Расчет системы теплоснабжения промышленного предприятия
Тепловое потребление как использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых, а также производственных целей. Знакомство с особенностями и основными этапами расчета системы теплоснабжения промышленного предприятия, анализ проблем.
| Рубрика | Экономика и экономическая теория |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.05.2021 |
| Размер файла | 2,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Учреждение образования
Гродненский государственный университет имени Янки Купалы
Физико-технический факультет
Кафедра электротехники и электроники
Курсовая работа
Расчет системы теплоснабжения промышленного предприятия
Ю.В. Злобина - студентка 4 курса группы СДП-ТЭЭО-161, д/о
К.Ф. Зноско - доцент кафедры теоретической физики и теплотехники
Введение
Целью данной курсовой работы является расчет теплоснабжения промышленного предприятия и приобретение практических навыков проектирования тепловых сетей.
Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, различные технологические теплоиспользующие установки и т.д.).
Потребители теплоты предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надежным, экономичным и качественно удовлетворять всех тепловых потребителей.
Задачами курсовой работы являются:
· Определение расходов тепла и воды по отдельным видам теплопотребления.
· Гидравлический расчет водяной тепловой сети.
Исходные данные для курсовой работы были взяты из приложений методических указаний к выполнению курсовой работы. Информация о зданиях приведена в таблице 1.
Таблица 1. Характеристика зданий промышленного предприятия
|
Здание |
Назначение здания |
Объём, м3 |
Удельная характеристика, Дж/(с • м3 • ?) |
Расчётная температура воздха внутри помещений ??вр, ? |
Количество шт |
Внутренние тепловыделения ??вн, кВТ |
Высота здания, м |
|||
|
Для отопления ??о |
Для вентиляции ??в |
Умывальников ?? |
Душей |
|||||||
|
А |
Административное здание |
18750 |
0,30 |
0,11 |
18 |
6 |
- |
- |
36 |
|
|
Б |
Столовая |
8000 |
0,45 |
0,80 |
16 |
10 |
3 |
90 |
7 |
|
|
В |
Чугунолитейный цех |
75 000 |
0,26 |
1,1 |
16 |
10 |
12 |
420 |
25 |
|
|
Ж |
Механосборочный цех |
40 000 |
0,48 |
0,56 |
16 |
7 |
5 |
- |
5 |
|
|
Л |
Склад |
6250 |
0,69 |
0,19 |
10 |
- |
- |
- |
6 |
1.Определение расчётных тепловых нагрузок
тепловой промышленный энергия
В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) по тепловым сетям подается теплота различным тепловым потребителям. Тепловую нагрузку можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: 1) сезонная; 2) круглогодовая. Изменения сезонной нагрузки зависят от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т. п. Основную роль играет наружная температура. К сезонной тепловой нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Ни один из указанных видов нагрузки не имеет круглогодового характера. К круглогодовой нагрузке относятся технологическая нагрузка и горячее водоснабжение. Одна из первоочередных задач при проектировании и разработке режима эксплуатации систем централизованного теплоснабжения заключается в определении значений и характера тепловых нагрузок. Для города Воронеж по таблице из учебника «Теплофикация и тепловые сети» Е. Соколова находим tн.о. и tн.в.
tн.о= -25, tн.в= - 14.
Расчётная отопительная нагрузка, Вт:
Qот.max = q0•V• (tв.р- -tн.о)
где q0 - величина удельной теплопотери здания, Вт/м3•К;
V - объём здания по наружному обмеру, м3.
tв.р- - расчётная температура воздуха внутри помещения, °С;
tн.о - расчётная температура наружного воздуха для отопления, °С.
Для Административного здания (А):
Qот.max = 0,30•18 750• (+18- - (-25) ) = 241.875 (кВт)
Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком. Таким образом, при определении расчетного расхода теплоты на отопление промышленных зданий необходимо учитывать величину внутренних тепловыделений от технологического оборудования цехов, которые бывают довольно устойчивы и нередко представляют существенную долю расчетной отопительной нагрузки, а также потери инфильтрацией, достигающие 25-30 % теплопотерь через наружные ограждения. Следовательно,
Q`от.max = (1 + м) * Q от.max - Qвн,
где µ - коэффициент инфильтрации: для общественных зданий принимают µ = 0, для промышленных зданий µ = 0,25...0,3;
Qвн - внутренние тепловыделения зданий, Вт.
Для административного здания (А), для которого коэффициент инфильтрации принимается равным нулю, а также не имеющего внутренних тепловыделений:
Q`от.max = (1 + 0) * 241.875 - 0 =241.875 кВт
Расчетная вентиляционная нагрузка, Вт:
Qв.max = qв ? V ? (tв.р - tн.в)
где qв - удельный расход теплоты на вентиляцию, Вт/м3?К;
tн.в - расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, °С.
Для административного здания (А):
Qв.max = 0.11 ? 18750 ? (+18 - (-14)) = 66.0 кВт
тепловой промышленный энергия
Для снижения расчетного расхода теплоты на вентиляцию минимальная наружная температура, по которой рассчитываются вентиляционные установки, tн.в, принимается, как правило, выше расчетной температуры для отопления tн.о.
По действующим нормам расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляющего 15 % продолжительности всего отопительного периода. Исключением являются только промышленные цехи с большим выделением вредностей, для которых tн.в принимается равной tн.о. В данной курсовой работе таким цехом является «В» - чугунолитейный.
Когда температура наружного воздуха становится ниже tн.в расход теплоты на вентиляцию не должен выходить за пределы расчетного расхода. Это достигается сокращением кратности обмена воздуха в помещении.
Расчетная нагрузка горячего водоснабжения, Вт:
где 1,2 - коэффициент, учитывающий остывание горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения;
m - количество душей, шт.;
а - норма расхода горячей воды в душе, а = 60 л/ч;
tсм.1 - температура смеси горячей и холодной воды в душе, tсм.1 = 37 °С;
tх.в - температура холодной водопроводной воды, tх.в = 5 °С;
n - количество умывальников, шт.;
b - норма расхода горячей воды на умывальник, b = 5 л/ч;
tсм.2 - температура смеси горячей и холодной воды в умывальнике, tсм.2 = 35 °С;
ср - теплоемкость воды, ср = 4,19 кДж/кг?К.
Для административного здания (А):
Все расчеты тепловых нагрузок сводятся в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 - Расчётные тепловые нагрузки предприятия
|
Обозначение |
Назначение зданий |
??, м3 |
??вн, кВт |
???от.?????? , кВт |
??в.??????, кВт |
??гвс, кВт |
? ??, кВт |
|
|
А |
Административное здание |
18750 |
- |
241.875 |
66 |
1.257 |
372 |
|
|
Б |
Столовая |
8000 |
90 |
147.510 |
192 |
9.684 |
393.474 |
|
|
В |
Чугунолитейный цех |
75000 |
420 |
998.955 |
3 382.5 |
32.853 |
4414.3 |
|
|
Ж |
Механосборочный цех |
40000 |
- |
984.0 |
228 |
14.244 |
1226.244 |
|
|
Л |
Склад |
6250 |
- |
196.218 |
84 |
0 |
280.218 |
2.Построение графиков расхода теплоты
График годового расхода теплоты по продолжительности стояния температур наружного воздуха строится на основании графика суммарных часовых расходов теплоты и состоит из двух частей: левой - график зависимости суммарных часовых расходов теплоты по различным видам теплопотребления в зависимости от температуры наружного воздуха и правой - годовой график расхода теплоты в зависимости от продолжительности стояния наружных температур.
Графики расходов тепла по отдельным видам теплопотребления и суммарный график расхода теплоты строятся по трем точкам, соответствующим трем среднесуточным температурам tН наружного воздуха: +8 °С, tн.о и tн.в.
При этом для определения недостающих значений тепловых нагрузок отопления и вентиляции (Qо при +8 °С и tн.в; Qв при +8 °С (для зданий с вредными тепловыделениями дополнительно при tн.в, , в данной курсовой работе для здания «В») используют следующие формулы пересчета тепловых нагрузок:
где в качестве tн последовательно подставляют указанные в таблице 2.1 температуры наружного воздуха.
Таблица 2.1
|
Город |
Воронеж |
Температура наружного воздуха tн, °С |
|||||||
|
-25 |
-20 |
-14 |
-10 |
-5 |
0 |
8 |
|||
|
Число часов за отопительный период |
34 |
144 |
470 |
1020 |
1850 |
3380 |
4780 |
Так как расчетная температура воздуха внутри помещений tв.р разная для зданий различного назначения, расчеты расходов теплоты на отопление и вентиляцию следует производить раздельно по каждому зданию или по их группе с одинаковой tв.р с последующим суммированием по типам нагрузки. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение - круглогодовая, в течение отопительного периода условно принимается постоянной, не зависящей от температуры наружного воздуха. Поэтому график расхода теплоты на горячее водоснабжение представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс.
Для административного здания (А) при tн. = + 8 ?С:
Правая часть графика представляет собой зависимость суммарной тепловой нагрузки, соответствующей определенным среднесуточным температурам наружного воздуха (из левой части графика), от продолжительности стояния этих температур (числа часов за отопительный период со среднесуточными температурами наружного воздуха, равными и ниже данных). Для построения правой части графика необходимо знать продолжительность стояния среднесуточных температур наружного воздуха за отопительный период для заданной климатической области. Эти значения мы берём из приложения учебника «Теплофикация и тепловые сети» Е. Соколова. В данной курсовой эти значения представлены так же в таблице 2.1.
Таблица 2.2 - Тепловая нагрузка
А также предоставлены данные для предприятия в целом в таблице 2.3:
Таблица 2.3 - Тепловая нагрузка для предприятия
|
Итог для всего предприятия: |
||||||
|
8 |
4780 |
483.14 |
799.425 |
43,727 |
1340.511 |
|
|
0 |
3380 |
988.62 |
1615.725 |
43,727 |
2659.635 |
|
|
-5 |
1850 |
1304.56 |
2123.538 |
43,727 |
3481.564 |
|
|
-10 |
1020 |
1620.49 |
2641.35 |
43,727 |
4323.49 |
|
|
-14 |
470 |
1873.23 |
3050 |
43,727 |
4976.254 |
|
|
-20 |
144 |
2252.35 |
3656.975 |
43,727 |
5965.865 |
|
|
-25 |
34 |
2568.29 |
4164.788 |
43,727 |
6789.438 |
тепловой промышленный энергия
На графиках приняты следующие обозначения:
Qo - тепловая нагрузка на отопление;
Qv - тепловая нагрузка на вентиляцию;
Qgvs - тепловая нагрузка на горячее водоснабжение;
Q sum, Qsum2 - суммарная тепловая нагрузка;
ф - часы стояния наружных температур. На графике приняты в масштабе 1:0.01.
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Рис.4
Рис.5
3.Построение графика центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке
Температурные графики выражают зависимость необходимых температур воды в тепловых сетях от тепловой нагрузки и от температуры наружного воздуха.
Уравнения для построения температурных графиков:
– для подающей магистрали:
– для обратной магистрали:
Где tвр - расчетная температура воздуха внутри помещения.
Где ф03 ` = 95 ?С ;
ф02 ` = 70 ?С .
Температурный перепад в сети дф0 :
Где ф01 , ф02 - расчётные температуры сетевой воды в прямом и обратном трубопроводе;
ф01 =140 ?С,
ф02 = 70 ?С.
Температурный перепад в системе И`:
Относительная тепловая нагрузка :
tн, tн.о - текущая наружная температура воздуха и расчетная температура наружного воздуха по отоплению, °С.
Задаваясь различными значениями tн в пределах от +8 °С до tн.о , определяют ф1,0 и ф2,0 и строят график температур воды в тепловой сети.
При помощи программы Маткад вычислили точки излома, подставив в формулу 3.1 вместо значений tн - х. В результате получили значения точек излома, которые представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Точки излома графиков ЦКР
|
Здания: |
??и, ? |
|
|
А |
1.514 |
|
|
Б |
-0.08 |
|
|
В |
-0.08 |
|
|
Ж |
-0.08 |
|
|
Л |
-4.598 |
Поскольку температура воды для горячего водоснабжения должна быть от 60 до 65 °С, то минимальная температура воды в подающей магистрали должна быть 70° для закрытых систем теплоснабжения.
Поэтому отопительный график срезается на уровне 70° и носит название отопительно-бытового. Температура наружного воздуха tи, при которой график терпит излом, делит его на две части.
В правой части от tи осуществляется качественное регулирование отпуска теплоты, в левой части от +8 ?С до tи - местное регулирование (пропусками).
Таблица 3.2 - Расчет графика центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке для административного здания и здания столовой.
|
Температура наружного воздуха tн, ? |
T,1, ? |
T,2, ? |
|
|
А: |
|||
|
-25 |
140 |
70 |
|
|
-20 |
127.241 |
65.38 |
|
|
-14 |
111.713 |
59.62 |
|
|
-10 |
101.205 |
55.623 |
|
|
-5 |
87.855 |
50.413 |
|
|
1.514 |
70.0 |
44.904 |
|
|
+8 |
68.56 |
43.163 |
|
|
Б: |
|||
|
-25 |
140 |
70 |
|
|
-20 |
126.417 |
64.953 |
|
|
-14 |
109.869 |
58.649 |
|
|
-10 |
98.656 |
54.266 |
|
|
-5 |
84.389 |
48.535 |
|
|
-0.08 |
70.0 |
42.548 |
|
|
+8 |
69.764 |
42.447 |
Таблица 3.3 - Расчет графика центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке для чугунолитейного цеха, механосборочного цеха, склада
|
Температура наружного воздуха tн, ? |
T,1, ? |
T,2, ? |
|
|
В: |
|||
|
-25 |
140 |
70 |
|
|
-20 |
126.417 |
64.953 |
|
|
-14 |
109.869 |
58.649 |
|
|
-10 |
98.656 |
54.266 |
|
|
-5 |
84.389 |
48.535 |
|
|
-0.08 |
70.0 |
42.548 |
|
|
+8 |
69.764 |
42.447 |
|
|
Ж: |
|||
|
-25 |
140 |
70 |
|
|
-20 |
126.417 |
64.953 |
|
|
-14 |
109.869 |
58.649 |
|
|
-10 |
98.656 |
54.266 |
|
|
-5 |
84.389 |
48.535 |
|
|
-0.08 |
70.0 |
42.548 |
|
|
+8 |
69.764 |
42.447 |
|
|
Л: |
|||
|
-25 |
140 |
70 |
|
|
-20 |
123.374 |
63.374 |
|
|
-14 |
106.462 |
56.462 |
|
|
-10 |
89.192 |
49.192 |
|
|
-5 |
71.452 |
41.452 |
|
|
-4.598 |
70 |
40.804 |
|
|
+8 |
53.041 |
33.041 |
Обозначения на графике:
Красная сплошная линия - график температуры воды в подающей магистрали при качественном регулировании отпуска теплоты;
Синяя сплошная линия - график температуры воды в обратной магистрали при качественном регулировании отпуска теплоты;
Красная пунктирная линия - график температуры воды в подающей магистрали при отпуске теплоты пропусками;
Синяя пунктирная линия - график температуры воды в обратной магистрали при отпуске теплоты пропусками;
Рис.6
Столовая (Б), Чугунолитейный цех (В), Механосборочный цех (Ж)
Для данных трёх зданий предоставлен один график ЦКР, так как они имеют одинаковые точки излома и одинаковые внутренние расчётные температуры воздуха tвр, а, значит, подставляя в формулу (3.1) и (3.2) одинаковые tи - мы получим одинаковые значения. Соответственно, графики будут одинаковы.
Рис.7
Рис.8
4. Определение расчетных расходов сетевой воды
Расчетные расходы сетевой воды определяются отдельно для каждого вида нагрузки. Расчетный расход сетевой воды на отопление, кг/с:
где ф1.0, ф2.0 - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при температуре tн.о, °С;
с - теплоемкость воды, кДж/кг?К.
Расчетный расход сетевой воды на вентиляцию, кг/с:
Где ф1.0`, ф2.0` - температуры сетевой воды в прямом и обратном трубопроводах при температуре tн.в (кроме здания чугунолитейного цеха В, для которого расчетные расходы сетевой воды рассчитываются при температуре tн.о), °С. Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение, кг/с:
Все значения ф определяются по графику центрального регулирования отпуска теплоты. Определенные по вышеизложенным формулам расчетные расходы сетевой воды для каждого здания сводятся в таблицу 4.1:
Таблица 4.1 - Расчётные расходы сетевой воды
|
Обозначение здания |
Gо, (кг/с) |
Gв, (кг/с) |
Gгвс, (кг/с) |
? G1, (кг/с) |
|
|
А |
0.933 |
0.421 |
0.01 |
1.364 |
|
|
Б |
0.573 |
1.278 |
0.085 |
1.935 |
|
|
В |
3.879 |
22.516 |
0.287 |
26.682 |
|
|
Ж |
3.821 |
1.518 |
0.124 |
5.463 |
|
|
Л |
0.781 |
0.668 |
0 |
1.449 |
Для построения графиков расходов сетевой воды, кроме расчетных, т. е. максимальных, по тем же формулам определяются другие характерные значения расходов сетевой воды:
- для отопления при tн = +8 °С, т. е. при температуре, соответствующей началу отопительного сезона (при этом необходимо учесть, что в зданиях, имеющих внутренние тепловыделения, начало отопительного сезона происходит при более низкой температуре);
– для вентиляции - также при tн = +8 °С.
Эти данные представлены в таблицах 4.2., 4.3, 4.4.
Таблица 4.2 - Другие характерные значения расходов сетевой воды для зданий А, Б, В
|
Tн, ? |
Gо, (кг/с) |
Gв, (кг/с) |
Gгвс, (кг/с) |
? G1, (кг/с) |
|
|
А: |
|||||
|
8 |
0.458 |
0.143 |
0.01 |
0.611 |
|
|
1.514 |
0.755 |
0.235 |
0.01 |
1.001 |
|
|
0 |
0.825 |
0.257 |
0.01 |
1.092 |
|
|
-5 |
0.825 |
0.257 |
0.007 |
1.092 |
|
|
-10 |
0.825 |
0.257 |
0.006 |
1.092 |
|
|
-14 |
0.825 |
0.225 |
0.005 |
1.06 |
|
|
-20 |
0.825 |
0.189 |
0.005 |
1.025 |
|
|
-25 |
0.825 |
0.167 |
0.004 |
1.002 |
|
|
8 |
0.458 |
0.143 |
0.01 |
0.611 |
|
|
1.514 |
0.755 |
0.235 |
0.01 |
1.001 |
|
|
Б: |
|||||
|
8 |
0.192 |
0.29 |
0.219 |
0.7 |
|
|
0 |
0.383 |
0.579 |
0.219 |
1.181 |
|
|
-0.08 |
0.385 |
0.582 |
0.219 |
1.186 |
|
|
-5 |
0.503 |
0.76 |
0.219 |
1.482 |
|
|
-10 |
0.503 |
0.76 |
0.177 |
1.482 |
|
|
-14 |
0.503 |
0.659 |
0.153 |
1.381 |
|
|
-20 |
0.503 |
0.549 |
0.128 |
1.271 |
|
|
-25 |
0.503 |
0.482 |
0.112 |
1.204 |
|
|
8 |
0.192 |
0.29 |
0.219 |
0.7 |
|
|
0 |
0.383 |
0.579 |
0.219 |
1.181 |
|
|
В: |
|||||
|
8 |
1.297 |
3.734 |
0.095 |
5.156 |
|
|
0 |
2.595 |
7.469 |
0.095 |
10.188 |
|
|
-0.08 |
2.608 |
7.506 |
0.095 |
10.238 |
|
|
-5 |
3.406 |
9.803 |
0.095 |
13.333 |
|
|
-10 |
3.406 |
9.803 |
0.077 |
13.333 |
|
|
-14 |
3.406 |
8.496 |
0.066 |
12.026 |
|
|
-20 |
3.406 |
7.08 |
0.055 |
10.61 |
|
|
-25 |
3.406 |
6.216 |
0.049 |
9.747 |
|
|
8 |
1.297 |
3.734 |
0.095 |
5.156 |
|
|
0 |
2.595 |
7.469 |
0.095 |
10.188 |
Таблица 4.3 - Другие характерные значения расходов сетевой воды для зданий Ж, Л
|
Ж: |
|||||
|
8 |
1.278 |
0.344 |
0.064 |
1.707 |
|
|
0 |
2.556 |
0.688 |
0.064 |
3.329 |
|
|
-0.08 |
2.569 |
0.691 |
0.064 |
3.345 |
|
|
-5 |
3.355 |
0.903 |
0.064 |
4.343 |
|
|
-10 |
3.355 |
0.903 |
0.052 |
4.343 |
|
|
-14 |
3.355 |
0.783 |
0.045 |
4.222 |
|
|
-20 |
3.355 |
0.652 |
0.038 |
4.092 |
|
|
-25 |
3.355 |
0.573 |
0.033 |
4.012 |
|
|
8 |
1.278 |
0.344 |
0.064 |
1.707 |
|
|
0 |
2.556 |
0.688 |
0.064 |
3.329 |
|
|
Л: |
|||||
|
8 |
0.089 |
0.047 |
0 |
5.156 |
|
|
0 |
0.446 |
0.237 |
0 |
10.188 |
|
|
-4.598 |
0.651 |
0.345 |
0 |
10.238 |
|
|
-5 |
0.669 |
0.355 |
0 |
13.333 |
|
|
-10 |
0.669 |
0.355 |
0 |
13.333 |
|
|
-14 |
0.669 |
0.296 |
0 |
12.026 |
|
|
-20 |
0.669 |
0.237 |
0 |
10.61 |
|
|
-25 |
0.669 |
0.203 |
0 |
9.747 |
|
|
8 |
0.089 |
0.047 |
0 |
5.156 |
|
|
0 |
0.446 |
0.237 |
0 |
10.188 |
Таблица 4.4 - Другие характерные значения расходов сетевой воды для всего предприятия
|
По предприятию: |
|||||
|
8 |
3.506 |
4.848 |
0.606 |
8.96 |
|
|
5 |
7.119 |
9.788 |
0.606 |
17.513 |
|
|
1.514 |
7.423 |
9.965 |
0.606 |
17.994 |
|
|
-0.08 |
9.26 |
12.839 |
0.604 |
22.703 |
|
|
-4.598 |
9.26 |
12.839 |
0.488 |
22.587 |
|
|
-10 |
9.26 |
11.117 |
0.423 |
20.801 |
|
|
-15 |
9.26 |
9.256 |
0.353 |
18.869 |
|
|
-20 |
9.26 |
8.124 |
0.31 |
17.694 |
|
|
-25 |
3.506 |
4.848 |
0.606 |
8.96 |
|
|
8 |
7.119 |
9.788 |
0.606 |
17.513 |
На графиках приняты следующие обозначения:
Красная линия - суммарный расход сетевой воды;
Розовая линия - расход воды на ГВС;
Синяя линия - расход воды на отопление;
Зелёная линия - расход воды на вентиляцию.
Рис.9
Рис.10
Рис.11
Рис.12
Рис.13
5. Гидравлический расчёт тепловой сети
Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. Гидравлический расчет закрытой системы теплоснабжения выполняется для подающего теплопровода, принимая диаметр обратного теплопровода и падение давления в нем таким же, как и в подающем.
Перед выполнением гидравлического расчета разрабатывают расчетную схему тепловых сетей. На ней проставляют номера участков (сначала - по главной магистрали, а потом - по ответвлениям), расходы теплоносителя (кг/с или т/ч), длины участков (м). Здесь главной магистралью является наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя.
Расчет состоит из двух этапов: предварительного и проверочного.
Сначала выполняют расчет главной магистрали.
По известным расходам, ориентируясь на рекомендованные величины удельных потерь давления Rл , определяют диаметры трубопроводов dн Ч S , фактические удельные потери давления Rл`, Па/м, а также скорость движения теплоносителя W, м/с.
Условный проход труб независимо от расчетного расхода теплоносителя должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм.
Скорость движения воды не должна быть более 3,5 м/с.
Определив диаметры трубопроводов, находят количество компенсаторов на участках и другие виды местных сопротивлений. Затем определяют потери давления в местных сопротивлениях, полные потери давления на участках главной магистрали и суммарные по всей ее длине.
Далее выполняют гидравлический расчет ответвлений, увязывая потери давления в них с соответствующими частями главной магистрали (от точки деления потоков до концевых потребителей). Увязку потерь давления следует выполнять подбором диаметров трубопроводов ответвлений. Невязка не должна быть более 10 %. Если такая увязка невозможна, то излишний напор на ответвлениях должен быть погашен соплами элеваторов, дроссельными диафрагмами и авторегуляторами.
На основе имеющихся материалов гидравлических испытаний тепловых сетей и водопроводов в СНиП 2.04.07-86 рекомендуются следующие значения абсолютной эквивалентной шероховатости kэ, м, для гидравлического расчета тепловых сетей:
Водяные сети 0,005.
5.1 Предварительный расчет
При неизвестном располагаемом перепаде давления в начале и конце теплотрассы удельные потери давления Rл в тепловых сетях могут быть приняты согласно рекомендациям СНиП 2.04.07-86:
а) на участках главной магистрали 20-40, но не более 80 Па/м;
б) на ответвлениях - по располагаемому перепаду давления, но не более
300 Па/м.
Предварительно для главной магистрали возьмем Rл = 20-40 Па/м, а для ответвлений Rл = 80 Па/м
Расчетный диаметр трубопровода, м:
где - коэффициент, определяется по справочнику для водяных сетей;
G - расход теплоносителя на участке, кг/с;
Rл - принятые удельные потери давления.
Возьмем участок главной магистрали 0-1.
Расход воды здесь составляет G = 7.411 кг/с, Rл = 40 Па/м.
5.2 Проверочный расчет
тепловой промышленный энергия
По полученным значениям выбирается ближайший стандартный диаметр трубопровода для каждого участка. Диаметр труб независимо от расчетного расхода воды должен приниматься не менее 32 мм. Затем рассчитывается скорость движения теплоносителя, которая не должна превышать 3,5 м/с.
После установления диаметров теплопроводов производится разработка монтажной схемы, которая заключается в расстановке на трассе тепловых сетей неподвижных опор, компенсаторов и запорнорегулирующей арматуры. Монтажная схема представлена ниже.
Схема
На участках между узловыми камерами, т. е. камерами в узлах ответвлений, размещают неподвижные опоры, расстояние между которыми зависит от диаметра теплопровода, типа компенсатора и способа прокладки тепловых сетей (прил. 8, методичка).
В каждой узловой камере устанавливают неподвижную опору. На участке между двумя неподвижными опорами предусматривают компенсатор. Повороты трассы теплосети под углом 90-130° используют для самокомпенсации температурных удлинений, а в местах поворотов под углом более 130° устанавливаются неподвижные опоры. Неподвижные опоры располагают на теплопроводах большего диаметра, запорную арматуру устанавливают на всех ответвлениях и на магистральных участках через одно-два ответвления.
В камерах на ответвлениях к отдельным зданиям при диаметре ответвлений до 50 мм и длине до 30 м запорную арматуру допускается не устанавливать.
По полученным значениям d = 0.124 м для участка 0-1 выбирается ближайший стандартный диаметр трубопровода dвн =0.125 м. Стандартные диаметры трубопроводов для каждого участка были взяты из приложения 11 учебника «Теплофикация и тепловые сети» Е. Соколова, а также с сайта (www.chermet.com).
Действительное линейное удельное падение давления, Па/м:
где - коэффициент, определяется по справочнику для водяных сетей.
Действительное линейное удельное падение давления, Па/м для участка 0-1:
Ниже представлена схема подсоединения зданий к теплосети.
Рис.14
Сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на участке 0-1:
Кран шаровой - 2 шт (о = 0.3)
Компенсатор сильфонный - 2 шт (о = 0.1)
Тройник-ответвление - 1 шт (о = 1.5):
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 1-2:
Тройник-ответвление -1 шт (о=1.5)
Отвод сварной двухшовный под углом 90° - 1 шт. (о =0.6)
Компенсатор сальниковый - 2 шт (о =0.1)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 2-3:
Кран шаровой - 1 шт (о = 0.3)
Компенсатор сильфонный - 1 шт (о = 0.1)
Тройник-ответвление - 1 шт (о = 1.5):
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 3-4:
Тройник-ответвление -1 шт (о=1.5)
Отвод сварной двухшовный под углом 90° - 1 шт. (о =0.6)
Компенсатор сальниковый - 2 шт (о =0.3)
Кран шаровой - 2 шт (о = 0.3)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 4-Л:
Дроссельная заслонка - 1 шт (о= 24.5)
Задвижка нормальная - 1 шт (о =0.5)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 1-Ж:
Задвижка нормальная - 1 шт (о =0.5)
Компенсатор сильфонный - 1 шт (о =0.1)
Дроссельная заслонка - 1 шт (о= 119.4)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 2-Б:
Задвижка нормальная - 1 шт (о =0.5)
Компенсатор сильфонный - 1 шт (о =0.1)
Дроссельная заслонка - 1 шт (о= 129.4)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 3-А:
Задвижка нормальная - 1 шт (о =0.5)
Компенсатор сильфонный - 1 шт (о =0.1)
Дроссельная заслонка - 1 шт (о= 32.4)
Сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке 4-В:
Задвижка нормальная - 1 шт (о =0.5)
Компенсатор сильфонный - 1 шт (о =0.1)
Дроссельная заслонка - 1 шт (о= 0.4)
Определяется эквивалентная длина местных сопротивлений, м:
где Al = 60.7- коэффициент, определяется по справочнику для водяных сетей;
Уо - сумма коэффициентов местных сопротивлений, установленных на участке.
Эквивалентная длина местных сопротивлений участка 0-1 :
Для остальных участков определяется аналогично.
Определяются потери давления на участке, Па:
Потери давления на участке 0-1 :
После расчета главной магистрали приступают к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления Др от точки деления потоков до концевых точек для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Согласно вышесказанному необходимо стремиться к выполнению следующих условий:
Д p(4-В )=Д р (4-Л )
Д р (3-А )=Д з (3-4)+Д р (4-Л )
Д р (2-Б )=Д р (2-3)+Д р (3-4)+Д р (4-Л )
Д р (1-Ж )=Д р (2-1)+Д р (2-3)+Д р (3-4)+Д р (4-Л ).
Затем определяется невязка потерь давления на ответвлениях, которая должна лежать в пределах 10 %.
Например, для ответвления с участками 4-В и 4-Л невязка составит:
После определения потерь давления на каждом участке теплосети рассчитывают напоры в подающем Нпi и обратном Нoi трубопроводах, а также располагаемый напор Нрi, в конце каждого участка:
где Нп(i - 1), Но(i - 1) - напоры в подающем и обратном трубопроводах в начале данного участка, м вод. ст.;
Дpi - потеря давления на i-м участке, м вод. ст.
Напоры в подающем и обратном трубопроводах на участке 0-1,
Нп и = 64.55 м. вод. ст. , Но и = 33.73 м. вод. ст.
Результаты гидравлического расчета представлены в Приложении 2.
6.Построение пьезометрического графика
После выполнения гидравлического расчета водяных тепловых сетей приступают к построению графика давлений для расчетной магистрали и характерных ответвлений. Напор, отсчитанный от оси прокладки теплопровода, называется пьезометрическим, а график давлений - пьезометрическим графиком.
Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети; с учетом рельефа местности, располагаемого напора и высоты зданий выбрать схемы присоединения потребителей; подобрать авторегуляторы, сопла элеваторов, дроссельные устройства для местных систем теплопотребления; подобрать сетевые и подпиточные насосы.
Пьезометрические графики строятся для гидростатического и гидродинамического режимов системы теплоснабжения. За начало координат принимают низшую отметку горизонталей рельефа местности. В данном варианте - это 85 м. В принятых масштабах изображается рельеф местности вдоль теплотрассы и высоты присоединенных зданий. Строят линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 м, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время должна быть менее на 10 м (или более) величины максимального рабочего напора для местных систем.
Затем приступают к построению графиков напоров для гидродинамического режима. По оси ординат вначале откладывают разность между низшей отметкой рельефа местности и отметкой оси теплопровода в камере подключения промышленного предприятия к магистральным сетям, затем величины начального и конечного напоров теплосети в этой камере (Hп и Hо ). Таким образом, применяя полученную информацию к предприятию, имеем: начало координат соответствует низшей точке на рельефе - 85 м, камера подключения стоит на отметке 85 метров или 0 метров от начала координат. Затем строятся графики напоров подающей и обратной линий тепловой сети на основании данных таблицы 6.1
Под пьезометрическим графиком располагают спрямленную однолинейную схему теплотрассы. Допускается построить пьезометрические графики для ответвлений отдельно от главной магистрали во избежание загромождения графика.
Реализация построения пьезометрического графика для предприятия представлена ниже. Графики построены в программе AutoCad.
Таблица 6.1.
|
Номер участка |
??, м |
??, кг/с |
??вн, м |
Располагаемый напор в узловых точках Нр, м. вод. ст. |
|
|
0-1 |
52 |
7.411 |
0.125 |
30.8 |
|
|
1-2 |
265 |
4.538 |
0.100 |
28 |
|
|
2-3 |
110 |
4.139 |
0.100 |
27 |
|
|
3-4 |
256 |
3.423 |
0.125 |
26.5 |
|
|
4-Л |
10 |
0.585 |
0.065 |
26.4 |
|
|
1-Ж |
15 |
2.874 |
0.080 |
22 |
|
|
2-Б |
10 |
0.398 |
0.040 |
20.5 |
|
|
3-А |
10 |
0.716 |
0.050 |
19.9 |
|
|
4-В |
17 |
2.838 |
0.100 |
19.8 |
Обозначения на графиках приняты следующие:
Нпод - подающий напор,
Нобр - обратный напор,
Нстат - статический напор,
Внизу графика, а также наверху изображена спрямлённая схема тепловой сети.
Рис.15
Рис.16
7.Выбор схем присоединений зданий к тепловой сети
Присоединение сетей теплопотребления к водяным тепловым сетям определяют видом тепловой нагрузки, пьезометрическим графиком работы тепловой сети. Присоединение потребителей к тепловым сетям происходит в центральных и индивидуальных тепловых пунктах.
Схемы теплоснабжения при использовании воды в качестве теплоносителя подразделяются по способу присоединения местных систем отопления и вентиляции воздуха на зависимые и независимые.
Зависимыми называют такие схемы, в которых местные системы потребителей тепла присоединены непосредственно (одноконтурно) к тепловым сетям района без промежуточных теплообменников.
Независимыми называются схемы присоединения местных систем отопления и вентиляции воздуха к тепловым сетям района через промежуточные теплообменники (двухконтурные схемы).
В данной курсовой работе все здания стоит подключить по зависимой схеме подключения, так как из пьезометрических графиков видно, что пьезометрические напоры в обратной линии тепловой сети при статическом и гидравлическом режиме не превышают допустимого значения (60 м), а располагаемый напор больше 15 м, что достаточно для обеспечения необходимым напором каждого здания.
8.Построение продольного профиля тепловой сети
По трассе тепловых сетей строится продольный профиль. На продольном профиле показывают: отметки поверхности земли, проектные - сплошной линией, существующие - штриховой, в данной курсовой работе проектные и существующие отметки совпадают; пересекаемые инженерные сети и сооружения; отметки низа трубы тепловой сети, дна и потолка канала; глубину заложения теплопровода; уклон и длину участков тепловой сети; диаметр тепло- провода и тип канала; кроме того, дается развернутый план трассы с указанием углов поворота, ответвлений, неподвижных опор, компенсаторов и тепловых камер.
Уклон теплопровода независимо от способа прокладки должен составлять не менее 0,002. Количество сопряжений участков с обратными уклонами должно быть по возможности наименьшим.
В самых низших точках теплопровода предусматривают дренажные выпуски, а в высших - воздушники, которые размещаются в камерах.
Угол уклона считался следующим образом: по отметкам рельефа местности определялось падение (увеличение) отметки уровня земли в метрах, далее определялось, на каком расстоянии происходит падение. Затем считался синус угла уклона и через арксинус определялся непосредственно сам угол. Например, на участке «0-1» падение высоты составило 5 метров. С помощью инструмента «измерить» в программе Автокад нашли длину участка - 256 метров. Далее по формуле - нашли синус и затем .
Рис.17. Продольный профиль тепловой сети
9.Расчет тепловой изоляции теплопровода
Расчёт тепловой изоляции трубопроводов проводится по нормированной плотности теплового потока. Нормированную плотность, а также другие данные определяются по справочным данным: учебник «Теплофикация и тепловые сети» Е. Соколова и интернет-ресурсы. Расчёт проводится для надземной прокладки.
фп=140? - среднегодовая температура теплоносителя в подающей магистрали,
фо =70? - среднегодовая температура теплоносителя в обратной магистрали,
?=2.7 м/с - скорость ветра в городе Воронеж,
??н.п = 20 Вт/(Вт/м2 • К) - ориентировочный коэффициент теплоотдачи наружной поверхности;
??из = 0,036 Вт?(м • °С) при плотности 150 кг?м3 - теплопроводность пеносиликата. Другие исходные величины, а также нормы плотности теплового потока приводятся в таблице 9.1.
Таблица 9.1
|
Условный проход трубопровода, м |
Наружный диаметр трубопровода ??н, м |
Предельная толщина теплоизоляционной конструкции ??пред, мм |
Нормы линейной плотности теп. потока ??норм, Вт?м, при: |
||
|
140 ? |
70? |
||||
|
0.125 |
0.133 |
0.200 |
81 |
32 |
|
|
0.100 |
0.108 |
0.180 |
73 |
28 |
|
|
0.100 |
0.108 |
0.180 |
73 |
28 |
|
|
0.125 |
0.133 |
0.200 |
81 |
32 |
|
|
0.065 |
0.075 |
0.160 |
61 |
23 |
|
|
0.080 |
0.089 |
0.170 |
66 |
25 |
|
|
0.040 |
0.045 |
0.140 |
49 |
18 |
|
|
0.050 |
0.057 |
0.150 |
53 |
19 |
|
|
0.100 |
0.108 |
0.180 |
73 |
28 |
Далее принимаем толщину тепловой изоляции в пределах :
??из = (0.8. . .0.9) • ??. Для подающей магистрали принимаем коэффициент 0.9, для обратной - 0.8.
Затем переходим к расчёту суммарного термического сопротивления изоляции и её наружной поверхности. Для этого необходимо знать dиз - диаметр трубопровода с учётом изоляции. Найдём по формуле:
??из = 2??из + ??н.
Суммарное термическое сопротивление находим по формуле:
Где dizpod - диаметр трубопровода с учётом изоляции,
dntr - наружный диаметр трубопровода.
Зная суммарное сопротивление, можем рассчитать температуру наружной поверхности изоляции:
Далее рассчитаем коэффициент теплоотдачи от теплопровода к окружающей среде:
,
где tnpizpod - температура наружной поверхности изоляции,
, где v есть скорость ветра в городе Воронеж.
Уточняем термическое сопротивление наружной поверхности изоляции:
Отсюда находим линейные тепловые потери:
И полученные потери сравниваем с нормативными. Если полученные теплопотери больше или меньше нормативных - это означает, что толщина изоляции выбрана неверно и следует её уменьшить или увеличить. Данный процесс следует повторять, пока полученный результат не сойдётся с нормативным. В таблицах 9.2 и 7.3 представлены полученные и приведённые к норме результаты.
Таблица 9.2
