5 Выбор оптимального направления трассы сети и ее описание

Проектирование тепловых сетей начинается с выбора трассы и способа их прокладки. Проектирование трасс магистральных тепловых сетей должно увязываться с условиями, как существующей застройки города, так и перспективами его дальнейшего развития.

Для проектирования тепловых сетей необходимы исходные данные, определяющие топографические условия местности, характер планировки и застройки городских районов, размещение наземных и подземных инженерных сооружений и коммуникаций, характеристику свойств грунтов и глубину их залегания, режим и физико-химические свойства подземных вод и др. Получение этих данных является задачей инженерных изысканий.

Трасса тепломагистрали, наносимая на топографический план, выбирается по кратчайшему направлению между начальной (ТЭЦ, котельная) и конечной (потребитель) ее точками с учетом обхода труднопроходимых территорий и различных препятствий. Трасса тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах параллельно красным линиям улиц, дорог и проездов вне проезжей части и полосы зеленых насаждений, а внутри микрорайонов и кварталов – вне проезжей части дорог. Трасса тепловых сетей, проходящая по площадкам предприятий, должна предусматриваться вне проезжей части дорог в специально отведенных технических полосах, совместно с трассой технологических трубопроводов. При выборе трассы теплопроводов необходимо учитывать экономичность и надежность тепловых сетей. Наиболее экономичной является тупиковая схема.

С целью повышения надежности работы тепловых сетей целесообразно устраивать блокировочные перемычки, которые рассчитываются на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого равным 70-75 % расчетного. При диаметре магистралей до 500 мм перемычки можно не устраивать.

Принимаемые расстояния трассы тепловых сетей до других сооружений и параллельно проложенных коммуникаций должны обеспечить сохранность этих сооружений и коммуникаций как при строительстве, так и в период эксплуатации.

Пересечение тепловыми сетями естественных препятствий и инженерных коммуникаций должно выполняться под углом 90°, а при обосновании – под меньшим углом, но не менее 45°. Подробные указания по выбору трассы на территории промышленных предприятий приведены в СНиП «Тепловые сети».

При выборе трассы предусматривается один ввод тепловых сетей в каждый участок предприятия. В местах ответвлений к кварталам или зданиям предусматривают тепловую камеру. Подключать рядом расположенные кварталы целесообразно из одной тепловой камеры.

По результатам расчета и исходным данным начертить расчетную схему тепловой сети.

За расчетную магистраль принять наиболее напряженное и нагруженное направление на трассе тепловой сети, соединяющее источник теплоты с дальними потребителями.

Гидравлический расчет тепловой сети

В задачу гидравлического расчета входит определение диаметра трубопровода, падения давления между отдельными точками, определения давления в различных точках, увязка всех точек системы с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и у абонементов при статических и динамических режимах.

1. Определение расхода теплоносителя

Расход теплоносителя в сети можно вычислить по формуле:

где - тепловая мощность системы отопления, кВт;

- расчетная температура подающей и обратной воды в системе отопления, °С;

- теплоемкость воды, кДж/(кг·°С).

Для участка 1 тепловая мощность будет равна сумме расходов тепла на отопление и вентиляцию, то есть . Расчетные температуры прямой и обратной воды примем 95°С и 70°С. Таким образом, расход воды для участка 1 составит:

Для остальных участков вычисление расходов теплоносителя сведено в таблицу

4.2.Расчет диаметра трубопровода

Оценим предварительный диаметр трубопровода, используя формулу массового расхода:

где - скорость теплоносителя, м/с.

Скорость движения воды примем 1,5 м/с [3],плотность воды при средней температуре в сети 80-85°С составит . Тогда диаметр трубопровода составит:

Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр 680×9 мм. Для него проводим следующие расчеты.

Исходной зависимостью для определения удельного линейного падения давления в трубопроводе является уравнение Д’Арси:

где - коэффициент гидравлического трения;

–скорость среды, м/с;

- плотность среды, кг/м³;

–внутренний диаметр трубопровода, м;

- массовый расход, кг/с.

Коэффициент гидравлического трения в общем случае зависит от эквивалентной шероховатости и критерия Рейнольдса. Для транспорта тепла применяют шероховатые стальные трубы, в которых наблюдается турбулентное течение. Полученная опытным путем зависимость коэффициента гидравлического трения стальных труб от критерия Рейнольдса и относительной шероховатости хорошо описывается универсальным уравнением, предложенным А.Д.Альтшулем:

где - эквивалентная шероховатость, м;

–внутренний диаметр трубопровода, м;

- критерий Рейнольдса.

Эквивалентная шероховатость для водяных сетей, работающих в условиях нормальной эксплуатации, составляет . Критерий Рейнольдса вычисляем по формуле:

где – кинематическая вязкость, м²/с.

Для температуры 80°С кинематическая вязкость воды составляет . Таким образом, имеем:

Предполагаем, что трубопровод работает в квадратичной области. Найдем новое значение диаметра по формуле:

Таким образом, предварительно принятый диаметр верен.

7. Гидравлический расчет тепловой сети

Составляем расчетную схему с номерами и длинами участков, расходами воды по участкам тепловой сети. Число кварталов в поселке принимаем n = 6.

Расчетный расход сетевой воды на один квартал, , кг/с:

(40)

Гидравлический расчет производится в два этапа: предварительный и проверочный.

Для расчета участков принимаем:

а)=55 Па/м – удельное линейное падение давления;

б)кг/м3 - плотность воды;

в)м0,62/кг0,19 - постоянный коэффициент для воды;

г)м - абсолютная эквивалентная шероховатость трубопровода.

На трубопроводах тепловой сети установлены следующие местные сопротивления:

а) Задвижка у магистрали у ответвления и на ответвлении ;

б) П - образный компенсатор на каждые 100м трубопровода ;

7.1 Расчет участка 1 – 2

=– расход сетевой воды на участке, кг/с;

=151,4 – длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

(41)

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d=0,258 м (приложение 11, стр.47).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

(42)

Определим количество компенсаторов пк, шт:

(43)

;

пз= 1 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

(44)

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

(45)

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

(46)

7.2 Расчет участка 9-10

=48.56 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=9,5– длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,182 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

,

Определим количество компенсаторов пк, шт:

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений Приложение 1, стр.56) на участке lЭКВ, м:

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

7.3 Расчет участка 15 – 16

=23,4 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=14 – длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,182 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

,

Определим количество компенсаторов пк, шт:

;

;

пз= 2 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

7.4 Расчет участка 25-26

=3,12 – расход сетевой воды на участке, кг/с;

=43– длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

;

где: – расход сетевой воды на участке, кг/с;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,081 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

,

Определим количество компенсаторов пк, шт:

;

;

пз= 2 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке LЭКВ, м:

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м.вод.столба:

7.5 Расчет участка 31-32

=27– расход сетевой воды на участке, кг/с;

=32,5 – длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,207 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

,

Определим количество компенсаторов пк, шт:

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке LЭКВ, м:

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м:

7.6 Расчет участка 40-41

=48,9 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=25 – длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,258 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

,

Определим количество компенсаторов пк, шт:

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м:

7.6 Расчет участка 51-52

=15,75 – расход сетевой воды на участке, т/ч;

=43 – длина участка, м.

Предварительный расчет внутреннего диаметра трубы, d’, м:

;

В соответствии со стандартом принимаем уточнённый диаметр трубопровода d/=0,15 м (приложение 11, /1/).

Тогда, действительное удельное падение давления составит, Па/м:

,

Определим количество компенсаторов пк, шт:

;

;

пз= 1 шт – число задвижек;

Определим эквивалентную длину всех местных сопротивлений на участке lЭКВ, м:

;

Падение давления на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , MПа:

;

Падение напора на данном участке в прямой и обратной теплосети составит, , м:

Определим величины соответствующих напоров в эквивалентных точках тепловой сети.

Определяем располагаемый напор в точке 2 :

(48)

Определим располагаемый напор в точке 3:

(49)

Определим располагаемый напор в точке 4:

(50)

(51)

Определим располагаемый напор в точке 3:

Определим располагаемый напор в точке 5:

(52)

Определим располагаемый напор в точке 6:

Избыточное давление составляет:

м.вод.ст.

Полученные данные занесем в таблицу: