Теплоснабжение промышленного района

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• 1. Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение
• 2. Регулирование отпуска теплоты на отопление
• 3. Регулирование отпуска теплоты на вентиляци
• 4. Определение расходов сетевой воды
• 5. Гидравлический и тепловой расчет тепловых сетей
• 6. Построение пьезометрического графика
• 7. Подбор сетевых и подпиточных насосов
• 8. Расчет толщины тепловой изоляции
• 9. Расчет и подбор компенсаторов
• 10. Тепловое удлинение расчетного участка трубопровода
• 11. Расчет усилий на опоры
• 12. Подбор элеватора
• Заключение
• Список литературы

Введение

Курсовая работа теплоснабжение промышленного района выполняется студентами всех форм обучения специальности “Источники и системы теплоснабжения предприятий”. В нём решаются основные вопросы централизованного теплоснабжения промышленного района, такие как расчет тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых районов и промышленного предприятия, производится построение температурных графиков регулирования тепловой нагрузки на отопление и вентиляцию, производится полный гидравлический расчет всех трубопроводов, подсоединенных к котельной.



1. Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Рисунок 1. Район города.

Расчетная температура наружного воздуха города Пермь для проектирования систем отопления t₀ = -34 ⁰С. Плотность населения Р = 400 челга.. Средняя за отопительный период норма расхода горячей воды на одного жителя в сутки а =115 лсутки.

Расчет тепловых потоков сводим в таблицу 1. В графы 1, 2, 3 таблицы заносим соответственно номера кварталов, их площадь F_кв в гектарах, плотность населения Р. Количество жителей в кварталах m, определяем по формуле:

(1.1)

где Р = 400 челга - плотность населения; F_кв - площадь кварталов в га;

Для квартала №1 количество жителей составит:

чел.

Общую площадь жилых зданий кварталов А определяем по формуле:

(1.2)

где _общ = 18 м²чел - общая площадь жилого здания на одного жителя;

Для квартала №1:

м²

Приняв для зданий постройки после 1985г величину удельного показателя теплового потока на отопление жилых зданий qо = 87 Вт/м² , до 1985 qо=81 Вт/м² при t ₀= -34 ⁰С, находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле:

(1.3)

К₁- коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным 0,25;

Максимальные тепловые потоки на вентиляцию общественных зданий кварталов определяем по формуле (2) учебного пособия

(1.4)

К₂- коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985 г.- 0.4, после 1985 г. - 0.6;

Для квартала №1 при К₂= 0,6 получим:

По приложению №5 учебного пособия укрупненный показатель теплового потока на горячее водоснабжение q_h c учетом общественных зданий при норме на одного жителя a = 115 лсутки составит 407 Вт.

Среднечасовые тепловые потоки на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле:

(1.5)

Для квартала №1 эта величина составит:

Суммарный тепловой поток по кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

(1.6)

Для квартала №1 суммарный тепловой поток составит:

Аналогично выполняем расчёты тепловых потоков и для других кварталов.

Таблица 1 - Расчёт тепловых потоков

№ квартала	Площадь квартала Fкв, га	Плотность населения P чел/га	Количество жителей m	Общая площадь, А, м2	Тепловой поток, МВт
					Q 0 max	Q v max	Q hm	Q
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1 2 3 4 5	15 20 15 15 15	400 400 400 400 400	6000 8000 6000 6000 6000	108000 144000 108000 108000 108000	11,745 15,660 11,745 11,745 11,745	1,4094 1,8792 1,4094 1,4094 1,4094	2,442 3,256 2,442 2,442 2,442	15,5964 20,7952 15,5964 15,5964 15,5964
	62,64	7,5168	13,024	83,1808

Определим для климатических условий г. Пермь расчет и построение графиков часовых расходов теплоты на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение, а также годовых графиков теплопотребления по продолжительности тепловой нагрузки и по месяцам. Расчётные тепловые потоки района города на отопление Q _{0 max} = 62,64 МВт, на вентиляцию Q _{v max} = 7,5168 МВт, на горячее водоснабжение Q_hm = 13,024 МВт_.

Определим, часовые расходы на отопление и вентиляцию при температуре наружного воздуха t_н= 8 ⁰С, используя формулы пересчета:

(1.7)

(1.8)

где - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий (определяется по приложению №6); - средняя температура наружного воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха 8 ^оС и менее (отопительный период), ; - расчетная температура наружного воздуха для отопления, ; - расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, ; t_c- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС); t^s_c - температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период (при отсутствии данных принимается равной 15 ^оС);

Величины , являются климатическими данными для города, в котором располагается рассчитываемая котельная (определяются по приложению №1)

Для квартала №1 эти величины составят:

Отложив на графике (см. рис. 2.а) значения и при t_н= +8 ⁰С, а также значения и при t_н= t₀ = -34 ⁰C и соединив их прямой, получим графики = f (t_н) и = f (t_н). Для построения часового графика расхода теплоты на горячее водоснабжение, определим, среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение для неотопительного периода используя формулу пересчёта:

(1.9)

где - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период, определяется по приложению №7.

Для квартала №1 эта величина составит:

Аналогично выполняем расчёты тепловых потоков и для других кварталов.

График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха, и будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс с ординатой 83 МВт для отопительного периода и с ординатой 13 МВт для неотопительного периода. Просуммировав ординаты часовых графиков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для диапазона температур t_н = +8 -34 ⁰C и соединив их прямой получим суммарный часовой график . Для построения годового графика теплоты по продолжительности тепловой нагрузки находим продолжительности стояния температур наружного воздуха в часах с интервалом 5⁰C и продолжительность отопительного периода для г. Перми n₀ = 5420 ч. Данные сводим в таблицу №2.

Таблица 2 - Продолжительность стояния температур наружного воздуха

Продолжительность стояния, n, час	Температура наружного воздуха
	-40 -35	-35 -30	-30 -25	-25 -20	-20 -15	-15 -10	-10 -5	-5 0	0 +5	+5 +8
n	3	12	60	145	284	546	790	1010	1230	1340
Температуры	-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	3	15	75	220	504	1050	1840	2850	4080	5420

График по продолжительности тепловой нагрузки строится на основании суммарного часового графика . Для этого из точек на оси температур (+8,0,-5,-10,-15,-20,-25,-30,-35) восстанавливаем перпендикуляры до пересечения с линией суммарного часового графика и из точек пересечения проводим горизонтальные прямые до пересечения с перпендикулярами, восстановленными из точек на оси продолжительности, соответствующих данным температурам. Соединив найденные точки плавной кривой, получим график по продолжительности тепловой нагрузки за отопительный период в течение 5420 часов. Затем построим график по продолжительности тепловой нагрузки за неотопительный период, для чего проведем прямую параллельную оси абсцисс с ординатой равной = 8,335 МВт до расчетной продолжительности работы системы теплоснабжения в году равной 8400 часов.

Рисунок 2: - а - часовые графики теплового потребления

б - годовой график по продолжительности тепловой нагрузки

Для построения годового графика теплового потребления по месяцам находим среднемесячные температуры наружного воздуха. Определим суммарные расходы теплоты для месяцев отопительного периода как сумму часовых расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Для месяцев неотопительного периода (с >+8) суммарный расход теплоты будет равен среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение.

Часовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию, суммарные расходы теплоты для месяцев отопительного периода определим используя формулы пересчета:

(1.10)

(1.11)

(1.12)

Для месяца январь эти величины составят:

Аналогично выполняем расчёты и для других месяцев отопительного периода. Расчёты сведём в таблицу 3. Используя полученные данные, построим годовой график теплового потребления по месяцам

Таблица 3 - Среднечасовые расходы теплоты по месяцам года

Среднечасовые расходы теплоты по месяцам	Среднемесячные температуры наружного воздуха
	Ян	Фев	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сен	Окт	Нояб	Дек
	-15,1	-13,4	-7,2	2,6	10,2	16,0	16,0	16,0	9,4	1,6	-6,6	-12,9
	40,716	38,74	31,55	20,18						21,34	30,86	38,16
	6,6	6,3	5,1	3,27						3,46	5	6,18
	13,024	13,024	13,024	13,024	7,801	7,801	7,801	7,801	7,801	13,024	13,024	13,024
	60,34	58,064	49,674	36,474	8,335	8,335	8,335	8,335	8,335	37,824	48,884	57,364

Рисунок 3. Годовой график теплового потребления по месяцам

2. Расчет и построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление

тепловой отопление сеть элеватор

Центральное качественное регулирование по нагрузке отопления.

Целесообразно в случае, если тепловая нагрузка на жилищно-коммунальные нужды составляет менее 65 % от суммарной нагрузки района и при отношении

.

При таком способе регулирования, для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления температуру воды в подающей и обратной магистралях, а так же после элеватора в течение отопительного периода определяют по следующим выражениям:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

где t - расчетный температурный напор нагревательного прибора, ⁰С,

определяемый по формуле:

, (2.4)

где ₃ и ₂ - расчетные температуры воды соответственно после элеватора и в обратной магистрали тепловой сети определенные при (для жилых районов, как правило, ₃= 95 ⁰С; ₂= 70 ⁰С)

- расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети:

, (2.5)

- расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления,

, (2.6)

при t_н = +8:

Аналогично выполняются расчеты температур сетевой воды и для других значений t_н. Используя расчетные данные и приняв минимальную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе = 70 ⁰С, построим отопительно-бытовой график температур (см. рисунок 4). Точке излома температурного графика будут соответствовать температуры сетевой воды = 71,14 ⁰С, = 49,14 ⁰С, = 61,37 ⁰С, температура наружного воздуха = -6,4. Полученные значения температур сетевой воды для отопительно-бытового графика сведем в таблицу 4. Далее приступаем к расчету скорректированного графика открытых систем.

Определим балансовую нагрузку горячего водоснабжения :

(2.7)

где - балансовый коэффициент.

Определим коэффициент отношения балансовой нагрузки на горячее водоснабжение к расчетной нагрузке на отопление :

(2.8)

Определим относительный расход теплоты на отопление по формуле:

(2.9)

для t_н= 8:

Затем, приняв известные из предыдущей части значения t_c; t_h; ; t определим для каждого значения t_н относительные расходы сетевой воды на отопление , используя формулу:

(2.11)

Для t_н= 8 ⁰С:

Температуры сетевой воды в подающем _1п и обратном _2п трубопроводах для скорректированного графика определим по формулам:

(2.12)

(2.13)

Для t_{н =} 8 ⁰С :

Аналогично выполняются расчеты для других значений t_н. Полученные значения сведем в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчет повышенного (скорректированного) графика для открытой системы теплоснабжения.

tн	10	20	30	Q0	G0	1п	2п
+8	46	36	41,54	0,22	0,67	49,28	34,5
-6,4	71,14	49,14	61,37	0,49	0,91	72,82	48,59
-10	77,1	52,1	66	0,55	0,93	79,96	51,35
-20	93,23	59,9	78,41	0,74	0,99	93,4	59,77
-34	115	70	95	1	1,04	113,75	70,48

Используя данные таблицы 4, построим отопительно-бытовой, а также повышенный графики температур сетевой воды.



Рисунок 4. Температурные графики регулирования для закрытой системы теплоснабжения ( отопительно-бытовой)

3. Определение расходов сетевой воды

Определим для условий г. Пермь расчетные расходы сетевой на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение пяти кварталов района города.

Расчетный расход сетевой воды, кг/с, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения квартала 1 по формулам:

на отопление

(3.1)

где теплоёмкость с принимается равной .

на вентиляцию

(3.2)

на горячее водоснабжение

в открытых системах теплоснабжения

среднечасовой

(3.3)

Максимальный

(3.4)

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:

(3.5)

где коэффициент k_3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице №2:

Таблица 5. Значения коэффициента k₃

Система теплоснабжения	Значение коэффициента k3
открытая с тепловым потоком, МВт:
100 и более	0.6
менее 100	0.8
закрытая с тепловым потоком, МВт:
100 и более	1.0
менее 100	1.2

Расчетный расход воды, кг/ч, в двухтрубных водяных тепловых сетях в неотопительный период, , следует определять по формуле:

(3.6)

где - коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (определяется по приложению №7).

Расход воды в обратном трубопроводе двухтрубных водяных тепловых сетей открытых систем теплоснабжения принимается равным в размере 10 % от расчетного расхода воды, определенного по формуле (41). Расчетный расход воды для определения диаметров подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения следует определять в соответствии со СНиП 2.04.01-85.

Аналогично выполняем расчёты расходов воды для других кварталов.

Таблица 6 - Расчёт расходов воды на отопление вентиляцию и ГВС

№ квартала	Расход сетевой воды на отопление Go max ,кг /с	Расход сетевой воды на вентиляцию Gv max ,кг /с	Расход сетевой воды на ГВС среднечасовой G2hm ,кг /с	Расход сетевой воды на ГВС максимальный G2h max ,кг /с	Суммарный расход сетевой воды Gd ,кг /с	Расход сетевой воды в неотопительный период Gds ,кг /с
1	2	3	4	5	6	7
1 2 3 4 5	224,4 299,21 224,4 224,4 224,4	26,9 35,9 26,9 26,9 26,9	38,17 50,9 38,17 38,17 38,17	91,62 122,1 91,62 91,62 91,62	281,836 375,83 281,836 281,836 281,836	73,296 97,68 73,296 73,296 73,296

4. Гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной тепловой сети открытой системы теплоснабжения

Рисунок 5. Расчетная схема магистральной тепловой сети.

Расчетная схема теплосети от источника теплоты (ИТ) до кварталов города (КВ) приведена на рисунке 5. Для компенсации температурных деформаций предусмотреть сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали принять в размере 30-80 Па/м.

Расчет выполним для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от ИТ до КВ 4 (участки 1,2,3) и приступим к ее расчету. По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе [6,7], а также в приложении №12 учебного пособия, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3 диаметры трубопроводов d_нxS, мм, фактические удельные потери давления R, Па/м, скорости воды V, м/с.

По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений и их эквивалентные длины Lэ. Так, на участке 1 имеется головная задвижка ( = 0,5), тройник на проход при разделении потока ( = 2,0), Количество сальниковых компенсаторов ( = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l. Согласно приложению №17 учебного пособия для D_у= 920 мм это расстояние составляет 160 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 400 м следует предусмотреть три сальниковых компенсатора. Сумма коэффициентов местных сопротивлений на данном участке составит:

= 0,5+2,0 + 3 0,3 = 3,4 (4.1)

По приложению №14 учебного пособия (при К_э=0,0005м) эквивалентная длина l_э для = 1,0 равна 95,2 м. Эквивалентная длина участка L_э составит:

L_э= l_э (4.2)

L_э= 95,23,4 = 323,68 м

Далее определим приведенную длину участка L_п:

L_п=L + L_э (4.3)

L_п=400 + 323,68 = 723,68 м

Затем определим потери давления P на первом участке:

P = R L_п (4.4)

P = R L_п = 61,2 723,68 = 44289,216 Па

Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2 и 3 главной магистрали (см. табл. 7 и табл.8).

Таблица 7 - Расчет эквивалентных длин местных сопротивлений

№ участка	dн х S, мм	L, м	Вид местного сопротивления		Кол-во		lэ ,м	Lэ,м
1	920х14	400	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор 3. тройник при расходящемся потоке	0,5 0,3 2,0	1 3 1	3,4	95,2	323,68
2	820х14	750	1. сальниковый компенсатор 2. задвижка	0,3 0,5	5 1	2	46	92
3	720х12	600	1.внезапное сужение 2. сальниковый компенсатор 2. задвижка	0,5 0,3 0,5	0,5 0,3 0,5	2,2	38,9	85,58
4	530х9	450	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор	0,3 0,5	2 3	2,1	26,5	55,65
5	530х9	450	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор	0,3 0,5	2 3	2,1	26,5	55,65
6	530х9	450	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор	0,3 0,5	2 3	2,1	26,5	55,65
7	530х9	450	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор	0,3 0,5	2 3	2,1	26,5	55,65
8	630х9	450	1. задвижка 2. сальниковый компенсатор	0,3 0,5	2 3	2,1	38,9	81,69

Далее приступаем к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления P от точки деления потоков до концевых точек (КВ) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:

P₄ = P₈ ; P₆ = P₇ ; Р₅ =Р₃ (4.5)

Исходя из этих условий, найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для ответвления с участка 4 получим

(4.6)

Коэффициент , учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определим по формуле

(4.7)

Тогда

Ориентируясь на R = 76,33 Па/м определим по таблицам гидравлического расчета диаметры трубопроводов, удельные потери давления R, скорости V, потери давления Р на участках 4 и 8. Аналогично выполним расчет ответвлений 5,6,7, определив предварительно для них ориентировочные значения R:

(4.8)

Расчеты сведем в таблицу 8

Таблица 8 - Гидравлический расчет магистральных трубопроводов

№ участка	G, кг/c	Длина, м	Dн s, мм	V, м/с	R, Па/м	P, Па	P, Па
		L	Lэ	Lп
1 2 3	1503,22 845,55 563,72	400 750 600	323,68 92 85,58	723,68 842 685,58	920х14 820х14 720х12	1,75 1,67 1,35	61,2 31,5 31,4	44289,2 26523 21527,2	100119 61222,9 41148,6
4 8	281,836 375,83	450 450	55,65 81,69	505,65 531,69	530х9 630х11	1,55 1,68	39,7 35,4	20074,3 18821,8	20074,3 18821,8
5	281,836	450	55,65	505,65	530х9	1,55	39,7	20074,3	20074,3
6 7	281,836 281,836	450 450	55,65 55,65	505,65 505,65	530х9 530х9	1,55 1,55	39,7 39,7	21074,3 20074,3	21074,3 20074,3

Определим невязку потерь давления на ответвлениях. Невязка на ответвлении с участками 6 и 7 составит:

(4.10)

Невязка на ответвлении 5 составит:

(4.11)

Невязка на ответвлении 8 и 4 составит:

(4.12)

5. Построение пьезометрических графиков для отопительного и неотопительного периодов

Максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение в неотопительный период принимаем равным 1758,888 т/ч. Расчетные температуры сетевой воды 110-70^оС. Этажность зданий принять 9 этажей. Все необходимые данные принимаются из предыдущей части.

Для построения пьезометрического графика примем масштабы: вертикальный Мв 1:1000 и горизонтальный Мг 1: 10000. Построим , используя горизонтали и длины участков, продольные профили главной магистрали ( участки 1,2,3 ) и ответвлений (участки 4,5,6,7,8). На профилях в соответствующем масштабе построим высоты присоединяемых зданий. Под профилем располагается спрямленная однолинейная схема теплосети, номера и длины участков, расходы теплоносителя и диаметры, располагаемые напоры.

Приняв предварительно напор на всасывающей стороне сетевых насосов Нвс = 30 метров, строим линию потерь напора обратной магистрали теплосети АВ. Превышение точки В по отношению к точке А будет равно потерям напора в обратной магистрали которые в закрытых системах принимаются равными потерям напора в подающей магистрали и составляют в данном примере 9,5 метров. Далее строим линию ВС - линию располагаемого напора для системы теплоснабжения квартала № 4. Располагаемый напор в данном примере принят равным 40 метров. Затем строим линию потерь напора подающей магистрали теплосети СД. Превышение точки Д по отношению к точке С равно потерям напора в подающей магистрали и составляет 9,5 метра.

Далее строим линию ДЕ - линию потерь напора в теплофикационном оборудовании источника теплоты, которые в данном примере приняты равными 25 метров. Положение линии статического напора S-S выбрано из условия недопущения «оголения», « раздавливания» и вскипания теплоносителя. Далее приступаем к построению пьезометрического графика для неотопительного периода. Определим для данного периода потери напора в главной магистрали используя формулу пересчета:

(5.1)

Аналогичные потери напора (1 м) примем и для обратной магистрали. Потери напора в оборудовании источника тепла, а также располагаемый напор для квартальной теплосети примем аналогичными что и для отопительного периода. Используя примененную ранее методику, построим пьезометрический график для неотопительного периода (А ВСДЕ). После построения пьезометрических графиков следует убедиться, что расположение их линий соответствует требованиям для разработки гидравлических режимов (см. раздел 6 учебного пособия). При необходимости напор на всасывающей стороне сетевых насосов Нвс и, соответственно, положение пьезометрических графиков могут быть изменены (за счет изменения напора подпиточного насоса).

6. Подбор сетевых и подпиточных насосов

Для открытой системы теплоснабжения с суммарным тепловым потоком Q = 82,4 МВт подобрать сетевые и подпиточные насосы. Среднечасовой расход сетевой воды на горячее водоснабжение в системе G_hm= 738,888 т/ч. Максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение G_hmax= 1758,888 т/ч. Потери напора в теплофикационном оборудовании источника теплоты H_ист= 35 м. Суммарные потери напора в подающей и обратной магистралях тепловой сети

H_под+H_обр= 50 м.

Потери напора в системах теплопотребителей H_аб = 40 м. Статический напор на источнике теплоты H_ст= 40 м. Потери напора в подпиточной линии H_пл= 15 м. Превышение отметки баков с подпиточной водой по отношению к оси подпиточных насосов z = 5 м.

Требуемый напор сетевого насоса определим по формуле:

(6.1)

Требуемую подачу сетевого насоса G_сн для открытой системы определим по формуле (65) учебного пособия [3]:

(6.2)

По приложению №20 принимаем к установке пять рабочих насоса СЭ 1250-140 и один резервный, обеспечивающие суммарную подачу 5859,5 т/ч с некоторым избытком напора при КПД 81%. Для подбора подпиточного насоса при его требуемом напоре H_пн= 50 м, определим его подачу по формуле (68) учебного пособия [3]:

G_пн = G_ут+G_hmax (6.3)

Величина утечки при удельном объеме 70 м³ на 1 МВт тепловой мощности системы составит:

G_ут= 0,0075 V_сист (6.4)

G_ут=0,0075^.70^.Q=0,075^.70^.82,4=43,3 м³/ч

Требуемая подача подпиточного насоса G_пн составит:

G_пн= 43,3 + 1758,888 =1802,188 т/ч

По приложению №21 принимаем к установке по параллельной схеме два рабочих и один резервный насосы К 90/55 обеспечивающие требуемые параметры с КПД 70%.

7. Расчет тепловой изоляции

Определим по нормируемой плотности теплового потока толщину тепловой изоляции для двухтрубной тепловой сети, проложенной на открытом воздухе. Среднегодовая температура теплоносителя в подающем трубопроводе ₁ = 86 ⁰С, в обратном ₂ = 48 ^оС.

Выполним расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов первого участка Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов _к по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле:

(7.1)

Где d - наружный диаметр трубопровода, м; е - основание натурального логарифма; _к - теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м·°С), (определяемая по приложению №15 и №24);

R_к - термическое сопротивление слоя изоляции, м·°С/Вт, величину которого определяют в зависимости от способа прокладки трубопровода по следующим выражениям:

При надземной прокладке (также прокладке в тоннелях и техподпольях):

(7.2)

где - нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м (принимается по приложению 16);

- средняя за период эксплуатации температура теплоносителя (при параметрах теплоносителя 150/90 принимается для подающего трубопровода 90С, для обратного 50С);

- среднегодовая температура окружающей среды (определяется по приложению №18 в зависимости от вида прокладки трубопровода); - коэффициент, принимаемый по приложению №19. - термическое сопротивление поверхности изоляционного слоя, м·°С /Вт, определяемое по формуле:

(7.3)

где - коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух (при прокладке в каналах = 8; при прокладке в техподпольях и тоннелях = 11 , при надземной прокладке = 29); d - наружный диаметр трубопровода, м;

Аналогично выполним расчет тепловой изоляции для других участков:

Таблица 9 - Расчёт тепловой изоляции трубопроводов

Номер участка	Диаметр трубопровода dн,мм	Толщина изоляции трубопровода д,м	Вид изоляции
		прямого	обратного
1	920	0,069	0,066	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет. сетки
2	820	0,068	0,064	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет. сетки
3	720	0,066	0,062	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет. сетки
4	530	0,063	0,06	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет.сетки
5	530	0,063	0,06	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет.сетки
6	530	0,063	0,06	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет.сетки
7	530	0,063	0,06	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет.сетки
8	630	0,065	0,061	Маты минераловатные прошивные в обкладке из мет.сетки

8. Расчет и подбор компенсаторов

В тепловых сетях широко применяются сальниковые, П - образные и сильфонные (волнистые) компенсаторы. Компенсаторы должны иметь достаточную компенсирующую способность для восприятия температурного удлинения участка трубопровода между неподвижными опорами, при этом максимальные напряжения в радиальных компенсаторах не должны превышать допускаемых (обычно 110 МПа).

Реакция сальникового компенсатора - сила трения в сальниковой набивке на участке №1 определим по формуле:

(8.1)

где - рабочее давление теплоносителя, МПа; - длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, мм; - наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м; - коэффициент трения набивки о металл, принимается равным 0,15.

Аналогично выполним расчет силы трения в сальниковой набивке для других участков трубопровода.



Таблица 10 - Расчёт реакции сальниковых компенсаторов

№ участка	lc	dнс	Rk
1	216	0,92	275,17
2	216	0,82	245,26
3	216	0,72	215,3
4	216	0,53	158,47
5	216	0,53	158,47
6	216	0,53	158,47
7	216	0,53	158,47
8	216	0,63	188,37

9. Тепловое удлинение и самокомпенсация расчетного участка трубопровода

Расчитаем тепловое удлинение первого участка трубопровода , мм, по формуле:

(9.1)

где - средний коэффициент линейного расширения стали, (для типовых расчетов можно принять ); - расчетный перепад температур, определяемый по формуле:

(9.2)

где - расчетная температура теплоносителя, ^оС; - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ^оС; L - расстояние между неподвижными опорами, м. Компенсирующую способность сальниковых компенсаторов уменьшают н а величину запаса - 50 мм.

Аналогично выполним расчеты для других участков трубопровода.

Таблица 11 - Расчёт удлинения расчетного участка трубопровода

№ участка	L
1	160	274,48
2	160	274,48
3	160	274,48
4	140	233,92
5	140	233,92
6	140	233,92
7	140	233,92
8	160	274,48

При расчете самокомпенсации основной задачей является определение максимального напряжения у основания короткого плеча угла поворота трассы, которое определяют для углов поворотов 90^о поформуле:

, (9.3)

для углов более 90^о, т.е. 90+, по формуле

(9.4)

Где l - удлинение короткого плеча, м;

l - длина короткого плеча, м;

l= l ( - t_o) (9.5)

l=1,25x10^-5 450 (150 + 34) = 135 м

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

d - наружный диаметр трубы, м;

- отношение длины длинного плеча к длине короткого.

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

Рисунок 6. Самокомпенсация трубопровода

10. Расчет усилий на опоры

Вертикальную нормативную нагрузку на подвижную опору F_v, Н, на первом участке определяют по формуле:

(10.1)

где - масса одного метра трубопровода в рабочем состоянии включающий вес трубы, теплоизоляционной конструкции и воды, Н/м; L - пролет между подвижными опорами, м.

Горизонтальные нормативные осевые нагрузки на подвижные опоры F_hx, Н, от трения определяются по формуле:

(10.2)

Где - коэффициент трения в опорах, который для скользящих опор при трении сталь о сталь принимают равным 0,3 (при использовании фторопластовых прокладок = 0,1), для катковых и шариковых опор = 0,1.

F_hx=0,3^.9704^.15=43668 Н (10.3)

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 и силы трения о грунт для бесканальных прокладок, 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. Для расчета усилий действующих на неподвижные опоры могут быть использованы типовые расчетные схемы, приведенные в литературе [5. стр.172-173], [7.стр.230-242].

Аналогично выполним расчет вертикальной и горизонтальной нормативной нагрузки на подвижную опору на остальных участках трубопровода

Таблица 12 - Расчёт усилий на опоры

№ участка	Fy,H	Gh,H/м	Fhx.Н	L,м
1	145560	9704	43668	15
2	100555	7735	30166,5	13
3	80990	6230	24297	13
4	46943	3611	14082,9	13
5	46943	3611	14082,9	13
6	46943	3611	140802,9	13
7	46943	3611	14082,9	13
8	62140	4786	18642	13

11. Расчет и подбор вспомогательного оборудования

Подбор элеватора

Требуемый располагаемый напор для работы элеватора , м определяется по формуле:

(11.1.1)

где h - потери напора в системе отопления, принимаемые 1,5-2м;

U_p - расчетный коэффициент смешения, определяемый по формуле:

, (11.1.2)

Расчетный коэффициент смешения для температурного графика 115-70 = 0,8.

Диаметр горловины камеры смешения элеватора dг, мм, при известном расходе сетевой воды на отопление G, т/ч, определяется по формуле:

(11.1.3)

Расчетную величину диаметра горловины округляем до стандартного диаметра в сторону уменьшения d_г = 30 мм, что соответствует № 4 элеватора, литературы [4.стр.120]. Располагаемый напор перед элеватором H для расчета сопла определяется как разность располагаемого напора перед системой отопления H_тп и потерь напора в системе отопления h

H = H_тп - h = 30-2 = 28 м

Диаметр сопла элеватора d_c, мм, при известном расходе сетевой воды на отопление G, т/ч, и располагаемом напоре для элеватора Н, м, определяется по формуле:

, (11.1.4)

Величина напора Н, м, гасимого соплом элеватора, не может, во избежание возникновения кавитационных режимов, превышать 40 м. Для определения диаметра сопла элеватора, его номера, требуемого напора, могут быть использованы номограммы, приведенные в справочной литературе [5. стр. 312], [6. стр. 73-75]

Принимаем к установке по параллельной схеме пять рабочих СЭ 1250-140 обеспечивающие требуемые параметры при некотором избытке напора, который может быть сдросселирован на источнике теплоты. КПД насоса составляет 81%, а также два рабочих и один резервный насосы К 90/55 обеспечивающие требуемые параметры с КПД 70%.

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

(11.2.1)

Где - общая длина трубопровода

- длины отдельных участков трубопровода, м, с условными диаметрами , м, при уклонах ;

m - коэффициент расхода арматуры, принимаемый для вентилей

m =0,0144, для задвижек m = 0,011;

n - коэффициент, зависящий от времени спуска воды t (см. таблицу№7).

Максимальное время спуска воды предусматривается для трубопроводов:

300 мм - не более 2 ч

350 - 500 - не более 4 ч

600 - не более 5 ч

Диаметр спускного устройства для двустороннего дренажа, установленного в нижней точке трубопровода, определяют по формуле:

, (11.2.2)

Где , - диаметры спускных устройств, определяемые по формуле (95) соответственно для каждой стороны.

Расчетный диаметр штуцера округляют с увеличением до стандартного и сравнивают с приведенными в таблице №8 данными.

К установке принимают наибольший из двух сравниваемых диаметров штуцеров и запорной арматуры.

К установке принимаем условный проход штуцера и запорной арматуры с D_y=100мм.

Условный проход штуцера и запорной арматуры для выпуска воздуха из секционируемых участков водяных тепловых сетей приведен в таблице №9.



Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были применены расчеты тепловых сетей города в которые были включены определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, регулирование отпуска теплоты на отопление, регулирование отпуска теплоты на вентиляцию, определение расходов сетевой воды, гидравлический и тепловой расчет тепловых сетей, гидравлические режимы водяных тепловых сетей, подбор сетевых и подпиточных насосов, расчет толщины тепловой изоляции, расчет и подбор компенсаторов, расчет усилий на опоры, подбор основного и вспомогательного оборудования.

В процессе выполнения курсовой работы были получены навыки расчета тепловых сетей и выбора оборудования, вышеперечисленные параметры являются немаловажными, так как от этого зависит качество теплоты подводимое к абонентам.



Литература

1. Прокладка тепловых сетей [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.rosteplo.ru/w/Конструкции_надземной_прокладки_тепловых_сетей. - Загл. с экрана;

2. Сальниковый компенсатор [электронный ресурс] - режим доступа: http://energyres.ru/kompsal. - Загл. с экрана;

3. Элеваторы [электронный ресурс] - режим доступа: http://www.uesk.ru/catalog/70/.- Загл. с экрана;

4. Расчет элеватора [электронный ресурс] - режим доступа: http://teplosniks.ru/teplosnabzhenie/raschet-elevatora.html. - Загл. с экрана;

5. СП 41-101-95 проектирование тепловых пунктов [электронный ресурс] - режим доступа: http://comp-land.ru/content/view/2967/206/1/5/.- Загл. с экрана;

6. Сальниковые компенсаторы [электронный ресурс] - режим доступа: http://pkfrtm.ru/salnikovye-kompensatory/.- Загл. с экрана;

7. Соколов, Е.А. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. - 8-е изд., стереот. / Е.А. Соколов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 472 с.

Размещено на Allbest.ru

...