Тепловые сети

 

 

 

 

Курсовой  проект

«ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ»

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

 

Теплоснабжение  в сельском хозяйстве повышает культуру быта сельских тружеников, обеспечивает бесперебойность технологических  процессов в производстве сельскохозяйственной продукции животноводства и растениеводства, тепличного хозяйства и других. В связи с этим подготовка специалистов сельскохозяйственного профиля включает получение знаний, посвященных теплотехнике, в том числе проектированию тепло энергоустановок.

Основными направлениями  совершенствования этой подсистемы является концентрация и комбинирование производства теплоты и электрической  энергии (теплофикация) и централизация  теплоснабжения.

Потребителями тепла являются объекты жилищно-коммунального хозяйства и промышленные предприятия. Для жилищно-коммунальных объектов используется тепло на отопление и вентиляцию зданий, горячее водоснабжение; для промышленных предприятий, кроме того, на технологические нужды.

Потребность в  теплоэнергии, которую должна обеспечить котельная, показывает расчетная тепловая нагрузка котельной, которая складывается из расходов теплоты у потребителей на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и производственные нужды с учетом потерь теплоты в тепловых сетях и расходов на собственные нужды котельной. В расчётах определяют, сколько и каких котлов будет использоваться, какова будет тепловая схема и график теплопотребления. Выбор типа и количества котлов зависит от расчетной тепловой нагрузки котельной, вида и параметров вырабатываемого теплоносителя, других факторов. Решению этих и других вопросов посвящена курсовая работа.

Исходные  данные: число жителей - 300, жилых домов - одноэтажных и 57 многоэтажных, клуб - 2, школа -2, магазин - 1, больница - 1, гараж - 1, ремонтная мастерская -1, коровник -1, 400 коров.

 

1.Исходные данные.

 

1.1 Географическое  местоположение : г.Челябинск  ,  нормативная  температура наружного воздуха t_H = - 29 ^оС

1.2 Средняя расчётная  температура внутреннего воздуха  для всех зданий : t_в=17,3 ^оС

1.3  Общие  тепловые нагрузки:

- на отопление:   ΣQ_о = 2866,13 кВт

- на вентиляцию: ΣQ_в = 467,0 кВт

- на горячее  водоснабжение:  ΣQ_г.в. = 144,1 кВт

- на  производственно-технологические нужды:   ΣQ_тн = 177,3 кВт

- на собственные нужды для подогрева и деаэрации воды:

 ΣQ_сн= 0,07 (2866,13 кВт+467,0 кВт+144,03 кВт+177,3кВт) =

= 259 кВт.

-тепловая мощность теряемая в тепловых сетях:

ΣQ_птс = 0,08 (2866,13 кВт+467,0 кВт+144,03 кВт+177,3кВт) =

= 292 кВт.

1.4 Тепловые нагрузки для каждого здания :

1.4.1  Тепловая  мощность потребляемая для отопления:

-одноэтажным  домом  Q_o.д=  910,86 кВт

- многоэтажным  домом  Q_м.д= 868,56 кВт

- клубом   Q_к.= 193,5 кВт

- школой  Q_ш.= 202,5 кВт

- магазином  Q_м.= 96,8 кВт

- больницей  Q_б.= 115,15 кВт

- коровником  Q_кор = 67,86 кВт

- ремонтными  мастерскими  Q_р.м= 329 кВт

- гаражом   Q_г.= 81,9 кВт

1.4.2 Тепловая  мощность потребляемая для вентиляции:

- коровником  Q_кор = 314,1 кВт

- ремонтными  мастерскими  Q_р.м= 80 кВт

- гаражом   Q_г.= 72,9 кВт

1.4.3 Тепловая  мощность потребляемая для  горячего водоснабжения: 

- санитарно-бытовых нужд жилых домов Q_гв.пос. = 130,94 кВт

- санитарно-бытовых нужд  общественных зданий  Q_{гв.общ.здан.} =  13,09 кВт.

1.4.4.  Тепловая мощность, необходимая для производственно-   

   - технологических нужд.

ΣQ_тн =  177,3 кВт/сут.

1.5  Технические  характеристики котла водогрейного  стального автоматизированного   « КВСА 7»

Таблица 1.

№ п\п	Наименование  показателя	Ед.изм.	КВСА 7
1	Теплопроизводительность номинальная	Гкал\ч	6,02
		МВт	7
2	Вид топлива		газ,  дизельное,
			котельно-печное
			топливо,
			мазут, нефть
3	Коэффициент полезного  действия:	%
	Газ		92
	Жидкое топливо		91
4	Максимальная  температура воды	°С	115
	на выходе
5	Минимальная температура воды	°С	60
	на входе
6	Водяной объём  котла	м³	19
7	Гидравлическое  сопротивление котла,	кгс/см²	0,34
	не более
8	Сопротивление котла по газовому	Па	200
	тракту
9	Избыточное  давление воды ,не более	кг/см²	6
10	Расход воды номинальный	м³/ч	240,8
11	Расход воды минимальный	м³/ч	150,5
12	Поверхность нагрева  котла:
	радиационная	м²	22,31
	конвективная	м²	269
13	Температура уходящих газов  при	°С	160
	номинальной теплопроизводительности,
	не менее
14	Температура наружной поверхности	°С	45
	кожуха (теплоизоляции) котла, не более
15	Габаритные  размеры, не более
	длинна	мм	7150
	ширина	мм	2780
	высота	мм	3220
16	Масса котла, не более	т	19

 

Таблица 2.

Тепловые  нагрузки № п/п Наименование  зданий и нужд Количество  зданий Потребляемая тепловая мощность ,Q кВт  для  отопления суммарная для вентиляции суммарная для горячего водоснабжения 1  одноэтажный  дом  51 17,86 910,86       2 многоэтажный  дом 14 62,04 868,56       4 школа 2 101,25 202,5       5 клуб 2 96,75 193,5       6 магазин 1 96,8 96,8       7 больница  1 115,15 115,15       8 ремонтные мастерские  1 329 329 80,0 80,0   9 гараж 1 81,9 81,9 72,9 72,9   10 коровник 1 67,86 67,86 314,1 314,1   11 Санитарно - бытовые  нужды  жилых домов           130,94 12 санитарно-бытовые нужды  общественных  зданий           13,09

2. Проектирование тепловых сетей.

 

2.1 Выбор и  обоснование места расположения  котельной установки.

Пункт 2.1 СНиП II – 35-76 ( Нормы проектирования .Котельные  установки.):

Земельные участки  для строительства котельных выбираются в соответствии со схемой теплоснабжения, проектами планировки и застройки городов, поселков и сельских населенных пунктов, генеральными планами предприятий, схемами генеральных планов групп предприятий с общими объектами (промышленных узлов).

Так же обращаем внимание на  направления преимущественных  ветров.

2.2 Прокладка  и конфигурация теплосети.

Рис. 1. План поселка

Проектирование  тепловых сетей начинаем с выбора трассы и способа их прокладки. Трассу тепломагистрали  выбираем по кратчайшему направлению между начальной ( котельная) и конечной (потребитель) ее точками с учетом обхода труднопроходимых территорий и различных препятствий. Трасса тепловых сетей в населенном пункте  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, предусматривается вне проезжей части дорог в специально отведенных технических полосах, совместно с трассой технологических трубопроводов. При выборе трассы теплопроводов учитывается 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, принимаемые равными 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 чертим  расчетную схему тепловой сети

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

 

 

2.3.Принципиальная схема системы теплоснабжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Принципиальная схема

3. Гидравлический расчёт тепловой  сети.

Рис. 3 План тепловой трассы.

3.1 Предварительный  расчёт.

План тепловой трассы разбиваем  на расчётные участки.

Расчётный участок –  это часть тепловой сети, в которой диаметры трубопроводов и расходы теплоносителя постоянны. Расчётный участок начинается с ответвления, разводки  и заканчивается перед последующим разделением потока.

3.1.1  Рассчитываем расходы  теплоносителя на отдельных участках  тепловой сети с учётом особенностей теплопотребления:

- на отопление жилых,  административных, производственных  и др. помещений, кг/с :   

                                         G₀ = Q_o / c × (τ₁ – τ₂)    ,                        (1)

где  Q_o - тепловая мощность на отопление, кВт.

        с  – удельная теплоёмкость воды, с = 4,19 кДж/ кг×°К.

        τ₁ и τ₂ – температура воды в прямом и обратном трубопроводах , С°,

   при расчётной  температуре наружного воздуха  для данной зоны.

- на вентиляцию, кг /с  :

                                         G_в = Q_в / c × (τ₁ – τ_в)  ,                           (2)

где  Q_в - тепловая мощность на вентиляцию, кВт.

        τ_в – температура теплоносителя на выходе из калорифера. Обычно принимают 60 °С.

- на горячее  водоснабжение , кг/ с :

                                       G_г.в. =Q_г.в. / c × (τ₁ – τ_в.в.)    ,                      (3)

где Q_г.в - тепловая мощность на горячее водоснабжение, кВт;

   τ_в.в – температура теплоносителя на выходе из водо – водяного теплообменника. Примем равным 30°С.

Подставляем значения в формулу 1, получаем для участка  сети №2 :

G₀ = 2387,37 кВт / 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 65°С) = 28,49кг/с

Подставляем значения в формулу 2, получаем  для участка  сети №2:

G_в = 0 кВт/ 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 60 °С) =0 кг/с

Подставляем значения в формулу 3, получаем для участка  сети №2:

G_г.в. = 144,03 кВт / 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 30°С) = 0,62 кг/ с

Суммарный расход  теплоносителя  на  участке № 2  тепловой сети:

  ΣG₂ = G₀ + G_в + G_г.в. = 28,49  + 0 + 0,62 = 29,11кг/с

 

Подставляем значения в формулу 1, получаем для участка  сети №3:

G₀ = 410,9 кВт / 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 65°С) = 4,9 кг/с

Подставляем значения в формулу 2, получаем  для участка  сети №3:

G_в = 152,9 кВт/ 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 60 °С) =1,46 кг/с

Подставляем значения в формулу 3, получаем для участка сети №3:

G_г.в. = 0 кВт / 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 30°С) = 0 кг/с

Суммарный расход  теплоносителя на  участке № 3  тепловой сети:

  ΣG₃ = G₀ + G_в + G_г.в. = 4,9 + 1,46 + 0 = 6,36 кг/с

 

Подставляем значения в формулу 1, получаем для участка сети №4:

G₀ = 67,86 кВт/ 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 65°С) = 0,62 кг/с

Подставляем значения в формулу 2, получаем  для участка  сети №4:

G_в = 0 кВт / 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 60 °С) =0 кг/с

Подставляем значения в формулу 3, получаем для участка сети №4:

G_г.в. = 0 кВт/ 4,19 кДж/ кг×°К ×(85°С – 30°С) = 0 кг/с

Суммарный расход  теплоносителя на  участке № 3  тепловой сети:

  ΣG₄ = G₀ + G_в + G_г.в. = 0,62 + 0 + 0 = 0,62 кг/с

 

Расход  теплоносителя  на  участке №1  тепловой сети равен сумме расходов на остальных  участках:    ΣG₁ = ΣG₂ + ΣG₃ + ΣG₄

                                  ΣG₁=29,11+6,36+0,62 = 36,09 кг/с

3.1.2  Выбираем  главную расчётную магистраль.

  Наиболее  нагруженная  и  протяжённая   магистраль – участок № 1.

Предварительно  принимаем значение удельных потерь давления на длине участка  :

- для участка главной  расчётной магистрали  примем 70 Па/м;

  По номограмме (лит. 1 стр.37) определяем диаметр  трубопровода, действительные значения  удельных потерь давления, скорости  движения теплоносителя:

 ближайший  стандартный диаметр трубопровода  – 200 мм;

действительное значение  удельных потерь давления – 70 Па/м;

скорость движения теплоносителя – 1,2 м/с;

Аналогично  находим значения для остальных  участков магистрали и заносим в  таблицу 3.

Таблица 3.

Номер участка	G, кг/с	l, м	d, мм	Rл, Па/м	ω, м/с
1	36,09	50	200	80	1,2
2	29,11	300	200	60	1,2
3	6,36	50	125	75	0,9
4	0,62	100	125	28	0,5

 

3.2 Расчёт опор  и компенсаторов.

 Каждый компенсатор  устанавливается между двумя  неподвижными опорами.

Неподвижные опоры  предназначены для фиксации трубопроводов  и их разделения на отдельные участки с целью компенсации тепловых удлинений. Они выполняются упорными, щитовыми или хомутовыми. Неподвижные опоры устанавливают перед тепловыми камерами и далее между компенсаторами.

Расстояние  между неподвижными опорами выбираем в зависимости от диаметров трубопроводов, способа прокладки ( лит.1 табл.3) и заносим в таблицу 4.

Таблица 4.

Номер участка	Максимальное  возможное расстояние между опорами, м.	Принимаемое расстояние между опорами, м.
Участок №1	120	25
Участок №2	120	100
Участок №3	90	25
Участок №4	90	50

 

Высоту П  – образного компенсатора выбираем на основе расчёта теплового удлинения  участка трубопровода между двумя  неподвижными опорами и сравнения  его с компенсирующей способностью компенсатора ( лит.1 табл.4).

Расчетное тепловое удлинение находим по формуле :

∆l = α× l×∆t ,                                    (4)

где  α = 0,012 мм/м×°К- коэффициент линейного удлинения;

l – расстояние между двумя неподвижными опорами, м;

 ∆t – разность температур теплоносителя и окружающей среды, °С.

Подставляем значения в формулу 4, получаем для участка сети №1:

∆l = 0,012 × 25×(85 + 34) = 35,7 мм

   Выбираем  высоту П – образного компенсатора  для данного участка

 равной 3600 мм.

Подставляем значения в формулу 4, получаем для участка сети №2:

∆l = 0,012 × 100×(85 + 34) = 428,4 мм

   Выбираем  высоту П – образного компенсатора  для данного участка

 равной 3600 мм.

Подставляем значения в формулу 4, получаем для участка сети №3:

∆l = 0,012 × 25×(85 + 34) = 35,7 мм

   Выбираем  высоту П – образного компенсатора для данного участка

 равной 1500 мм.

 

Подставляем значения в формулу 4, получаем для участка сети №4:

∆l = 0,012 × 50×(85 + 34) = 71,4 мм

   Выбираем  высоту П – образного компенсатора  для данного участка

 равной 1500 мм.

 

3.3  Подсчитываем  потери  давления на участках.

 

Подсчитываем  потери  давления в начале магистрального трубопровода,

а затем на ответвлениях, беря в основу располагаемое давление в точках их присоединений , Па:

                                          n

∆Р _i = R_л ×( l_i +Σ l_e ),                                (5)

                                          i

где l_i – длинна i – го участка, м;

 n

Σ l_e – суммарная эквивалентная длинна местных сопротивлений на участке, показывающая эквивалентность потери давления на сопротивлении ( задвижек, ответвлений и др.) сопротивлению дополнительного участка трубы ( лит 1,табл. 5 )

Подставляем значения в формулу 5, получаем для участка сети №1:

∆Р ₁ = 80×(50 + ( 27+4)) = 6480 Па

 Подставляем  значения в формулу 5, получаем для участка сети №2:

∆Р ₂ = 60×(300 + (27+27+4)) = 21480 Па

Подставляем значения в формулу 5, получаем для участка сети №3:

∆Р ₃ = 75×(50 + ( 12,5+2,2)) = 4852,5 Па

Подставляем значения в формулу 5, получаем для участка сети №4:

∆Р ₄ = 28×(100 + (12,5+2,2)) = 3211,6 Па

Для дальнейшего построения пьезометрического графика потери давления пересчитываем в м водяного столба:

∆Н_i = ∆Р _i / g×ρ,                            (6)

где g – ускорение свободного падения (9,81 м/с²), м/с² ;

ρ – плотность теплоносителя (воды) при заданной температуре ( для 85°С

примем ρ = 968,58 кг/м³) , кг/м³.

Подставляем значения в формулу 6, получаем для участка сети №1:

∆Н₁ = 6480/ 9,81×968,58 = 0,681 м вод.ст.

 Подставляем  значения в формулу 6, получаем для участка сети №2:

∆Н ₂ =  21480/9,81×968,58 = 2,26 м вод.ст.

Подставляем значения в формулу 6, получаем для участка сети №3:

∆Н ₃ =  4852,5 /9,81×968,58 = 0,51 м вод.ст.

Подставляем значения в формулу 6, получаем для участка сети №4:

∆Н ₄ = 3211,6 /9,81×968,58 = 0,338 м вод.ст.

 

Результаты  окончательных расчётов  сводим в таблицу 7.

Таблица 7.

Номер участка	Σ le  , м	li +Σ le , м	∆Р, кПа	∆Н, м
Участок №1	31	81	6,480	0,681
Участок №2	58	358	21,480	2,26
Участок №3	14,7	64,7	4,8525	0,51
Участок №4	14,7	114,7	3,2116	0,338

 

При проектировании и эксплуатации разветвлённых тепловых сетей, для учёта взаимного влияния профиля района, высот присоединяемых зданий, потерь давления в тепловой сети и абонентских установках, используется график. По пьезометрическому графику легко определяется давление и располагаемый перепад давлений в любой точке тепловой сети.

На основании  пьезометрического графика выбирается схема присоединения абонентских  установок, подбираются повысительные  насосы, подпиточные насосы и автоматические устройства.

График давления разрабатывается для состояний покоя системы (гидростатический режим) и динамического режима.

Динамический  режим характеризуется линией потерь напора в подающем и обратном трубопроводах, на основании гидравлического расчёта  сети, и определяется работой сетевых насосов.

Методика построения графика:

- строится магистраль, условно её отметка совпадает  с отметкой земли;

- на профиле  трассы в принятом масштабе  вычерчиваются высоты присоединённых зданий;

- строится линия  статического напора, из условий  заполнения водой отопительных установок и создания в их верхних точках избыточного давления (запас напора 5 м. выше самого высокого здания);

- пьезометрическое  давление в обратном трубопроводе  тепловой сети не должно быть  меньше 5 м. в. ст. во избежание  образования вакуума и подсоса воздуха.

4. Тепловой расчёт тепловой  сети.

 

Задачами теплового  расчёта являются определение теплопотерь  по длине трассы, выбор теплоизоляционной  конструкции, определение уменьшения температуры теплоносителя в  трубопроводах от источника теплоты до объекта теплоснабжения и определение коэффициента эффективности изоляции.

При расчётах принимаем  за расчётную температуру теплоносителя, для водяных тепловых сетей, среднюю  за отопительный период.

В качестве расчётной  температуры окружающей среды, при подземной прокладке, среднюю температуру грунта в зависимости от географического расположения.

  При двухтрубной  канальной прокладке учитываются  :

- термическое  сопротивление изоляции (R_из) ;

- теплоотдача  от изоляции к воздуху канала (R_н);

- теплоотдача от воздуха к стенке канала (R_в.к.);

- теплоотдача  стенок канала (R_к);

- теплоотдача  грунта (R_гр.);

Тепловой баланс в канале записываем в следующем  виде :

(τ₁ – t_к /  R_из1 +  R_н1   +  τ₂ – t_к /  R_из2 +  R_н2 )×β =   t_к – t_н /  R_в.к + R_к + R_гр    (7)

где τ₁ и τ₂  - температуры теплоносителей в прямом и обратном

трубопроводах, °С ;

t_к - температура воздуха в канале, °С;

t_н - наружная температура , принимаемая равной естественной температуре грунта на глубине заложения оси трубопровода, °С примем равной среднегодовой 5,5°С;

β – коэффициент, учитывающий теплопотери через  неизолированные участки сети: опоры, арматуру и др.  Принимаем β = 1,2 (лит.1 стр.17);

R_из – термическое сопротивление изоляции, м°К/ Вт:

                                     R_из =        1       ×   ln  d_н     ,                    (8)

                                                  2π×λ_из           d_в                        

  d_в – внутренний диаметр трубопровода, м;

d_н – наружный диаметр изоляции, м (таб.9 , литер 1) ;

λ_из – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м²°К  (таб.8 , литер 1) ;

R_н ,– термическое сопротивление теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в окружающую среду, м°К / Вт :

R_н = 1 / α_н×π×d_н  ,             (9)

где α_н = 11,6 + 7√w    , где w – скорость движения воздуха , м/с.

R_в.к , R_к – термическое сопротивление теплоотдачи от наружной поверхности стенок канала в окружающую среду, м°К / Вт :

R_к = 1 / α_н×π×d_э  ,             (10)

где d_э = 4F/P                                                                 

F- площадь поперечного сечения канала, м²;

P – периметр сечения, м.

Выбираем, из таблицы 11 канал марки КЛ (КЛп) 120×90

R_гр –термическое сопротивление грунта :

                                    R_гр =        1       ×   ln  4h    ,                    (11)

                                                2π×λ_гр             α_н                              

 

где λ_гр = 1,75 (для глинистого грунта)

h – глубина заложения трубопровода от поверхности земли до его оси, м.

Подставляем значения в формулу 8, получаем R_из:

 

R_из =        1       ×   ln  0,509    = 0,0119   м°К/ Вт