Общие сведенья о тепловых пунктах

1.Введение

 

Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. От нормального функционирования этих систем зависят условия теплового комфорта в отапливаемых зданиях самочувствие людей, производительность труда и т.д. Выпуск качественной продукции на ряде промышленных предприятии требует строгого соблюдения нормируемых параметров микроклимата. Эффективность предприятий агропромышленного комплекса (урожайность плодов и овощей, выращиваемых в теплицах, продуктивность животноводства) также в большой степени определяется температурно-влажностными режимами в сельскохозяйственных помещениях, обеспечиваемыми работой систем теплоснабжения. Поддержка правильного микроклимата одна из самых главных задач при постройке медицинского учреждения. Таким образом, проблема повышения качества, надежности, экономичности теплоснабжения имеет государственное значение.

Режимы теплопотребления, а следовательно и производства тепловой энергии, зависят, как известно, от большого количества факторов; условий погоды, теплотехнических качеств отапливаемых зданий и сооружений, характеристик тепловой сети и источников энергии и др. При выборе этих режимов нельзя не учитывать функциональных взаимосвязей системы теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения: электро-, газо-, водоснабжения.

Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами в практику теплофикации и централизованного  теплоснабжения позволяет резко  повысить технический уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную экономию топлива. Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повысить уровень теплового комфорта и эффективность работы в отапливаемых зданиях и сооружениях, а также надежность теплоснабжения при уменьшении численности обслуживающего персонала.

Применение системы  автоматического программного регулирования  отопления позволяет осуществлять дальнейшее совершенствование режима отопления, например, снижать температуру воздуха в жилых зданиях в ночное время или снижать отпуск теплоты на отопление промышленных и административных зданий в нерабочее время, что обеспечивает дополнительную экономию теплоты и создание комфортных условий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Общие сведенья о тепловых пунктах.

2.1 Анализ технологических схем тепловых пунктов гражданских зданий

 

Тепловой пункт (ТП) — это комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энергоустановок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепловой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотребления, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по типам потребления.

Основными задачами тепловых пунктов являются:

- преобразование вида теплоносителя;

- контроль и регулирование параметров теплоносителя;

- распределение теплоносителя по системам теплопотребления;

- отключение систем теплопотребления;

- защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя;

- учет расходов теплоносителя и тепла.

Тепловые пункты различаются  по количеству и типу подключенных к ним систем теплопотребления, индивидуальные особенности которых, определяют тепловую схему и характеристики оборудования тепловых пунктов, а также по типу монтажа и особенностям размещения оборудования в помещении тепловых пунктов, различают следующие виды тепловых пунктов:

- индивидуальный тепловой пункт (ИТП);

- центральный тепловой пункт (ЦТП);

- блочный тепловой пункт (БТП) [4].

Индивидуальный тепловой пункт используется для обслуживания одного потребителя (здания или его части). Как правило, располагается в подвальном или техническом помещении здания, однако, в силу особенностей обслуживаемого здания, может быть размещён в отдельном сооружении.

Индивидуальный тепловой пункт  имеет следующие виды тепловых нагрузок:

- система горячего водоснабжения  (ГВС) предназначена для снабжения  потребителей горячей водой. Различают  закрытые и открытые системы  горячего водоснабжения. Часто  тепло из системы ГВС используется потребителями для частичного отопления помещений, например, ванных комнат, в многоквартирных жилых домах;

- система отопления предназначена  для обогрева помещений с целью  поддержания в них заданной  температуры воздуха. Различают  зависимые и независимые схемы присоединения систем отопления.

При зависимых схемах присоединения  давление в абонентской установке  зависит от давления в тепловой сети. При независимых схемах присоединения  давление в местной системе не зависит от давления в тепловой сети.

Оборудование теплового пункта при зависимой схеме присоединения проще и дешевле, чем при независимой, при этом может быть получен несколько больший перепад температур сетевой воды в абонентской установке. Увеличение перепада температуры воды уменьшает расход теплоносителя в сети, что может привести к снижению диаметров сети и экономии на начальной стоимости тепловой сети и на эксплуатационных расходах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Основными элементами теплового пункта являются:

1. ТЕПЛООБМЕННИК

Один из основных узлов  теплового пункта. Отвечает за передачу тепла от внешней сети к внутреннему  теплоносителю.

Определение: Теплообменник, теплообменный аппарат, устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела. Процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому - один из наиболее важных и часто используемых в технике процессов.

2. НАСОС

Насосы в тепловом пункте выполняют свою прямую задачу - они отвечают за движение теплоностителей, по порой сложным схемам, с помощью  которых и происходит передача телпа от централизованной сети к конечному потребителю.

Определение: Насос - устройство для непрерывного нагнетания, сжатия или отсасывания текучих сред механическими или иными средствами. Различают:

• насосы для жидкостей;
• компрессоры, вентиляторы, воздуходувки, вакуум-насосы и другие устройства для нагнетания или отсасывания газов и паров

3. ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩАЯ  АРМАТУРА

Арматура (от лат. armatura - вооружение, снаряжение) - комплект вспомогательных, обычно стандартных, устройств и деталей, не входящих в состав основных частей машины, конструкции, сооружения и обеспечивающих правильную их работу.

Трубопроводная арматура (для воды, пара, газа, топлива, различных  продуктов переработки химической, пищевой и т. п. промышленности), делится на:

• запорную (краны, задвижки)
• предохранительную (клапаны)
• регулирующую (вентили, регуляторы давления)
• отводную (воздухоотводчики, конденсатоотводчики)
• аварийную (сигнальные гудки) и др.

4. Средства КИПиА

Контрольно-измерительные  приборы и автоматика: - Особый вид  арматуры, отличающейся от остальной, содержащей в себе счетно-измерительные, записывающие, запоминающие, распечатывающие и другие КИПы. Выделяют теплосчетчики, водомеры, различные расходомеры, манометры, термометры, сигнализирующие устройства, датчики расхода и давления, контроллеры, щиты управления и другие устройства.

Основные преимущества тепловых пунктов

• Высокая экономичность 
  Опыт эксплуатации показал, что при использовании тепловых пунктов возможность выбора режимов теплопотребления и теплоснабжения и точная наладка приводят к снижению потерь теплоэнергии до 15%.
• Полная автоматизация 
  Автоматика ТП не требует высококвалифицированного обслуживающего персонала, обеспечивает эффективное энергосбережение и комфорт в помещениях, позволяет проводить погодную компенсацию, устанавливать режимы работы в зависимости от времени суток, использовать режимы выходных и праздничных дней
• Снижение эксплуатационных затрат на 40-60% 
  Обслуживание модульного теплового пункта требует меньшего количества персонала. В результате, затраты на обслуживание, текущий ремонт и профилактику снижаются в три раза, межремонтный период увеличивается в четыре раза.
• Компактность 
  При нагрузке до 2 Гкал/ч, площадь, занимаемая тепловым пунктом не превышает 20-25 м? Возможность установки в малогабаритных подвальных помещениях
• Простота транспортировки и монтажа теплового пункта на объекте 
  На месте установки теплового пункта осуществляется только подключение внешних трубопроводов и электропитания.
• Бесшумность работы теплового пункта
• Все части теплового пункта легкодоступны для обслуживания и замены

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Описание системы

Источником теплоснабжения данного жилого дома, являются городские тепловые сети. Присоединение системы отопления к тепловой сети-зависимое, с помощью смесительных насосов. Система ГВС присоединяется к тепловой сети по закрытой схеме в зимний период с установкой 2-х параллельно подключенных водоподогревателей, каждый из которых рассчитан на 100% производительности системы ГВС. Схема присоединения водоподогревателей ГВС - одноступенчатая. В летний период система ГВС подключается к тепловой сети по открытой схеме, с устройством перемычки между подающим и обратным трубопроводами теплосети. Теплоноситель – вода. Температура воды на вводе в здание – 140^оС; на выходе – 70^оС. Располагаемый перепад давлений на вводе в здание – 100 кПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В данном курсовом проекте по заданию принята однотрубная система отопления с открытой прокладкой трубопроводов. В медицинском учреждении  проектируется: центральная однотрубная система водяного отопления. Подающая и обратная магистраль прокладывается по подвалу.

В качестве нагревательных приборов приняты чугунные радиаторы типа МС 140 АО. Длина подводок 400мм (уклон не требуется). На подводках устанавливаются проходные краны.

Воздух из системы  удаляется через воздухосборники, устанавливаемые в верхних точках подающей магистрали.

Вода подаётся к потребителю  с температурой 95^оС. Для достижения этой температуры в тепловой узел, находящийся в подвале здания, устанавливается циркуляционный насос, который смешивает воду из теплосети и воду из обратной магистрали. Параметры теплоносителя 140-70 ⁰С.

Преимущества однотрубной  системы отопления заключается  в меньшем расходе труб, более  простом монтаже, большей возможности  унификации деталей трубопроводов, радиаторных узлов, а также в  более устойчивом тепловом и гидравлическом режиме работы. Недостатки: относительно высокая стоимость первоначальных затрат, аварии вызывают существенные последствия, возможность замерзания системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Подбор оборудования индивидуального теплового пункта

 

4.1 Выбор циркуляционных насосов для контуров отопления и горячего водоснабжения

Насос является основным элементом водяной инженерной системы  здания. Его работа полностью взаимосвязана  со всем оборудованием системы, в  том числе и запорно-регулирующей арматурой. От их совместной работы зависит  эффективность функционирования всей системы. Особенно это касается систем с переменным гидравлическим режимом, где регулирование расходом теплоносителя приводит к изменению гидравлических и электрических параметров насоса.

Подбирают насос по расчетному расходу и потерям давления в системе при частично закрытых терморегуляторах

Для системы отопления  следует выбрать насос с расчетным  расходом теплоносителя более 7,2524 м³/ч. и напором насоса больше 9 м. Допустимая температура перекачиваемой среды насоса до 150⁰С.

Параметры циркуляционного  насоса Wilo TOP-S 30/10  достаточны для применения его в системе отопления. Внешний вид насоса Wilo TOP-S 30/10 показан на рисунке

Циркуляционный насос  с резьбовым соединением Wilo TOP-S 30/10 применяется в системах охлаждения, водяного отопления, кондиционирования.

К основным достоинствам можно отнести простой монтаж, надежность в работе, три ступени  частоты вращения. Насос состоит  из чугунного корпуса, вала из нержавеющей стали и рабочего колеса, изготовленного из композитных материалов. Допустимые перекачиваемые жидкости: вода систем отопления и водогликолевая смесь.

Основные технические  характеристики:

напор макс……………………………...……………………………11 м.

расход макс……………………………………….……………….11 м³/ч.

подключение к сети………...………………….……….. 1~230 В, 50 Гц

температура перекачиваемой среды…….....от минус 10°С до + 130°С

рабочее давление макс………........…………...……….……….10 бар

трубное соединение………….…...……………………………… Rp11/4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.1 Подбор грязевика.

Грязевики предназначены для очистки воды в системах теплоснабжения от взвешенных частиц грязи, песка и примесей. Устанавливаются на входе в здание- на подающем и обратном трубопроводах.

Грязевик  подбираем по диаметру подводящих  трубопроводов. Скорость движения  теплоносителя в поперечном сечении грязевика не должна превышать 0,05 м/с.

 К установке принимаем  грязевик марки ТС-569,00,000-18-09 (D_у=40мм).

 

 

4.2.2 Подбор счетчика горячей воды.

Тепловой счетчик предназначен для учета расходов тепловой энергии, а также для регистрирования  параметров теплопотребления.

Счетчик устанавливается  на горизонтальном или вертикальном участке трубопровода с прямым участком не менее 5D_у до счетчика и 2D_у после него.

Счетчик подбираем по каталогу в зависимости от объемного  расхода воды, поступающей на систему отопления из теплосетей.

К установке принимаем  теплосчетчик «ТВ-03».

 

 

 

 

 

 

4.3 Подбор теплообменника.

4.3.1. Общие сведения  о теплообменниках.

 

Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные  для передачи тепла от одного теплоносителя к другому, а также для осуществления различных технологических процессов: нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и др.

Теплообменные аппараты бывают различных типов:

• контактного типа (смесительные аппараты);
• поверхностного типа.

В контактных аппаратах  теплообмен осуществляется при непосредственном соприкосновении теплоносителей и, как правило, сопровождается переносом  массы.

В теплообменных аппаратах  поверхностного типа теплообмен идет через разделительную стенку и, теплоносители не смешиваются (рекуперативные аппараты). Данные аппараты нашли широкое применение в теплоэнергетике для нагрева (охлаждения) воды (пара) в испарителях и конденсаторах. Так же используются для теплообмена двух жидкостей в теплообменниках типа «труба в трубе», данные теплообменные аппараты имеют поверхности нагрева от нескольких квадратных сантиметров до нескольких сотен квадратных метров.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям теплообменных  аппаратов:

строгое обеспечение  заданного технологического режима;

- обеспечение высокой удельной  плотности теплового потока;

- высокая экономичность;

_ наименьшее гидравлическое сопротивление,  компактность;

- надежность и безопасность  эксплуатации;

-герметичность в сочетании с  разборностью и доступностью  поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнения;

- удобство монтажа,  ремонта, обслуживания.

Поверхностные теплообменные аппараты делят  на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные – аппараты, в  которых теплообмен идет через разделительные стенки.

Регенеративные – аппараты, в  которых два или более теплоносителей поочередно соприкасаются с насадкой, причем тепловой поток меняет свое направление на противоположное.

По конструкционному оформлению теплообменные  аппараты бывают: трубчатые, змеевиковые, оросительные, секционные, ребристые, пластинчатые, спиральные.

По виду теплоносителей теплообменные  аппараты бывают водо-водяные, пароводяные, газо-воздушные, газо-мазутные.

Теплообменные аппараты бывают одноходовыми и многоходовыми (рис.1).

Многоходовые теплообменные  аппараты изготавливают для увеличения поверхности теплообмена при  меньших габаритах, обеспечивая  большую компактность.

Так же теплообменные  аппараты бывают прямоточные, противоточные  и перекрестные в зависимости  от движения теплоносителей в них. Лучшие результаты с точки зрения снижения поверхности нагрева дает противоточное движение, поэтому во всех теплообменных аппаратах, где это возможно, создают противоток движения теплоносителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.2. Описание водоводяного кожухотрубчатого теплообменника и основных элементов

 

Абонентские водоводяные  подогревательные установки выполняются  обычно из секционных подогревателей, соединённых последовательно по первичному и вторичному теплоносителям. Общий вид такой подогревательной установки показан на рис.1. В таких установках легко организовать течение первичного и вторичного теплоносителей по схеме противотока и получить достаточно высокие и сравнительно близкие скорости воды в трубках и межтрубном пространстве.

Широкое применение на практике находят секционные подогреватели типа Теплосети Мосэнерго, изготовляемые по ОСТ-34-588-68. Основные размеры этих    подогревателей приведены в приложении 19.   Корпуса этих   подогревателей   выполняются из стальных    труб,    а поверхность нагрева из латунных    трубок Л-68 диаметром   16/14  мм.   Трубные   решетки приварены к корпусу подогревателя. Подогреватели для горячего водоснабжения   изготовляются   без линзового компенсатора на корпусе. Проведенные исследования показывают, что при    использовании этих секционных подогревателей для горячего водоснабжения, когда нагреваемая вода проходит внутри латунных    трубок, а греющая — в    межтрубном пространстве и температура греющей    среды    не превышает 150 °С, нет необходимости в установке на корпусе подогревателя линзовых компенсаторов, так как и без них напряжения в стенках трубок и корпусе не выходят за допустимые пределы. При использовании подогревателей для отопления греющая вода,  как    правило,    пропускается внутри   трубок,    а    нагреваемая — в межтрубном   пространстве.    Для компенсации температурных деформаций на корпусе компенсатора должен быть установлен линзовый компенсатор. Допускаемое рабочее давление: внутри трубок подогревателя 1 МПа, в межтрубном пространстве без линзового компенсатора на корпусе 1 МПа, при наличии линзового компенсатора 0,7 МПа.

В водоводяных подогревателях достигаются обычно довольно высокие коэффициенты теплопередачи [примерно 1000—1500 Вт/(м²-К)]. Интенсивность теплопередачи в подогревателе зависит также от качества изготовления трубного пучка. Необходимо, чтобы вода, проходящая через межтрубное пространство, равномерно омывала все трубки подогревателя, для чего должны быть выдержаны зазоры между трубками, необходимо в середине секций устанавливать под трубками опорные перегородки.

Без опорных перегородок  трубки прогибаются, и зазоры между  ними теряются, что приводит к заметному снижению тепловой производительности подогревателей.

Кроме секционных подогревателей в системах теплоснабжения в последние годы начали применять в опытном порядке пластинчатые теплообменники, изготовляемые как нашей промышленностью, так и зарубежными    фирмами. В СССР стальные пластинчатые теплообменники выпускаются Павлодарским и Уральским заводами химического машиностроения с площадью поверхности нагрева от 10 до 160 м² на рабочее давление 1 МПа.

Поверхность нагрева  этих подогревателей состоит из тонкостенных низколегированных    штампованных гофрированных пластин разного профиля. Потоки греющей и нагреваемой воды проходят через теплообменник противотоком с обеих сторон пластины, между которыми образуются системы каналов сложной формы, способствующие турбулизации протекающих потоков и росту коэффициентов теплопередачи.

Все пластины теплообмена  скомпонованы в виде пакета, как листы в книге, и зажаты с помощью зажимных болтов, между двумя торцевыми несущими плоскими стальными плитами. Греющий и нагреваемый потоки воды подведены с одной и той же стороны торцевой плиты.

Преимущества пластинчатых теплообменников заключаются в  повышении интенсивности теплопередачи, компактности (около 100 м² в 1 м³), высокой плотности — исключена возможность перетекания теплоносителя из одной полости (например, греющей) в другую (например, нагреваемую). Эксплуатация пластинчатых подогревателей проста, так как они легко разбираются. Пластины могут очищаться от накипи и загрязнений или заменяться.

 

 

 

Эскиз водоводяного подогревателя  по ОСТ  приведен  на  рисунке  1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Водоводяной  подогреватель.

1 – обечайка; 2 – патрубок  входа вторичной воды; 3 – патрубок выхода вторичной воды; 4 – трубная решетка; 5 – патрубок входа первичной воды; 6 – патрубок выхода первичной воды; 7 – жидкостная крышка; 8 – теплообменная трубка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЁТ ПАТРУБКОВ

 

Патрубки предназначены  для ввода и вывода теплоносителей из аппарата. Патрубок представляет собой отрезок трубы стандартных параметров, требуемого материального исполнения.

Расчет внутреннего  диаметра патрубка выполняется по уравнению сплошности:

,

где G - массовый расход теплоносителя через патрубок, кг/с ;

r  - плотность теплоносителя при температуре в патрубке, кг/м³;

w - скорость теплоносителя в патрубке, м/с;

f  - площадь внутреннего поперечного сечения патрубка, м²;

 

Площадь поперечного  сечения равна:

,                                                                                                         

          где d_вн  - внутренний диаметр патрубка.

 

Отсюда внутренний диаметр можно вычислить по формуле:

                                                                                          

                                                                                              

3.1 Для греющего теплоносителя (вода) патрубки для впуска и выпуска в целях унификации принимаем с одинаковыми диаметрами:

 

                                                                                                   

 м,                   

где   - принятое рекомендуемое значение скорости для воды в патрубке

r₁ =979 кг/м³ – плотность теплоносителя в патрубке при средней температуре t_ср1=67,5 °С .

 

Округляя полученное значение для d_вн  до стандартного значения D_у, приводимого в таблице 3.5 [2], подбираем трубу стальную бесшовную горячедеформированную по ТУ 14-3-190-82, материал: Сталь 20 по ГОСТ 1050-74

D_у = 200 мм – условный диаметр патрубка;

D_н = 219 мм – наружный диаметр патрубка;

Р_у =0,6  МПа – условное давление.

 

3.2 Аналогично для нагреваемого теплоносителя (вода):

 

                                                                                                    

 м,

          где - скорость нагреваемой воды в трубках;

         r₂ =996 кг/м³ – плотность теплоносителя в патрубке при средней температуре t_ср2=27 °С .

 

Труба стальная  бесшовная  горячедеформированная по ТУ 14-3-190-82, материал: Сталь 20 по ГОСТ 1050-74

D_у = 250 мм – условный диаметр патрубка;

D_н = 273 мм – наружный диаметр патрубка;

Р_у =0,27 МПа – условное давление.

 

3.3 По известным значениям выбираем стандартные фланцы к патрубкам. Эскиз плоского приварного фланца изображен на рисунке 3.1. Тип фланцев – стальные плоские приварные ГОСТ 1255 – 54. Основные размеры патрубков и фланцев приведены в таблице 3.1.

 

 

 

 

Длину патрубков назначают из стандартного ряда.

Таблица 3.1  Основные размеры патрубков.

Патрубок	Ру, МПа	Dу	Dн	S	Dф	Dб	dб	d	Z, шт	D1	h	l
		мм								мм
Греющего теплоносителя	0,6	200	219	6	290	255	М16	18	8	232	22	140
Нагреваемого теплоносителя	0,27	250	273	8	370	335	М16	18	12	312	22	150

 

 

 

Рисунок 3.1 - Фланец плоский приварной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.4Конструктивный расчет водоводяного  кожухотрубчатого  теплообменника

 

Целью данного расчета  является определение основных габаритных размеров теплообменника, в частности, диаметра трубной решетки по центрам наружного ряда трубок и активной длины трубок, определение числа трубок в аппарате и разбивка их в трубной решетке по одной из применяемых схем. По выполнении компоновки трубного пучка, подбираются фланцы нижней жидкостной крышки и корпуса аппарата.

 

4.1 Определяем площадь поперечного сечения  f_X  трубок одного хода из уравнения сплошности:   

                                                                                                           _(4.1)    

где  G – массовый расход нагреваемого теплоносителя, кг/с ;

r - плотность нагреваемого теплоносителя при температуре среды в трубке, м²;