ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
К составлению гидравлического расчета тепловой сети приступают после разработки сводной таблицы максимально-часовых расходов тепла на расчетный период и изготовления тепловой карты города с нанесением на нее источника тепла, магистральных тепловых сетей со всеми ответвлениями и определения границ теплоснабжения каждого отдельного ответвления на плане города.
По перечисленным материалам для каждого теплоносителя в отдельности составляется схема гидравлического расчета тепловой сети (рис. 5-12). Так, например, для гидравлического расчета изображенной на рис. 5-1 тепловой карты системы теплоснабжения необходимо составить три отдельные схемы расчета сети — для горячей воды, пара и конденсата.
Водяные тепловые сети. Схема расчета водяных тепловых сетей (рис. 5-12,а) составляется следующим образом:
1) на схеме в произвольном масштабе изображают источник тепла, трассы магистральных тепловых сетей и все ответвления от. магистрали распределительных и внутриквартальных сетей;
2) проверяют определение границ теплоснабжения каждого отдельного ответвления. Если эта работа не доведена до конца, ее завершают;
3) нумеруют расчетные участки каждой магистрали в отдельности в направлении от источника тепла к периферии (расчетным участком называется отрезок тепловых сетей между двумя последующими ответвлениями);
4) наносят на схемы в виде расчетных флажков значения Q, G, Д v, Д руд на всех ответвлениях от магистрали и Q, G, Д L, и, А руд на всех расчетных участках магистрали водяных тепловых сетей.
Расход тепла, Q, ГДж/ч, для ответвлений от магистрали принимается поданным сводной таблицы максимально-часовых расходов тепла на расчетный период, соответственно по сумме расходов тепла на обслуживаемые ответвлением кварталы. В расчете начальных участков магистрали исходными данными является среднечасовой расход тепла за отопительный период бытового горячего водоснабжения и среднечасовой расход тепла за смену с наибольшей тепловой нагрузкой технологического горячего водоснабжения промышленных и коммунальных предприятий. Значения расходов тепла Q для расчета средних и конечных участков магистрали получают соответствующим интерполированием.
Количество циркулирующего в течение одного часа в тепловых сетях теплоносителя, т/ч, определяется по
Полное гидравлическое сопротивление системы тепловых сетей состоит из суммы линейных и местных потерь давления в сетях. Линейные потери давления в сетях указаны в таблицах приложения 2, но определение местных потерь давления при гидравлическом расчете сети обычно сопровождается известными трудностями. При выполнении гидравлических расчетов для конкретной сети только в редких случаях точно известны все повороты труб, вся установленная на ответвлениях запорная арматура, размещение грязевиков, и другие элементы, вызывающие местные потери давления. На потери давления в тепловых сетях заметно влияет также качество сварных швов и шероховатость внутренних поверхностей труб, вызванная коррозией или отложениями солей. Из сравнения расчетных данных с результатами наблюдений появилась эмпирическая формула
Применяемые в технических расчетах значения коэффициента а приведены в табл. 5-2 [21].
По изложенному методу и таблицам для гидравлического расчета приложения-2 можно рассчитать не только водяные тепловые сети, но и любые другие трубопроводы, транспортирующие жидкие среды, такие как растворы кислот, щелочей и различных химических реагентов. При этом в расчеты трубопроводов необходимо вводить поправки, учитывающие кинематическую вязкость и плотность транспортируемых жидкостей. Поправки делаются в связи с тем, что кинематическая вязкость влияет на удельные потери давления в сети, а от плотности жидкости зависит скорость v ее течения по трубопроводу.
Паровые сети. Схема расчета паровых сетей (рис. 5-12,6) составляется совершенно в той же последовательности, что и схема расчета водяных тепловых сетей. Единственная разница состоит в том, что в гидравлическом расчете паропроводов не участвует величина Q, рассматриваются только величины G, D, L, v, АруП для расчетных участков и величины G, D, v, Ардуд для ответвлений.
Расход пара G принимается по сводной таблице максимально-часовых расходов тепла расчетного периода путем суммирования расходов пара в соответствующих кварталах города.
Диаметры паропроводов определяются в ходе гидравлического расчета сети. Критерием для определения наиболее рационального диаметра паропровода согласно § 7.10 СНиП П-36-73 является разность давления пара между источником тепла и потребителями пара. Это значит, что при большей разнице давления и меньшем расстоянии между источником тепла и потребителями можно применять увеличенные скорости движения пара, что уменьшит диаметр паропровода, и наоборот. Однако не следует превышать скорости движения пара о по трубопроводам, приведенные в табл. 5-3.
Расчеты, основанные на приведенных выше максимальных скоростях пара в паропроводах, на практике редко дают оптимальные результаты. Поэтому в настоящее время основным критерием при выполнении гидравлических расчетов считаются удельные потери давления пара, которые в особенности- сказываются при транспортировании пара на значительные расстояния. Для практики проектирования паропроводов можно рекомендовать как оптимальное среднее значение удельных потерь давления Дрдуд=70-5-150 Па/м [примерно 7—15 кгс/(м2-м)], что соответствует потере давления 0,07—0,15 МПа/км [0,7—1,5 кгс/(см2-км)]. Этим потерям давления соответствуют скорости пара в паропроводах, обычно значительно меньшие, чем максимально допустимые.
Для определения диаметра паровых сетей надлежит пользоваться таблицами гидравлического расчета для водяного пара приложения 3. Таблицы составлены для пара с условно принятой плотностью р=1,0 кг/м3, давлением р—1,28 МПа (13 кгс/см2), температурой / = 300°С й динамической вязкостью р=20,11 Па-с. Эквивалентная шероховатость труб Аэ принята равной 0,2 мм.
Гидравлические расчеты паровых сетей также объединяют в сводные таблицы. Пример расчета паровой сети сухого насыщенного пара дан в табл. 5-4.
Длина участка паровой сети, эквивалентная местным потерям давления, также рассчитывается по формуле L3=iaiL, в которой значения а принимаются по данным табл 5-2. Расчет паровой сети ведут начиная с источника тепла. Значение рп дает начальное давление пара на выводах источника тепла или давление, образующееся в конце каждого соответственно предыдущего участка магистрали.
Плотность пара рп и рк находят в таблицах приложения 1. Плотность пара зависит от давления и степени перегрева или влажности пара. Значения v и Аруд при плотности пара р=1 кг/м3 находят в таблицах гидравлического расчета приложения 3 в зависимости от расхода пара по паропроводу. Ожидаемая средняя плотность пара рСр, определяемая для середины расчетного участка, принимается по приблизительным оценкам и в ходе расчета уточняется.
Действительная средняя скорость пара, м/с, определяется по формуле
Если вычисленная средняя плотность пара рср по средине участка точно совпадает с ранее принятой предполагаемой плотностью, расчет считается приемлемым и законченным. Если же эти значения не совпадают, расчет для данного участка повторяется с другими, более приближенными значениями предполагаемой средней плотности пара до полного совпадения вычисленным значением плотности.
Гидравлический расчет сети перегретого пара несколько отличается от расчета сети сухого насыщенного пара. Разница в расчетах возникает в связи с тем, что в паропроводе происходит относительно быстрое снижение температуры перегрева пара до температуры насыщения, а плотность перегретого пара отличается от плотности сухого насыщенного пара. Поскольку для большинства потребителей тепла перегретый пар непригоден, то сильно перегретый пар применяется весьма редко, в то время как небольшой перегрев пара находит частое применение. Значения плотности перегретого пара, необходимые для расчета его сетей, даны в приложении 4.
При выполнении гидравлических расчетов сети перегретого пара определяется снижение температуры перегрева вследствие потерь тепла паропроводами в окружающую среду и соответствующее изменение плотности па- ра. При необходимости определяется количество выпадающего в паропроводе конденсата после превращения перегретого пара в сухой насыщенный, а потом во влажный [17].
По таблицам гидравлического расчета приложения 3 можно рассчитать по изложенному методу трубопроводы для любого другого реального газа. При этом в расчеты трубопроводов вводятся поправки, учитывающие динамическую вязкость и плотность рассматриваемого реального газа, влияющие на скорость движения и потери давления в трубопроводе.
Проведенные расчеты трубопроводов сжатого воздуха подтверждают, что получаемые результаты практически вполне удовлетворительны.
В расчете трубопроводов сжатого воздуха его плотность при нормальном атмосферном давлении и средней влажности принята равной ры= 1,2 кг/м3. Плотность воздуха в любом сжатом состоянии, кг/м3, рассчитывается по формуле
Динамическая вязкость сжатого воздуха и водяного пара почти одинаковы и разницей между ними в практических расчетах пренебрегают.
Подобным образом рассчитывают трубопроводы сжатого азота, кислорода и других реальных газов.
Конденсатные сети. Расчетная схема конденсатной сети (рис. 5-12,в) отличается от расчетной схемы паровой сети только значениями величин G, Д v и Аруд. Конденсат в конденсатопроводах может пребывать в двух состояниях:
1) в виде горячей воды;
2) ввиде пароводяной смеси.
Расчеты трубопроводов для каждого из этих состояний конденсата имеют свои отличия. Для конденсата в состоянии горячей воды расчет конденсатопровода мало отличается от расчета трубопроводов водяной тепловой сети.
Для конденсатопроводов:
1. Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности стальных труб kD согласно §7.9 СНиП 11-36-73 принимается равной 1 мм (для расчета водяных тепловых сетей ?э=0,5 мм). Поэтому расчет конденсатных сетей следует производить по особым таблицам [17]
2. Удельные потери давления на трение в кондесатопроводах после насосов согласно § 5.5 СНиП П-36-73 принимаются не более Друд=98 Па/м [примерно 10 кгс/(м2-м)].
3. В гидравлических расчетах конденсатных сетей не участвует расход тепла Q.
На практике при отсутствии таблиц гидравлического расчета конденсатопроводов, составленных при ka—l мм, пользуются таблицами, составленными для водяных тепловых сетей при 6Э=0,5 мм, дающими заниженные удельные потери давления А руд в пределах 25% (в среднем).
Конденсатопр оводы обычно сооружаются из черных стальных труб, которые на участке после насосов при наличии кислорода воздуха быстро корродируют и часто выходят из строя. Качество конденсата существенно понижается растворением в нем окиси железа от поддающихся коррозии труб. Иногда конденсатопроводы на участке от насосов до источника тепла сооружаются из стальных нержавеющих труб, более дорогих и дефицитных, но более долговечных.
Для расчета конденсатопроводов, сооружаемых из нержавеющих труб, следует применять таблицы гидравлического расчета, составленные для труб с пониженной шероховатостью, т. е. при &э=0,5 мм.
Диаметры конденсатопроводов при отсутствии в конденсате вторичного пара выбираются обычно при удельных потерях давления Друд=20-60 Па/м [2—б кгс/(м2м)], учитывая, что обычно в расчетах предполагают непрерывный поток конденсата, в то время как фактически конденсат из конденсатных баков перекачивается периодически, так как применяемые конденсатные насосы обладают примерно в 2 раза большей производительностью по сравнению с максимально-часовым притоком конденсата в бак.
В большинстве случаев конденсатопроводы не содержат вторичного пара, и по ним движется только конденсат. Это справедливо для всех напорных конденсатопроводов на участке от насосов перекачки конденсата потребителей тепла до источника тепла. Вторичный пар в пароводяной смеси обычно наблюдается только в самотечных конденсатопроводах на участке от конденсатоотводчиков потребителей пара до ближайших конденсатных баков, расположенных у потребителей или в источнике тепла. Гидравлический расчет таких конденсатопроводов выполняется на других теоретических основах, отвечающих одновременно особенностям расчетов трубопроводов горячей воды и пара. В практических условиях расчет конденсатопроводов, в которых движется пароводяная смесь, весьма сложен, в особенности при изменяющемся содержании вторичного пара в кондейсатопроводе. Расчетные диаметры трубопроводов, транспортирующих пароводяную смесь, всегда получаются больше диаметров трубопроводов, по которым движется то же количество чистого конденсата.
На практике диаметры самотечных конденсатных сетей часто определяют при помощи таблиц гидравлического расчета обычных сетей горячей воды с некоторым эмпирическим увеличением диаметра конденсатопровода по сравнению с расчетным. Так, например, вместо-расчетного диаметра 40 принимают 50 мм; вместо 50 80 мм; вместо 80>100 мм и т. д. Опыт показывает, что трубопроводы пароводяной смеси, определенные таким упрощенным методом, вполне удовлетворяют требованиям эксплуатации.
Шираке 3. Э. Теплоснабжение: пер. с латыш. — М.: Энергия, 1979.
