м2; V = (35,7/4,6)103 м3;
Литейный цех/бытовка F = 3330 м2; V = (5,7/1,13)103 м3;
Ремонтно-инструментальный цех/бытовка F = 30l0 м2; V = (15,3/2,2)103 м3;
Центральное конструкторское бюро (ЦКБ) F = 6314 м2; V = 31,1103 м3;
Административный корпус F = 5316 + 2618 м2; V = 2,93103 м3;
Центральная заводская лаборатория (ЦЗЛ) F = 4017, м2; V = 4,21103 м3;
Компрессорная F = 16,512,5 м2; V = 2,11103 м3;
Два склада F = 3217 м2; V = 4,0103 м3;
Гараж F = 1710 м2; V = 0,65103 м3;
Диспетчерская F = 85 м2; V = 0,16103 м3;
Внутризаводской транспорт (ВЗТ) F = 2810 м2; V = 1,0103 м3;
ВОХР F = 105 м2; V = 0,115103 м3.
ВВЕДЕНИЕ
Тепловая энергия - основной вид энергии, потребляемой в мире. Она обеспечивает работу и развитие промышленности и транспорта, создает условия для жизни и деятельности людей.
Теплоснабжение является одним из существенных элементов систем инженерного оборудования населенных пунктов и промышленных объектов. Развитие теплоснабжения содействует улучшению социально-бытовых условий, повышению продуктивности различных отраслей производства.
Тепловое хозяйство России в течение долгого времени развивалось по пути концентрации тепловых нагрузок, централизации теплоснабжения и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Широкое распространение получила теплофикация, являющаяся наиболее рациональным методом использования топливных ресурсов для энергоснабжения.
Развитие теплофикации способствует решению многих проблем, таких как повышение тепловой и общей экономичности электроэнергетического производства, обеспечение качественного теплоснабжения жилищно-коммунальных и промышленных комплексов, снижение трудозатрат в тепловом хозяйстве.
К потребляющим наибольшее количество тепла отраслям промышленности относятся машиностроительная и металлообрабатывающая, химическая, топливная и пищевая.
На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий.
В данной работе предстоит разработать проект тепловых сетей промышленного предприятия с заданными размерами зданий, расположенного в городе Томск.
1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И СЛУЖЕБНЫХ ЗДАНИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО УКРУПНЕННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
1.1. Расчет тепловых нагрузок на отопление
В том случае, когда при проектировании установок теплоснабжения отсутствуют данные о расчетных расходах теплоты, основанных на проектах теплопотребляющих установок абонентов, расчет тепловой нагрузки проводится на основе укрупненных показателей.
Нагрузка на отопление определяется по формуле:
(1.1) где Vн - наружный объем здания, тыс. м3; q0 - удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м3∙К), принимается согласно [1, Приложение 3, табл. 3]; tвн - усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемого помещения, 0C; tн.о - температура наружного воздуха, 0С; μ - коэффициент инфильтрации, для жилых и общественных зданий принимается μ = 0, для промышленных зданий μ = 0,25 [1].
Для Томска tн.о = -30 0С [2], tвн = +18 0С [3].
Рассчитаем для цеха №1.
= 31,3 тыс. м3 - объем производственного помещения,
= 4,0 тыс. м3 - объем бытовки,
= 0,5 Вт/(м3∙К), = 0,4 Вт/(м3∙К).
По формуле (1.1) находим:
= 31,3 ∙ 0,5 ∙ (18 - (-30)) ∙ (1 + 0,25) = 743,3 кВт,
= 4,0 ∙ 0,4 ∙ (18 - (-30)) ∙ (1 + 0,25) = 76 кВт.
Аналогичные расчеты проведены для остальных зданий и результаты сведены в табл. 1.
Таблица 1 - Расчет тепловых нагрузок на отопление и вентиляцию
№ п/пОбъектОбъем V, тыс. м3Удельные отопительные характеристики qо, Вт/(м3∙К)Удельные вентиляционные характеристики qв, Вт/(м3∙К)Qор, кВтQвр, кВт ΣQ, кВт произв. бытовые произв. бытовые произв.бытовые произв. бытовые произв. бытовые 1Механический цех №1 31,3 4,0 0,50 0,40 0,250,15 743,30 76,00469,5361691,442Сборочный цех №2 98,2 18,3 0,44 0,30 0,140,11 2332,25 434,60824,88120,784293,543Сборочный цех №3 48,1 3,0 0,47 0,45 0,170,16 1142,37 71,25490,6228,82166,464Механический цех №4 35,7 4,6 0,50 0,47 0,250,17 847,87 109,25535,546,921958,255Литейный цех 5,7 1,13 0,35 0,50 1,120,00 135,37 26,83383,040559,046РИЦ 15,3 2,2 0,55 0,47 0,150,17 363,37 52,25137,722,44809,767ЦКБ 31,3 - 0,45 - -- 738,62 ---968,348Администр. корпус - 2,93 - 0,45 -- - 69,58-82,599ЦЗЛ 4,21 - 0,42 - 0,20- 99,98 -50,52-172,0810Компрессорная 2,11 - 0,41 - 2,20- 50,11 -278,52337,9911Два склада 4,0 - 0,73 - -- 95,00 ---200,7512Гараж 0,65 - 1,34 - 1,34- 15,43 -52,26-111,2513Диспетчерская 0,16 - 0,76 - -- 3,80 ---8,3614ВЗТ 1,0 - 1,34 - 1,34- 23,75 -80,4-172,52515ВОХР 0,115 - - - -- - ---- Итого:7818,495
3557,88
11376,375
1.2. Расчет тепловых нагрузок на вентиляцию
Расчетный расход теплоты на вентиляцию:
(1.2) где tн.в - среднезимняя вентиляционная температура, 0С [1].
Для Томска tн.в = -27 0С [2], tвн = 18 0С [3].
Рассчитаем для цеха №1.
= 31,3 тыс. м3 - объем производственного помещения,
= 4,0 тыс. м3 - объем бытовки,
= 0,25 Вт/(м3∙К), = 0,15 Вт/(м3∙К).
По формуле (1.2) находим:
= 31,3 ∙ 0,25 ∙ (18 - (-27)) ∙ (1 + 0,25) = 469,5 кВт,
= 4,0 ∙ 0,15 ∙ (18 - (-27)) ∙ (1 + 0,25) = 36 кВт.
Аналогичные расчеты проведены для остальных зданий и результаты сведены в табл. 1.
1.3. Расчет тепловых нагрузок на горячее водоснабжение
Расчетная нагрузка системы ГВС:
(1.3)
где n1, n2, n3 - количество душей, полудушей, умывальников; Q1, Q2, Q3 - расчётный расход тепла соответственно для одного душа, полудуша, умывальника, кВт. Принимаем Q1 = 14,9 кВт, Q3 = 2 кВт [4].
Проведем расчет для механического цеха № 1.
Примем число душей равным 2, число умывальников - 2. Тогда:
Результаты расчетов для остальных зданий аналогичны и сведены в табл. 2.
Таблица 2 - Расчет тепловых нагрузок на горячее водоснабжение
№
п/пОбъектКоличество душейКоличество умывальников, кВт 1Механический цех №12216,9 2Сборочный цех №25542,25 3Сборочный цех №33325,35 4Механический цех №42216,9 5Литейный цех118,45 6РИЦ118,45 7ЦКБ022 8Администр. корпус011 9ЦЗЛ011 10Компрессорная000 11Два склада000 12Гараж000 13Диспетчерская011 14ВЗТ000 Итого: 123,3 Расчетная тепловая нагрузка системы ГВС в летний период:
(1.4)
где α - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода на ГВС в неотапливаемый период, для промышленных предприятий α = 1; tх.л - температура холодной (водопроводной) воды в неотапливаемый период, равна 15 0С; tх.з - темпера-тура холодной (водопроводной) воды в отопительный период, равна 5 0С [5].
1.4. Расчет и построение графиков потребления тепловых нагрузок
Для установления экономичного режима работы теплофикационного оборудования, выбора наивыгоднейших параметров теплоносителя и для других плановых и технико-экономических изысканий необходимо учесть повторяемость тепловых нагрузок в течение года. Для этой цели удобно пользоваться графиками потребления тепловых нагрузок.
Для построения зависимости расхода тепла на отопление от температуры наружного воздуха, нагрузку , полученную по формуле (1.1) откладывают на оси ординат при температуре равной tн.о, а затем проводят через эту точку линию до пересечения с температурой +18 °С (линия 2). При температурах больше +8 0С линия изображается пунктиром.
Линия, соответствующая вентиляционной нагрузке с рециркуляцией, строится следующим образом: на оси ординат откладываем значение нагрузки , полученной по формуле (1.2); через полученную точку проводится горизонтальная линия в диапазоне температур от tн.о до tн.в; далее из точки пересечения горизонтальной лини и изотермы tн.в проводим прямую до пересечения с осью температур в точке +18 °С (линия 3). При температурах больше +8 0С линия изображается пунктиром.
Линии, соответствующие нагрузке горячего водоснабжения (ГВС), изображаются горизонтальными прямыми (линии 4, 5). График нагрузки ГВС состоит из двух горизонтальных линий, одна из которых соответствует зимней нагрузке, а другая - летней.
График годового (суммарного) теплопотребления строится путем сложения ординат всех видов теплопотребления (линия 1) [1].
Для построения годового графика по продолжительности тепловой нагрузки (правая часть) по [2] находим продолжительность стояния температур наружного воздуха в часах с интервалом 5 оС. Для каждой температуры рассчитываем тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и ГВС по формулам:
- для отопления:
, (1.5)
- для вентиляции: , (1.6)
где tн.ср.мес - среднемесячная температура наружного воздуха, 0C; tвн - расчетная температура воздуха внутри помещения, 0С; tн - расчетная температура наружного воздуха на отопление, 0С; tвн - расчетная наружная температура воздуха для системы вентиляции, 0С; Qор, Qвр - расчетная тепловая нагрузка соответственно на отопление и вентиляцию, кВт.
Расчет ведем только для отопительного периода. За отопительный период принимаем время года с температурой меньшей или равной +8 0C. При температуре наружного воздуха tн.ср.мес меньше tн тепловая нагрузка на отопление Qо = Qор. При температуре наружного воздуха tн.ср.мес меньше tнв тепловая нагрузка на вентиляцию Qв = Qвр.
В неотопительный период (при температуре наружного воздуха tн.ср.мес больше +8 0C) тепло расходуется только на ГВС.
Продолжительность стояния температур наружного воздуха равной или меньше +8 oC [2]: nо = 237 ∙ 24 = 5688ч.
Соответственно неотопительный (теплый) период года будет составлять:
nн = 24 ∙ 365 - 5688= 8760 - 5688 = 3072 ч.
Пример расчета для температуры наружного воздуха 0 oC.
Число часов стояния температуры наружного воздуха равной или ниже +0 oC [6]: n = 3048 часов.
Расчеты для остальных периодов аналогичны, сведены в табл. 3.
Таблица 3 - Расчет годового графика теплового потребления по продолжительности тепловой нагрузки
Температура периода, 0СПродолжительность периода, часы Qо, кВт Qв, кВт QГВС, кВт QΣ, кВт-407 9974,53557,88 123,313655,67-3558 9611,013557,88 123,313292,19-30172 8705,93557,88 123,312387,08-25458 7798,243557,88 123,311479,42-20864 6891,463557,88 123,310572,64-151730 5984,73557,88 123,39665,88-102600 5077,34 3113,14 123,38313,78-53300 4171,12 2557,23 123,36728,3503048 2931,94 2001,3 123,35056.55+85688 1813,45 1111,84 123,33048,59>+83072 0,0 0,0 98,698,6 Итого:62959,130130,79108594175,88 В левом квадранте строим графики зависимости расхода теплоты от температуры наружного воздуха. В правом квадранте строим годовой график по продолжительности тепловой нагрузки в соответствии с рис. 2.
1 - суммарная тепловая нагрузка котельной в зависимости от температуры окружающей среды; 2 - отопительная нагрузка; 3 - тепловая нагрузка вентиляции; 4 - зимняя нагрузка горячего водоснабжения; 5 - летняя нагрузка горячего водоснабжения; 6 - график продолжительности сезонной тепловой нагрузки
Рисунок 2 - Годовой график тепловых нагрузок
Для построения годового графика теплового потребления по месяцам используем среднемесячные температуры наружного воздуха для г. Томск [2].
Пример расчета для января.
Среднемесячная температура наружного воздуха tн.ср.мес = -24,80С.
Суммарный расход теплоты за январь:
Расчеты годового теплового потребления по месяцам сведены в табл. 4.
Таблица 4 - Расчет годового теплового потребления по месяцам
Месяцtн.ср.мес, 0СQо, кВт Qв, кВт QГВС, кВт Q∑, кВтЯнварь-24,87761,97 3557,88 123,311443,15Февраль-217072,82 3557,88 123,310754Март-10,25114,2 3135,38 123,38372,88Апрель1,13463,87 2123,61 123,35710,78Май8,70,0 0 98,698,6Июнь16,00,0 0 98,698,6Июль19,30,0 0 98,698,6Август16,40,0 0 98,698,6Сентябрь8,70,0 0 98,698,6Октябрь-0,23300,65 2023,54 123,35447,49Ноябрь-12,45513,18 3379,99 123,39016,47Декабрь-21,47145,37 3557,88 123,310826,55 Итого:39372,0621336,16 1356,162064,32 По табл. 4 строим годовой график теплового потребления по месяцам в соответствии с рис. 3.
Рисунок 3 - Годовой график теплового потребления по месяцам
2. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ
2.1. Выбор способа регулирования тепловой нагрузки
Исходными данными для расчета и построения графиков регулирования сетевой воды являются:
1)система теплоснабжения: закрытая;
2)расчетные температуры сетевой воды:
- в подающей магистрали τ1 = 130oC;
- в обратной магистрали τ2 = 70 °С;
- после элеватора τ3 = 95 °С;
3)расчетные расходы теплоты: - на отопление ;
- на вентиляцию ;
- на ГВС .
Выбираем способ регулирования. Так как в нашем случае , то, согласно рекомендациям [7, стр. 103], принимаем центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке. Согласно этим же рекомендациям принимаем у потребителей параллельную схему присоединения водоподогревателей ГВС и зависимое (элеваторное) подключение системы отопления в соответствии с рис. 4. 1 - элеватор; 2 - отопительный прибор; 3 - подогреватель ГВС; 4 - калорифер
(τ1, τ2, τ3о, τ2о, τ2в - температура теплоносителя соответственно: в подающей линии, в обратной линии, после элеватора, после системы отопления, после калорифера; tх - температура холодной воды из системы холодного водоснабжения; tг - температура горячей воды после подогревателя; tн - температура наружного воздуха; tвр - температура нагретого воздуха после калорифера; Gо, Gв, GГВС - расход теплоносителя на отопление, вентиляцию и ГВС)
Рисунок 4 - Принципиальная схема присоединения потребителей теплоты
2.2. Регулирование отпуска теплоты
2.2.1. Регулирование отпуска теплоты на отопление
Расчет начинаем с определения τ1, τ2о, τ3о - температуры соответственно в подающей магистрали, после системы отопления и после элеватора, ºС, по формулам:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
где - усредненная расчетная температура воздуха внутри помещений, 0C, принимается равной 18 0С; tн - температура наружного воздуха, 0С; Δt - расчетный температурный напор нагревательного прибора, 0С; Δτ - расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети, 0С; θ - расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления, 0С. Расчетный температурный напор нагревательного прибора, оС:
, (2.4)
где , - расчетные температуры воды соответственно после элеватора и в обратной магистрали тепловых сетей, оС. Расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети, ºС: . (2.5)
Расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления, ºС: . (2.6)
Задаваясь различными значениями температур наружного воздуха tн, (обычно +8 оС, 0 оС, -10 оС, tн.в, tн.о), по формулам (2.1), (2.2), (2.3) определяют температуры τ1, τ2о, τ3о и строят отопительный график температур сетевой воды. Для удовлетворения нагрузки ГВС температура сетевой воды в подающей магистрали τ1 не может быть ниже 70 ºС в закрытых системах теплоснабжения [8]. Для этого отопительный график спрямляется на уровне указанной температуры и становится отопительно-бытовым. Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графиков температур воды tни, делит отопительный период на диапазоны с различными режимами регулирования: - в диапазоне I с интервалом температур наружного воздуха от +8 оС до tни осуществляется групповое или местное количественное регулирование, задачей которого является недопущение "перегрева" систем отопления и бесполезных потерь теплоты; - в диапазонах II и III с интервалом температур наружного воздуха от tни до toр осуществляется центральное качественное регулирование [9]. Проведем показательный расчет.
Определим, используя формулы (2.4), (2.5), (2.6), значения величин , Δτ, θ:
,
,
.
Для определения точки излома в левую часть уравнения (2.1) подставим: τ1 = τ1I = 70оС.
Получим следующее уравнение: или
.
Решив его относительно tни получим: tни = -5,8 0С - температура точки излома.
При tн = tни = -5,8 оС значения τ2о, τ3о (по формулам (2.2), (2.3)):
,
.
При tн = tн.в = -14 оС значения τ1, τ2о, τ3о (по формулам (2.1), (2.2), (2.3)):
,
,
.
Для остальных температур наружного воздуха значения τ1, τ2о, τ3о приведены в табл. 5.
Таблица 5 - Результаты расчета регулирования отпусков теплоты и расходов сетевой воды
tн, τ1,τ2о, oCτ3о, oCτ2в, oCτ2г, oCQо, кВтQв, кВтQгвс, кВтGо, кг/сGв, кг/сGгвс, G, кг/сoC oCкг/с87046,457,2012,930,01813,451111,84123,318,344,650,7423,7257046,457,2023,330,02357,601445,39123,323,847,390,7431,9607046,457,2035,730,03264,382001,30123,333,0113,930,7447,67-57046,457,2045,630,04171,122557,23123,342,1825,010,7467,93-5,87046,457,2047,030,04316,242646,20123,343,6527,460,7471,84-1081,250,963,6649,725,15077,343113,14123,339,9923,590,5264,10-1591,455,470,4055,422,35984,703557,88123,339,6823,590,4363,69-20101,559,577,0059,521,06891,463557,88123,339,1620,220,3759,74-25110,563,783,1562,619,87798,243557,88123,339,7717,730,3257,82-30120,067,789,4031,816,48705,903557,88123,339,739,630,2849,64
2.2.2. Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию
По характеру изменения температуры наружного воздуха и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона. В диапазоне I (от +8 оС до tни) при переменной тепловой вентиляционной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе постоянна. В этом диапазоне осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды. В диапазоне II (от tни до tн.в) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура сетевой воды. В этом диапазоне для систем вентиляции осуществляется центральное качественное регулирование. В диапазоне III (от tн.в до tн.о) возрастает температура сетевой воды, расход тепла на вентиляцию остается постоянным. В III диапазоне осуществляется центральное качественное и местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды [9]. При построении графиков температур сетевой воды для систем вентиляции основной задачей является определение температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после калориферов τ2в для различных диапазонов отопительного периода. Для решения этой задачи используют следующие уравнения: - для диапазона I (от +8 оС до tни): ; (2.7)
- для диапазона II (от tни до tн.в): ; (2.8)
- для диапазона III (от tн.в до tн.о): (2.9)
где Δtк - температурный напор в калорифере, определяемый при температуре tн:
; (2.10)
где ΔtкI - температурный напор в калорифере, определяемый при температуре tни:
; (2.11)
где Δtкр - температурный напор в калорифере, определяемый при температуре tн.в:
; (2.12)
где τ1, τ2в - значения температур сетевой воды соответственно в подающем трубопроводе перед калориферами и в обратном трубопроводе после калориферов при заданной температуре наружного воздуха tн; τ1I, τ2вI - то же, для точки излома при температуре наружного воздуха tни; τ1вр, τ2вр - то же, но при расчетной температуре наружного воздуха для вентиляции tн.в [9].
Проведем показательный расчет.
Определим τ2в при tн = +8 оС.
Для этого (диапазон I) используем формулу (2.7). tни = -5,8 оС, =70 оС, =47 оС и - определяем из предыдущих расчетов (см. табл. 5). Тогда:
или
Решив данное уравнение относительно τ2в, получим температуру теплоносителя после калорифера при tн = +8 оС: τ2в = 12,9оС.
Определим τ2в при tн = -10 оС. Для этого (диапазон II) используем формулу (2.8). , =91,4 оС, =55,4 0С - определяем из предыдущих расчетов. Тогда:
.
Как видно τ2в = 49,7 оС при tн = -10 оС примерно совпадает с τ2о = 50,9оС при той же температуре наружного воздуха.
Определим τ2в при tн = -25 оС.
Для этого (диапазон II) используем формулу (2.9).
, = 91,4 оС, = 55,4 оС - определяем из предыдущих расчетов (см. табл. 5). .
Решив данное уравнение относительно τ2в, получим температуру теплоносителя после калорифера при tн = -25 оС: τ2в = 62,6 оС.
Для остальных температур наружного воздуха значения τ2в приведены в табл. 5.
2.2.3. Регулирование отпуска теплоты на ГВС
Местное регулирование тепловой нагрузки на ГВС производится изменением расхода сетевой воды через водоподогреватели. При этом отопительный период разбивается на два диапазона:
В диапазоне I (от +8 оС до tни) при постоянной тепловой нагрузке на ГВС температура воды в подающем трубопроводе постоянна. В этом диапазоне расход сетевой воды на ГВС также постоянен. В диапазоне II и III (от I tни до tн.о) по мере роста температуры сетевой воды в подающей магистрали и постоянной тепловой нагрузке на ГВС, осуществляется местное количественное регулирование путем уменьшения расхода сетевой воды через водоподогреватель [7]. При построении графиков температур сетевой воды для систем ГВС (центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке) основной задачей является определение температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после водоподогревателей τ2г для различных диапазонов отопительного периода. Для I диапазона рекомендуется [7, стр. 110] принимать температуру после водоподогревателя равной
Для диапазона II и III используют следующее уравнение: , (2.13)
где Δtп - температурный напор в водоподогревателе, определяемый при температуре tн по формуле:
; (2.14)
где - температурный напор в водоподогревателе, определяемый при температуре tни: ; (2.15)
где τ1, τ2г - значения температур сетевой воды соответственно в подающем трубопроводе перед водоподогревателями и в обратном трубопроводе после водоподогревателей при заданной температуре наружного воздуха tн; τ1I, τ2гI - то же, для точки излома при температуре наружного воздуха tни; tх, tг - температуры холодной воды из системы холодного водоснабжения и после водоподогревателя, поступающей в систему ГВС. Согласно рекомендациям [7] принимаются равными tх = 5 оС; tг = 55 оС.
Проведем показательный расчет.
Расчет ведем только для II и III диапазонов по формуле (2.13).
Определим τ2г при Необходимые для расчета данные:
, tх = 5оС; tг = 55оС - принимаем из рекомендаций [7]; τ1 = 110,5оС, =70 оС из предыдущих расчетов (см. табл. 5).
Из формулы (2.14) имеем:
.
Из формулы (2.15) имеем:
.
Подставив в (2.13) получаем следующее уравнение:
Решив данное уравнение относительно τ2г получим температуру теплоносителя после водоподогревателя ГВС при tн = -25 оС: τ2г = 19,8 oC.
Для остальных температур наружного воздуха значения τ2г приведены в табл. 5.
2.2.4. Определение расходов сетевой воды
Расходы сетевой воды, кг/с, следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам [9]: - на отопление:
; (2.16)
- на вентиляцию:
; (2.17)
- на ГВС:
, (2.18)
где с - теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙К).
Суммарный расход сетевой воды определяем по формуле:
. (2.19)
В формулах (2.16) - (2.18) температуры теплоносителя берем из графиков зависимости температур сетевой воды от температуры наружного воздуха, а тепловую нагрузку из графика теплового потребления (рис. 1, табл. 3) также по температуре наружного воздуха. Пример расчета.
Расходы сетевой воды на отопление, вентиляцию, ГВС и суммарный определяем по формулам (2.16) - (2.19).
Определим расходы сетевой воды при tн = -15 оС.
Необходимые для расчета данные:
Qо = 5984,7 кВт, Qв = 3557,88 кВт, QГВС = 123,3 кВт - из графика теплового потребления (рис. 1, табл. 3) при температуре наружного воздуха tн = -15 оС;
τ1 = 91,4 оС, τ2о = 55,4 оС, τ2в = 55,4 оС, τ2г = 22,3 оС - по результатам предыдущих расчетов (см. табл. 5).
Суммарный расход сетевой воды определяем по формуле (2.19):
Для остальных температур наружного воздуха результаты расчета значений расхода сетевой воды приведены в табл. 5.
По результатам расчетов строим температурные графики регулирования сетевой воды в соответствии с рис. 5.
Рисунок 5 - Температурные графики регулирования сетевой воды
По результатам расчетов строим график расходов сетевой воды в соответствии с рис. 6.
Рисунок 6 - График расходов сетевой воды
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Для гидравлического расчета тепловой сети необходимо знать расчетные значения расходов теплоносителя для каждого цеха. В соответствии с рис. 6, максимальный расход теплоносителя будет соответствовать температуре наружного воздуха в точке излома. При этом расчетные расходы теплоносителя, кг/с, рассчитываются по следующим формулам:
- на отопление:
(3.1)
- на вентиляцию:
(3.2)
- на ГВС:
(3.3)
где , , - расчетные расходы тепла на отопление, вентиляцию и ГВС (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 1, 2); , - температуры теплоносителя в подающем теплопроводе и после системы отопления при расчетной температуре наружного воздуха на отопление tн.о (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 5); , - температуры теплоносителя в подающем теплопроводе и после калорифера при расчетной температуре наружного воздуха на вентиляцию tн.в (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 5); , - температуры теплоносителя в подающем теплопроводе и после подогревателя ГВС при температуре наружного воздуха в точке излома (принимаем из предыдущих расчетов по табл. 5); c - теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг∙К).
Суммарный расчетный расход сетевой воды определяем по формуле:
. (3.4)
Проведем расчет для механического цеха №1.
Из табл. 1: , Из табл. 2: Из табл. 5: = 130оС, = 70 оС, = 91,4оС, = 55,4оС, = 70 оС, = 30 оС.
Результаты расчетов для остальных цехов сведены в табл. 6.
Таблица 6 - Результаты расчета расходов сетевой воды для помещений
№ п/пОбъект Qор, кВт Qвр, кВтQгвср, кВтGор, кг/сGвр, кг/сGгвср, кг/сGр, кг/сGр, т/час 1Механический цех №1819,3505,5 16,93,753,350,108,1729,41 2Сборочный цех №22766,85945,66 42,25116,270,2519,8471,42 3Сборочный цех №31213,62519,42 25,354,833,440,1510,1536,53 4Механический цех №4957,12582,42 16,93,803,860,109,4333,96 5Литейный цех62,2383,04 8,450,252,540,053,2911,84 6РИЦ415,62160,14 8,451,651,060,053,7013,31 7ЦКБ738,620 22,940,000,013,8613,91 8Администр. корпус69,580 10,270,000,010,331,20 9ЦЗЛ99,9850,52 10,400,330,010,822,97 10Компрессорная50,11278,52 00,201,850,002,087,50 11Два склада950 00,370,000,000,802,87 12Гараж15,4352,26 00,060,350,000,582,09 13Диспетчерская3,80 10,020,000,010,040,14 14ВЗТ23,7580,4 00,090,530,000,903,24 Расчет проводим согласно методике, изложенной в [7, стр. 159 - 164]. Для расчета используем номограмму [7, стр. 162, рис. VI.2] и [7, Приложение 17]. Перед выполнением гидравлического расчета разрабатываем расчетную схему тепловых сетей в соответствии с рис. 7.
На схеме проставляем номера участков (сначала по главной магистрали, а затем по ответвлениям), расходы теплоносителя (т/ч), длины участков в метрах. За главную магистраль принимаем наиболее протяженную ветвь сети от источника теплоты (ЦТП) до административного корпуса.
Расходы на отдельных участках равны сумме расходов потребителей, подключенных к участку.
Участок 1 (подключены ВЗТ, цеха 1, 2, 3, 4, ЦКБ, ЦЗЛ, диспетчерская, административный корпус, два склада, гараж, РИЦ, компрессорная, литейный цех):
G1 = 29,41 + 71,42 + 36,53 + 33,96 + 11,84+ 13,31+ 13,91 + 1, 2 + 2,97 + 7,5 + 2,87 + + 2,09 + 0,14 + 3,24 = 230,39 т/час.
Для остальных участков расчеты аналогичны и сведены в табл. 7.
Таблица 7 - Результаты расчета расходов воды на участках сети
№ участкаG, т/ч№ участкаG, т/чГлавная магистральОтветвления1230,391513,312141,82167,53128,51174,964118,921833,965116,051911,84682,092036,53770,252129,41833,72220,1494,31232,97104,17241,2111,2253,2412 88,572613,911374,662771,421471,42 Расчет выполняем в два этапа: предварительный и окончательный
В предварительном расчете определяем: 1) Ориентировочное значение αср:
, (3.5)
где z - коэффициент, для водяных сетей z = 0,01 [7]; G - расход теплоносителя в начальном участке разветвленного теплопровода, т/ч. 2) Для главной магистрали задаемся располагаемым перепадом давлений ΔPс в диапазоне 30 - 50 кПа согласно рекомендациям [1, стр. 27], при этом удельные линейные потери Rл.ср на главной магистрали не должны превышать 80 Па/м. Рассчитываем средние удельные потери давления Rл.ср, Па, по располагаемому перепаду давлений:
(3.6)
где ΔPс - располагаемый перепад давлений, - сумма длин участков. Удельные потери давления для ответвлений не должны превышать 300 Па/м [7, стр. 163]. Если Rл.ср > 300 Па/м, то уменьшаем Rл.ср до величины, меньшей 300 Па/м.
3) По известным расходам теплоносителя на участках G1, ..., Gn и известному Rл.ср с помощью таблиц или номограмм определяем диаметр труб с округлением до стандартных размеров. В окончательном расчете уточняем гидравлические сопротивления на всех участках сети при выбранных диаметрах труб следующим образом: 1) при округлении диаметров труб до стандартных размеров по тем же таблицам или номограммам определяем фактические значения удельных потерь давления по длине R1, ..., Rn и, если необходимо, скорости теплоносителя w1,..., wn;
2) определяем эквивалентные длины местных сопротивлений на расчетных участках lэ1,..., lэn согласно [7, Приложение 17]; 3) вычисляем полные потери давления на участках сети, Па:
; (3.7)
4) определяем суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной магистрали, Па, которые сравниваем с располагаемым в ней перепадом давления: . (3.8)
Расчет считается удовлетворительным, если гидравлические сопротивления не превышают располагаемый перепад давлений и отличаются от него не более чем на 10%. В этом случае расчетный расход теплоносителя будет обеспечен с ошибкой не более +3,5%. Если не удается добиться заданной величины гидравлической невязки изменением диаметров трубопроводов, то на ответвлениях устанавливаются дроссельные шайбы. Диаметр шайбы dш, мм:
, (3.9)
где G - расход теплоносителя, т/ч; Н - избыточный напор на вводе, м. вод. ст.
Минимальный диаметр труб независимо от величины расхода теплоносителя:
- для распределительных тепловых сетей − 40 мм;
- для ответвлений к отдельным зданиям − 25 мм.
Конечные результаты гидравлического расчета следует перевести в метры вод. ст. по формуле:
, (3.10)
где ρ - плотность воды, равная 1000 кг/м3, g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.
Пример расчета.
Сначала рассчитываем главную магистраль, включающую участки 1 - 11.
В качестве примера рассчитаем участок 1.
Предварительный расчет:
1. Задаемся средним удельным падением давления на главной магистрали при располагаемом перепаде давлений ΔPс = 30000 Па согласно рекомендациям [1, стр. 27]:
Rл.ср = 32 Па/м.
2. По номограмме [7, стр. 162, рис. VI.2] и расходам G1 - G11 находим диаметры труб с округлением до стандартных. Например, для участка 1 при расходе G1 = 230,39 т/ч диаметр трубопровода равен 320 мм, округляя до стандартного, получаем 325 мм.
Окончательный расчет:
1. По диаметру трубопровода, равному 273 мм, и расходу G1 = 230,39 т/ч согласно номограмме [7, стр. 162, рис. VI.2] определяем фактическое значение удельных потерь давления Rл:
Rл = 31 Па/м.
2. Рассчитываем эквивалентную длину участка 1 с учётом сопротивлений на компенсаторы, повороты и тройники. Принимаем эквивалентную шероховатость Kэ = 0,5 мм [7]. Число компенсаторов на участке, шт.:
(3.11)
где l − длина прямолинейного участка, м. В результате расчета выясняем, что на участке 1 компенсаторов нет.
Эквивалентные длины участков трубопровода, м, определяем по формуле:
lэ = lэкnк+ lэоnо+ lэтпnтп+ lэтоnто+ lзnз, (3.12)
где nк - количество компенсаторов на участке, шт.; nо - количество отводов на участке, шт.; nтп - количество проходов тройников на участке, шт.; nто - количество ответвлений тройников на участке, шт.; nз - количество задвижек на участке, шт.; lэк, lэо, lэтп, lэто, lз - эквивалентные длины местных сопротивлений: сильфонных компенсаторв, отводов, проходов, ответвлений тройников соответственно (приведены в [7, Приложение 17]).
На участке 1 установлен один тройник при делении потоков ответвление и одна задвижка. Значит:
lэ1 = 20,8 + 4,27∙1 = 25,07 м.
Количество компенсаторов, отводов, тройников и задвижек на каждом участке трубопровода, а также диаметры участков трубопровода и эквивалентные длины с учётом местных сопротивлений приведены в табл. 8.
Таблица 8 - Местные сопротивления№ участкаКол-во П-образных компенсаторовКол-во отводовКол-во тройниковКол-во задвижекd × δ,ммlэ,мпроходответвление12345678Главная магистраль100011325 × 825,07200100273× 711,1300100273× 711,1411100273× 716,65500100273× 711,1621100219 × 659,4700100219 × 68,4800100133× 4,54,490010076 × 3,52100010076 × 3,52110200057 × 3,51,3
1231100273× 7100,651301100219 × 6361401000219 × 64,2Ответвления1500011108×46,6160001176 × 3,54170101176 × 3,551800011108×46,6190001189×3,55,12000011108×46,62100011159× 4,57,84221101157 × 3,58,46230001157 × 3,52,61240100157 × 3,51,3250001176 × 3,54260001189×3,55,12701001219 × 67,56 3. Вычисляем полные потери давления и напора на участке сети:
Результаты расчета для остальных участков приведены в табл. 9.
Таблица 9 - Результаты гидравлического расчета№ участкаПредварительный расчетОкончательный расчетG, т/чl, мd × δ, ммRл, Па/мlэ, мl + lэ, мΔP, ПаΔН, мdш, ммГлавная магистраль1230,395325 × 83125,0730,19320,1-2141,8262,1273× 72911,173,221230,22-3128,5147,02273× 726,511,158,115400,16-4118,92106,2273× 723,416,6512328740,29-5116,0526,6273× 721,611,137,78140,08-682,09190,2219 × 63259,425079870,81-770,2584,6219 × 625,58,49323720,24-833,7285,57133 × 4,5564,49050380,51-94,3148,9276 × 3,524,5250,912480,13-104,1781,4576 × 3,523,5283,519610,2-111,271,7657 × 3,518,51,373,113520,14-1288,57188,7273× 71167,8625728220,288-1374,663219 × 62729,8632,98870,09-1471,4281219 × 6263,6284,622000,224-Ответвления1513,3124108×4276,630,68260,08481167,523,276 × 3,565427,217680,1854174,963876 × 3,5145436020,061661833,9630108×41806,636,665880,6721081911,8432,1489×3,5635,137,223460,2391722036,5336,53108×42306,643,199201,011-2129,4185,57159 × 4,5207,8493,418680,19-220,1411057 × 3,510,58,4611812440,1278232,9720,857 × 3,5602,6123,414050,143-241,21457 × 3,517,51,315,32680,027-253,2426,876 × 3,513430,84000,041292613,9119,2389×3,5755,124,318250,186-2771,4231,12219 × 6407,5638,715470,158188
4. Сравниваем суммарные гидравлические сопротивления для всех участков расчетной магистрали с располагаемым в ней перепадом давления: 932 + 2123 + 1540+ 2874+814+ 7987 + 2372+ 5038+ 1248+1961+1352= 28240,47≤ 30000,
условие выполняется, при этом невязка составляет:
что меньше 10 %, следовательно, расчет считаем удовлетворительным.
Пример расчета простого ответвления (участок 15).
1. Потери располагаемого давления:
ΔPс = ΔP3 = 1540Па.
2. Значение αср:
3. Среднее удельное падение давления:
4. По и расходу G15 = 13,31 т/ч с помощью номограммы определяем, что диаметр трубопровода на участке 15 равен 108×4.
5. Затем по диаметру и расходу определяем фактические линейные потери напора:
R15 = 27 Па/м.
6. Определяем эквивалентную длину местных сопротивлений. На участке установлены: сильфонный компенсатор, отвод, тройник при делении потоков ответвление, задвижка. Следовательно: lэ15 = 1,65 +4,95 = 6,6 м.
7. Потери давления и напора:
Невязка составит:
что больше 10%. Поэтому на участке 25 необходимо установить дроссельную шайбу, чтобы компенсировать избыточный напор:
Принимаем стандартный диаметр 81 мм.
Результаты расчета для остальных ответвлений приведены в табл. 9.
4. ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА
По результатам гидравлического расчета строим пьезометрический график для двух режимов работы: статического и динамического. Статический режим характеризуется давлениями в сети при отключенных сетевых насосах, динамический - давлениями в сети и в местных системах потребителей при работающих сетевых насосах и циркуляции теплоносителя. Требования и методика построения пьезометрического графика приведены в [7, стр. 175 - 179], [9, стр. 25 - 28].
На пьезометрическом графике дополнительно указывают:
- спрямленную однолинейную схему тепловой сети;
- высоты присоединяемых зданий.
Основные требования при построении пьезометрического графика:
1)не превышение допустимых давлений в оборудовании источника теплоснабжения, тепловой сети и абонентских установок. Допустимое избыточное давление для стальных трубопроводов и арматуры тепловых сетей составляет 1,6 - 2,0 МПа (160 - 200 м вод. ст.), для чугунных радиаторов предельно допустимый напор составляет 60 м.
2)напор на всасывающей стороне сетевых насосов не должен быть меньше 5 м вод. ст. для исключения кавитации.
3)располагаемый напор на абонентских вводах для обеспечения циркуляции воды должен быть не менее 12 - 15 м при элеваторном подключении системы отопления. Принимаем равным 20 м.
4)линия статического напора должна обеспечивать заполнение системы отопления (быть выше верхних этажей зданий не менее 5 м). Принимаем 51+9 = 60 м (где 51 м - высота здания РИЦ).
5)напор в подающих трубопроводах, по которым перемещается вода с температурой более 100 0С, должен быть достаточным для исключения ее вскипания. При температуре воды 130 оС минимальный напор равен 20 м [7].
5. РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ С УЧЕТОМ СПОСОБА ИХ ПРОКЛАДКИ
Определение толщины изоляции по нормированным теплопотерям при подземной канальной прокладке трубопроводов проводят в следующей последовательности:
1. По приложению 5 табл. 4 [1] нормированные теплопотери подающего н обратного трубопроводов.
2. Определяем термическое сопротивление на участке "канал-грунт" (5.1) где - термическое сопротивление внутренней поверхности канала, ()/Вт; - термическое сопротивление стенок канала, ()/Вт; - термическое сопротивление грунта, ()/Вт.
Таблица 11. Геометрические размеры одно секционных каналов из лотковых элементов перекрываемых плитами.
Тип каналаВнутренние габаритные размеры канала ширинавысота, ммТолщина стенки канала ммГоризонтальное расстояние между осями труб b, ммИспользуются для труб с наружным диаметром dн, ммКЛ 60-45-87028032-89КЛ 90-45-8100400108-194КЛ 120-60-8100540219-273КЛ 150-90-8120660325-478КЛ 210-120-81401100529-720
3. Определяем температуру воздуха в канале:
(5.2) где - естественная температура грунта на глубине заложения оси канала, ; - нормированные теплопотери для подающего и обратного трубопроводов соответственно, Вт/м определяются по приложению 5, табл. 4 [1].
4. Определяем полное термическое сопротивление для подающего и обратного трубопроводов, считая :
(5.3)
(5.4)
где - термическое сопротивление от поверхности изоляции к воздуху, ; - термическое сопротивление изоляции, ; - температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах соответственно.
5. Определяем коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху по приложению 5, табл. 5 [1].
6. Задавшись толщиной изоляции (предварительно можно принять из приложения 5, табл. 2 [1] но не более указанного значения) определяем наружный диаметр изоляции как . Определяем термическое сопротивление изоляции в первом приближении.
7. Уточняем толщину тепловой изоляции по формуле:
(5.5)
где - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/() (принимать по табл. 4.1 [1] в зависимости от средней температуры основного слоя изоляции предварительно определяемого по формуле:
(5.6)
- термическое сопротивление слоя изоляции, ()/Вт определяем по формуле
Толщина тепловой изоляции определяется методом последовательных приближений, т. к. необходимо уточнение d и tср.
Проведем показательный расчет.
1. По приложению 5 табл. 4 [1] нормированные теплопотери для подающего и обратного трубопроводов равны: 2. Определяем термическое сопротивление на участке "канал-грунт"
По диаметру трубопровода выбираем из табл. 11 тип канала и его геометрические размеры:
тип КЛ КЛ 150-90-8; габариты (ширина×высота×толщина) 1600×920×120 мм; межосевое расстояние b = 660 мм.
Определяем наружный и внутренний эквивалентный диаметр канала
где - площадь поперечного сечения канала, м2; - периметр канала, м.
Определяем термическое сопротивление внутренней поверхности канала
где - площадь поверхности 1 м длины трубопровода, м2; - коэффициент теплоотдачи от поверхности, Вт/() принимается по приложению 5 табл. 5 [1].
Определяем термическое сопротивление стенок канала
где - теплопроводность стенок канала, Вт/(); - эквивалентные диаметры наружной и внутренней стенок канала, м.
Определяем термическое сопротивление грунта
где - теплопроводность грунта, Вт/(); h - глубина заложения оси теплопровода, м.
По формуле (5.1) найдем термическое сопротивление на участке "канал-грунт"
3. По формуле (5.2) найдем температуру воздуха в канале
4. По формуле (5.3) и (5.4) найдем полное термическое сопротивление для подающего и обратного трубопроводов соответственно
5. Коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху определим из приложения 5, табл.5 [1]: 6. Из приложения 5, табл. 2 [1] зададимся толщиной изоляции и определим наружный диаметр изоляции . Определяем термическое сопротивление от поверхности изоляции к воздуху
.
Определяем термическое сопротивление изоляции
Принимаем к установке минераловатные прошивные изделия с теплопроводностью . Для подающего трубопровода по табл. 4.2 [1] при Определяем теплопроводность изоляции.
Определяем толщину изоляции по формуле (5.5)
Определяем температуру поверхности изоляции по формуле (5.6)
Уточняем параметры в первом приближении:
Уточняем параметры во втором приближении:
Полученные значения температуры поверхности изоляции достаточно близки, поэтому пересчет толщины изоляции не проводим. При расчетной к установке принимаем изоляцию толщиной в соответствии с данными приложения 5, табл. 1 [1].
Уточняем параметры
Аналогичные расчеты проведены для остальных участков, и результаты сведены в табл. 12.
Таблица 12. Результаты расчета толщины тепловой изоляции трубопроводов
№ участка(d х δ), ммqпод, Вт/мqобр, Вт/мR1, (м2∙оС) /ВтR2, (м2∙оС) /Втδиз1, ммδиз2, ммtп1, оСtп2, оСtк, оС1325×880,22391,131,43808029,9225,522,642273×780,22391,131,43808029,9225,522,643273×780,22391,131,43808029,9225,522,644273×780,22391,131,43808029,9225,522,645273×780,22391,131,43808029,9225,522,646219 × 669,26301,2741,608808029,0426,721,777219 × 669,26301,2741,608808029,0426,721,778133 × 4,550161,8383,243808024,9221,9718,12976 × 3,541,113,272,2674,007606025,1721,5516,831076 × 3,541,113,272,2674,007606025,1721,5516,831157 × 3,557×3,535122,7124,576606022,9619,7612273×780,22391,131,43808029,9225,522,6413219 × 6219×669,26301,2741,608808029,0426,714219 × 6219×669,26301,2741,608808029,0426,715108×448151,9283,501606025,8822,117,481676 × 3,541,113,272,2674,007606025,1721,5516,831776 × 3,541,113,272,2674,007606025,1721,5516,8318108×448151,9283,501606025,8822,117,481989×3,544,414,12,0763,701606026,2522,5417,8120108×448151,9283,501606025,8822,117,4821159 × 4,555171,6472,976808026,2923,2219,42257 × 3,535122,7124,576606022,9619,7615,092357 × 3,535122,7124,576606022,9619,7615,092457 × 3,535122,7124,576606022,9619,7615,092576 × 3,541,113,272,2674,007606025,1721,5516,832689×3,544,414,12,0763,701606026,2522,5417,8127219 × 669,26301,2741,608808029,0426,721,77 6. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
6.1. Расчет опор трубопроводов
Опоры в тепловых сетях предназначены для восприятия усилий, возникающих в теплопроводах, и передачи их на несущие конструкции или грунт. В зависимости от назначения их подразделяют на подвижные и неподвижные.
Неподвижные опоры фиксируют положение трубопровода в отдельных точках, разделяя его на независимые по температурным деформациям участки, и воспринимают усилия, возникающие на этих участках, что устраняет возможность последовательного нарастания усилий и передачу их на оборудование и арматуру.
Подвижные опоры предназначены для восприятия весовых нагрузок теплопровода и обеспечения свободного его перемещения при температурных деформациях. Устанавливают их при всех видах прокладки, кроме бесканальной, когда теплопроводы укладывают на утрамбованный слой песка, что обеспечивает более равномерную передачу весовых нагрузок на грунт.
Теплопровод, лежащий на подвижных опорах, под действием весовых нагрузок (веса трубопровода с теплоносителем, изоляционной конструкцией и оборудованием и иногда ветровой нагрузкой) прогибается и в нем возникают изгибающие напряжения, значения которых зависят от расстояния (пролета) между опорами. Эпюра изгибающих моментов представлена в соответствии с рис. 6.1. В связи с этим основной задачей расчета является определение максимально возможного пролета между опорами, при котором изгибающее напряжение не превышает допустимых значений, а также величины прогиба теплопровода между опорами.
Рисунок 6.1 - Эпюра изгибающих моментов многопролетного трубопровода
Расчет проводится согласно методике, описанной в [10], как для многопролетной неразрезной балки с жестко закрепленными концами. При равных пролетах и упругом изгибе максимальный изгибающий момент, возникающий на опоре:
(6.1)
откуда максимальный пролет между подвижными опорами, м:
l= (6.2)
где σиз - напряжение изгиба трубы, принимается равным 35 МПа; W - момент сопротивления трубы; q - удельная нагрузка, Н/м, определяемая в общем случае по формуле:
q = (6.3)
где qв - удельная вертикальная нагрузка от массы трубы, теплоносителя, теплоизоляции и снега, Н/м; qг - удельная горизонтальная нагрузка от ветрового давления, Н/м (при данных условиях qг=0).
Вертикальная удельная нагрузка 1 метра подающей трубы, Н/м:
(6.4)
где dн , dвн - соответственно наружный и внутренний диаметр трубы, м; dиз - наружный диаметр изоляции, м; ρтр, ρвод, ρиз - плотность материала трубы, воды и изоляции соответственно, кг/м3.
Момент сопротивления трубы, м3, определяется по формуле:
. (6.5)
Величина прогиба трубопровода в середине пролета определяется по формуле:
, (6.6)
где Е - модуль упругости материала труб, для стали Е = 2·1011 Па; I - центральный момент инерции трубы, м4, определяемый по формуле:
I = 0,05∙( dн4 - dвн4). (6.7)
Определим допустимый пролёт между подвижными опорами трубопровода. Трубопровод заполнен водой и покрыт изоляцией. В качестве примера проведем расчет для участка 5.
Удельная нагрузка равна вертикальной удельной нагрузке: Момент сопротивления трубы:
Пролёт между подвижными опорами:
Центральный момент инерции трубы:
I = 0,05∙(0,3254 - 0,3054) =12,51·10-5 м4.
Прогиб трубопровода в середине пролета:
Результаты расчетов опор на остальных участках сведены в табл. 13.
Таблица 13. Результаты расчета опор трубопроводов
№ участка (d×δ), мм dиз, мм q, Н/м W, м3 l, м I, м4 y, м1325 × 86451769,89770,15·10-613,52,32 ·10-50,006 2273×73971014,2386,3 ·10-612,65,27 ·10-50,006 3273×73971014,2386,3 ·10-612,65,27 ·10-50,006 4273×73971014,2386,3 ·10-612,65,27 ·10-50,006 5273×73971014,2386,3 ·10-612,65,27 ·10-50,006 6219×6379708,43211,9 ·10-611,22,32 ·10-50,006 7219×6379708,43211,9 ·10-611,22,32 ·10-50,006 8 133×4,5293314,165,75·10-58,83,82 ·10-60,006 9 76×3,5196125,861,41·10-56,95,35 ·10-70,007 10 76×3,5196125,861,41·10-56,95,35 ·10-70,007 1157×3,517789,157,55·10-662,15 ·10-70,007 12273×73971014,2386,3 ·10-612,65,27 ·10-50,006 13219×6379708,43211,9 ·10-611,22,32 ·10-50,006 14219×6379708,43211,9 ·10-611,22,32 ·10-50,006 15 108×4228210,23,34·10-58,21,8 ·10-60,007 16 76×3,5196125,861,41·10-56,95,35 ·10-70,007 17 76×3,5196125,861,41·10-56,95,35 ·10-70,007 18 108×4228210,23,34·10-58,21,8 ·10-60,007 19 89×3,5209154,011,97·10-57,38,77 ·10-70,006 20 108×4228210,23,34·10-58,21,8 ·10-60,007 21159×4,5319402,028,36·10-59,36,64 ·10-60,006 22 57×3,517789,157,55·10-662,15 ·10-70,007 23 57×3,517789,157,55·10-662,15 ·10-70,007 24 57×3,517789,157,55·10-662,15 ·10-70,007 25 76×3,5196125,861,41·10-56,95,35 ·10-70,007 26 89×3,5209154,011,97·10-57,38,77 ·10-70,006 27219×6379708,43211,9 ·10-611,22,32 ·10-50,006
6.2. Расчет компенсаторов
Проведем расчет П-образного компенсатора тепловой сети с диаметрами трубы мм.
Рисунок 6.2 - Схема П-образного компенсатора с его типоразмерами
Определим тепловое удлинение трубопровода по формуле:
,
где - коэффициент линейного удлинения стальных труб принимается в зависимости от температуры, в среднем ; L - типоразмер компенсатора, м [9]; t - температура теплоносителя,; tо - температура окружающей среды,.
С учетом предварительной растяжки по полному удлинению на 50%:
Радиус изгиба гладкого отвода определим по формуле:
Отношение длины спинки компенсатора к длине вылета: n1 = B/H = 1,68/2,4 = 0,7 [9].
При изгибе гибких компенсаторов круглое сечение трубы сплющивается в эллиптическое, жесткость которого значительно понижается. Коэффициент жесткости гибких отводов зависит от геометрической характеристики отвода, представляющей собой отношение:
где S - толщина стенки трубы, м; R - радиус изгиба отвода, м; rс - средний радиус трубы:
Определим коэффициент жесткости гладкого отвода по формуле:
В сплющенном сечении трубы напряжения изгиба несколько уменьшаются и учитываются коэффициентом напряжения, который для гладких отводов определяется зависимостью:
Определим изгибающее напряжение в отводе по формуле:
(6.8)
где E = 2108 кПа - модуль продольной упругости для стали; A - коэффициент, определяется по формуле:
Подставим найденные данные в формулу (6.8) и определим изгибающее напряжение в отводе:
Допустимое напряжение от температурных удлинений Т. к. , то расчет является верным.
7. РАСЧЕТ И ПОДБОР ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ
Целью расчета подогревателя ГВС является определение площади поверхности теплообмена, марки и количества секций подогревателя.
Согласно рекомендациям [13, п. 4.8], для систем горячего водоснабжения при параллельном подключении число водо-водяных водоподогревателей следует принимать равным двум в каждой ступени подогрева, рассчитанных на 50 % производительности каждый.
7.1. Тепловой расчет подогревателя ГВС
К установке принимаем пластинчатый теплообменник. Расчет ведем согласно методике, изложенной в [13, Приложения 4, 8].
Тепловой расчет заключается в определении необходимой поверхности теплопередачи и выбору по этой поверхности стандартного теплообменного аппарата.
Расчетные параметры теплоносителей согласно [13] принимаем:
1) температура нагреваемой воды: - на входе в водоподогреватель tвхн = 5 °С;
- на выходе из водоподогревателя tвыхн = 55 °С.
2) температура греющей (сетевой) воды: - на входе в водоподогреватель принимаем равной температуре теплоносителя в подающем теплопроводе τ1 при температуре наружного воздуха, соответствующей точке излома tни: tвхгр = 70°С (см. табл. 5);
- на выходе из водоподогревателя принимаем равной температуре теплоносителя после подогревателя ГВС τ2г при температуре наружного воздуха, соответствующей точке излома tни: tвыхгр = 30 °С (см. табл. 5);
3) расчетная тепловая производительность водоподогревателя: 1. Температурный напор водоподогревателя горячего водоснабжения, оС:
(7.1)
2. Расход греющей воды, кг/с:
(7.2)
где c = 4190 Дж/(кг∙К) - теплоемкость воды.
3. Расход нагреваемой воды, кг/с:
(7.3)
4. Средняя температура греющей среды:
tcр=(tпв + tов )/2 (7.4)
tср=(35+5)/2=200С
5.Средняя температура нагреваемой среды:
tср=(t1 + t2)/2 (7.5)
tср=(113,7+57,7)/2=85,70С
6.Среднелогарифмическая разность температур между нагреваемой и греющей средами:
Δt=(Δtб - Δtм)/(2,3·lgΔtб / Δtм) (7.6)
Δt=55,130С
Задаемся ориентировочно типом и номером водоподогревателя:
а)внутренний диаметр корпуса Dвн=82мм
б)наружний и внутренний диаметр трубок dн =16мм,dвн=14мм
в)число трубок в живом сечении подогревателя Z=12
7.Площадь живого сечения трубок, м2
f=π·d·Z/4 (7.7)
f=3,14·0,000196·12/4=0,002м2
8.Площадь живого сечения межтрубного пространства:
f=(π/4)·(D-Z·d) (7.8)
f=(3,14/4)(0,0822-12·0,016)=0,003 м2
9.Эквивалентный диаметр межтрубного пространства:
d=(D-Z·d)/(D+Z·d) (7.9)
d=(0,0822-12·0,016)/(0,082+12·0,016)=0,0134м
10.Скорость воды в трубках:
W=G/(f·ρ) (7.10)
W=0,084/(0,002·1000)=0,42м/с
Скорость воды в межтрубном пространстве :
WM=GM/(fM·ρ) (7.11)
WM=0,045/(0,003·1000)=0,015м/с
Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок, Вт/(м2·К)
α=(1624+20,88·tср.г - 0,0406·t2ср.г)·WM0,8/dэкв2 (7.12)
α=(1624+20,88·20-0,0406·202)·0,0150,8/0,01342=294 Вт/(м2·К)
Коэффициент теплоотдачи от стенок трубок к нагреваемой воде, Вт/(м2·К)
α=(1624+20,88·tср.н - 0,0406·t2ср.н)·WТ0,8/dн2 (7.13)
α=(1624+20,88·85,7-0,0406·85,72)·0,0420,8/0,01342=326 Вт/(м2·К)
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К):
Ко= (7.14)
Ко= Вт/(м2·К) .
Поверхность нагрева водоподогревателя ,м2
F=Q/(K·Δtcp) (7.15)
F=10601,7/(166,67·55,13)=1,15м2 .
Количество секций водоподогревателя, шт:
n=F/Fo (7.16)
где Fo- поверхность нагрева одной секции подогревателя, Fo=1,31м2
n=1,15/1,31=0,88 .
Количество секций- 1 секция.
7.2 Гидравлический расчет подогревателей
Потери напора воды в подогревателях определяется по формуле:
, (7.17)
где - коэффициент рения, l- длина одного хода подогревателя,м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений; ρ - плотность воды, кг/м3; n- количество секций подогревателя ,соединенных последовательно,шт.
Коэффициент трения определяют по следующим формулам в зависимости от числа Рейнольдса:
при Re>10000
(7.18)
при 2300<Re<10000
(7.19)
(7.20)
где - кинематическая вязкость, м/с.
.
Тогда коэффициент трения находим по формуле (7.18):
.
Рассчитываем потери напора по формуле (7.17):
Па .
8. ПОДБОР ЭЛЕВАТОРОВ АБОНЕНТСКИХ ВВОДОВ. ПОДБОР НАСОСОВ ЦТП
8.1. Подбор элеваторов абонентских вводов
Элеваторы выпускаются стандартных размеров. Широкое распространение получили элеваторы типа ВТИ Мосэнерго. Их выпускают стандартных размеров номерами от 1 до 7. Нумерация элеваторов производится по диаметру камеры смешения dг от 15 до 59 мм. Принцип работы струйного элеватора заключается в использовании энергии воды подающей магистрали.
Требуемый располагаемый напор для работы элеватора Нэл, м, определяется по формуле: Нэл = 1,4h(Uр +1)2, (8.1)
где h - потери напора в системе отопления, принимаемые 1,0 - 1,5 м; Uр - расчетный коэффициент смешения, определяемый по формуле:
, (8.2)
где τ1, τ2, τ3 - температуры воды соответственно в подающей магистрали, обратной магистрали, после элеватора.
Диаметр горловины камеры смешения элеватора dг, мм, определяется по формуле:
(8.3)
где G - расходе сетевой воды на отопление, т/ч.
Диаметр сопла dc, мм:
(8.4)
Подберем элеватор для абонента цех №1.
Расчетный коэффициент смешения по формуле (8.2)равен:
Рассчитаем располагаемый напор для работы элеватора по формуле (8.1), принимая h = 1,5м:
Нэл = 1,4·1,5·(0,5+1)2 = 4,725 м.
Диаметр горловины камеры смешения элеватора по формуле (8.3):
Расчетную величину диаметра горловины округляем в сторону уменьшения до стандартного диаметра dг = 35 мм, что соответствует № 5 элеватора [12, стр. 145].
Диаметр сопла dc, мм по формуле (8.4):
Результаты расчета для остальных абонентов аналогичны и сведены в табл. 12. Таблица 14 - Подбор элеваторов абонентских вводов
№ абонентаНаименование абонентаUрHэл, мG, т/чdг, ммdс, мм№ элеватора1Механический цех №10,54,7258,17271942Сборочный цех №20,54,72519,84422963Сборочный цех №30,54,72510,15302154Механический цех №40,54,7259,43292055Литейный цех0,54,7253,29171226РИЦ0,54,7253,7181327ЦКБ0,54,7253,86181328Адм. Корпус0,54,7250,335419ЦЗЛ0,54,7250,8296110Компрессорная0,54,7252,08149111Два склада0,54,7250,886112Гараж0,54,7250,5875113Диспетчерская0,54,7250,0421114ВЗТ0,54,7250,9961
8.2. Подбор сетевых насосов
В водяных тепловых сетях насосы используются для создания заданных давлений и подачи необходимого количества воды к потребителям тепла.
Сетевые насосы обеспечивают циркуляцию воды в системе теплоснабжения. Количество их принимается не менее двух, из которых один резервный.
Объем воды, находящейся в системе теплоснабжения ориентировочно определяется по формуле:
V=Q(Vc+Vм) , (8.5)
где Q- тепловая мощность системы,МВт; Vc,Vм - удельные объемы сетевой воды. Для тепловых сетей с подогревательными установками промышленных предприятий Vc=22÷30 м3/МВт, Vм=13 м3/МВт.
Приняв Vc=25 м3/МВт, Vм=13 м3/МВт, рассчитаем объем воды по формуле (8.3):
V=13,6·(25+13)=516,8 м3 .
Напор сетевого насоса определяется по формуле:
Нн=ΔНТ+ ΔНп+ ΔНа+ΔНо , (8.6)
где ΔНТ - потери напора в тепловом пункте,м; ΔНп, ΔНо- потери напора в подающем и обратном трубопроводе,м; ΔНа- необходимый напор на вводе концевого абонента,м.
Принимая ΔНа= 20 м, ΔНТ=0,рассчитаем Напор сетевого насоса по формуле (8.6):
Нн=0+ 16,6+ 20+16,6=53,2м .
Напор для подпиточного насоса определяется по формуле:
Нп=ΔНтр+ ΔНс+z , (8.7)
где ΔНтр- потери напора в трубопроводе,м;z- разность уровней между насосом и баком,z= 0, ΔНс- статический напор,м.
Подставив числовые значения в формулу (8.7),получим:
Нп=16,6+13+0=29,6 м .
Для подбора насоса необходимо знать его производительность и величину напора. Для сетевых насосов производительность Gс.н, м3/с, определяют по расчетному расходу сетевой воды в головном участке тепловой сети. Gс.н = 170,51 т/ч.
Напор сетевых насосов Hс.н, м вод. ст., следует принимать равным сумме потерь напора в оборудовании источника теплоты ΔHист, в подающем ΔHпод и обратном ΔHобр трубопроводах магистральных тепловых сетей от источника теплоты до наиболее удаленного абонента и в системе теплоснабжения абонента при суммарных расчетных расходах воды.
По пьезометрическому графику определяем, что Hс.н = 65 м.
По указанным производительности и напору выбираем согласно [9, Приложение 19] два насоса СЭ-160-70-3000 (один рабочий, другой - резервный) с характеристиками: подача 160 т/ч, напор 70 м, частота вращения 3000 об/мин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения данной курсовой работе были произведены расчеты системы теплоснабжения промышленного предприятия, в результате которых были найдены расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, определены потребления тепла в течение года и по месяцам, построены графики потребления тепловых нагрузок. В том числе был выбран способ регулирования, произведены расчеты регулирования отпусков теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, определены расходы сетевой воды для теплоснабжения и горячего водоснабжения, по результатам этих расчетов построены графики регулирования сетевой воды, расходов сетевой воды.
Также был проведен гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей, по результатам которого построен пьезометрический график. Проведён расчёт тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей с целью уменьшения тепловых потерь, выполнен расчет опор трубопроводов и компенсаторов. В результате расчета водонагревателей ЦТП выбран пластинчатый теплообменник ГВС с числом ходов 17 и действительной поверхностью нагрева 9,9 м2. Для каждого здания подобраны элеваторы абонентских вводов типа ВТИ Мосэнерго. Циркуляцию воды в системе обеспечивают два сетевых насоса СЭ-160-70-3000 (один рабочий, другой - резервный).
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Мозговой, Н. В. Проектирование тепловых сетей. Методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию по курсу "Источники и системы теплоснабжения" для студентов специальности 140106 / Н. В. Мозговой, В. И. Быченок. - Тамбов - Воронеж, 2005. - 131 с.
2. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. - Взамен СНиП 2.01.01-82; введ. 01.01.2001. - М.: Госстрой России, 2000 - 71 с.
3. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - Взамен СНиП 2.04.05-91; введ. 01.01.2004. - М.: Госстрой России, 2004 - 54 с.
4. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. - Взамен СНиП II-3-79; введ. 01.10.2003. - М.: Госстрой России, 2003 - 19 с.
5. Амерханов, Р.А. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства: Учебник для студентов вузов по агроинженерным специальностям / Р. А. Амерханов, Б. Х. Драганов. - Краснодар: Изд-во Кубанского госагроуниверситета, 2001. - 200 с.
6. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - 7-е изд., стереот. / Е. Я. Соколов. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 с. - ISBN 5-7046-0703-9.
7. Теплоснабжение: Учебное пособие для студентов вузов / В. Е. Козин [и др.]. - М.: Высш. школа, 1980. - 408 с.
8. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. - Взамен СНиП 2.04.07-86; введ. 01.09.2003. - М.: Госстрой России, 2003 - 40 с.
9. Тихомиров, А. К. Теплоснабжение района города : учебное пособие / А. К. Тихомиров. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. - 135 с. - ISBN 5-7389-0515-6.
10. Теплоснабжение: Учебник для вузов / А. А. Ионин [и др.]. 11. СНиП 41-03-2003. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. - Взамен СНиП 2.04.14-88; введ. 01.11.2003. - М.: Госстрой России, 2003. - 26 с.
12. Тихомиров, К. В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция / К. В. Тихомиров. - М.: Стройиздат, 1981. - 272 с.
13. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. - Введ. 01.07.1996. - М.: ГУП ЦПП, 1997. - 79 с.
14. Краснощеков, Е. А. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. / Е. А. Краснощеков, А. С. Сукомел. - М.: Энергия, 1980. - 288 с.
Документ
Категория
Разное
Просмотров
495
Размер файла
2 788 Кб
Теги
022, poyasnitelnaya, zapiska, 140106, tgtu
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа