ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Гидравлический режим тепловых сетей - режим, определяющий давления в теплопроводах при движении теплоносителя (гидродинамического) и при неподвижной воде (гидростатического). Вода, обладающая большой плотностью, оказывает значительное гидростатического давление на трубы и оборудование, поэтому при расчетах тепловых сетей его необходимо вычислить и сравнить с допустимыми значениями. При необходимости следует изменять гидравлический режим либо применять более прочные трубы и оборудование. Проверяют гидравлический режим с учетом геодезических высот положения трубопровода при статическом состоянии системы, когда циркуляционные насосы не работают, и при динамическом. При изучении режима давлений используют пьезометрические графики, на которых наносят рельеф местности по разрезам вдоль тепловых трасс, указывают высоту присоединяемых зданий, напор в подающих и обратных линиях теплопроводов. Энергию потока относят к единице силы — ньютону (Н), тогда размерность удельной энергии будет: Дж/Н - нм/Н - м. В метрах измеряют и потенциальную энергию положения, которая совпадает с геодезической высотой прокладки трубопровода. Такой подход удобен, так как позволяет в одном масштабе измерить и энергию и высоты, включая высоту здания. За горизонтальную плоскость отсчета принимают ту, которая проходит через нулевую отметку. Все геодезические отметки соответствуют масштабу, указанному на шкале. Геодезическая высота трубопровода, принимаемая совпадающей с профилем Земли, отражает потенциальную энергию положения, м. Высоты пьезометров подающей и обратной линий — Я, являющиеся пьезометрическими напорами, м, показывают потенциальную энергию давления. Пьезометрические напоры измеряют избыточную энергию, поэтому их откладывают от уровня Земли. Скоростной напор потока ввиду малости на пьезометрическом графике не изображают. По пути потока с изменением геодезической высоты z один вид потенциальной энергии преобразовывается в другой. С подъемом трубопровода потенциальная энергия положения потока z растет, а потенциальная энергия давления — пьезометрический напор Я уменьшается. С учетом потерь он будет линейно уменьшаться, чему соответствуют положения пьезометров. Потери напора на трение и в местных гидравлических сопротивлениях, соответствующие потерям потенциальной энергии давления на пути, измеряют разностью полных напоров.
Пьезометрический напор соответствует избыточному манометрическому давлению, поэтому он определяет давление на стенки трубопроводов, арматуры и оборудования; под этим напором находится и теплоноситель. Следовательно, допустимые напоры для труб, оборудования и теплоносителя накладывают ограничения на возможное положение пьезометров. Из условий прочности труб пьезометрический напор во всех точках по трассе должен быть меньше допустимого Я: Ядоп. Обычно используют трубы с Ядоп, равным 160 м, тогда пьезометрические линии подающего и обратного трубопроводов должны находиться в зоне напоров, нижней границей которой является профиль рельефа местности, а верхней — линия, проложенная эквидистантно рельефу на расстоянии Ядоп -160 м.
Из условия невскипания высокотемпрного теплоносителя давление в трубе должно быть больше давления насыщения, соответствующего его максимальной температуре. При максимальной температуре воды 150°С давлению насыщения соответствует напор, равный 40 м. Следовательно, допустимое давление в подающей линии ограничивается снизу кривой, находящейся на высоте 40 м от земли. Напор в подающей линии ограничивается пределами 40 м.
Ограничение невскипания в 40 м относится к трубопроводам с геодезической отметкой z, равной 0. Для оборудования, имеющего большую высоту, условие невскипания следует проверять для верхних точек. Требования невскипания относят к гидродинамическому режиму, так как при переходе на статическом режим перед остановкой циркуляционных насосов температуру теплоносителя снижают до уровня, обеспечивающего его невскипание. Давление в обратной линии всегда ниже, чем в подающей, поэтому на прочность его можно не проверять, но если пьезометр обратной линии пересечет Землю, в трубе образуется,вакуум, что недопустимо, поскольку при этом возможны подсос воздуха, коррозия, кавитация перед насосами. Минимальный напор в обратном трубопроводе принимают в 5 м. Это его нижняя граница.
Системы отопления зданий находятся под давлением обратного трубопровода, поэтому к напору в обратной линии добавляются ограничения. Первое вытекает из условий прочности оборудования системы. Наиболее слабым звеном являются нагревательные приборы, рассчитанные на следующие напоры: чугунные радиаторы — 60 м, конвекторы — 100 м, отопительные панели из гладких труб — 100 м. Так как к системам теплоснабжения присоединяют здания районов и городов, а чугунные радиаторы — наиболее распространенные приборы, максимальный напор в обратной линии принимают в 60 м. При независимом присоединении ограничения обусловливаются прочностью водоподогревателей. Их рассчитывают на напор 100 м. Условия прочности относятся к гидродинамическим и гидростатическим режимам.
Другое условие относится только к зависимому способу присоединения и вытекает из требования залива системы отопления водой под напором обратной линии, который для всех зданий должен быть больше их высоты на 5 м. Для гидродинамического режима это условие может не выполняться, если в подающей линии напор достаточный. В таком случае на выходной линии из системы отопления устанавливают регулятор подпора. При спокойном рельефе местности и большой протяженности тепловых сетей допустимые потери давления в теплопроводах недостаточны для обеспечения оптимальности гидравлических уклонов. Увеличение напора в источнике теплоты невозможно по условиям прочности трубопроводов и оборудования. В такой ситуации на подающей и обратной линиях устанавливают подкачивающие насосные подстанции. При этом увеличиваются общий напор насосов, обеспечивающих циркуляцию воды в системе, и гидравлические уклоны при неизменном положении границ напоров в теплопроводах.
Если при прочих равных условиях ограничиться только циркуляционным насосом на источнике теплоты, то он должен развивать напор 140 + 40 + 40 - 220 м. Такой пьезометр показан пунктиром. Максимальный напор в сети составит 210 м считая потери давления в источнике теплоты в 20 м, что недопустимо по требованиям прочности трубопроводов. При установке насосных подстанций максимальный напор в тепловой сети равен 130 м. При сложном рельефе местности для удовлетворения требований гидравлического режима устанавливают подкачивающие насосные и дроссельные станции на подающем и обратном трубопроводах. При понижающемся рельефе местности от источника теплоты к периферии на обратной линии сооружают насосную подстанцию, в результате чего до нее по ходу теплоносителя напор снижается. На подающей линии монтируют дроссельную станцию, на которой давление снижается до значения, не превышающего допустимое. При значительном понижении рельефа систему разделяют на две статические зоны: верхнюю — вблизи источника теплоты, нижнюю — на периферии, где для снижения давления в обратной линии возводят насосную подкачивающую станцию. Предусматривают автоматическую защиту тепловой сети при остановке циркуляционных и подкачивающих насосов и на подающей линии для предотвращения повышения давления ставят клапан рассечки.
При повышении рельефа от источника теплоты на подающей линии устанавливают подкачивающую подстанцию, повышающую давление в трубопроводе и обеспечивающую подачу теплоносителя потребителям. Для защиты систем отопления потребителей, расположенных на периферии, от опорожнения на обратной линии ставят дроссельную станцию. При значит, разности геодезических отметок земли установить единый статический уровень для всей теплоснабжаемой территории невозможно, так как в зонах с низкими геодезическими отметками давление в обратной линии превышает допустимое, а в зонах с высокими отметками не обеспечен залив систем отопления зданий.