Теплоснабжение

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» Кафедра «Санитарно-технические системы» КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ дисциплины Теплоснабжение Направление подготовки: 270800 – "Строительство" Профиль подготовки: " Теплогазоснабжение и вентиляция " Квалификация выпускника: бакалавр Форма обучения: (очная, заочная, заочная сокращенная) Тула –2012 г 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Аннотация Лекция 1: Системы горячего водоснабжения(ГВС) Лекция 2: Расчет систем ГВС Лекция 3: Общие вопросы проектирования систем ГВС Лекция 4: Оборудование систем ГВС Лекция 5: Усовершенствование действующих систем ГВС Лекция 6: Основные характеристики, структура систем теплоснабжения Лекция 7: Теплопотребление Лекция 8: Классификация систем теплоснабжения Лекция 9: Регулирование тепловой нагрузки. Температурные графики Лекция 10: Гидравлический расчет тепловых сетей Лекция 11: Гидравлические режимы теплоснабжения Лекция 12: Насосные подстанции на тепловых сетях Лекция 13: Тепловые пункты и абонентские вводы систем теплоснабжения Лекция 14: Надежность систем теплоснабжения Лекция 15: Эффективность систем теплоснабжения Лекция 16: Оборудование тепловых сетей Лекция 17: Компенсация температурных деформаций Лекция 18: Прокладки трубопроводов Лекция 19: Тепловая изоляция трубопроводов Лекция 20: Эксплуатация тепловых сетей Лекция 21: Особенности теплоснабжения предприятий Лекция 22: Источники тепла и водоподготовка Литература Стр 2 3 4 7 9 11 13 17 19 21 24 28 30 32 34 36 39 42 44 46 48 50 53 56 Аннотация Дисциплину «Теплоснабжение» надо рассматривать как завершение изучения специальности ТГВ, имея в виду, что эти системы являются наиболее комплексом оборудования для создания климатических условий в здании, благоприятствующие активному производительному и творческому труду, отдыху людей и оптимальному протеканию технологических процессов. В конспекте лекций изложены основы проектирования и расчета систем теплоснабжения. Рассмотрены процессы приготовления теплоносителя, его транспортирования на абонентские вводы потребителей. Приведена классификация систем теплоснабжения и методика регулирования отпуска теплоты, приведены методы расчета, а также режимы работы и конструирования систем. Рассмотрены вопросы эффективного использования, надежности и экономии энергии в системах теплоснабжения. 3 Конспект лекций предназначен «Теплогазоснабжение и вентиляция». для студентов специальности ЛЕКЦИЯ 1 СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ (ГВС) 1.1. ВИДЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ. ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ТЕМПЕРАТУРЕ 1.2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕСТНЫХ И ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ГВ 1.3. СХЕМЫ СИСТЕМ ЦГВ 1.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ВОДЫ И ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ ГВ 1.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПОТЕРЬ В СИСТЕМАХ ГВС Можно естественным образом выделить следующие две основные разновидности потребления горячей воды (ГВ): бытовое и коммунальнобытовое (умывание, банное мытье, питье, мытье посуды и приготовление пищи, уборка помещений, стирка, бассейны) и производственное самого различного назначения (технологические процессы, мойка машин и аппаратов и т.п.). На водоразбор к потребителям должна поступать вода питьевого качества. В отдельных случаях требуется кипяченая вода (вокзалы). В точке водоразбора к температуре горячей воды предъявляются следующие требования: 1) В системах централизованного горячего водоснабжения (ЦГВ) с непосредственным водоразбором из тепловой сети - не ниже 60 С; 2) В системах ЦГВ с нагревом водопроводной воды в водонагревателях не ниже 50 С; 3) В местных системах ГВ - не ниже 60 С; 4) Температура воды, подаваемой к смесителям умывальников и душей общеобразовательных школ, дошкольных учреждений, детдомов, учреждений соцобеспечения и некоторых лечебно-профилактических учреждений предусматривается не выше 37 С; 5) В любом случае температура воды не должна превышать 75 С. Если по технологическим требованиям (предприятия общественного питания и другие учреждения) требуется вода более высокой температуры, необходимо предусматривать местные системы или догрев воды из систем ЦГВ. Системы горячего водоснабжения подразделяются на местные и централизованные. При местном ГВ (МГВ) вода нагревается непосредственно у места ее потребления. Система МГВ обеспечивает водой один или несколько водоразборных приборов в смежных помещениях. Вода при МГВ нагревается в индивидуальных водонагревателях паром, горячей 4 сетевой водой, за счет сжигания топлива, электричеством. Используется также солнечный нагрев воды. Наиболее характерные примеры МГВ газовые водонагреватели и дачные душевые установки с солнечным нагревом. Поскольку использование электричества значительно дороже газового нагрева, применение электроводонагревателей на проектной стадии должно иметь необходимое технико-экономическое обоснование. Использование газовых водонагревателей регламентируется нормами газоснабжения. В системах ЦГВ вода приготавливается для потребителей целого здания, группы зданий, квартала, населенного пункта и т.п., а затем по трубопроводам подается к водоразборным приборам. Нагрев воды производится в водогрейных котлах, паро- или водоводяных нагревателях. Местными системами оборудуются здания, не подключенные к системам централизованного теплоснабжения (ЦТ), не имеющие собственных котельных, или, если система ЦТ не рассчитана на покрытие тепловой нагрузки ГВ. Системами ЦГВ оборудуются здания, подключенные к системам ЦТ или имеющие собственные котельные. Если число водоразборных точек в таких зданиях мало, экономически может быть обосновано и применение системы МГВ. Рассмотрим основные виды классификации схем систем ЦГВ. 1. По обеспечению давления системы ГВ могут быть работающими:  под давлением холодного водопровода;  под давлением тепловой сети;  под давлением, создаваемым насосом, установленным на холодном или горячем водопроводе;  под статическим давлением, создаваемым баком холодной или горячей воды. 2, По месту прокладки распределительных трубопроводов системы могут быть:  с нижней разводкой;  с верхней разводкой. 3. По наличию и способу обеспечения циркуляции:  без циркуляции;  с естественной циркуляцией;  с насосной циркуляцией. ЛЕКЦИЯ 2 РАСЧЕТ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 2.1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОДАЮЩИХ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМ ГВС 2.2. ЦИРКУЛЯЦИЯ И ЕЕ РАСЧЕТ В СИСТЕМАХ ГВС 5 2.3. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ ГВС Задачей гидравлического расчета является определение диаметров подающих трубопроводов и потерь напора. Расчетным расходом для определения потерь напора на участке трубопровода является секундный расход с учетом остаточной циркуляции: qh,сir = qh (1 + kсir), л/с, где kсir - коэффициент остаточной циркуляции. Эта величина определяется по [1, Приложение 5] в зависимости от соотношения секундного и циркуляционного расходов в системе ГВС: kсir = f(qh/qсir). Причем kсir не равно нулю только на начальных участках системы (до первого водоразборного стояка) при qh/qсir>2,0. Во всех остальных случаях kсir=0. Поскольку гидравлический расчет выполняется до расчета циркуляции, проектировщику приходится делать обоснованное предположение о величине соотношения qh/qсir (для жилых зданий обычно qh/qсir >2,0). Потери напора в водоразборных стояках, объединенных кольцующей перемычкой в секционные узлы, определяются по расчетным расходам воды с коэффициентом 0,7. На самих кольцевых участках расчетный расход воды принимается не менее максимального секундного для одного из обслуживаемых приборов. Скорость воды в системах ГВС должна быть не более 3 м/с [1]. Однако опыт эксплуатации систем показывает, что при v>1,5 м/с в трубопроводах начинается заметное шумообразование. При неодинаковым сопротивлением стояков диаметр стояка определяется, исходя из расчетного расхода и располагаемого напора у основания данного стояка. При одинаковом сопротивлении стояков их диаметры принимаются по диаметру последнего стояка. В основе гидравлического расчета в любой технической специальности лежат общие закономерности гидродинамики, в частности, известное из курса гидравлики уравнение Дарси-Вейсбаха. Однако традиционно в каждой специальности складываются характерные особенности конкретного выполнения гидравлического расчета. Так в системах ГВС набор местных сопротивлений настолько стандартен, что нет необходимости определять потери напора в них поштучно. Потери напора на участках системы ГВС определяются по выражению Н = il(1 + kl), мм, где i - удельные линейные потери напора, мм/м; l - длина участка; kl - коэффициент, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях (принимается по [1]). 6 Значение i принимается по справочным данным. В закрытых системах теплоснабжения, когда на нужды ГВС нагревается водопроводная, обычно не умягченная вода, необходимо учитывать зарастание стенок трубопроводов солями жесткости. В этом случае величину i удобно определять по номограмме [1, Приложение 6]. Располагаемым называется гарантированный на вводе напор, который может быть использован для подачи воды на нужды горячего водоснабжения. Требуемым называется напор, который необходим на преодоление всех гидравлических сопротивлений для подачи воды к наиболее удаленному и высоко расположенному прибору. Так для закрытой системы горячего водоснабжения располагаемым является напор холодного водопровода в точке подключения к нему системы горячего водоснабжения. Требуемый напор в этом случае составляет Нтреб = Нпод + Нсч + Нвн + Нг + Нсв, где Нпод - потери напора в подающих трубопроводах в режиме водоразбора; Нсч - потери напора в счетчике воды (водомере); Нвп - потери напора в водонагревателе; Нг - разность геодезических отметок наиболее высоко расположенного прибора и точки подключения системы ГВ к холодному водопроводу; Нсв - свободный напор на приборе ("на излив"). В открытой системе теплоснабжения, когда водоразбор осуществляется непосредственно из теплосети, располагаемым является напор в обратном трубопроводе тепловой сети в точке подключения системы ГВ. Тогда требуемый напор (в силу отсутствия водонагревателя) Нтреб = Нпод + Нсч + Нг + Нсв При этом Нг исчисляется от указанной точки подключения к тепловой сети. В самотечных системах ГВ, работающих под давлением воды в верхних баках-аккумуляторах, располагаемым напором является сама геодезическая разность отметок уровня воды в баке и наиболее высоко расположенного прибора. Требуемый напор в этом случае Нтреб = Нпод + Нсв Счетчик воды (техническое название - "водомер") служит для коммерческого учета расхода воды на систему ГВ. Условный проход (типоразмер) счетчика подбирается по среднему часовому расходу воды на систему, который не должен превышать т.наз. эксплуатационного расхода [1, табл. 4]. Подобранный таким образом счетчик проверяется на 7 возможность пропуска максимального секундного и максимального суточного расходов. При этом потери напора при пропуске максимального секундного расхода (в пересчете на м3/час) не должны превышать 2,5 м для крыльчатых и 1,0 м для турбинных счетчиков. Потери напора в счетчике определяются, как Нсч = S(qh)2 , м где S - гидравлическая характеристика счетчика, м/(м3/час)2. ЛЕКЦИЯ 3 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 3.1. ПОДБОР И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ПОВЫСИТЕЛЬНЫХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАСОСОВ И ДИАФРАГМ 3.2. АККУМУЛЯТОРЫ В СИСТЕМАХ ГВ И Распространенным случаем является недостаток располагаемого (минимального гарантированного) напора Нg в точке подключения по сравнению с определенным требуемым, необходимым для нормальной работы системы ГВ . Назначение повысительного насоса - восполнять недостаточный располагаемый напор до величины не меньше требуемого. При нагреве воды на нужды СГВ ввод холодного водопроводы в здание обычно общий для систем холодного и горячего водоснабжения. Если при этом требуемый напор для СГВ превышает аналогичную величину для холодного водоснабжения не более чем на 10 м, устанавливается общая повысительная насосная установка (рис.1-а). Насос подбирается на суммарный расчетный расход на холодное и горячее водоснабжение: qнтреб = qh + qс, где qс - расчетный расход холодного водопровода. Требуемым напором насоса является больший из недостающих, то есть для СГВ: Ннтреб = Нhтреб - Нg Если разница между требуемыми напорами систем горячего и холодного водоснабжения составляет более 10, то общий насос подбирается на тот же расход qнтреб, но в качестве требуемого напора принимается недостаток напора для системы холодного водоснабжения: H тпнр(ебс ) = Нcтреб - Нg 8 Для нормальной работы СГВ устанавливается отдельный повысительный насос (рис.1-б). Он подбирается на расчетный расход горячего водоснабжения qh и на оставшуюся величину недостатка напора: H тпнр(ебh ) = Нhтреб - Нg', где Нg' - гарантированный напор после общего повысительного насоса. Циркуляционный насос подбирается на циркуляционный расход воды сir q и напору, требуемому для обеспечения циркуляции в системе: вн H тцнр еб   H cir  H cir где  H cir вн H cir - сумма потерь напора в трубопроводах циркуляционного контура в режиме чистой циркуляции ; - потери напора в водонагревателе, пересчитанные на циркуляционный расход. 9 В систему х.в. В систему х.в. tг tг Общий повысительны й Общий ПН ВН ВН tх tх ПН (СГВ) ЦН а) с общей повысительной установкой ЦН б) с общей повысительной установкой и дополнительным цирк. насосом СГВ В систему х.в. tг Общий ПН Рис. 1 Схемы включения повысительных и циркуляционных насосов в закрытых системах теплоснабжения ВН tх Повысительно-циркуляционный в) с повысительно-циркуляционным насосом СГВ ЛЕКЦИЯ 4 ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 4.1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 4.2. СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 4.3. ТЕПЛОВОЙ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ 10 В системах централизованного теплоснабжения для нагрева воды, идущей на горячее водоснабжение, применяют поверхностные водоводяные водонагреватели. Теплоносителем является вода из системы теплоснабжения (сетевая вода). Теплоноситель и нагреваемая вода двигаются по изолированным контурам. Теплопередача осуществляется через стенку, разделяющую оба контура. По форме поверхности нагрева водонагреватели подразделяют на трубчатые и кожуховые, которые могут быть по выполнению корпуса — однокорпусными и секционными, по расположению поверхности нагрева — вертикальными и горизонтальными. Наиболее распространенные трубчатые водонагреватели (рис. 1) состоят из стального цилиндрического корпуса с патрубками, через которые проходит теплоноситель, трубного пучка и камеры-крышки с патрубками для входа и выхода теплоносителя из трубного пучка. Трубный пучок вставлен в корпус водонагревателя и состоит из трубок малого диаметра, развальцованных в трубных решетках. В водонагревателях систем горячего водоснабжения нагреваемая вода движется по трубкам, теплоноситель— по межтрубному пространству. Это обусловлено тем, что при нагреве воды выпадает накипь, которую легче удалять из трубок, чем из межтрубного пространства. Такая система движения теплоносителей позволяет также отказаться от устройства специальных компенсаторов для выравнивания линейных расширений металла трубок и корпуса при нагревании. Для снижения коррозии поверхность теплообмена водонагревателей обычно выполняют из латунных трубок с внутренним диаметром 14 мм, наружным 16 мм. Трубки ввальцовывают в трубные решетки, что значительно облегчает замену трубок при ремонте и обеспечивает хорошую плотность соединений. Рис. 1. Трубчатый водонагреватель 1 — корпус; 2 — трубная решетка; 3 — опорная перегородка; 11 4 — подсоединительные патрубки; В горизонтальных водонагревателях для устранения прогиба трубок устанавливают поддерживающие опорные перегородки с таким расчетом, чтобы пролет трубок между точками опор не превышал длину, равную 100— 120 наружных диаметров трубок. Поддерживающие перегородки изготовляют из полосовой стали, привариваемой к кольцу, имеющему наружный диаметр меньше внутреннего диаметра корпуса. Для трубных решеток используют стальные листы толщиной 10—12 мм. Решетки жестко крепят во фланцах присоединительных патрубков корпуса водонагревателя или приваривают непосредственно к корпусу, если нет необходимости в очистке труб от грязи, накипи и коррозионных отложений со стороны межтрубного пространства. Наряду с кожухотрубными водонагревателями в последнее время для целей нагрева горячей воды стали применяться пластинчатые теплообменники, используемые ранее в химической и пищевой промышленности. Они имеют преимущество по сравнению с кожухотрубными в том, что занимают меньше места, снижается трудоемкость очистки, и при этом имеется доступ к поверхностям, омываемым обеими теплообменивающимися средами, а в кожухотрубных водонагревателях практически отсутствует возможность очистки межтрубного пространства. Устраняется также вероятность перетекания сетевой воды в водопроводную и наоборот при нарушении плотности вальцовки трубок и их механических повреждениях, наблюдаемых в кожухотрубных водонагревателях. Однако широкое применение пластинчатых теплообменников сдерживается их большой стоимостью, поскольку выпускаемые отечественной промышленностью пластины изготавливаются из нержавеющей стали ЛЕКЦИЯ 5 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 5.1.ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ НАРУШЕНИЙ В РАБОТЕ СИСТЕМ 5.2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ДАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ 5.3.РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ 5.4. УЛУЧШЕНИЕ ПОТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ Неудовлетворительная работа систем горячего водоснабжения заключается в периодическом прекращении подачи воды потребителям в 12 отдельных частях системы (нарушение гидравлического режима) или в подаче воды с низкой температурой, недостаточной для приема гигиенических процедур (нарушение теплового режима). Основными причинами нарушений гидравлического режима в действующих системах горячего водоснабжения являются: 1) уменьшение давления воды в городском водопроводе ниже гарантийного; 2) увеличенное сопротивление водонагревательных установок; 3) завышенные напоры циркуляционных насосов при установке их на циркуляционных трубопроводах квартальных сетей горячего водоснабжения. Завышенный напор циркуляционного насоса — одна из самых частых причин нарушения гидравлического режима систем горячего водоснабжения. При этом даже тщательная очистка водонагревателей и уменьшение до минимума их сопротивления может не обеспечить повышения давления в системе горячего водоснабжения. Режим работы цииркуляцонного насоса определяется точкой пересечения характеристики q—Нр насоса и характеристики системы H= Sq2. При очистке водонагревателя гидравлическое сопротивление циркуляционного кольца системы S резко уменьшается и режимная точка работы насоса сдвигается по характеристике q—Нр вправо, т. е. в сторону увеличения расходов. При пологой характеристике циркуляционного насоса, когда небольшому изменению напора соответствует значительное увеличение расхода, очистка водонагревателя приводит к резкому возрастанию циркуляции и соответственно потерь давления в водонагревателе и подающих трубопроводах системы. В режиме водоразбора очистка водонагревателя дает такой же эффект, с той лишь разницей, что характеристика циркуляционного кольца системы имеет более сложный вид из-за наличия отбора воды из подающего трубопровода. Однако при значительном завышении напора циркуляционного насоса очистка водонагревателя малоэффективна вследствие одновременного увеличения циркуляционного расхода; 4) недогрев воды в водонагревательных установках, в результате которого увеличивается водоразбор в системах горячего водоснабжения, что приводят к увеличению потерь давления; 5) нечеткое управление работой хозяйственных насосов и отсутствие надежных средств автоматического управления; 6) аварии запорной арматуры на трубопроводах системы горячего водоснабжения. Основными причинами нарушения теплового режима в системах горячего водоснабжения, являются: 1. Недогрев воды водонагревательными установками в результате: а) уменьшения коэффициента теплопередачи по сравнению с расчетным; б) понижение температуры сетевой воды ниже минимально допустимой; 13 в) неправильного включения секций водонагревателя по греющей воде; г) неисправностей или некачественной наладки регуляторов температуры и расхода воды. 2. Гидравлическая разрегулировка систем горячего водоснабжения, которая вызывается: а) пониженным сопротивлением секционных узлов системы или циркуляционных колец отдельных зданий; б) отсутствием. регулировочных диафрагм (или вставок) при наличии в системе разновеликих ветвей; в) отсутствием при расчете систем отдельной увязки потерь давления при циркуляционном расходе в подающих трубопроводах различных ветвей, что приводит при возрастании водоразбора к преждевременному сокращению циркуляции в протяженных ветвях и увеличению в них охлаждения воды; г) наличием неисправных смесителей типа «ёлочка», допускающих перетекание воды из стояков холодного водопровода в стояки горячего водопровода. ЛЕКЦИЯ 6 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 6.1. ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 6.2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 6.3. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ОСНОВНЫХ СХЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В нашей стране, основная территория которой расположена в суровой климатической зоне, большое значение имеет также обеспечение потребителей тепловой энергией. Достаточно сказать, что средняя температура отопительного периода изменяется от + 7,6°С (Батуми) до — 24,8°С (Усть-Нера, Якутская АССР), а расчетная температура для проектирования систем отопления — от — ГС (Батуми) до — 60°С (Верхоянск) с продолжительностью отопительного периода от 103 (Сочи) до 365 суток (бухта Тикси). В настоящее время происходит стремительный рост теплового потребления: Удельный вес потребления тепловой энергии городскими поселениями (города и поселки городского типа) устойчиво сохраняется на уровне 80%. Заметно растет потребление тепловой энергии сельскохозяйственным производством. 14 Основное потребление тепловой энергии в городском хозяйстве приходится на промышленность (около 70 %). На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Современные промышленные предприятия требуют на ведение технологических процессов большое количество тепловой энергии, в ряде случаев значительно превосходящее другие потребности. Так, доля расходов тепла на технологические процессы в общем годовом расходе составляет: для нефтеперерабатывающей промышленности — 90—97%, текстильной (производство шерсти и трикотажа) —80—90%; резиновой, коже-венно-обувной — 70—80%; текстильной (хлопчатобумажной)-— 70— 78%; пищевой — 68—78%; основной химии — 70—75%,; электротехнической — 50—60 %„ В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. Удельный вес горячего водоснабжения составляет в среднем 20% достигая в южных районах страны 30—40%. Удельный вес тепловой энергии на вентиляцию в настоящее время незначителен — около 5%, однако имеет тенденцию к увеличению в связи со значительным расширением строительства общественных зданий различного назначения. В систему теплоснабжения входят теплоприготовительные установки, трубопроводы, насосы, теплопотребляющие приборы и оборудование, регулирующая, сигнализирующая и регистрирующая аппаратура, устройства автоматики. Работа всех этих элементов основана на ряде тесно сплетающихся явлений и законов физики, химии, механики, гидравлики, термодинамики и теплопередачи. Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого (до 150°С) и среднего (до 350°С) потенциала нескольких потребителей от одного или нескольких источников. Источником тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные (РК.) и квартальные котельные. Тепловая энергия отпускается потребителям в виде горячей воды и водяного пара. Для снабжения тепловой энергией жилищнокоммунального сектора в качестве теплоносителя применяют воду, а для снабжения промышленных предприятий наряду с водой часто используют водяной пар. Параметры теплоносителя зависят от вида потребителей тепловой энергии и обосновываются технико-экономическим расчетом. Различают два вида теплоснабжения – централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах). 15 В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы: 1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий; 2. районное – ТС городского района; 3. городское – ТС города; 4. межгородское – ТС нескольких городов. Процесс ЦТС состоит из трех операций – подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН. Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения. Различают две основные категории потребления тепла. 1. Для создания комфортных условий труда и быта ( коммунальнобытовая нагрузка ). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование. 2. Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка). По уровню температуры тепло подразделяется на: - низкопотенциальное, с температурой до 150 0С; - среднепотенциальное, с температурой от 150 0С до 400 0С; - высокопотенциальное, с температурой выше 400 0С. Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 0С (в прямом трубопроводе), минимальная – 70 0С (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1.4 МПа. Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и РК по сравнению с местным печным и центральным отоплением от домовых котельных позволяет резко сократить расход топлива, улучшить тепловой комфорт и уменьшить загрязнение воздушного бассейна, снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Началом централизации систем теплоснабжения следует считать 1818 г. Англичанин Тредгольд описывает смонтированную в том же году паровую систему высокого давления, отапливавающую целую группу оранжерей от общей котельной, отстоящей от наиболее удаленной оранжереи на 127 м. В 1830 г. в Германии появилась первая система парового отопления, в которой был использован выхлопной пар паровой машины. Хорошие технико-экономические показатели централизации источников тепла для силовых и отопительных целей были получены в США. В 1878 г. в 16 г. Локпорте (штат Нью-Йорк) осуществлена первая районная система теплоснабжения 210 домов с использованием для этой цели пара паровых машин. Первоначальная длина подземных паропроводов составляла 2 км. В это же время было осуществлено насосно-водяное отопление, совмещенное с горячим водоснабжением большой группы домов в Бантедте (штат НьюЙорк). Следующей страной, осуществившей центральное теплоснабжение, была Германия. Здесь система централизованного парового теплоснабжения появилась в 1900 г. в г. Дрездене. Пар с давлением 0,8 МПа подавался на расстояние 1050 м к двенадцати потребителям. В начале XX в. в связи с серийным производством электродвигателей получает развитие центральное водяное теплоснабжение. Однако капиталистический строй с его частной собственностью на землю и средства производства создавал серьезные препятствия для развития централизованного теплоснабжения в крупных масштабах. В дореволюционной России теплоснабжение находилось на низком техническом уровне. В большинстве домов были комнатные печи. На каждом предприятии строилась своя отдельная котельная. Имелось лишь несколько фабрично-заводских теплосиловых установок, отработавший пар которых использовался для теплоснабжения (Трехгорная мануфактура, Даниловская кам-вольно-прядильная фабрика и др.). Прогрессивными русскими учеными неоднократно предпринимались попытки использовать теплофикационные установки не только для теплоснабжения промышленных предприятий, но и для теплоснабжения жилых и общественных зданий. К ним следует отнести систему теплоснабжения ряда корпусов городской детской больницы, осуществленную в 1903 г. по проекту А. К. Павловского и В. В. Дмитриева. Только при социалистической системе народного хозяйства появились все условия для наиболее эффективного развития централизованного теплоснабжения на базе крупных теплоэлектроцентралей и районных котельных. Отсутствие частной собственности на землю, здания и сооружения жилого, промышленного и культурно-бытового назначения позволяет в плановом порядке рационально строить и эксплуатировать теплоснабжающие установки, руководствуясь при этом исключительно соображениями общегосударственной целесообразности планомерного развития отраслей народного хозяйства. В настоящее время СССР занимает первое место в мире как по общей протяженности тепловых сетей, так и по мощности теплофикационных установок (табл. В.З). Идея широкого применения комбинированной выработки электрической и тепловой энергии была заложена еще в Государственном плане электрификации России (ГОЭЛРО), разработанном по инициативе В. И. Ленина и одобренном VIII Всероссийским съездом Советов в декабре 1920 г. 17 Начало советской теплофикации было положено в 1924 г., когда по инициативе проф. В. В. Дмитриева и инж. Л. Л. Гинтера были сооружены теплопроводы от 3-й Ленинградской электростанции к тепловым потребителям на набережной р. Фонтанки. Эта станция стала прообразом будущих отопительных ТЭЦ. 25 ноября 1924 г. по теплопроводам впервые была подана тепловая энергия. С того времени централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и районных котельных прошло в СССР бурный путь развития. В настоящее время в стране работает свыше 1000 ТЭЦ, снабжающих теплом более 800 городов, промышленных районов и населенных пунктов. Теплофикация достигла значительного развития в большинстве новых промышленных районов и городов. В таких городах, как Ангарск, Краснотурьинск, Волжский, Норильск и другие, ТЭЦ обеспечивают около 90% суммарного теплового потребления. Теплоснабжение большинства вновь сооружаемых крупных промышленных предприятий и жилых районов ориентируется на мощные ТЭЦ и крупные районные котельные. Высокая степень централизованного теплоснабжения достигнута также в большинстве давно существующих крупных городах нашей страны: Москве, Ленинграде, Киеве, Харькове, Ташкенте, Новосибирске, Куйбышеве, Свердловске, Минске. Например, Москва с населением более 8 млн. чел. и суммарной тепловой нагрузкой около 35 тыс. МВт имеет крупнейшую в мире систему централизованного теплоснабжения, которая в настоящее время обеспечивает около 85% всей потребности города в тепловой энергии на коммунальные нужды. ЛЕКЦИЯ 7 ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕ 7.1. ВИДЫ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК 7.2. СЕЗОННЫЕ И КРУГЛОГОДОВЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ 7.3. ГРАФИКИ НАГРУЗОК 7.4. ГРАФИК ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ В системах централизованного теплоснабжения тепло расходуется на отопление зданий, нагревание приточного воздуха вентиляции и кондиционирования, горячее водоснабжение, а также технологические процессы промышленных предприятий. Тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию зависят от температуры наружного воздуха и климатических условий района (солнечной радиации, скорости ветра, влажности воздуха). Если температура наружного воздуха равна или выше нормируемой температуры воздуха в 18 отапливаемом помещении, то тепловая энергия для отопления и вентиляции не требуется. Таким образом, в системах отопления и вентиляции тепло расходуется не непрерывно в течение года, а только при низких температурах наружного воздуха. Поэтому таких потребителей называют сезонными. Тепловая энергия в системах горячего водоснабжения и в технологических процессах промышленных предприятий расходуется непрерывно в течение года и мало зависит от температуры наружного воздуха. Поэтому тепловые нагрузки на горячее водоснабжение и технологические нужды считаются круглогодовыми тепловыми нагрузками. Только некоторые технологические процессы (сушка зерна, фруктов, консервирование сельскохозяйственных продуктов и т. д.) связаны с сезонным потреблением тепловой энергии. Для сезонного теплового потребления характерны особенности: 1) тепловые нагрузки изменяются в зависимости от температуры наружного воздуха; 2) годовые расходы тепла (по метеорологическим особенностям) имеют значительные колебания; 3) изменения тепловой нагрузки на отопление в течение суток (за счет теплоустойчивости наружных ограждений зданий) незначительны; 4) расходы тепловой энергии для вентиляции по часам суток могут изменяться в зависимости от сменности и режимов работы предприятий. Расчетные тепловые нагрузки при проектировании тепловых сетей определяются по данным конкретных проектов нового строительства, а существующих – по фактическим тепловым нагрузкам. При отсутствии информации для существующей застройки населенных пунктов и действующих промышленных предприятий тепловая нагрузка определяется по проектам с уточнением по фактическим тепловым нагрузкам. Для намечаемых к строительству промышленных предприятий – по укрупненным нормам развития профильного производства или по проектам аналогичных производств. Для намечаемых к застройке жилых районов расчетная тепловая нагрузка определяется по укрупненным показателям плотности размещения тепловых нагрузок или по удельным тепловым характеристикам зданий и сооружений согласно генеральным планам застройки районов населенного пункта. В том случае, если номенклатура зданий не указывается, а планировка района представляется на генплане укрупненно с разметкой площадок квартальных застроек, мест размещения узла, от которого должно начинаться проектирование тепловых сетей, тепловую нагрузку района в этом случае определяют по укрупненным измерителям, исходя из заданного числа жителей, проживающих в районе, или жилой площади в кварталах. 19 Расчет тепловой нагрузки района по укрупненным измерителям допускается выполнять в соответствии с нормами проектирования . Расчетная тепловая нагрузка на отопление жилых и общественных зданий по укрупненным показателям рассчитывается по формулам: Q0  ж   aq0 F Q0 o   kQ0 ж  где Q0 ж  , Q0 o  - расчетные расходы теплоты соответственно жилых и общественных зданий, кВт; на отопление a– коэффициент, учитывающий потери теплоты при транспортировке теплоносителя, принимаемый равным 1,04...1,08 [3]; q 0 – удельный расход теплоты на отопление, определяемый по рис. 2 в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления, кВт/м2; 2 F - общая жилая площадь в районе города, м ; k - коэффициент расхода теплоты на общественных зданий, принимаемый равным 0,25. отопление ЛЕКЦИЯ 8 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 8.1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 8.2. ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. Каждая система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепловой энергии, тепловой сети, абонентских вводов и местных систем потребителей тепла. Системы теплоснабжения с различными устройствами и назначениями элементов классифицируют по признакам: источнику приготовления тепла; роду теплоносителя; способу подачи воды на горячее водоснабжение; количеству трубопроводов тепловых сетей; способу обеспечения потребителей тепловой энергией и др. По роду теплоносителя различают водяные и паровые системы теплоснабжения. 20 Водяные системы применяют в основном для теплоснабжения сезонных потребителей и горячего водоснабжения, а в некоторых случаях и для технологических процессов. В нашей стране водяные системы теплоснабжения по протяженности составляют около 48% от общей длины всех тепловых сетей. По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делят на закрытые и открытые. В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения. В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей. По количеству трубопроводов различают однотрубные и многотрубные системы теплоснабжения. По способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители тепла присоединяют непосредственно к тепловым сетям (рис. II.I), Узлы присоединения потребителей тепла к тепловым сетям называют абонентскими вводами. На абонентском вводе каждого здания устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, арматуру, контрольно-измерительные приборы для регулирования параметров и расходов теплоносителя по местным отопительным и водоразборным приборам. Поэтому часто абонентский ввод называют местным тепловым пунктом (МТП). Если абонентский ввод сооружается для отдельной, например технологической установки, то его называют индивидуальным тепловым пунктом (ИТП). Непосредственное присоединение отопительных приборов ограничивает пределы допустимого давления в тепловых сетях, так как высокое давление, необходимое для транспорта теплоносителя к конечным потребителям, опасно для радиаторов отопления. В силу этого одноступенчатые системы применяют для теплоснабжения ограниченного числа потребителей от котельных с небольшой длиной тепловых сетей. В многоступенчатых системах (рис. II.2) между источником тепла и потребителями размещают центральные тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в которых параметры теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей. ЦТП и КРП оборудуются насосными и водонагревательными установками, регулирующей и предохранительной арматурой, контрольноизмерительными приборами, предназначенными для обеспечения группы потребителей в квартале или районе теплом необходимых параметров. С помощью насосов или водонагревательных установок магистральные 21 трубопроводы (первая ступень) соответственно частично или полностью гидравлически изолируются от распределительных сетей (вторая ступень). Из ЦТП или КРП теплоноситель с допустимыми или установленными параметрами для местных потребителей по общим или отдельным трубопроводам второй ступени подается в ДОТП каждого здания. При этом в МТП производятся лишь элеваторное подмешивание обратной воды из местных отопительных установок, местное регулирование расхода воды на горячее водоснабжение и учет расхода тепла. Полная гидравлическая изоляция тепловых сетей первой и второй ступени является важнейшим мероприятием повышения надежности теплоснабжения и увеличения дальности транспорта тепла. Многоступенчатые системы теплоснабжения с ЦТП и КРП позволяют в десятки раз уменьшить число местных подогревателей горячего водоснабжения, циркуляционных насосов и регуляторов температуры, устанавливаемых в МТП при одноступенчатой системе. В ЦТП возможна организация обработки местной водопроводной воды для предупреждения коррозии систем горячего водоснабжения. Наконец, при сооружении ЦТП и КРП сокращаются в значительной мере эксплуатационные затраты и затраты «а содержание персонала для обслуживания оборудования в МТП. Эффективность водяных систем теплоснабжения во многом определяется схемой присоединения абонентского ввода, который является связующим звеном между наружными тепловыми сетями и местными потребителями тепла. ЛЕКЦИЯ 9 РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ГРАФИКИ 9.1. ЗАДАЧИ И ВИДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ 9.2. ЦЕНТРАЛЬНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ОДНОРОДНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ 9.3. ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей тепла, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов тепла многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход тепла на горячее водоснабжение и для ряда технологических процессов не зависит от температуры наружного воздуха, но изменяется как по часам суток, так и по дням недели, В этих условиях необходимо искусственное изменение пара- 22 метров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива. В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование. Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление. Групповое регулирование производится в центральных тепловых пунктах для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или во внутриквартальные сети. Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов. Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов, например у нагревательных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования. Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска тепла дополняется групповым, честным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование. Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском тепла и фактическим тепло, потреблением. По способу осуществления регулирование может быть автоматическим и ручным. Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса Q Gc 1   2  n  kFtn 3600 где Q — количество тепла, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой среде, кВт-ч; G — расход теплоносителя кг/ч; с — теплоемкость теплоносителя, кДж/кг-°С;  1 , 2 — температура теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; п — время, ч; k — коэффициент теплопередачи, кВт/м2-°С; F — поверхность нагрева теплообменника, м2; t температурный напор между греющей и нагреваемой средой, °С. Из уравнения следует, что регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами: изменением температуры теплоносителя — качественный метод; изменением расхода теплоносителя — количественный метод; 23 периодическим отключением систем — прерывистое регулирование; изменением поверхности нагрева теплообменника. Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей. Количественное регулирование отпуска тепла производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе. Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя. Прерывистое регулирование достигается периодическим отключением систем, т. е. пропусками подачи теплоносителя, в связи с чем этот метод называется регулированием пропусками. Центральные пропуски возможны лишь в тепловых сетях с однородным теплопотреблением, допускающим одновременные перерывы в подаче тепла. В современных системах теплоснабжения с разнородной тепловой нагрузкой регулирование пропусками используется для местного регулирования. В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение температур в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование паровых систем производится в основном количественным методом или путем пропусков. Однако периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению системы воздухом. Более эффективно местное или индивидуальное количественное регулирование. Режим регулирования водяных систем теплоснабжения зависит от многочисленных факторов, но основным является вид тепловой нагрузки и схемы узлов вводов абонентов. Регулирование отпуска тепла значительно упрощается при однородной тепловой нагрузке. В этих случаях можно ограничиться только центральным регулированием. Центральное регулирование отопительной нагрузки применяют в системах теплоснабжения с децентрализованным горячим водоснабжением. В таких системах отопление является основной тепловой нагрузкой. Центральное регулирование осуществляется в соответствии с потребностью тепла для отопления зданий при различных наружных температурах воздуха. При качественном регулировании задача расчета состоит в определении температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона. При количественном регулировании температура сетевой воды в подающем трубопроводе постоянна. Регулирование тепловой нагрузки осуществляется изменением расхода воды. Задачей расчета является определение расхода и температуры обратной воды в зависимости от 24 величины отопительной нагрузки. Расчетные выражения выводятся из общего уравнения регулирования. Основным достоинством количественного регулирования является сокращение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя. Это преимущество может быть использовано в магистральных трубопроводах двухступенчатых сетей, к которым абоненты присоединены по независимым схемам или с помощью смесительных насосных подстанций. При снижении расхода сетевой воды в магистральных сетях смесительные насосы, работающие с переменным коэффициентом смешения, увеличивают подачу воды из обратной магистрали. Благодаря этому в системах отопления сохраняется необходимый расход воды и тем самым устраняется основной недостаток количественного регулирования — разрегулировка отопительных систем. При качественно-количественном регулировании осуществляется изменение расхода и температуры сетевой воды в зависимости от величины отопительной нагрузки. ЛЕКЦИЯ 10 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 10.1. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ 10.2. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ВОДЯНЫХ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ, ПАРОПРОВОДОВ И КОНДЕНСАТОПРОВОДОВ 10.3. ТРЕБОВАНИЯ К ПОСТРОЕНИЮ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА 10.4. ПОДБОР НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В задачу гидравлического расчета входят: - определение диаметра трубопроводов; - определение падения давления (напора); - определение давлений (напоров) в различных точках сети; - увязка всех точек сети при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах. Задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках. При эксплуатации тепловых сетей возникает необходимость решения обратных задач по определению расходов теплоносителя на участках сети или давлений в отдельных точках при изменении гидравлических режимов. Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрических графиков, выбора схем абонентских вводов, подбора насосного оборудования, определения стоимости тепловой сети и других 25 целей. При движении теплоносителя по трубам потери давления складываются из гидравлических сопротивлений трения по длине трубопровода и местных сопротивлений: P  PЛ  PМ . Линейное падение давления рассчитывается по формуле PЛ  R Л l , где R Л – удельное падение давления на трение, Па м ; l – длина трубопровода в плане, м. Величина RЛ определяется из уравнения Д’Арси RЛ   2  2 d ,  - коэффициент трения;  - скорость теплоносителя, м с ;  3 плотность теплоносителя, кг м ; d – внутренний диаметр трубы, м. где При турбулентном режиме движения теплоносителя, при котором обычно работают тепловые сети, коэффициент трения рассчитывается по формуле проф.Б.Л. Шиффинсона К    0,11 э   d  0 , 25 , где К Э абсолютная эквивалентная шероховатость труб ,м Под абсолютной эквивалентной шероховатостью трубы понимается равномерная зернистая шероховатость, выступы которой имеют одинаковую форму и размеры, потери давления в которой такие же, как в реальных, имеющие неравномерные выступы, наросты таких же размеров. Величина абсолютной эквивалентной шероховатости новых труб принимается:0,2мм – для паропроводов; 0,5мм – для водяных сетей; 1,0мм – для конденсатопроводов. Заменяя в (5.3) скорость теплоносителя массовым расходом по формуле G1    2 d   0,785d 2  , 4  откуда найдем G1 0,785d 2  , 26 где G – массовый расход теплоносителя , кг с . Подставляя в (5.3) значения (5.4) и (5.5), после преобразования получим R Л  0,0894 К 0 , 25 Э G12 d 5, 25   AR G12 d 0, 25  , 0 , 25 0 , 25 где АR  0,0894К Э , м . Местные потери давления представляются по формуле PМ  R Л l Э , где l Э – эквивалентная длина местного сопротивления, м. Под эквивалентной длиной местного сопротивления понимается такая длина прямого участка трубы, в котором потери давления на трение равны потерям давления в рассматриваемом местном сопротивлении. Таким образом равенство (5.1) представляет собой P  R Л l  R Л l Э  R Л (l  l Э )  R Л l (1   ) , где   l Э l – коэффициент местного сопротивления . В предварительных расчетах, когда не известны диаметры труб, доля потерь давления в местных сопротивлениях может быть ориентировочно определена по формуле Б. Л. Шифринсона  СР  z G , где z - коэффициент, для водяных сетей z  0,01, для паровых сетей z  0,05  0,1 ; G—расход теплоносителя в начальном участке разветвленного теплопровода, т/ч. Гидравлический расчет тепловых сетей (водяных, паровых и конденсатопроводов) производится по единой методике вначале по магистральному направлению , затем по ответвлениям. Расчет выполняется в два этапа: предварительно и окончательно. Предварительный расчет выполняется с целью определения диаметров трубопровода для транспортировки теплоносителя с допустимой скоростью при экономических удельных потерях давления. Расчет ведется в следующей последовательности. 1. Принимается из литературы или определяется по формуле 27 ориентировочное значение коэффициента местных потерь давления на расчетном участке. 2. Определяется среднее линейное удельное падение давления в сети P R лср  ,  l (l   ) ср где R л - среднее удельное падение давления, Па/м; P – падение давления от начала сети до конечного потребителя, Па;  l – общая длинна магистрального трубопровода или ответвления, м. 3. Определятся средняя плотность теплоносителя на расчётном участке  ср  н  х 2 , где  Н ,  К – плотность теплоносителя в начале и в конце расчетного 3 участка (для жидкости  Н   К ), кг м . СР 4. По известным расходам теплоносителя и R Л с помощью таблиц, монограмм или по формулам определяется необходимый диаметр трубопровода. Окончаельный (поверочный) расчет 1. Предварительно найденный диаметр трубопровода округляют до ближайшего большего стандартного размера. 2. Для стандартного диаметра трубы уточняется удельное падение давления по формуле (5.6) 3. Уточняется эквивалентная длина местных сопротивлений. Для этого из справочной литературы для стандартных диаметров труб принимается расстояние между неподвижными опорами, по которому определяется количество компенсаторов на участке и их эквивалентная длина, а также эквивалентная длина других местных сопротивлений. 4. Определяется число Рейнльдса Re и сравнивается с предельно допустимыми Re ПР (для определения области работы трубопровода). Для магистральных участков и крупных ответвлений паропроводов расчетную область работы можно не делать, считая, что эти участки работают в квадратичной области. 5. Определяются потери давления (напора), тепловые потери на расчетном участке и средняя плотность теплоносителя. 6. Сопоставляется предварительно принятая и полученная расчетом средняя плотность. При расхождении более  5% задаются более близкими значениями этих величин и повторяют поверочный расчет. Несмотря на типичность методики гидравлического расчета теповых сетей имеются специфические особенности, знакомство с которыми упрощает 28 расчет особенно при использовании таблиц и номограмм. ЛЕКЦИЯ 11 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 11.1. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ 11.2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА 11.3. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 11.4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ НА АБОНЕНТСКИХ ВВОДАХ Гидравлическим режимом определяется взаимосвязь между расходом теплоносителя и давлением в различных точках системы в данный момент времени. Расчетный гидравлический режим характеризуется распределением теплоносителя в соответствии с расчетной тепловой нагрузкой абонентов. Давление в узловых точках сети и на абонентских вводах равно расчетному. Наглядное представление об этом режиме дает пьезометрический график, построенный по данным гидравлического расчета. Однако в процессе эксплуатации расход воды в системе изменяется. Переменный расход вызывается неравномерностью водопотребления на горячее водоснабжение, наличием местного количественного регулирования разнородной нагрузки, а также различными переключениями в сети. Изменение расхода воды и связанное с ним изменение давления приводят к нарушению как гидравлического, так и теплового режима абонентов. Расчет гидравлического режима дает возможность определить перераспределение расходов и давлений в сети и установить пределы допустимого изменения нагрузки, обеспечивающие безаварийную эксплуатацию системы. Гидравлические режимы разрабатываются для отопительного и летнего периодов времени. В открытых системах теплоснабжения дополнительно рассчитывается гидравлический режим при максимальном водоразборе из обратного и подающего трубопроводов. Расчет гидравлического режима базируется на основных уравнениях гидродинамики. В тепловых сетях, как правило, имеет место квадратичная зависимость падения давления  Р (Па) от расхода: P  SV 2 где S — характеристика сопротивления, представляющая собой падение давления при единице расхода теплоносителя, Па/(м/3ч)2; V — расход теплоносителя, м3/ч. 29 Значение характеристики сопротивления находится из совместного решения уравнений S l  l  P R л l  l э    As 5, 25э  2 2 V V d As  0,0894 k э0.25 z2 где z = 3600 с; As — постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости стенок трубопроводов: Как следует из уравнений характеристика сопротивления зависит от геометрических размеров сети, шероховатости стенок трубопроводов и плотности теплоносителя. При известных расходах и соответствующим им потерям давления характеристика сопротивления находится из уравнения . Графическое изображение потерь напора от расхода является характеристикой сети. Характеристика тепловой сети представляет собой квадратичную параболу, проходящую через начало координат. Пересечение характеристики сети с характеристикой насоса (точка А) определяет режим работы насоса на данную сеть. В процессе эксплуатации характеристика сопротивления сети изменяется в связи с присоединением новых абонентов, отключением части нагрузки, при изменении шероховатости стенок трубопроводов. В расчетах различных гидравлических режимов пользуются уже известными геометрическими размерами трубопроводов тепловых сетей. Поэтому потери напора в сетях рассчитываются с использованием удельной гидравлической характеристики сопротивления трубопровода. Гидравлическая характеристика сопротивления системы (Sс) представляет собой сумму характеристик сопротивления источника теплоснабжения (Sи) и тепловой сети (Sтс): . 30 ЛЕКЦИЯ 12 НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ НА ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ 12.1. НАСОСНЫЕ ПОДСТАНЦИИ КЛАССИФИКАЦИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ. НА ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ. 12.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ С НАСОСНЫМИ ПОДСТАНЦИЯМИ 12.3.ПЕРЕМЫЧКА СЕТЕВОГО НАСОСА Работа крупных тепловых сетей при сложных рельефах местности практически невозможна без подстанций. С их помощью облегчается решение таких инженерных задач, как повышение пропускной способности действующих сетей, увязка гидравлических режимов, увеличение радиуса действия сетей, расширение возможностей центрального регулирования и др. Насосные подстанции подразделяются на подкачивающие и смесительные. Подкачивающие подстанции устраиваются на подающих и обратных трубопроводах для повышения или снижения напоров. Подстанции на обратном трубопроводе обычно предусматриваются при значительном понижении рельефа местности в направлении от источника тепла до потребителей или при большой протяженности сетей. Гидравлические режимы сетей с насосными подстанциями изменяются различно в зависимости от наличия или отсутствия на абонентских вводах регуляторов расхода. Во всех случаях давление в обратном трубопроводе при выключенной насосной подстанции для концевых потребителей может превысить пределы прочности отопительных приборов. Включение в работу насосной подстанции при неавтоматизированных абонентских вводах приводит к увеличению общего расхода воды в сетях и росту потерь напора, в связи с чем уклоны пьезометрических линий увеличиваются. Поэтому располагаемые напоры на участках между ТЭЦ и подстанцией уменьшаются, а на участках между подстанцией и концевым потребителем—увеличиваются. В результате наблюдается несоответственная разрегулировка абонентских систем. На абонентских вводах с регуляторами расхода (РР) включение насосной подстанции не изменяет расхода воды в сети. В результате уклоны пьезометрических линий остаются неизменными, но на участках между подстанцией и концом сети напор в обратном трубопроводе уменьшается на величину напора, развиваемого насосами подстанции. Включение насосной подстанции на обратной магистрали дает возможность увеличить недостаточный располагаемый напор у концевых абонентов. Насосная подстанция разделяет тепловую сеть на две зоны с самостоятельными гидравлическими режимами. 31 Насосные подстанции на подающем трубопроводе применяют при значительном подъеме рельефа местности в направлении от источника тепла к потребителям, а также при большой протяженности сетей. Разность геодезических отметок тепловой станции и потребителей может составлять несколько десятков и даже сотен метров. При едином для всей сети статическом напоре может произойти опорожнение у одних и раздавливание отопительных приборов у других потребителей. Поэтому тепловая сеть разбивается на независимые в статическом отношении зоны. Циркуляцию воды можно обеспечить сетевым насосом. Но такое решение не всегда экономически и технически целесообразно, так как большой напор насоса удорожает теплофикационное оборудование станции, увеличивает расход электроэнергии на перекачку теплоносителя и повышает опасность разрыва подающих трубопроводов и оборудования абонентских вводов на ближайших к источнику тепла участках. С включением насосных подстанций на подающем трубопроводе уклоны пьезометрических линий на графике давления изменяются лишь при отсутствии на абонентских вводах регуляторов расхода. Подкачивающие подстанции могут быть установлены одновременно на обеих магистралях. Смесительные подстанции предназначены для понижения температуры сетевой воды с целью перехода с высокотемпературных графиков регулирования на более низкие путем подмешивания обратной воды. Смесительные подстанции устанавливают на транзитных магистралях или на ответвлениях распределительных трубопроводов. При этом насосы размещают на перемычке между подающим и обратным трубопроводами, и они служат для подачи обратной воды к клапанам смешения, установленным на подающем трубопроводе. Смесительные подстанции применяют часто для автономного теплоснабжения рабочих районов, подключаемых к тепловым сетям промышленных предприятий, в которых принят температурный график регулирования, недопустимый для отопления жилых домов. Смесительные подстанции наиболее эффективны в крупных двухтрубных, а также в однотрубных системах дальнего теплоснабжения, когда в магистральных сетях температура сетевой воды превышает 150°С или когда большие группы потребителей не могут использовать сетевую воду с температурой 150°С. Дросселирующие подстанции используют для понижения давления теплоносителя к группам потребителей, расположенных на местности с большой разностью геодезических отметок. Уменьшение давления производят на отдельных участках магистральных трубопроводов. 32 ЛЕКЦИЯ 13 ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 13.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ 13.2. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ 13.3. ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ НЕЗАВИСИМОГО ПОДКЛЮЧЕНИЯ 13.4. КОМБИНИРОВАННЫЕ ТИПЫ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ 13.5. ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ Тепловой пункт— комплекс оборудования, автоматических регуляторов и контрольно-измерительных приборов, обеспечивающий подачу теплоносителя потребителям с требуемыми параметрами. Тепловые пункты — конечные сооружения на тепловых сетях, располагаются перед потребителями теплоты в отд. стоящих спец. зданиях или в отведенных помещениях зданий—потребителей теплоты. В тепловых пунктах осуществляется дополнительное регулирование параметров (температуры, давления, расхода) теплоносителя. В закрытых системах теплоснабжения в теплообменных аппаратах тепловых пунктов водопроводную воду подогревают для горячего водоснабжения. В таких случаях целесообразно на тепловых пунктах осуществлять водоподготовку для уменьшения кислородной коррозии труб. У открытых систем теплоснабжения вместо теплообменных аппаратов на тепловых пунктах устанавливают смесительные, устройства, в которых смешивается горячая и охлажденная вода, отбираемая из подающего и обратного теплопроводов. В тепловых пунктах теплоноситель распределяется между потребителями, которыми являются отопительные приборы систем отопления, калориферы вентиляции и систем кондиционирования воздуха, теплообменники горячего водоснабжения. Подготовка теплоносителя для каждого из них имеет различную степень централизации. Если в тепловых пунктах зданий подготавливается теплоноситель только для систем отопления и вентиляции, то такие тепловые пункты называются абонентскими вводами. Для подготовки горячей воды необходимы теплообменники и насосы для закрытых систем, что существенно осложняет оборудование тепловых пунктов. Поэтому тепловые пункты выполняют централизованно для группы зданий. Такие тепловые пункты называют центральными тепловыми пунктами. Если горячая вода подготавливается только для одного здания, теплообменники горячего водоснабжения размещают вместе с обо- 33 рудованием для отопления и вентиляции в индивидуальных тепловых пунктах. Поскольку оснащение центральных и индивидуальных тепловых пунктов автоматикой и др. средствами управления требует значительных затрат, целесообразно эти функции сосредоточить в более крупных тепловых пунктах. Отсюда — двухступенчатая система тепловых пунктов с разделением функций между ними. Могут быть различные схемы построения. Часто оборудование, связанное с управлением, располагают тепловых пунктах первой ступени — районных или крупных центральных. В тепловых пунктах первой ступени устанавливают подмешивающие насосы для поддержания стабильного гидравлического режима в квартальных сетях при аварийных ситуациях на магистральных теплопроводах. Районные тепловые пункты часто называют групповыми. Их проектируют тепловой мощностью в 30— 50 МВт. Приготовление в них воды для горячего водоснабжения нецелесообразно, т.к. при этом надо развивать 4-трубную тепловую сеть в микрорайонах, что экономически невыгодно и неприемлемо с градостроительных позиций. Поэтому им передают функции управления и стабилизации гидравлического режима в микрорайонах при нормальных эксплуатационных условиях и аварийных ситуациях. Эти функции могут быть переданы центральным тепловым пунктам, имеющим обычно тепловую мощность более 10 МВт, что потребует увеличения единиц оборудования для автоматизации и управления. Но мере увеличения его выпуска 2-ступенчатая схема, состоящая из центрального теплового пункта и абонентских вводов, будет конкурентоспособна системе с районными тепловыми пунктами. Теплообменные аппараты горячего водоснабжения размещают во второй ступени тепловых пунктов ближе к обслуживаемым зданиям: в центральные тепловые пункты при системе "районные— центральные тепловые пункты" или в индивидуальные тепловые пункты при системе "центральные — индивидуальные тепловые пункты ". В последнем случае циркуляционные насосы должны быть бесшумными. Это относится и к насосам систем отопления. Разделение функций между двумя иерархиями тепловых пунктов создает более гибкую систему управления и эксплуатации, что оправдывается экономически. В абонентских вводах и индивидуальных тепловых пунктах располагаются узлы присоединения систем отопления и калориферов систем вентиляции. В узле системы отопления снижают температуру поступающего из тепловой сети теплоносителя до величины, допустимой в этих системах, и создают необходимый напор для циркуляции. В большинстве случаев используют элеватор, где требуемая температура воды обеспечивается необходимой пропорцией смешения. Если необходимого перепада давлений между подающей и обратной линиями нет, вместо элеватора применяют подмешивающий насос. Оба узла 34 присоединения характеризуются тем, что теплоноситель из тепловых сетей поступает в системы отопления. ЛЕКЦИЯ 14 НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 14.1. НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 14.2. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 14.3.ОЦЕНКА СОСТОЯНИЙ СИСТЕМЫ ПРИ ЕЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ 14.4. ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ. ПОТОК ОТКАЗОВ Современные централизованные системы теплоснабжения представляют собой большие энергетические системы, источниками тепла которых являются крупные ТЭЦ, АТЭЦ, районные котельные. Выработанная теплота транспортируется и распределяется по тепловым сетям между потребителями. Тепловая мощность крупных ТЭЦ составляет 1000—3000 МВт, общая протяженность магистральных и распределительных сетей - более 200 тыс. км. Примерно 70% теплоты доставляется потребителям с помощью централизованных систем теплоснабжения и лишь около 7% системами отопления с местными генераторами тепла. Системы теплоснабжения имеют большое экономическое и социальное значение, обеспечивая нормальную жизнедеятельность населения страны, поэтому к надежности их функционирования предъявляются особо высокие требования. Как известно, с увеличением производительности любой технической системы падает ее надежность, но требования к надежности растут - это является одним из противоречий, связанных с развитием систем. Следовательно, обеспечение надежности теплоснабжения является актуальной проблемой, значение которой возрастает с увеличением мощности теплоснабжающей системы. Система теплоснабжения обслуживает город, крупные промышленные предприятия или, в перспективе, агломерации городов. С позиций страны в целом она является локальной, но как система имеет свою пространственную иерархию в построении. Так, крупную систему теплоснабжения можно разделить на три иерархических уровня: верхний уровень включает источники тепла, средний уровень представляют магистральные тепловые сети с насосными подстанциями, низший уровень состоит из распределительных тепловых сетей и вводов к потребителям тепла. Расчет надежности верхнего иерархического уровня — источников тепла представляет задачу самостоятельную, учитывающую особенности их структуры, в частности, такие существенные характеристики, как многоагрегатность, 35 наличие дублирующих резервов, возможность форсирования режима работы теплоагрегатов. Указанные характеристики существенно отличаются от характеристик сетей, в том числе от методов их резервирования. Так как в итоге надежность всей системы теплоснабжения определяется требуемой надежностью подачи тепла потребителям, поэтому, следуя по взаимосвязанной цепочке иерархических уровней ЦСТ от потребителя к верхнему уровню, можно сделать вывод, что каждый уровень задает условия надежности своему верхнему уровню, а общая совокупность надежности всех уровней определит в конечном счете надежность теплоснабжения потребителей. Проблема надежности систем тепловых сетей является сложной и многогранной. Для ее решения необходимо рассмотреть ряд больших задач, основными из которых являются: 1) повышение качества элементов систем, в основном качества теплопроводов, для чего необходимо разработать такие конструкции прокладок которые обеспечивали бы защиту тела трубы от коррозии, исключали намокание теплоизоляционного слоя. Каналы должны быть обеспечены дренажем поверхностных вод, попадающих в них. Во избежание внутренней коррозии подпитку тепловых сетей производить химически очищенной и деаэрированной водой. Повышение качества элементов снизит значения параметров потоков отказов элементов сетей; 2) ввиду практической невозможности строительства аб солютно надежных тепловых сетей и учитывая, что элементы тепловых сетей периодически отказывают, для обеспечения надежного теплоснабжения необходимо резервирование. Для сокращения расходов на резервирование необходимо струк туру сетей проектировать соответственно требованиям надеж ности, вводить в системы структурный и транспортный ре зервы; 3) надежность теплоснабжения может быть обеспечена толь ко в том случае, если система тепловых сетей будет управляе-, мой. Таким образом, управляемость сети является категорией общего понятия надежности. Управляемость сети обеспечи вается принятой схемой сети и автоматизацией ЦСТ; 4) в процессе эксплуатации сети должно быть обеспечено управление надежностью, имея в виду в основном, надзор за состоянием системы, профилактические и капитальные ре монты, регулярные испытания тепловых сетей, отладку гид равлических режимов при развитии системы, управление экс плуатационными и аварийными гидравлическими и тепловы ми режимами. 36 ЛЕКЦИЯ 15 ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 15.1. РЕЖИМ РАБОТЫ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 15.2. УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ СИСТЕМЫ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ 15.3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ В жилых и производственных зданиях необходимо поддерживать нормативные условия микроклимата, что будет способствовать снижению числа заболеваний проживающих и работающих, улучшению их самочувствия, повышению производительности труда и качества продукции. Фактором, в наибольшей степени определяющим комфортность условий труда и быта, является температура воздуха в помещениях. Необходимо отметить, что недостаточно отапливаемые здания быстрее разрушаются вследствие нарушения температурно-влажностного режима эксплуатации их конструкций. Технологические процессы получения и хранения ряда продуктов, изделий и веществ также требуют строгого поддержания заданной температуры помещений. Требования к диапазону изменения температуры воздуха в помещениях определяются нормативными документами. В аварийных ситуациях (прекращение циркуляции теплоносителя в системе и перевод потребителей на лимитированное отопление) допустимо кратковременное снижение температуры в помещениях ниже требуемой. Здание и система отопления в такой ситуации начинают остывать, но благодаря их теплоаккумулирующей способности этот процесс протекает инерционно. В задачу организации поддержания требуемой температуры входит обеспечение таких технических характеристик системы, которые не позволяют опуститься температуре внутри помещений ниже заданного предела на время восстановительных работ. Исторически сложилось, что самым распространенным в России является водяное отопление. С начала ХХ века отопительные системы указанного типа доминируют на российском рынке. При водяной системе отопления тепло в отапливаемые помещения передается горячей водой через находящиеся в них отопительные приборы. Обычно используют две системы водяного отопления: с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. Естественная циркуляция применяется только в небольших по объему производственных зданиях. В системе указанного типа вода циркулирует за счет разности температур и плотности нагретой источником тепла воды и 37 остывшей в отопительных приборах и трубопроводах. Основным достоинством этой системы является отсутствие электромеханических компонентов, обеспечивающих принудительную циркуляцию теплоносителя, что влечет за собой снижение стоимости отопления и обеспечивает ее относительную независимость при отключении электропитания. С другой стороны, она требует труб увеличенного диаметра и сложна в настройке. Кроме того, в системе с естественной циркуляцией имеют место повышенная инерционность и пониженная теплоотдача. В системе водяного отопления с принудительной циркуляцией движение теплоносителя осуществляется в основном за счет действия циркуляционного насоса, который встраивают в контур системы отопления. Принудительная циркуляция имеет ряд несомненных преимуществ по сравнению с естественной циркуляцией с точки зрения эффективности функционирования и целесообразности реализации особенно в зданиях производственного назначения, где для обеспечения комфортной среды широко используются прерывистый и дежурный режимы процесса отопления. Реализация этих режимов, а также возможности обеспечения температуры внутри помещений на уровне требований нормативных документов в течение отопительного периода с целью повышения производительности труда работающих, осуществимы только при создании повышенной скорости теплоносителя с использованием механического побуждения при использовании устройств управления (УУ) в составе автоматизированных систем управления температурным режимом, которые заметно повышают качество их функционирования. В качестве объекта исследования эффективности и надежности из множества возможных реализаций выбрана автоматизированная центральная низкотемпературная система водяного отопления с предельной температурой теплоносителя (горячей воды)  г  100 о С . Типовая структура автоматизированной системы отопления приведена на рис.1.1 38 Возмущающие воздействия окружающей среды ~ ТН, (г) ТЦ н, ~V и т.д. ТН, (г) АТП ТП ТН, (г) ОП в ТН, (о) ТИ ТН, (о) ТН, (о) ПП Рис. 1.1. Структурная схема автоматизированной системы управления отоплением производственного здания где ТЦ – тепловой центр (районная котельная, местный тепловой пункт с теплообменником); ТИ- элемент для получения теплоты (теплообменник); АТП – автоматизированный тепловой пункт с устройством управления УУ для регулирования отпуска тепла на отопление; ТП – теплопроводы, элементы для перемещения теплоносителя ТН между отопительными приборами; ОП – отопительные приборы, элементы для теплопередачи в помещения; ПП – производственные помещения. Режим работы и условия эксплуатации указанных элементов должны обеспечивать в помещениях заданную температуру воздуха  в в течение отопительного периода. Система отопления, как технологический объект управления, относится к системам с распределенными параметрами, что объясняет сложность управления ими по сравнению со многими другими техническими сооружениями, где для достижения конечного результата уже использованы известные классические методы управления, а также современное оборудование управления технологическими процессами. Рассматриваемая система водяного отопления, предназначена для отопления нескольких помещений из одного теплового центра. Теплоноситель ТН нагревается в теплоисточнике ТИ, находящемся в тепловом центре, до температуры  г и перемещается по теплопроводам ТП в отдельные помещения и, передав свой запас теплоты в них через отопительные приборы ОП, охлаждается до температуры  о и возвращается в тепловой центр. 39 ЛЕКЦИЯ 16 ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 16.1. ТРУБЫ, АРМАТУРА, ФАСОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 16.2. ОПОРЫ ТРУБОПРОВОДОВ И ИХ РАЗМЕЩЕНИЕ Из 185 тыс. км тепловых сетей, функционирующих в России 6,6 тыс. км или более 14 % подлежат замене. В ряде городов России на 100 км теплотрасс приходится до 400 аварий. Из-за низкого качества сетей теплоснабжения ежегодно теряется около 35 млн т у. т. Прямой ущерб при стоимости 1 т у. т. $70 составляет почти 70 млрд. руб. Ущерб России из-за изношенных трубопроводов, который непосредственно отражается на благосостоянии людей, оценивается сотнями миллиардов рублей. Трубы являются наиболее ответственными элементами тепловых сетей, поэтому современная техника строительства предъявляет к ним ряд эксплуатационных требований: 1)высокая прочность и герметичность, необходимые для безаварийного транспорта теплоносителя под большим давлением и с высокой температурой; 2)малый коэффициент линейного удлинения, обеспечивающий низкие термические напряжения при переменных температурных режимах теплоносителя; 3)антикоррозионная стойкость; 4)высокое термическое сопротивление стенок труб, способствующее сохранению тепла и температуры теплоносителя; 5)неизменность свойств материала труб при длительном воздействии высоких температур и давлений; 6)небольшая стоимость, простота монтажа, надежность соединения и хранения труб и др. Имеющиеся трубы не удовлетворяют в полной мере всей совокупности предъявляемых требований. Тепловые сети, транспортирующие высокопотенциальное тепло, сооружаются из стальных труб. Выбор и расчеты таких трубопроводов должны производится по требованиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды». Согласно этим правилам 40 подбор труб, запорно-регулирующей арматуры, фланцев и других устройств производится по условным давлениям и проходам. P Под условным давлением у понимается наибольшее, избыточное давление допустимое для длительной эксплуатации трубы или изделия при температуре 20C . С повышением температуры теплоносителя допустимое давление должно уменьшаться, и это давление называется рабочим. Связь P между рабочим раб и условным давлением определяется зависимостью Pраб  Pу , где  —коэффициент, принимаемый в зависимости от температуры. D Под условным проходом у подразумевается номинальный внутренний диаметр трубы или изделия. Трубы с каким-то условным диаметром имеют постоянный наружный диаметр и отличаются лишь толщиной стенки. В тепловых сетях применяются в основном бесшовные горячекатаные и электросварные трубы. Бесшовные горячекатаные трубы по ГОСТ 8732— 78 выпускаются с наружными диаметрами 32—426 мм. Электросварные прямошовные по ГОСТ 10706—76 и со спиральным швом по ГОСТ 8696—74 изготовляются с наружными диаметрами более 426 мм. Бесшовные горячекатаные и электросварные прямошовные трубы с калиброванными торцами допускается использовать при всех способах прокладки сетей. Электросварные со спиральным швом рекомендуются для воздушных и канальных прокладок. Стальные трубы соединяются между собой на электрической или газовой сварке. В действующем теплопроводе возникают многочисленные напряжения. Внутреннее давление теплоносителя вызывает в стенках труб растягивающие напряжения, направленные по оси трубы и по радиусу. Под действием собственной массы трубы, массы теплоносителя и тепловой изоляции в трубопроводе образуются изгибающие напряжения. Температурные деформации трубопровода вызывают сжимающие и изгибающие напряжения от трения опор, усилий гнутых компенсаторов и участков естественной компенсации. В узлах с пространственными изгибами трубопровода возможны скручивающие напряжения. В надземных и бесканальных прокладках на трубопроводы действуют дополнительные нагрузки от массы снега, давления ветра, грунта и транспорта. Расчет труб на прочность сводится к определению допустимого суммарного напряжения и толщины стенки трубы. Наружные водяные сети с давлением до 1,6 МПа и температурой до 200C рассчитываются на внутреннее давление по формулам: 41 Pраб d в n   рас 2S ; Pраб d в n  0,9 Т 2S , диаметр трубы, см; п—коэффициент перегрузки (п ==1,1); S—  толщина стенки трубы, см; рас —расчетное сопротивление металла трубы, Па;  Т —предел текучести, Па. Расчетное сопротивление металла трубы определяется по формуле  рас   вр K 1 m1 m 2 ,  вр —допустимое напряжение разрыву, Па; K 1 —коэффициент однородности металла при разрыве (для бесшовных труб K 1 =0,8, для где сварных—0,85); m1 —коэффициент условий работы металла при разрыве ( m1 ==0,8); m 2 —коэффициент условий работы трубопровода (для магистральных трубопроводов m 2 =0,6, для распределительных—0,75). Толщина стенки трубы определяется по формулам: Pраб d н n S 2( рас  nPраб ) ; Pраб d н n S 2(0,9 Т  nPраб ) , где d н —наружный диаметр трубы, см. По формулам (7.2)… (7.4) выбирается наименьшее напряжение и наибольшая толщина стенки трубы. Запорная, регулирующая и предохранительная арматура предназначена для регулирования режимов потребления тепла и управления работой тепловых сетей. Арматура изготовляется из сталей, чугуна, цветных металлов и пластмасс. В тепловых сетях чаще всего принимается стальная арматура. Чугун уступает по прочности стали, поэтому область применения чугунной арматуры ограничена давлением 0,07 МПа (для пара) и температурой 115С (для воды). Чугунная арматура должна размещаться на прямых участках труб, защищенных от изгибающих усилий. Ограничивается применение чугунной арматуры и на открытом воздухе с низкими отрицательными температурами , она более надежна в закрытых помещениях с постоянной температурой воздуха. Арматура из цветных металлов дефицитна, а пластмассовая— малопрочна, поэтому в сетях они не нашли широкого применения. 42 ЛЕКЦИЯ 17 КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ 17.1. КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ. 17.2. КОМПЕНСАТОРЫ, ИХ РАЗМЕЩЕНИЕ И РАСЧЕТ 17.3. КОНСТРУИРОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДОВ 17.4. КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ СПУСКНЫХ УСТРОЙСТВ Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов имеет исключительно важное значение при транспорте теплоносителя. При нагреве в стенке трубы возникают большие разрушающие напряжения. При отсутствии устройств, воспринимающих удлинения трубопроводов между неподвижными опорами, возникают большие напряжения, способные деформировать и разрушать трубы. Компенсация удлиннений труб производится различными устройствами, принцип действия которых можно разделить на две группы: 1) радиальные или гибкие устройства, воспринимающие удлинения теплопроводов изгибом (плоских) или кручением (пространственных) криволинейных участков труб или изгибом специальных эластичных вставок различной формы; 2) осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб или сжатием пружинящих вставок. Осевые компенсаторы допускают перемещения трубопровода только по направлению оси. Их нельзя устанавливать близко к поворотам. Осевые компенсаторы: сальниковые, линзовые (сильфонные). Рис. Линзовый компенсатор Линзовые компенсаторы устанавливаются на трубопроводах низкого давления – до 0.5 Мпа. Линзовые компенсаторы относятся к осевым компенсаторам упругого типа. Компенсатор собирается на сварке из полулинз, изготовленных штамповкой из тонколистовых высокопрочных 43 сталей. Компенсирующая способность одной полулинзы составляет 5—6 мм. В. конструкции компенсатора допускается объединять 3—4 линзы, большее число нежелательно из-за потери упругости и выпучивания линз. Каждая линза допускает угловое перемещение труб до 2  3 , поэтому линзовые компенсаторы можно использовать при прокладке сетей на подвесных опорах, создающих большие перекосы труб. Осевая компенсация скользящего типа создается сальниковыми компенсаторами . Типовые сальниковые компенсаторы изготовляют из стандартных труб. Компенсатор состоит из корпуса, стакана и уплотнительных приспособлений. При удлинении трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая приготовляется из плетеного в квадратное или круглое сечение прографиченного асбестового шнура, пропитанного цилиндровым маслом. Перекосы осей корпуса и стакана приводят к заеданию и заклиниванию компенсатора, поэтому при монтаже требуется соблюдать высокую точность соосной укладки труб на подходах со стороны подвижного стакана. Наибольшее распространение получили гнутые компенсаторы. Рис. Схемы гнутых компенсаторов Радиальные компенсаторы позволяют перемещение трубопровода и в осевом, и в радиальном направлениях. При радиальной компенсации термическая деформация трубопровода воспринимается за счет изгиба эластичных вставок или отдельных участков самого трубопровода. Компенсация напряжений за счет изгиба отдельных участков самого трубопровода называется естественной компенсацией. Преимущества – простота устройства, надежность, разгруженность неподвижных опор от усилий внутреннего давления. Недостаток – поперечное перемещение деформируемых участков. Это требует увеличения сечения непроходных каналов и затрудняет применение засыпных изоляций и бесканальной прокладки. Гибкие компенсирующие устройства самый распространенные. Наиболее простая компенсация достигается естественной гибкостью поворотов самого трубопровода, изогнутого под углом не более 150 . При естественной компенсации трубопроводов в каналах необходимо обеспечить между стенками канала и наружной поверхностью изолированного трубопровода зазор, достаточный для свободного удлинения плеч трубы. В бесканальных прокладках для использования естественной компенсации на 44 участках поворотов должны быть сооружены непроходные каналы соответствующих поперечных размеров. ЛЕКЦИЯ 18 ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ 18.1. ПОДЗЕМНЫЕ И НАДЗЕМНЫЕ ПРОКЛАДКИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. ТИПЫ ПРОКЛАДОК. 18.2. КОМПОНОВКА СЕЧЕНИЙ ПРОКЛАДОК, ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ КАМЕР И НИШ. 18.3. ПРОКЛАДКИ НА СТОЙКАХ И ЭСТАКАДАХ. 18.4. ПРОКЛАДКИ СЕТЕЙ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ. 18.5. ПРОХОДЫ ЧЕРЕЗ ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ. 18.6. ТРАССА И ПРОФИЛЬ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ. По архитектурным соображениям рекомендуется подземная прокладка теплопроводов, независимо от загруженности подземных коммуникаций и стесненности проездов. Для промышленных площадок подземная прокладка используется при высокой насыщенности подземных коммуникаций с целью упорядочения технологических прокладок в одном коллекторе с теплопроводами. Подземные прокладки подразделяют на канальные и бесканальные. Канальные прокладки предназначены для защиты трубопроводов от механического воздействия грунтов и коррозионного влияния почвы. Стены каналов облегчают работу трубопроводов, поэтому канальные прокладки допускаются для теплоносителей с давлением до 2,2 МПа и температурой до 350C . В бесканальных прокладках трубопроводы работают в более тяжелых условиях, так как они воспринимают дополнительную нагрузку грунта и при неудовлетворительной защите от влаги подвержены наружной коррозии. Бесканальные прокладки применяют при температуре теплоносителя до 180C . П р о х о д н ы е к а н а л ы применяются при прокладке в одном направлении не менее пяти труб большого диаметра. Совместная прокладка городских сетей и теплопроводов удачно разрешает сложную проблему организации подземного хозяйства крупных городов и вместе с тем обеспечивает долговечную их службу и строительство новых линий связи. Проходные каналы используют так же прокладки теплопроводов под многоколейными железными дорогами и автострадами с интенсивным 45 движением транспорта, не допускающим вскрытия каналов и нарушения работы узлов на период ремонта сетей. Каналы сооружают из кирпича, монолитного или сборного железобетона, по типовым проектам с различными размерами в свету. Наименьшая высота канала принимается 1,8 м, ширина прохода для обслуживания при не менее 0,7 м. Габариты типовых каналов выбирают из условия свободного доступа, ремонта и обслуживания арматуры, оборудования и теплоизоляции. Общие коллекторы оборудуют монтажными проемами, вентиляцией, освещением, телефонной связью и средствами водоотлива. При компоновке сечения канала разрывы между коммуникациями и ограждениями принимаются по нормам строительного проектирования. П о л у п р о х о д н ы е к а н а л ы применяют в стесненных условиях местности на коротких участках под крупными инженерным узлами не допускающими вскрытия каналов для ремонта трубопроводов, когда невозможно возведение проходных каналов. Высота полупроходных каналов принимается не менее 1,4 м, свободный проход — не менее 0,6 м; при этих габаритах возможно проведение мелкого ремонта труб. Материалы для изготовления полупроходных каналов и принцип размещения в них коммуникаций аналогичны проходным каналам. Н е п р о х о д н ы е к а н а л ы имеют наибольшее распространение среди других видов каналов. Каждый вид канала применяется в зависимости от местных условий изготовления, свойств грунта, места прокладки. В непроходные каналы укладывают трубопроводы тепловых сетей, не требующие постоянного надзора. Подвижные опоры трубопроводов в каналах опираются на железобетонные подушки с закладными металлическими пластинами. С помощью подушек между низом изолированного трубопровода и дном канала образуется воздушный зазор, препятствующий увлажнению изоляции от попадающей в канал воды. Для стока воды вдоль канала между подушками соседних трубопроводов должно оставляться расстояние не менее 0,1 м. Высота подушек принимается в зависимости от диаметра трубопровода по нормам проектирования. Глубина заложения каналов принимается исходя из минимального объема земляных работ и надежного укрытия от раздавливания транспортом. Наименьшее заглубление от поверхности земли до верха перекрытия каналов в любом случае принимается не менее 0,5 м. Бесканальная прокладка — перспективный и экономичный способ строительства тепловых сетей. Перечень строительно-монтажных: операций, объем работ при бесканальной прокладке значительно уменьшается, благодаря чему стоимость сетей по сравнению с канальной прокладкой снижается на 20— 25%. По этим соображениям тепловые сети с диаметрами трубопровода до 500 мм рекомендуется прокладывать преимущественно бесканально. 46 Бесканальные прокладки различаются по конструкции тепловой изоляции. ЛЕКЦИЯ 19 ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ 19.1. НАЗНАЧЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ 19.2. РАЗНОВИДНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ 19.3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПРОКЛАДКАХ СЕТЕЙ 19.4. ПАДЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ ПРИ ТРАНСПОРТЕ Эффективность систем централизованного теплоснабжения в значительной мере зависит от тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности. Борьба за снижение транспортных потерь тепла является важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Дополнительные затраты, связанные с нанесением тепловой изоляции и антикоррозионных покрытий, невелики (5—8% от стоимости тепловых сетей), но изолирование повышает стойкость металла против коррозии, и срок службы трубопроводов. Тепловая изоляция сетей применяется при всех способах прокладки. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой. В крайне неблагоприятных условиях находится теплоизоляция подземных и особенно бесканальных теплопроводов. Ввиду этого теплоизоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований. Выбор теплоизоляционных материалов и конструкций производится с учетом способов прокладки и условий эксплуатации, уровнем грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы тепловой сети и др. Материалы теплоизоляторы должны обладать высокими теплозащитными свойствами и низким водопоглощением в течение длительного срока эксплуатации. Водопоглощение и гидрофобность имеют важное значение для сохранения теплофизических свойств теплоизоляционного материала. Коэффициент теплопроводности изоляционных материалов при увлажнении увеличивается в 3…4 раза, теплоизоляционные свойства ухудшаются и с увеличением объемной плотности.. Тяжелая теплоизоляция разрушающие 47 действует на удерживающую сетку и проволоку, провисшая теплоизоляция обрывается с трубопровода и оборудования. Изоляционные материалы, содержащие химические соединения, коррозионно-агрессивные по отношению к металлу, не допускаются к применению, так как при увлажнении эти соединения легко вымываются из теплоизоляции, попадая на металлические поверхности, вызывают их коррозию. Наиболее агрессивными элементами являются серные и сернистые окислы ( SO3 , SO2 ) , содержащиеся в большом количестве в различных шлаках и минеральных ватах. Состояние тепловой изоляции и ее долговечность зависят так же от режимов работы теплопровода. В непрерывно действующих теплопроводах потоки тепла, проходящие через слой изоляции, поддерживают ее в постоянно сухом состоянии. При отключении сетей уменьшающиеся потоки тепла не в состоянии противостоять диффузии влаги с поверхности слоя изоляции к поверхности труб. Миграция влаги в глубь слоя изоляции сопровождается вымыванием водорастворимых химических элементов, которые при длительном отключении сетей вызывают коррозию труб. Теплоизоляционные материалы применяются - в виде зернистых, волокнистых и пастообразных масс, не обладающих необходимой строительной прочностью, - в виде штучных формованных изделий. Для их закрепления на поверхности труб и изделий необходимо соответствующее конструктивное оформление теплоизоляции. В конструкцию тепловой изоляции входят: - антикоррозионное покрытие металлических поверхностей, - основной изоляционный слой, - армирующие и крепежные изделия, - наружная отделка изоляции. Операции по нанесению тепловой изоляции выполняются в определенной технологической последовательности, разделяющейся на этапы: I) подготовка труб или оборудования; II) антикоррозионная защита; III) нанесение основного слоя теплоизоляции; IV) наружная отделка конструкции. При подготовке изделий наружная поверхность защищается от ржавчины и грязи до металлического блеска, электрическими и пневматическими щетками, пескоструйными аппаратами или химическим травлением в ингибированной кислоте. Затем поверхности обезжириваются уайт-спиритом, бензином или другими органическими растворителями. Для защиты металла от коррозии применяют битумные мастики и пасты, лаки и эмали на битумной основе, смолы и краски, рулонные материалы, полиэтиленовые липкие пленки, ленты и другие материалы. 48 ЛЕКЦИЯ 20 ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ 20.1. ОРГАНИЗАЦИЯ СЛУЖБЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. 20.2. ТЕХНИЧЕСКИЙ НАДЗОР И ПРИЕМКА СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. 20.3. ИСПЫТАНИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. 20.4. РЕВИЗИЯ И РЕМОНТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. Централизованное теплоснабжение представляет собой сложное энергетическое хозяйство, связанное с выработкой тепла и его реализацией. От согласованности действий каждого подразделения зависит бесперебойное теплоснабжение и безаварийная работа оборудования источников тепла, сетей и абонентских вводов. Эксплуатирующая организация обязана проводить технический надзор за строительством, пуском и наладкой систем теплоснабжения, разрабатывать и контролировать режимы отпуска тепла, обеспечивать профилактический ремонт оборудования и сетей, постоянно совершенствовать технико-экономические показатели всех звеньев хозяйства. Для выполнения этих мероприятий организуется служба эксплуатации. Структура эксплуатационной службы зависит от единичной мощности и количества источников тепловой энергии, радиуса действия тепловых сетей и других местных факторов. Определились три основные группы организации эксплуатационных служб: 1-я—объединяющая системы теплоснабжения общего пользования от коммунальных или промышленных ТЭЦ вместе с присоединенными к ним пиковыми котельными районов; 2-я — раздельные системы квартального и районного теплоснабжения от квартальных и районных котельных; 3-я—раздельные системы теплоснабжения от местных и небольших квартальных котельных. В 1-й высшей группе все элементы систем теплоснабжения (источник энергии, тепловые сети, потребители) принадлежат различным предприятиям и хозяйствам со своими организационными формами управления. Во 2-й группе источник тепловой энергии и тепловые сети принадлежат предприятиям объединенных котельных и тепловых сетей, в ведении которых находится распределение и контроль использования тепловой энергии различными жилищно-коммунальными учреждениями. В 3-й группе 49 вся система теплоснабжения принадлежит жилищным отделам или предприятиям различных ведомств. На промышленных предприятиях с собственными источниками тепловой энергии, эксплуатация системы теплоснабжения передается одному из подразделений главного энергетика предприятия. Высшая форма организации службы эксплуатации создается в крупных культурных и промышленных центрах, имеющих несколько ТЭЦ, объединенных разветвленной тепловой сетью. В них создаются предприятия тепловых сетей, называемые Теплосетью, подчиненные районному энергетическому управлению. Теплосеть, получая тепло от ТЭЦ, осуществляет руководство транспортом тепловой энергии по наружным тепловым сетям, распределением его по тепловым пунктам и контролем за использованием тепла потребителями. Деятельность предприятия Теплосети распространяется на внешние тепловые сети в пределах границ обслуживания. Границы обслуживания определяются выходными задвижками на ТЭЦ н входными задвижками в местных или центральных тепловых пунктах. По структуре предприятие Теплосети состоит из трех подразделений: административное, производственное и эксплуатационное. Административный аппарат выполняет общее руководство всей деятельностью предприятия. Непосредственную разработку мероприятий производит производственная служба, а непосредственное обслуживание систем теплоснабжения — служба эксплуатации. П р о и з в о д с т в е н н о – т е х н и ч е с к и й о т д е л осуществляет многостороннюю деятельность, направленную на совершенствование режимов теплоснабжения, повышение надежности и экономичности работы сетей и оборудования. В отделе разрабатываются программы испытания и наладки систем теплоснабжения, составляются инструкции по эксплуатации оборудования и технической подготовке обслуживающего персонала. На основе обобщения данных эксплуатации отдел разрабатывает предложения по техническому перевооружению системы теплоснабжения. Т е п л о в а я и н с п е к ц и я выполняет контроль использования тепла и состояния теплоиспользующих установок. С л у ж б а н а л а д к и и и с п ы т а н и й производит все наладки и испытания после монтажа новых и ремонта действующих сетей и оборудования. В период эксплуатации служба организует эксплуатационные испытания систем теплоснабжения. Производственная лаборатория службы занимается вопросами анализа сетевой воды, конденсата; контролирует состояние теплопроводов и разрабатывает мероприятия по борьбе с коррозией. С л у ж б а К И П и а в т о м а т и к и ведает обслуживанием., ремонтом и наладкой приборов учета тепла, регуляторов и других контрольно-измерительных приборов сетей и тепловых пунктов. 50 С л у ж б а р е м о н т а занимается составлением планов и графиков проведения ремонтов, заявок на материалы, оборудование и механизмы. Персонал ремонтного цеха занимается выполнением капитальных ремонтов сетей во всех районах. ЛЕКЦИЯ 21 ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ 21.1. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА 21.2. СУШКА СТРОЯЩИХСЯ ЗДАНИЙ 21.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИИ ЗДАНИЙ На строительной площадке теплота потребляется: 1) на производство строительных работ — оттаивание мерзлых грунтов паровыми иглами, подогрев воды и песка, приготовление бетонов и растворов, для ускорения твердения бетонов и др.; 2) на технологические нужды производственных предприятий (в пропарочных камерах, сушилках, автоклавах и др.); 3) на отопление тепляков, производственных и административных зданий; 4) на временный обогрев и сушку строящихся зданий. На крупных строительствах потребителями могут быть также бани, прачечные, дезинфекционные камеры, столовые и др. Лучшим источником теплоснабжения строительства в черте города являются существующие ТЭЦ или котельные большой мощности. Если этих источников нет или использовать их не представляется возможным, то строят местные временные котельные. Для осуществления временного теплоснабжения строительной площадки следует, если это возможно, использовать отдельные элементы постоянного теплоснабжения. Для крупного строительства целесообразно предусматривать более мощные источники теплоснабжения. Котельные малой мощности, рассредоточенные на строительной площадке, невыгодны, стоимость их эксплуатации по сравнению с крупными котельными значительно выше. Временные котельные, сооружаемые на строительной площадке небольших объектов с коротким сроком строительства, должны быть, как правило, инвентарного типа, передвижные или сборно-разборные, чтобы их можно было использовать и на других стройках. Такие котельные 51 выпускаются промышленностью, например автоматизированная котельная «Аксиома-3» мощностью 3 МВт и др. Для стационарных котельных установок в строительстве используют те же котлы, что и для отопительных и отопительно-производственных котельных малой и средней мощности. Тип котлов и топок следует подбирать исходя из вида местного топлива, а при его отсутствии — ориентироваться на наиболее дешевое привозное топливо. Мощность источника теплоты, требуемой для обслуживания нужд строительства, рассчитывают исходя из максимального расхода в зимнее время и среднего расхода в остальное время года с учетом отдельных этапов строительства. Количество теплоты Q, Вт, потребляемой на производственные нужды, определяют по формуле Q   Vq 0 m z где  V — физический объем работ, связанных с потреблением теплоты, определяемой проектом организации работ; q0 — расход теплоты на единицу объема работ, принимаемый по данным справочной литературы, Вт; z — расчетное время потребления теплоты, ч; т — коэффициент неравномерности потребления теплоты, принимаемый равным 1—1,1. Ориентировочные расходы теплоты на некоторые нужды 3 строительства составляют, кВт на 1 м : на оттаивание песчаных грунтов — 20, глинистых грунтов — 25, на подогрев воды до 75 °С паром — 85, на подогрев бетонных конструкций — 240, на бетонирование в тепляках— 160, на бетонирование полов на грунте — 220. Ориентировочный расход теплоты Q, Вт, на отопление тепляка определяется по формуле Q  MVk ср t в  t н а где М — модуль поверхности, т. е. отношение поверхности охлаждения тепляка к его объему; V — объем тепляка; а — коэффициент, учитывающий продуваемость ограждающих конструкций тепляка и равный 1,5—3; k ср — средний коэффициент теплопередачи всех ограждающих конструкций тепляка, Вт/(м2-К). Мощность котельной установки  Q Вт, или другого источника покрытия расходов теплоты определяют по формуле  Q  Q 1  Q2  Q3  ...1  2 где Q1Q2 Q3 — суммарные количества теплоты, потребной на производственные, технологические, отопительные и другие нужды строительства, Вт;  1 —коэффициент на неучтенные расходы теплоты в сети (1,05—1,15);  2 — коэффициент на потери теплоты в сети (1,1-1,5), 52 График расхода теплоты составляют на основе следующих данных: 1) расход теплоты на производственные и технологические нужды соответственно календарному плану строительства и распределению по времени выполнения различных видов работ; 2) расходы теплоты на отопление административных и других зданий, а также на обогрев и сушку строящихся зданий по месяцам года. Основными источниками влажности в здании в период его строительства являются: влага, внесенная со строительными изделиями и материалами, так называемая построечная технологическая влага; атмосферная влага в виде осадков (дождя и снега) и водяные пары, содержащиеся в воздухе (табл. При длительном хранении строительных материалов и изделий на открытом воздухе влагонасыщенность их значительно возрастает. Атмосферная влага поступает в период строительства наземной части здания до устройства кровли. Для приближенного определения количества атмосферной влаги Gw, кг, вносимой в строящееся здание, может служить формула G w   G0  Gи  Fг а г  Fв а в  где Go — среднее количество осадков, выпадающих на 1 м2 площади в течение срока строительства наземной части здания до устройства кровли, кг; Gи — среднее количество влаги, испаряющейся с 1 м2 площади в период строительства здания до устройства кровли; кг; Fг — площадь конструкций одного этажа, расположенных горизонтально, м2; FB — площадь конструкций одного этажа, расположенных вертикально, м2; а г — коэффициент, учитывающий сорбционную способность горизонтально расположенных конструкций (0,5—0,8); а в — коэффициент, учитывающий сорбционную способность вертикально расположенных конструкций и количество выпадающих косых дождей (0,1—0,4), Значения G0 и Gи принимают по данным метеорологических станций. Наблюдениями на стройках выявлены средние величины накопления влаги в крупнопанельных и кирпичных зданиях к началу производства отделочных работ в них . Для ускорения сушки конструкций здания и обеспечения надлежащих условий для производства работ в настоящее время используют не только системы отопления, но и специальные тепловые установки. Ниже приводятся краткие сведения наиболее характерных типов этих установок. Воздухонагреватель конструкции В. Г. Лактюхова работает на жидком топливе, сжигаемом в камере сгорания. Теплота сгорания топлива передается от продуктов сгорания в трубчатом теплообменнике воздуху, подаваемому вентилятором внутрь трубок. Запас топлива в баке предусматривает 53 непрерывную работу воздухонагревателя в течение 14 ч. Тепловая мощность воздухонагревателя до 150 кВт, температура нагретого воздуха до 140 °С, расход горючего 18 кг/ч. ЛЕКЦИЯ 22 ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА И ВОДОПОДГОТОВКА 22.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ, СХЕМЫ ТЭЦ И РК. 22.2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ. 22.3. ОБОРУДОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ. 22.4. ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ. Основными источниками централизованного теплоснабжения являются промышленные и коммунальные тепловые станции комбинированного производства тепла и электрической энергии— ТЭЦ, сооружаемые вблизи промышленных центров и городов. ТЭЦ имеет тепловые сети со средним радиусом действия 10—15 км. Тенденция увеличения протяженности сетей до 30—50 км(строительство ТЭЦ далеко за чертой города) объясняется высокими требованиями санитарных норм к чистоте воздушного бассейна, а также экономическими выгодами приближения тепловых . станций к местным топливным базам и водным источникам. В районах, где сооружение ТЭЦ нецелесообразно ввиду отсутствия необходимой концентрации тепловой и электрической нагрузок, централизованное теплоснабжение ведется от районных и промышленных котельных с радиусом действия тепловых сетей 2—3 км. Теплоснабжение сельских мест отличается небольшой и рассредоточенной теплоплотностью. Ввиду этого централизованное теплоснабжение экономически целесообразно предусматривать от котельных с чугунными котлами при общей тепловой нагрузке на котельную не более 8—10 МВт. В районных центрах с большими тепловыми нагрузками и имеющими крупные производственные зоны по переработке сельскохозяйственной продукции или выращиванию скота местные котельные оборудуют паровыми котлами. На отдельных предприятиях вместе с промышленными котельными часто используют энергетические установки, утилизирующие тепло вторичных энергоресурсов. Капитальные вложения на сооружение ТЭЦ и крупных районных водогрейных котельных с тепловой мощностью до 220 МВт при полной автоматизации процессов в 2—3 раза ниже затрат, связанных со строительством эквивалентных мощностей квартальных котельных. 54 На современном этапе возрастающая потребность тепла должна решаться на базе источников с большой присоединенной тепловой мощностью. Однако ввод таких источников тепла в центральных районах с высокой плотностью населения все более сдерживается из-за опасности загрязнения воздушного бассейна и сокращающихся запасов органического топлива. Значительные трудности возникают и с выбором территорий под большие хранилища топлива, транспортные коммуникации с круглосуточным движением транспорта для доставки топлива на тепловые станции и размещения высоких дымовых труб. Учитывая эти обстоятельства рациональное сочетание различных видов топлив с широким применением атомных тепловых станций, в том числе и для целей теплофикации. В связи с дефицитом органического топлива расширение теплофикации на базе атомных тепловых электростанций (АТЭЦ) и централизованного теплоснабжения от атомных котельных позволит наилучшим образом уменьшить топливный дефицит центрального района и улучшить размещение энергетических баз страны. Принципиальные тепловые схемы таких АТЭЦ с теплофикационными турбинами практически не отличаются от тепловых схем ТЭЦ, работающих на органическом топливе. Сооружение атомных станций теплоснабжения (АСТ) и опыт Нововоронежской атомной станции показал широкую возможность повторного использования выгружаемых из энергитических реакторов отработавших тепловыделяющих элементов для дожигания ядерного горючего в АСТ. Остаточная концентрация ядерного топлива в выгружаемых на АТЭЦ тепловыделяющих элементах становится недостаточной для выработки пара высоких давлений, но этот остаточный энергетический потенциал вполне пригоден для реализации в АСТ для нагрева сетевой воды. В районах Кавказа, Сибири и Дальнего Востока успешно используют геотермальные воды для теплоснабжения населенных мест и парникового хозяйства. Эксплуатация, например, только одной скважины, от которой тепло поступает в несколько кварталов г. Тбилиси с населением 5 тыс. 3 человек, позволила сэкономить в 1976 г. 64,8 млн. м природного газа, 9 млн. кВт  ч электроэнергии и 3 млн. м 3 питьевой воды. С 1967 г. успешно работает на дешевой энергии подземных источников Камчатки Паужетская геотермальная электростанция. На опытно-промышленных геотермальных электрических станциях (ГеоТЭС) используется вода гейзеров с температурой от 40 до 200С и выше. Вода преобразуется в пароводяную смесь или пар с перегревом до 200С . По подсчетам специалистов выработка энергии на ГеоТЭС обходится в 2—3 раза дешевле энергии, вырабатываемой на ТЭЦ, работающей на ископаемом топливе. Глубинные источники тепла открыты во многих местах страны, запасы этой энергии огромны. Только Авачинский вулкан хранит в своих 55 недрах такое, количество энергии, которой хватит для работы электростанции мощность 1 млн. кВт на 100 лет и более. Освоение тепла недр Земли не представляет никакой угрозы окружающей среде, поэтому в ближайшем будущем геотермальные источники займут достойное место среди традиционных .источников теплоснабжения. Перспективным источником тепла является лучистая энергия Солнца. Потенциальные мировые энергетические ресурсы солнечного излучения вследствие его постоянной возобновляемости безграничны. По оценке специалистов годовые запасы возобновляемой энергии солнечного излучения составляют около 52% от всех используемых возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Экспериментальные гелиоустановки на юге Средней Азии и в других районах страны показали возможность применения лучистой энергии Солнца для теплоснабжения коммунально-бытовых потребителей и промышленных предприятий. Особенно заметны преимущества гелиоустановок в летний период, когда в многочисленных санаториях, домах отдыха, спортивных лагерях на горячее водоснабжение расходуется огромное количество топлива, сжигаемого в мелких временных котельных. Использование для этих и других целей солнечной энергии поможет ослабить напряженность топливно-энергетического баланса страны за счет уменьшения в нем доли органических топлив. Но освоение солнечной энергии сдерживается рядом эксплуатационных трудностей. Одна из них состоит в сложности обеспечения автоматического изменения углов наклона отражателей, сфокусированных на паровые котлы, или лучевоспринимающих панелей в различные периоды солнцестояния. Большие затруднения вызывает проблема аккумулирования энергии для обеспечения работы электрической станции в ночное время и в пасмурные дни. В районах страны с дорогим привозным топливом, где сооружение котельных нецелесообразно, допускается электрическое теплоснабжение зданий. Электрическое отопление и горячее водоснабжение отвечает основным тенденциям современного технического прогресса, так как позволяет осуществить идею единого энергетического ввода в здание, при котором с наибольшей точностью может быть достигнуто автоматическое регулирование заданных режимов потребления энергии.. Однако повсеместное применение электрического обогрева помещений неэкономично ввиду перерасхода топлива на выработку электроэнергии. Ведущие отрасли промышленности, такие, как металлургическая, химическая, нефтеперерабатывающая и другие, отличаются большой энергоемкостью технологических процессов и выходом значительных количеств вторичных энергоресурсов (ВЭР). ВЭР содержат тепло в виде отходящих газов печей и установок, в горячей воде и паре после использования в силовых и технологических агрегатах, в самой технологической продукции. Значительная часть этого тепла безвозвратно теряется и нередко пагубно воздействует на окружающую среду. Между тем 56 это тепло может быть использовано для отопления помещений, в технологических процессах для выработки электроэнергии Литература: Основная литература 1 Степанов, В.М. Проектирование теплоснабжения : Учеб.пособие для вузов / В.М.Степанов, В.Е.Козин, О.И.Борискин, А.В.Чуканов; МО РФ;ТулГУ .— Тула, 2001 .— 153с. : ил. . — Библиогр.в конце кн. — ISBN 5-7679-0215-1 2 Сотникова, О.А. Теплоснабжение : учеб.пособие для вузов / О.А.Сотникова, В.Н.Мелькумов .— М. : АСВ, 2005 .— 288с. : ил. — Библиогр.в конце кн. — ISBN 5-93093-374-Х : 228.00. Дополнительная литература 1 Еремкин , А. И. Тепловой режим зданий : учеб. пособие для вузов / А. И. Еремкин , Т. И. Королева .— Ростов-н/Д : Феникс, 2008 .— 365 с. : ил ил .— (Высшее образование) .— Библиогр.: с. 358-360 .— ISBN 978-5-22212605-9 (в пер.) . 2 Полонский, В.М. Автономное теплоснабжение : учеб.пособие для вузов / В.М.Полонский, Г.И.Титов, А.В.Полонский .— М. : АСВ, 2006 .— 152с. : ил. — Библиогр.в конце кн. — ISBN 5-93093-359-6 : 144.33. 3 Соколова Светлана Станиславовна. Управление температурным режимом производственных зданий : монография / С. С. Соколова, В. А. Соколов ; ТулГУ .— Тула : Изд-во ТулГУ, 2010 .— 158 с. : ил. — К 80-летию Тульского государственного университета .— в дар от Изд-ва ТулГУ ТулГУ : 1320463 .— Библиогр.: с. 144-157 .— ISBN 978-5-7679-1669-6. Рассмотрено на заседании кафедры СТС Протокол № __ от «__» __________ 2012 г. Зав. кафедрой СТС _________________ Р.А.Ковалев