Проектирование теплоснабжения жилых кварталов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Контрольная работа содержит 10 листов графической части формата А1, пояснительную записку на 95 листах формата А4, включающую 7 рисунков, 8 таблицы, 33 литературных источников, 4 приложения.

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОСЕТИ, ПОНИЖАЮЩАЯ НАСОСНАЯ, БАЛАНСИРОВОЧНЫЙ КЛАПАН, РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ, РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ, ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ГРАФИК, АВТОМАТИЗАЦИЯ, ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ.

Содержание

1. Реконструкция системы теплоснабжения жилых кварталов г. Хабаровска в границах ул. Артёмовская - Краснореченская - пер. Краснореченский

1.1 Исходные данные для проектирования

1.2 Определение и уточнение тепловых нагрузок

1.3 Графики тепловой мощности

1.4 Графики регулирования температуры сетевой воды

1.5 Определение расчётных расходов теплоносителя

1.6 Гидравлический расчёт трубопроводов тепловых сетей

1.7 Разработка гидравлических режимов

1.8 Расчёт и подбор конструкций

2. Проектирование понижающей насосной станции

2.1 Обоснование строительства понижающей насосной станции

2.2 Расчёт и подбор оборудования понижающей насосной станции

2.3 Расчёт и подбор балансировочных клапанов в тепловых пунктах

потребителей

3. Автоматизация понижающей насосной станции

3.1 Общие решения по автоматизации насосной

3.2 Автоматизация работы понижающей насосной станции

3.3 Автоматизация теплового пункта жилого дома

4. ТСП и ОПиУС

4.1 Общие положения

4.2 Определение объёма земляных работ

4.3 Подбор оборудования для производства строительно-монтажных

работ

5. Экономика

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Техника безопасности

6.2 Производственная санитария

6.3 Пожарная безопасность

6.4 Контроль защитного заземления

Список литературы

Приложения

1. Реконструкция системы теплоснабжения микрорайона в границах ул. Краснореченская - ул. Артёмовская - пер. Краснореченский

1.1 Исходные данные

Для рассмотрения гидравлического режима зоны теплоснабжения ТЭЦ-1 используются следующие исходные данные:

Климатические для города Хабаровска:

1) Расчетная температура наружного воздуха на отопление - - 31⁰С;

2) Расчетная температура наружного воздуха на вентиляцию - - 23⁰С;

3) Средняя температура наружного воздуха за отопительный период - - 10⁰С;

4) Скорость ветра в январе - 5,9 м/сек;

5) Продолжительность отопительного периода - 4920 ч;

6) Температура воздуха в помещениях - 20⁰С.

7) Масштабный план квартальных тепловых сетей.

8) Исполнительные планы и профили участков теплотрассы.

9) Перечень систем теплопотребления (адреса), присоединенных к данной квартальной теплосети.

Централизованное теплоснабжение города осуществляется от 3-х источников ТЭЦ-1, ТЭЦ-3 и ТЭЦ-2 по тепломагистралям. Суммарная протяженность тепломагистралей составляет 450 км со средним диаметром 646 мм. Практически все теплоисточники закольцованы, но в отопительном режиме тепломагистрали работают по тупиковой схеме. Трубопроводы магистральных и распределительных тепловых сетей проложены надземным и подземным способом в непроходных каналах. Частично распределительные сети проложены по подвалам жилых домов.

Теплоносителем является перегретая вода с максимальной температурой 125 ^оС, система теплоснабжения - двухтрубная, с открытым и закрытым горячим водоснабжением потребителей теплоты. Присоединение местных систем теплопотребления - зависимое и независимое. Основное количество потребителей теплоты присоединены к системе теплоснабжения через элеваторы.

1.2 Определение и уточнение тепловых нагрузок

Расчетные расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для абонентов квартальной теплосети, подключаемых к врезке тепловой сети идущей от Блок 174.01 - приняты по данным Хабаровских тепловых сетей и представлены в таблице А. Суммарная нагрузка на отопление Q_о=19,08 Гкал/ч (22,13 МВт), на вентиляцию Q_v=0,0449 Гкал/ч (0,05 МВт), горячее водоснабжение (максимальная) Q_hmax=3,4685 Гкал/ч (4,02 МВт). Общая нагрузка составила Q=22,67 Гкал/ч (26,304 МВт).

1.3 Графики тепловой мощности

Графики теплового потребления необходимы для решения ряда вопросов централизованного теплоснабжения: выбора оборудования источника тепла, выбора режима загрузки и ремонта этого оборудования выбора параметров теплоносителя, а также для технико-экономических расчетов при проектировании и эксплуатации системы теплоснабжения [4].

Сезонные графики расхода тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение представляют собой графическую зависимость часовых расходов тепла от температуры наружного воздуха. Для систем отопления и вентиляции такая зависимость является линейной и может быть показана в виде прямых наклонных линий. Расход тепла на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха и считается постоянным.

Расход тепла при любой текущей температуре наружного воздуха на отопление определяется по формуле [1]:

(1.1)

где t_в - температура внутреннего воздуха, С;

t_н - текущая температура наружного воздуха, С;

t_о - расчетная температура наружного воздуха, С.

Расход тепла на вентиляцию определяется по формуле [1]:

(1.2)

Расход тепла на горячее водоснабжение определяется по формуле [1]:

(1.3)

где - коэффициент изменения расхода воды в летнее время.

Результаты расчетов по формулам (1.1-1.3) приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Данные для построения сезонных графиков расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха

tн, °С	20	8	-24	-31
Qо, Гкал/час	0	5,36	22,54	26,3
Qv, Гкал/час	0	0,035	0,147	0,052
Qhmd, Гкал/час	2,21	2,21	2,21	2,21
Q?, Гкал/час	2,21	7,61	24,90	28,57

Построенный график приведен на Рис. 1.1.

Для построения графика теплового потребления в зависимости от продолжительности стояния наружных температур составлена таблица 1.2 [3].

Таблица 1.2 - Продолжительность стояния температур наружного воздуха

Продолжительность стояния n, ч	Температура наружного воздуха, °С
	-40 -35	-30 -35	-25 -30	-25 -20	-20 -15	-15 -10	-10 -5	-5 0	0 +5	+15 +8
n	2	47	275	630	800	666	596	561	583	760
Темпера- туры, °С	-35 и ниже	-30 и ниже	-25 и ниже	-20 и ниже	-15 и ниже	-10 и ниже	-5 и ниже	0 и ниже	+5 и ниже	+8 и ниже
n	2	49	324	954	1754	2420	3016	3577	4160	4920

Построенный график представлен на Рис. 1.2.

Для построения годового графика потребления тела по месяцам необходимы среднемесячные температуры наружного воздуха [2]. Температуры приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Среднемесячные температуры наружного воздуха

Месяц	tн,ср, С	Месяц	tн,ср, С	Месяц	tн,ср, С
Январь	-22,3	Май	11,1	Сентябрь	13,9
Февраль	-17,2	Июнь	17,4	Октябрь	4,7
Март	-8,5	Июль	21,1	Ноябрь	-8,1
Апрель	3,1	Август	20,0	Декабрь	-18,5

Расчет среднемесячного теплопотребления произведен по формулам (1.1-1.3) и приведен в таблицу 1.4.

Таблица 1.4 - Данные для построения графика теплового потребления по месяцам

Месяц	t, С	Qo, Гкал/ч	Qv, Гкал/ч	Qhm, Гкал/ч	Q?, Гкал/ч
Январь	-22,3	21,63	0,043	2,21	23,89
Февраль	-17,2	18,89	0,037	2,21	21,14
Март	-8,5	14,22	0,028	2,21	16,47
Апрель	3,1	8,00	0,016	2,21	10,23
Май	11,1	0,00	0,00	1,42	1,42
Июнь	17,4	0,00	0,00	1,42	1,42
Июль	21,1	0,00	0,00	1,42	1,42
Август	20	0,00	0,00	1,42	1,42
Сентябрь	13,9	0,00	0,00	1,42	1,42
Октябрь	4,7	7,14	0,014	2,21	9,37
Ноябрь	-8,1	14,01	0,028	2,21	16,25
Декабрь	-18,5	19,59	0,039	2,21	21,84

Построенный график приведен на Рис. 1.3.

Рис 1.1 - График теплопотребления в зависимости от температуры наружного воздуха (в зимний период)



Рис 1.2 - График теплопотребления в зависимости от продолжительности стояния температур наружного воздуха

Рис. 1.3 - График тепловой мощности по месяцам

1.4 Графики регулирования температуры сетевой воды

Центральным называется регулирование отпуска теплоты на теплоисточнике. Центральным регулированием определяется график изменения температур, а иногда и расходов воды в подающих трубопроводах тепловых сетей [5].

Рисунок 1.1 - Температурный график сетевой воды

В данной выпускной квалификационной работе способом регулирования отпуска теплоты является качественное регулирование путем изменения температуры воды в подающих трубопроводах системы при ее постоянном расходе (температура сетевой воды меняется в зависимости от температуры наружного воздуха ).

При таком способе регулирования максимальные (расчетные) температуры воды в трубопроводах системы отопления достигаются при расчетной температуре наружного воздуха . При понижении снижается температура воды в подающем трубопроводе [5].

Качественное регулирование обеспечивает устойчивость гидравлических режимов отдельных нагревательных приборов системы при переменных тепловых нагрузках.

При присоединении к двухтрубным магистральным сетям систем отопления и горячего водоснабжения сохранение в них центрального качественного регулирования в течении всего отопительного периода оказывается невозможным, поскольку температуры воды в подающих трубопроводах таких сетей должны поддерживаться не ниже необходимых для обеспечения заданных температур воды перед водоразборными приборами (не менее 6575 С).

Для соблюдения теплового баланса среднесуточные температуры воды в подающем трубопроводе сети должны приниматься большими, чем по отопительному графику. Величина этого превышения определяется температурой воды в обратном трубопроводе системы отопления и следующим коэффициентом:

(1.4)

(1.5)

При данном значении коэффициента принимается центральное качественное регулирование по нагрузке отопления.

При таком способе регулирования, для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления температуру воды в подающей _1,0 и обратной _2,0 магистралях, а также после элеватора _3,0 в течении отопительного периода определяют по следующим выражениям:

_1,0 = t_i + t [( t_i - t_н )/ (t_i - t_o )]^0.8 + ( - 0.5 )( t_i - t_н ) /( t_i - t_o ) (1.6)

_2,0 = t_i + t [( t_i - t_н) / (t_i - t_o )]^0.8 - 0.5 ( t_i - t_н )/(t_i - t_o ) (1.7)

_3.0 = t_i + t [( t_i - t_н )/ (t_i - t_o )]^0.8 + 0.5 ( t_i - t_н )/(t_i - t_o ) (1.8)

где t_i - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая для жилых районов 18 С

t_н - температура наружного воздуха, С

t - расчетный температурный напор нагревательного прибора, С , определяемый по формуле

( 1.9)

где ₃ и ₂ температуры воды соответственно после элеватора и в обратной магистрали тепловой сети при t_o; для жилых районов, как правило, ₃ = 95 С ; ₂ = 70 С. ; - расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети =₁-₂ ; - расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления

=₃-₂ (1.10)

Задаваясь различными значениям и температур наружного воздуха t_н

( обычно t_н = +8; 0; - 10; t_v; t_o), определяют _1,0 ; _2,0 ; _3,0 и строят отопительный график температур воды. Для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающей магистрали _1,0 не может быть ниже 60 С в открытых системах теплоснабжения, и 70 С в закрытых системах теплоснабжения. Для этого отопительный график спрямляется на уровне указанных температур и становится отопительно-бытовым.

Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графиков температур воды - t_н', делит отопительный период на два диапазона с различными режимами регулирования:

в диапазоне I с интервалом температур наружного воздуха от +8 С до t_н' осуществляется групповое или местное регулирование, задачей которого является недопущение " перегрева " систем отопления и бесполезных потерь теплоты;

в диапазонах II и III с интервалом температур наружного воздуха от t_н' до t_o осуществляется центральное качественное регулирование.

1.5 Определение расчётных расходов теплоносителя

Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

а) на отопление

, (1.11)

б) на вентиляцию

, (1.12)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

средний

, (1.13)

Максимальный

, (1.14)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

средний, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

, (1.15)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

, (1.16)

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

(1.17)

Коэффициент K₃, учитывающий долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления.

Результаты расчетов по формулам (1.9-1.17) приведены в Приложении А.

1.6 Гидравлический расчёт трубопроводов тепловых сетей

Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. По результатам гидравлических расчетов разрабатывают гидравлические режимы систем теплоснабжения, подбирают сетевые и подпиточные насосы, авторегуляторы, дроссельные устройства, оборудование тепловых пунктов.

При движении теплоносителя по трубам полные потери давления Р складываются из потерь давления на трение Р_л и потерь давления в местных сопротивлениях Р_м :

Р = Р_л + Р_м (1.18)

Потери давления на трение Р_л определяют по формуле:

Р_л = R * L (1.19)

где R - удельные потери давления, Па/м, определяемые по формуле:

(1.20)

где - коэффициент гидравлического трения; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - плотность теплоносителя, кг / м³; - скорость движения теплоносителя, м/c; L - длина трубопровода, м.

Потери давления в местных сопротивлениях Р_м определяют по формуле:

(1.21)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления в местных сопротивлениях могут быть также определены по следующей формуле:

Р_м = R L_э (1.22)

где L_э - эквивалентная длина местных сопротивлений, которую определяют по формуле.

(1.23)

Гидравлический расчет выполнен по таблицам [5] и приводится в приложении В.

1.7 Разработка гидравлических режимов

Для изучения режима давлений в тепловых сетях и местных системах зданий широко используются пьезометрические графики.

При подключении к существующей тепловой сети исходными данными для построения пьезометрических графиков являются:

- перепад давлений в точке подключения;

- потери напора в рассматриваемом участке (по данным гидравлического расчета);

- профиль теплосети, с указанием отметок трассы.

Пьезометр расчётного квартала теплосети Р₁= 90 м, Р₂= 60 м, общие потери напора по данным гидравлического расчета Р= 18,7м.

Последовательность построения:

1) наносится продольный профиль теплотрассы с соответствующим

2) горизонтальным и вертикальным масштабом

(пьезометр - М_г 1:3000, _в 1:250;).

3) проставляются абсолютные отметки трассы

4) наносятся перепады давлений в точках подключения

5) по данным гидравлического расчета наносятся линии потерь давления в обратном и подающем трубопроводах

6) наносится линия статического давления (давление при статическом режиме не должно превышать 60 м - для систем с чугунными отопительными приборами; должно превышать самого высокого потребителя на 5 м - из условий заполнения системы; должно быть в высшей точке трассы не менее 15 м - из условий невскипания воды в подающем трубопроводе).

При анализе построенного пьезометрического графика обнаружено, что располагаемый напор в конце трассы составляет 18,7 м. Потребителям квартальной теплосети грозит раздавливание, так как давление в обратном трубопроводе превышает 60 м.в.ст. Для предотвращения раздавливания запроектирована понижающая насосная станция на обратном трубопроводе, которая подробно рассматривается в разделе 2.

1.8 Расчет и подбор конструкций

Расчет сильфонного компенсатора

Тепловые удлинения трубопроводов при температуре теплоносителя от

50 ^оС и выше должны восприниматься специальными компенсирующими устройствами, предохраняющими трубопровод от возникновения недопустимых деформаций и напряжений.

В качестве компенсирующих устройств применяются гибкие или сальниковые и сильфонные компенсаторы. Повороты трубопроводов по трассе тепловых сетей используется для самокомпенсации. Выбор способа компенсации зависит от параметров теплоносителя, способа прокладки тепловых сетей и других местных условий.

Определим количество сильфонных компенсаторов для участка № 5 тепловой сети d_н = 325х8 мм и длиной L = 213м, а так же определим реакцию компенсатора Р_к. Расчетная температура теплоносителя t₁ 125 °С. Расчетная температура наружного воздуха tо -23 °С .

Приняв коэффициент температурного удлинения , используя данные табл. 14.2 прил. 14 [1] определим максимальную длину участка, на которой может обеспечить компенсацию один сильфонный компенсатор:

(1.24)

где - амплитуда осевого хода, мм, = 90мм

Необходимое количество компенсаторов n на расчетном участке составит:

(1.25)

Определим фактическую амплитуду компенсатора _ф при длине пролета между неподвижными опорами:

(1.26)

Определим осевую реакцию компенсатора R_с.к,:

R_c.к = R_ж + R_р, (1.27)

где R_ж - осевая реакция, возникающая вследствие жесткости осевого хода, определяется по формуле:

R_ж = С _ф = 445 • 72,9 = 32440 Н,

где С - жесткость волны, Н/мм, (С = 445 Н/мм );

R_р - осевая реакция от внутреннего давления, определяется по формуле

(1.28)

R_c.к = 32440 +2679 = 35119 Н

К установке принят сильфонный компенсатор СК-МК (СК-160.000.00 ТУ):

- диаметр сильфона 325мм,

- масса 39кг,

- эффективная площадь 1001 см²

- жёсткость компенсатора 445 Н/мм

- амплитуда осевого хода 90 мм

Расчёт толщины тепловой изоляции

Тепловые расчеты изоляционных конструкции проводятся с целью определения тепловых потерь трубопроводами с заданной конструкцией тепловой изоляции при данном типе прокладки. Тепловые расчеты выполняются также с целью определения по заданным значениям этих потерь соответствующих толщин изоляционных слоев, выполняемых из материалов с известной теплопроводностью.

Определение толщины тепловой изоляции участка №10 для двухтрубной тепловой сети с dн = 159 мм, проложенной в канале типа КЛП 90x45. Глубина заложения канала hк = 1,0 м. Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов tо = 4 °С. Теплопроводность грунта лгр = 2,0 Вт/(м · град).

Тепловая изоляция - маты минераловатные при подземной прокладке трубопроводов.. Среднегодовая температура теплоносителя в подающем трубопроводе составляет ф1 = 86 °С, в обратном ф2 = 48 °С.

Расчёт произведён по методике, приведённой [8]:

1. определим внутренний d_в.э и наружный d_н.э эквивалентные диаметры канала по внутренним (0,9·0,45 м) и наружным (1,15·0,63 м) размерам его поперечного сечения:

d_вэ=4·F/P=4·0,9·0,45/2·(0,9+0,45)=0,6 м (1.29)

d_нэ=4·F/P=4·1,15·0,63/2·(1,15+0,63)=0,81 м (1.30)

2. определим термическое сопротивление внутренней поверхности канала

R_пк=1/б_епd_вэ=1/8·3,14·0,6=0,066 м·°С/Вт (1.31)

3. определим термическое сопротивление стенки канала R_к, приняв коэффициент теплопроводности железобетона :

R_к=ln(d_нэ/d_вэ)/2пл_ст=ln(0,81/0,6)/2·3,14·2,04 =0,024м·°С/Вт (1.32)

4. определим при глубине заложения оси труб h=1,3 м и теплопроводности грунта термическое сопротивление грунта

= (1.33)

5. приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 °С, определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего t_т.п и обратного t_т.о трубопроводов:

t_тп=(ф₁+40)/2=(86+40)/2=63 °С (1.34)

t_то=(ф₂+40)/2=(48+40)/2=44 °С (1.35)

6. определим коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции для подающего л_к1 и обратногол_к2 трубопроводов:

л_к1=0,032+0,00019·t_тп=0,032+0,00019·63=0,044 Вт/м°С (1.36)

л_к2=0,032+0,00019·t_то=0,032+0,00019·44=0,040 Вт/м°С (1.37)

7. определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя:

R_пс=1/б_еп(d_н+0,1)=1/8·3,14·0,259=0,154 м·°С/Вт (1.38)

8. примем нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего q_l1 = 39,5 Вт/м и обратного q_l2 = 15,8 Вт/м трубопроводов. Определим суммарные термические сопротивления для подающего R_tot1 и обратного R_tot2 трубопроводов при К₁ = 0,92:

9.

R_tot1=(ф₁-t_o)/k₁q_l1=(86-4)/0,92·39,5=2,26 м·°С/Вт (1.39)

R_tot2=(ф₂-t_o)/k₁q_l2=(48-4)/0,92·15,8=3,03 м·°С/Вт (1.40)

10. определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего ц₁ и обратного ц₂ трубопроводов:

11.

ц₁= q_l2/q_l1=15,8/39,5=0,40 (1.41)

ц₂= q_l1/q_l2=39,5/15,8=2,50 (1.42)

12. определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего R_кп и обратного R_ко трубопроводов, м·°С/Вт:

13.

R_кп= R_tot1- R_пс-(1+ ц₁) · (R_пк+ R_к +R_гр) (1.43)

=2,26-0,154-(1+0,40) · (0,066+0,0205+0,149)=1, 98 м·°С/Вт

R_ко= R_tot2- R_пс-(1+ ц₂) · (R_пк+ R_к +R_гр) (1.44)

=3,03-0,154-(1+2,50) · (0,066+0,0205+0,149)=2,11 м·°С/Вт

14. определим значения В для подающего и обратного трубопроводов:

15.

В₁=е^{2плк1Rкп} = 2,7^{2*3,14*0,043*1,98} =1,635 (1.45)

В₂=е^{2плк2Rко} = 2,7^{2*3,14*0,040*2,11} =1,696 (1.46)

16. определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего

_к1 и обратного _к2 трубопроводов:

_к1=d_н· (В₁-1)/2=0,159· (1,635-1)/2=0,055 м (1.47)

_к2=d_н· (В₂-1)/2=0,159· (1,696-1)/2=0,050 м (1.48)

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего и обратного

трубопроводов 60 мм. Результаты расчётов по толщины тепловой изоляции по формулам (1.29-1.48) приведены в таблице 1.8

Таблица 1.8 Толщина тепловой изоляции

Диаметр трубопровода, мм	Толщина тепловой изоляции, мм
426х7	80
325х8	80
273х7	80
219х6	80
159х4,5	60
108х4	60
89х4	50

Расчёт трубопроводов на самокомпенсацию температурны расширений

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения у основания короткого плеча угла поворота трассы и определение упругого отпора. Участок № 6-7 d_у =325х8мм, расчетная температура теплоносителя = 125⁰С, температура окружающей среды t_о= -23^оС, коэффициент линейного расширения = 1,25•10^-5 1/^оC.

Максимальное напряжение определяют для углов поворотов 90^о по формуле:

(1.49)

где L - удлинение меньшего плеча, м;

L - длина меньшего плеча, м;

Е - модуль продольной упругости, равный в среднем для стали 2•10⁵ МПа;

d - наружный диаметр трубы, м;

n = L₁/L - отношение длины длинного плеча к короткому.

При расчетах углов на самокомпенсацию величина максимального напряжения не должна превышать [] = 80 МПа.

Определим линейное удлинение L₁ короткого плеча L₁:

Следовательно, данный угол поворота может быть использован для

самокомпенсации.

1. ДL1= б l1(ф - to) = 1,25·10^-5·15(125 + 23) = 0,027 м (1.50)

2. при и n=20/15=1,3 находим изгибающее напряжение у опоры Н19

(1.51)

Полученное изгибающее напряжение не превышает допускаемое _доп = 80 МПа. Следовательно, данный угол поворота может быть использован для самокомпенсации.

3. определим силу упругой деформации Р_y

4.

Р_у= В· ( б·F·I/10⁷) · ( ф₁-t_о)/ l₂² (1.52)

теплоснабжение заземление насосный температура

Значение б·F·I/10⁷ определяем по таблице при наружном диаметре

d_н = 32,5 см б·F·I/10⁷ =24,0 кгс·м²/°С

Значение коэффициента В определяем по номограмме, В=6,1

Р_у=6,1·24·148/ 15²=9,6 кгс =96 Н

Расчёт усилий на подвижные и неподвижные опоры

При определении нормативной горизонтальной нагрузки на неподвижную опору следует учитывать: неуравновешенные силы внутреннего давления при применении сальниковых компенсаторов, на участках имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота, заглушки; следует также учитывать силы трения в подвижных опорах, а также реакции компенсаторов и самокомпенсации. Горизонтальную осевую нагрузку на неподвижную опору следует определять:

на концевую опору - как сумму сил действующих на опору;

на промежуточную опору - как разность сумм сил действующих с каждой стороны опоры. Неподвижные опоры должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов (охлаждение, нагрев) в том числе при открытых и закрытых задвижках.

Неподвижная опора Н19

Определим результирующие усилие N на неподвижную опору Н19. Определим вертикальную нормативную нагрузку F_v.

Трубопровод с d_нxS = 325x8 мм проложен в не проходном канале. Вес одного погонного метра трубопровода с водой и изоляцией G_h = 1670 Н/м. Расстояние между подвижными опорами L = 8 м. Коэффициент трения в подвижных опорах = 0,1. Реакция компенсатора P_к = 35119 Н. Сила упругой деформации угла поворота P_х = 96 Н.

1. расчет результирующих усилий N на опору Н19 для различных тепловых режимов работы трубопровода выполним по формулам:

- на нагрев

(1.53)

- на охлаждение

-

(1.54)

В качестве расчетного усилия принимаем наибольшее значение N=32641 Н.

Принята неподвижная щитовая опора 325х8 Т8.07.00.000.СБ

согласно серии 4.903-10 выпуск 4.

вертикальную нормативную нагрузку на подвижную опору F_v определим по формуле:

(1.55)

где м_х - коэффициент трения в опорах, для скользящих опор при трении стали о сталь принимают равным 0,3.

Принята опора скользящая Т13.10.00.000СБ.

Расчёт диаметров спускников и воздушников

Определение диаметров спускных устройств производится с целью обеспечения слива воды из трубопровода теплосети за определенный период времени.

Диаметр штуцера и запорной арматуры d, м, для спуска воды из секционируемого участка трубопровода определяют по формуле:

(1.56)

где d _red, l, i _red - соответственно приведенный диаметр, м; общая длина, м; приведенный уклон секционируемого участка трубопровода определяемые по следующим формулам:

d _red = ( d₁ l₁ + d₂ l₂ + ... + d_n l_n ) / l (1.57)

i _red = ( i₁ l₁ + i₂ l₂ + ... + i_n l_n ) / l (1.58)

где l₁, l₂, ... , l_n - длины отдельных участков трубопровода, м, с диаметрами d₁, d₂, ..., d_n ,м, при уклонах i₁, i₂, ..., i₃;

m - коэффициент расхода арматуры, принимаемый для вентилей

m = 0,0144, для задвижек m = 0,011;

n - коэффициент, зависящий от времени спуска воды t

при t = 4 ч (для труб диаметром 350-400 мм) n = 0,5

d _red = 0,426 м (т.к. диаметр не меняется);

Для расчета выбран участок теплосети (см. профиль трассы в графической части) с установкой спускника в камере УТ4.

Уклон прилегающих участков определяется по формуле:

(1.59)

Так как расчетный диаметр спускного устройства d = 42 мм меньше рекомендованного d_у = 100мм, то к установке принимаем диаметр спускника 100 мм. Диаметр воздушников по требованиям составил 25 мм.

Результаты расчёта спускных устройств по формулам (1.56-1.59) приведены в таблице 1.9

Таблица 1.9 Диаметр спускных устройств

Номер участка	Расчётный диаметр, м	Спускники к установке, мм	Воздушники к установке, мм
1-3	0,0387	100	32
3-4	0,0293	100	-
4-5	0,0444	100	-
5-7	0,0395	100	-
7-9	0,0200	80	25
9-10	0,0145	50	-
10-12	0,0141	40	15
13-14	0,0064	40	15

2. Проектирование понижающей насосной станции

2.1 Обоснование строительства понижающей насосной станции

В тепловых сетях насосные станции устанавливаются для увеличения располагаемого напора у потребителей теплоты, повышения расхода теплоносителя за счет увеличения скорости его движения, изменения давления в трубопроводах тепловой сети. Сетевые подкачивающие насосные станции, установленные на подающем трубопроводе повышают давление, и понижают - при установке их на обратном трубопроводе.

На основании анализа выполненного гидравлического расчета тепловых сетей и построенных пьезометрических графиков напоров сети относительно рельефа местности, с учетом перспективного подключения потребителей необходимо строительство понижающей насосной станции на обратном трубопроводе на участке от магистрального трубопровода и первым расчётным участком.. Причина - давление в обратном трубопроводе самой низкой точки сети составляет 6,2 кгс/см², что грозит раздавливанию системы теплоснабжения потребителей с подключенной зависимой схемой.

Ввод в действие новой понижающей насосной станции позволит:

1) Избежать угрозы раздавливания;

2.2 Расчёт и подбор оборудования понижающей насосной станции

Подкачивающую насосную станцию на обратном трубопроводе необходимо выполнить в отдельно стоящем здании. Производительность насосной станции составляет 412,47 т /ч. Прокачка рабочих насосов включает расчетный расход сетевой воды на отопление, расчетный расход сетевой воды на вентиляцию, среднечасовой расход сетевой воды на горячее водоснабжение. Минимальное число рабочих насосов в насосных станциях принято равное двум. Независимо от числа рабочих насосов в насосных станциях должна быть предусмотрена установка одного резервного насоса. При выборе числа насосов следует учитывать, что увеличение единичной мощности насосных агрегатов с одновременным уменьшением их числа позволяет снизить капитальные вложения в насосные установки и строительные конструкции насосных станций, а также ведет к повышению их КПД. Одновременно это приводит к увеличению потерь энергии при переменном режиме работы сети.

Для обеспечения надежности работы два насоса являются рабочими, а один - резервный. Режим работы насосной станции - круглосуточный. Автоматизация насосной станции дана в разделе автоматики.

Режим работы насосной станции:

- Давление в подающем трубопроводе P₁ = 0,9 МПа (9,0 кгс/см²);

- Давление в обратном трубопроводе напорного коллектора насосов P₂ = 0,6 МПа ( 6,0 кгс/см²);

Давление в обратном трубопроводе всасывающего коллектора насосов P₂ = 0,4 МПа (4,0 кгс/см²).

Во избежание гидравлического удара при внезапной остановке насосов и для сохранения циркуляции в тепловых сетях в период остановки насосов предусмотрена обводная линия вокруг насосов. На этой обводной линии установлен обратный клапан. В период работы насосной станции обратный клапан под действием избыточного давления в напорной линии остается закрытым. При остановке насосов обратный клапан автоматически открывается и позволяет осуществлять циркуляцию в обход насосов.

Для отключения от коллекторов насосной на напорных и всасывающих трубопроводах каждого отдельного насоса установлена запорная арматура. Для защиты насосов от гидроударов на напорных трубопроводах каждого насоса установлены обратные клапаны. Для опорожнения трубопроводов в низких точках установлены спускники и воздушники.

Сброс сетевой воды при останове насосной станции производится в дренажный трубопровод, который проложен в подпольном канале, с последующим выпуском в ливневую канализацию. В верхних точках трубопроводов установлены воздушники диаметром 15 мм. Для предотвращения попадания посторонних предметов, грязи, песка на подающем и обратном трубопроводах установлены вертикальные грязевики. На обратном трубопроводе грязевик установлен перед сетевыми насосами.

Для удобства осуществления монтажа и выполнения ремонта насосных агрегатов, вспомогательного оборудования, трубопроводов и арматуры в помещении машинного зала предусматривается монтажная площадка. При определении ее размеров учитываются размеры наибольшего из насосных агрегатов, размеры транспорта для перевозки груза, ширина прохода вокруг агрегатов, возможность приближения крюка грузоподъемного устройства к монтируемому оборудованию.

Высота надземной части машинного зала определяется с учетом высоты платформы транспортных средств для перевозки оборудования и наибольших размеров транспортируемого узла в собранном виде.

Расположение трубопроводов в насосной станции должно обеспечивать возможность свободного доступа к оборудованию и арматуре, удобство обслуживания их и ремонта. При прокладке трубопроводов над поверхностью пола для возможности прохода над трубопроводами предусматриваются перекидные мостики.

Размещение подвижных и неподвижных опор следует выполнять с учетом необходимости разгрузки насосов от усилий, возникающих при температурных деформациях трубопроводов, а также от весовых нагрузок. Арматура должна быть расположена в местах удобных для обслуживания. Все задвижки D_y = 400 мм и более выполнены с электрическим приводом.

Соединения трубопроводов выполняется сварными. В местах присоединения трубопроводов к насосам и фланцевой арматуре применяются фланцевые соединения.

Для выполнения монтажа оборудования, арматуры и трубопроводов после возведения строительных конструкций и устанавливается подъемно-транспортное оборудование. Выбор подъемно-транспортного оборудования учитывает максимальную массу устанавливаемого оборудования. Учтена возможность увеличения массы груза в случае замены установленного оборудования на более мощное.

Насос с электродвигателем устанавливается на фундаментной плите, изготовленной на заводе, либо на общей раме.

В машинном зале, где обычно наблюдается избыточное тепловыделение от трубопроводов сетевой воды и электродвигателей насосов, постоянно действующей системы отопления не предусматривается.

2.3 Расчёт и подбор балансировочных клапанов в тепловых пунктах потребителей

Балансировочные клапаны - это трубопроводная дросселирующая арматура переменного гидравлического сопротивления, предназначенная для обеспечения расчетного потокораспределения по элементам трубопроводной сети или стабилизации в них циркуляционных давлений или температур. MSV-F- балансировочные клапаны повышенной пропускной способности. Они применяются для одиночной установки на трубопроводах в тех местах, где не требуется организация спуска перемещаемой среды.

Балансировочные клапаны подразделяются на ручные и автоматические.

Ручной балансировочный клапан типа MSV-F Danfoss (Рисунок 2.1) предназначен для монтажной наладки трубопроводных систем холодной и горячей воды. Клапан характеризуется следующими особенностями:

- имеет тонкую настройку;

- не требует обслуживания;

- имеет индикатор положения;

- имеет ограничитель хода;

- имеет маховичок без вертикального перемещения;

- в конструкции клапана нет вредных материалов, таких, как асбест, FCKW и

PCV;

- имеет мягкий уплотнитель запорно-регулирующего конуса;

- имеет специальное уплотнение штока EDD;

- характеристики клапана внесены в прибор PFM-2000.

Основные характеристики приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 Основные характеристики балансировочных клапанов

Рабочее давление	16 бар
Максимальная температура теплоносителя	120 °С (кратковременно 130°С)
Минимальная температура теплоносителя	-10°С
Величина протечек в соответствии с	DIN 3230T3(1)
Корпус и крышка	Чугун (GG 25)
Уплотнение	EPDM
Индикатор	Оцифрованный лимб -ABS (Dу = 50 - 200 мм) Линейка положения штока - Al (Dу = 250 - 400 мм)

При подборе и настройке гидравлических балансировочных клапанов может быть использована следующая общая зависимость/6/:

ДP=(G/K_V) , (2.1)

где ДР -- потеря давления в клапане, бар;

G -- расчетный расход проходящей через клапан среды, м³/ч;

K_V -- условная пропускная способность клапана, м³/ч приведена в таблице 2.2

Условие: кавитация должна быть исключена.

Таблица 2.2 Соотношение диаметра и пропускной способности клапанов

Диаметр трубопровода	KV	Код изделия
50	48,5	003Z0029
65	74,4	003Z0030
80	111	003Z0031
100	165	003Z0032
125	242	003Z0033
150	372	003Z0034

Произведём расчёт и подбор балансировочного клапана для потребителя

«Артёмовская 102»:

ДP=(7,3/111)=0,07; число оборотов шпинделя=5

Расчёт и подбор балансировочных клапанов приведён в таблице 2.3

Таблица 2.3 Подбор балансировочных клапанов

Номер п/п	Адрес потребителя, ул.	ДР, бар	Число оборотов шпинделя
1	Артемовская 102	0,07	5
2	Артемовская 124	0,03	6
3	Артемовская 126	0,03	6
4	Артемовская 128	0,04	5
5	Артемовская 132	0,05	7
6	Артемовская 136	0,02	5,5
7	Артемовская 138	0,02	5,5
8	Артемовская 140	0,03	5,5
9	Артемовская 2-я,2а	0,03	3
10	Артемовская 75	0,04	5
11	Артемовская 77	0,11	6
12	Артемовская 79	0,02	3
13	Артемовская 79а	0,02	3
14	Артемовская 81	0,02	3
15	Артемовская 83	0,15	7
16	Артемовская 86а	0,06	5,5
17	Каширская 16	0,04	3,5
18	Краснореченская 11	0,03	5
19	Краснореченская 13	0,11	4
20	Краснореченская 13а	0,05	3
21	Краснореченская 15	0,05	4,5
22	Краснореченская 17	0,08	4
23	Краснореченская 17а	0,07	3,5
24	Краснореченская 19	0,02	3
25	Краснореченская 21	0,04	4,5
26	Краснореченская 23	0,05	4,5
27	Краснореченская 23а	0,04	3
28	Краснореченская 5	0,05	4,5
29	Краснореченская 7	0,04	4
30	Краснореченская 9	0,05	4,5
31	п. Каширский 1	0,09	5
32	п. Краснореченский 10а	0,02	4
33	п. Краснореченский 12	0,06	5,5
34	п. Краснореченский 14	0,06	5
35	п. Краснореченский 16	0,04	5
36	п. Краснореченский 18	0,10	5,5
37	п. Краснореченский 20	0,10	5,5
38	п. Краснореченский 22	0,08	5,5
39	п. Краснореченский 24	0,12	6
Номер п/п	Адрес потребителя	ДР, бар	Число оборотов шпинделя
40	п. Краснореченский 26	0,05	8
41	п. Краснореченский 26	0,02	6
42	п. Краснореченский 28	0,05	8
43	п. Краснореченский 28	0,02	6
44	п. Краснореченский 2а	0,11	4,5
45	п. Краснореченский 4	0,07	5
46	п. Краснореченский 6	0,03	5
47	п. Краснореченский 8	0,02	5,5
48	Попова 3	0,04	3,5
49	Союзная 14	0,05	4,5
50	Союзная 2	0,04	4
51	Союзная 22	0,03	3
52	Союзная 24	0,02	4
53	Союзная 26	0,06	5,5
54	Союзная 4	0,04	3
55	Строительная 1	0,05	4,5
56	Строительная 2/6/	0,04	3,5
57	Строительная 4а	0,04	3,5

Рисунок 2.1 Ручной балансировочный клапан MSV-F Danfoss

3. Автоматизация понижающей насосной станции

3.1 Общие решения по автоматизации насосной

Средства автоматизации (контроль, автоматическое регулирование, защита оборудования, блокировка и сигнализация) теплового и гидравлического режима насосной запроектированы в целях:

- безопасной работы;

- сокращения численности обслуживающего персонала;

- экономии теплоты и электроэнергии;

Уровень автоматизации технологической схемы выбран в зависимости от технологических требований и экономической целесообразности.

Задачи автоматизации насосной:

- местный контроль параметров (давление теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе);

- пуск и остановка оборудования;

- регулирование давления;

- блокировка оборудования;

- сигнализация о рабочем состоянии оборудования (рабочая и аварийная);

3.2 Автоматизация работы понижающей насосной станции

Поддержание требуемого перепада давления происходит за счет изменений в работе частотных преобразователей входящих в комплект прибора управления насосами Wilo SK-712, информацию о текущем перепаде давления снимает дифференциальный манометр Wilo-DDA.

Прибор управления насосами Wilo SK-712 также производит защиту насосов потока (постоянно контролирую электропотребление двигателем) и при превышения номинального значения по току производит отключение насоса с последующим запуском резервного и оповещением о имеющейся ошибки с обозначением ее кода на дисплее прибора. Прибор SK-712 контролирует перемену чередования фаз тока (для предотвращения изменения вращения рабочего колеса насоса) и пропадание одной из фаз. Возможно также отключение любого из насосов для выполнения ремонтных и наладочных работ без остановки насосной станции.

Принцип работы локальных смет автоматики.

Приборы первого уровня автоматизации работают по общепринятым правилам. При включении и отключении насосного оборудования предусмотрена блокировка работы электродвигателей. Резервный насос сблокирован с основными насосами по принципу «начало работы резервного оборудования при отключении основного». Во время работы насосов дифференциальный манометр Wilo-DDA снимает информацию о текущем перепаде давления, при отклонениях в его значениях прибор SK-712 через частотные преобразов...