Расчёт тепловых нагрузок

Содержание
Введение .................................................................................................................6
1 Расчёт тепловых нагрузок ..................................................................................7
1.1 Исходные данные .............................................................................................7
1.2 Определение расчетных тепловых нагрузок .................................................8
1.3 Построение часовых и годовых графиков расхода теплоты ......................12
1.4 Расчет и построение графиков регулирования отпуска теплоты ..............18
1.5 Определение расходов сетевой воды ............................................................25
2 Гидравлический расчет тепловых сетей ..........................................................29
2.1 Подбор сетевых и подпиточных насосов .....................................................34
2.2 Определение толщины изоляции на участке тепловой сети ......................36
2.3 Определение изгибающих напряжений от термических деформаций в трубопроводе .........................................................................................................38
3 Расчет теплообменника .....................................................................................40
Заключение ............................................................................................................44
Список литературы ...............................................................................................45










Введение
     В данной работе разрабатывается система водяного централизованного теплоснабжения населенного пункта, в котором располагаются, как жилые, так и общественные здания. Источник теплоты – Уренгойская ГРЭС, система теплоснабжения двухтрубная с подземной прокладкой трубопроводов.
     Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
* выполнение расчета тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и систему горячего водоснабжения;
* построение графика зависимости часовых расходов теплоты на отопление жилых зданий в зависимости от температуры наружного воздуха;
* построение графика часовых расходов теплоты на отопление,   вентиляцию и горячее водоснабжение жилых и общественных зданий в зависимости от температуры наружного воздуха;
* выполнение расчета и построение годового графика расхода теплоты по продолжительности тепловых нагрузок;
* выполнение расчета и построение графика центрального качественного регулирования отпуска теплоты;
* определение расхода сетевой воды, с последующим выполнением гидравлического расчета;
* построение пьезометрического графика основной магистрали тепловой сети;
* выполнение подбора оборудования ЦТП;
* выполнение расчета компенсации тепловых удлинений трубопровода.
     Так как источником теплоты является Уренгойская ГРЭС,  с параметрами теплоносителя 115/70?С, присоединение местной системы отопления к тепловым сетям осуществляется по зависимой схеме. Вода для системы горячего водоснабжения приготавливается в подогревателях ЦТП.
1 Расчёт тепловых нагрузок
1.1 Исходные данные
     
     Район строительства – Новый Уренгой
Наименование
Ед.изм.
Значение
Температура наружного воздуха
 
 
для проектирования СО
?С
-46
для проектирования СВ
?С
-29
средняя температура отопительного периода
?С
-13,1
Продолжительность отопительного периода
сут.
285
Число суток за отопительный период со среднесуточными температурами наружного воздуха
-45-40
?С
71
-40-35
?С
136
-35-30
?С
281
-30-25
?С
439
-25-20
?С
618
-20-15
?С
750
-15-10
?С
805
-10-5
?С
851
-5-0
?С
995
0+8
?С
1894
Теплоноситель
 
вода
Параметры теплоносителя
 
 
?1
?С
115
?2
?С
70
?3
?С
95
?4
?С
70
Источник тепла
 
котельная
Система теплоснабжения 
 
закрытая
Способ прокладки
 
подземный
     
     
     
     
     
     
     
     
1.2 Определение расчетных тепловых нагрузок
      
     Расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение определяются по укрупненным показателям, в соответствии с [4, п.2.4], в зависимости от этажности и нормы расхода тепла на горячее водоснабжение с учетом общественных зданий.
     Максимальный тепловой поток, Вт, на отопление жилых и общественных зданий, определяется по формуле:
     

(1)
     
где

-
укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий, Вт/м?; 


-
общая площадь жилых зданий, м?;


-
коэффициент, который учитывает тепловой поток на отопление общественных зданий, принимается равным – 0,25.
     
     Средний тепловой поток, на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, Вт, определяется по формуле:
     

(2)
     
где

-
укрупненный показатель среднего теплового потока на гвс на одного человека, принимаемый по [5, прил.3];


-
число жителей.
     
     Максимальный тепловой поток, Вт, на вентиляцию общественных зданий:

(3)
     
где

-
коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985 г.– 0,4, после 1985 г. – 0,6.
     
     Расчет теплового потока на вентиляцию для жилых зданий не рассчитывает, т.к. система вентиляции в жилых зданиях естественная вытяжная, приток осуществляется через неплотности в оконных конструкциях и в период проветривания помещений.
     Выполним расчет для жилого дома № 1
     Площадь здания принята по генплану, здание 5-ти этажное А = 1700 м?. 
     Приняв (см. прил. 2 учебного пособия) для зданий постройки после 1985 г. величину удельного показателя теплового потока на отопление жилых зданий, в соответствии с температурой наружного воздуха tн = -46?С qо = 97 Вт/м?.
     Максимальный тепловой поток, Вт, на отопление жилых и общественных зданий (1):
     


     
     Количество жителей определено из расчета 20 м? общей площади на 1 человека (в данном жилом доме проживает 85 человек).
     По (см. прил. 3 учебного пособия) укрупненный показатель теплового потока на горячее водоснабжение qhm c учетом общественных зданий при норме на одного жителя a = 115 л/сут составит 407 Вт.
     Средний тепловой поток, на горячее водоснабжение (2):
     


     Суммарный тепловой поток жилого дома Q?, определим суммированием расчётных тепловых потоков на отопление  и горячее водоснабжение:


     
     Для здания магазина:
     Максимальный тепловой поток, Вт, на отопление жилых и общественных зданий (1):
     


     
     Максимальный тепловой поток, Вт, на вентиляцию общественных зданий (3):


     
     Расчетную производственно–технологическую нагрузку, определим по формуле:

(4)
     
где

-
энтальпия технологического (производственного) пара, кДж/кг;


-
энтальпия обратного конденсата, при tк = 80?С, кДж/кг;


-
энтальпия холодной воды зимой, кДж/кг;


-
доля тепловых потерь в паропроводах (принять 0,06-0,10).
     


     
     Результаты расчетов по определению тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение представлены в таблице 1.
     Таблица 1 – Тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение
№
Наименование
F общ, м?
Отопление                  Qomax, Вт
Вентиляция               Qvmax, Вт
Qгвmax,  Вт
Суммарный тепловой поток ?Q, Вт







1
2
3
4
5
6
7
1
Жилой дом 5-эт.
1700
206125
- 
34595
240720
2
Жилой дом 5-эт.
1700
206125
- 
34595
240720
3
Жилой дом 5-эт.
1700
206125
- 
34595
240720
4
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
5
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
8
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
9
Жилой дом 5-эт.
1700
206125
- 
34595
240720
10
Жилой дом 5-эт.
1360
164900
- 
27676
192576
11
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
11/1
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
-
26862
186912
12
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
13
Жилой дом 9-эт.
4106
497853
- 
83435
581288
13/1
Жилой дом 9-эт.
1642
199141
- 
33374
232515
14
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
15
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
16
Жилой дом 5-эт.
1360
164900
- 
27676
192576
17
Жилой дом 5-эт.
1320
160050
- 
26862
186912
18
Жилой дом 9-эт.
2053
248926
- 
41514
290440
19
Жилой дом 9-эт.
2053
248926
- 
41514
290440
 
МБДОУ "Белоснежка", 3 эт.
2304
288090
34571
 -
322661
 
ДШИ, 2 эт.
1584
232800
27936
 -
260736
 
Магазин, 2 эт.
3120
378300
45396
 -
423696
 
Итого, МВт
 
4,529
0,108
0,608
5,245
Теплопотребление на технологические нужды, МВт
11,004
     
     
     
     
     
     
1.3 Построение часовых и годовых графиков расхода теплоты
     Построение графиков осуществляется следующим образом, по оси абсцисс откладывают значения температуры наружного воздуха в отопительный период (от +10? до tо), а по оси ординат, соответствующие часовые расходы тепла.
     Расход теплоты на отопление определяют по формуле:
     

(5)
     
     Расход теплоты на вентиляцию определяют по формуле:
     

(6)
     
где

-
средняя температура внутреннего воздуха в помещениях зданий, принимается равной 18?С.
     
     Таблица 2 – Часовые расходы теплоты на отопление жилых и общественных зданий
t н, ?С
Qo, Вт 
Qv, Вт
Qhm, Вт
?Q, Вт
1
2
3
4
5
-42
4,53
0,11
0,61
5,25
(+10)
0,57
0,01
0,61
1,19
     
     Так как тепловая нагрузка на горячее водоснабжение круглогодовая, считается, что в отопительный период она условно – постоянна, то есть не зависит от температуры наружного воздуха. 
     График зависимости часовых расходов теплоты на отопление жилых и общественных зданий в зависимости от температуры наружного воздуха представлен на рис.2.
     Для построения годового графика теплового потребления по месяцам по [8, стр.25] найдем среднемесячные температуры наружного воздуха. Затем используя формулы пересчета (6) и (7) определим часовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию для каждого месяца со среднемесячной температурой ниже +80C. Определим суммарные расходы теплоты для месяцев отопительного периода как сумму часовых расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.
     

(7)
     

(8)
     
     Результаты расчет представлены в таблице 3.
     Схема микрорайона представлена на рисунке 1.
     
     
     
     
Рисунок 1 – Схема микрорайона 
     
     Рисунок 2 – График теплопотребления
     
     
     Таблица 3 - Среднемесячные расходы теплоты по месяцам года
Среднечасовые расходы теплоты по месяцам
Среднемесячные температуры наружного воздуха, ?С

Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь

-26,4
-26,4
-19,2
-10,3
-2,6
8,4
15,4
11,3
5,2
-6,3
-18,2
-24
Qomax, Мвт
3,18
3,18
2,69
2,08
1,55
-
-
-
1,02
1,80
2,62
3,02
Qv, Мвт
0,08
0,08
0,06
0,05
0,04
-
-
-
0,02
0,04
0,06
0,07
Qhm(Qhms), Мвт
0,608
0,608
0,608
0,608
0,608
0,39
0,39
0,39
0,608
0,608
0,608
0,608
Qт, Мвт
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
11,004
Q?, Мвт
14,87
14,87
14,37
13,74
13,20
11,39
11,39
11,39
12,65
13,46
14,30
14,70
     
     
     
     
     
     Рисунок 3 – Годовой график теплопотребления по месяцам
     
     
     
1.4 Расчет и построение графиков регулирования отпуска теплоты 
     
     В закрытых системах теплоснабжения применяют центральное качественное регулирование отпуска теплоты по нагрузке на отопление или суммарной нагрузке (отопление + гвс). Выбор схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения производится исходя из следующего отношения:
     

(9)
     
     Если выполняется данное отношение, то принимается 2-х ступенчатая схема, если нет, то параллельная.
      



     Принимает 2-х ступенчатую смешанную схему с регулятором расхода. 
     По заданию местная система отопления подключена к тепловым сетям по зависимой схеме, температуру в подающей и обратной магистрали в отопительный период (+10- to), определяем по следующим формулам:
     

(10)
     

(11)
     

(12)
где

-
температурный напор нагревательного прибора, ?С;


-
расчетный перепад температур в тепловой сети, ?С;


-
расчетный перепад температур в местной системе отопления, ?С.
     

(13)
     
где

-
температура воды в подающем трубопроводе системы отопления, после элеватора, ?С;
     

(14)
     
     Результаты расчета сведены в таблицу 4.
     Таблица 4 – Значения температуры теплоносителя в отопительный период
tн                                                                  ?н, ?С
Температура наружного воздуха, ?С

10
0
-5
-10
-15
-15,9
-20
-25
-29
-30
-35
-40
-45
-46
?1
70,0
70,0
70,0
70,0
70,0
70,0
81,6
88,2
93
95
101
107
114
115
?2
47,6
47,6
47,6
47,6
47,6
47,6
54,3
57,5
60,0
60,6
63,6
66,5
69,4
70,0
?3
60,0
60,0
60,0
60,0
60,0
60,0
69,4
74,5
78,5
79,5
84,4
89,3
94,1
95,0
     
     График регулирования отпуска теплоты представлен на рис.3.
     В виду того, что по тепловым сетям одновременно подается теплота на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, в график вносится корректировка. Выполняется срезка на уровне 70?С (для обеспечения температуры на выходе из подогревателя гвс температуры 60-65 ?С). Точка излома графика делит его на 2 части: от +10 ?С до tн/ – местное регулирование отпуска теплоты, далее центральное качественное регулирование.
     Расчет повышенного температурного графика основан на определении перепада температур сетевой воды в подогревателях I-ой и II-ой ступени при разных температурах наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего водоснабжения.

(15)
     
где

-
балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность расхода теплоты на горячее водоснабжение в течение суток, для закрытых систем теплоснабжения равен – 1,2.
     
     Суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях I-ой и II-ой ступени в течение отопительного периода постоянен, определяется по формуле:

(16)
     


     
     Величину недогрева водопроводной воды до температуры греющей воды в нижней ступени подогревателя принимают равной 5-10?С, далее определяют температуру нагреваемой воды, при температуре наружного воздуха, соответствующей точке излома графика (рис.3).
     

(17)



     
     Перепад температур в I-ой (нижней) ступени подогревателя, определяется по формуле:
     при 

(18)
     


     
     при 

(19)
     


     
где

-
температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, ?С;


-
температура водопроводной воды в отопительный период, ?С.
     
     Температура обратной сетевой воды по повышенному графику, определяется по формуле:
     
,   
(20)
     
,  

     
 

     
     Перепад температур в II-ой ступени подогревателя, определяется по формуле:
,   
(21)


     
 

     
     Температура в подающей магистрали тепловой сети по повышенному графику, определяется по формуле:
     
,   
(22)
     


     
 

     Результаты расчета представлены в таблице 5.
     Таблица 5 -  Расчет температуры сетевой воды
Наименование
Обозначение
Ед.изм
Параметр
1
2
3
4
Расчетный тепловой поток на отопление
Qomax
МВт
4,53
Расчетный тепловой поток на гвс
Qhm
МВт
0,61
Максимальный тепловой поток на гвс
Qhmax
МВт
1,46
Схема присоединения подогревателя гвс
Qhmax/Qomax

0,3
Балансовый коэффициент, для закрытой системы
?

1,2
Температура горячей воды в системе гвс
th
?C
60
Температура холодной воды 
tс
?C
5
Балансовая тепловая нагрузка гвс
Qhmб
МВт
0,73
Суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях
?
?C
7,26
Температура наружного воздуха в точке излома
tн /
?C
-15,9
Температура в подающей магистрали в точке излома
?1/
?C
70
Температура в обратной магистрали в точке излома
?2/
?C
47,6
Недогрев водопроводной воды до температуры греющей воды
?tн
?C
7
Температура нагреваемой воды после I-й ступени подогревателя
t/
?C
40,6
     
     Таблица 6 – Расчет температуры сетевой воды
tн, ?С
?1о
?2о
?3о
?1
?2
?1п
?2п
10
70
47,6
60
2,56
4,70
72,6
42,9
0
70
47,6
60
2,56
4,70
72,56
42,90
-15,9
70,0
47,6
60
2,56
4,7
72,6
42,9
-29
93,4
60,0
78,5
1,47
5,8
94,8
54,2
-46
115
70
95
0,09
7,17
115,1
62,8
     
     

     
     Рисунок 4 – Отопительно-бытовой  и повышенный ) графики температур сетевой воды
     
     Первый диапазон – от начала отопительного периода +100С до точки излома отопительного графика -15,90С. В этом диапазоне тепловая вентиляционная нагрузка переменна (растет), а температура воды в подающем трубопроводе постоянна. При этом количество воздуха, поступающего в калориферы систем вентиляции постоянно, а регулирование количества теплоты осуществляется регуляторами, устанавливаемыми на подающем трубопроводе к калориферам по температуре воздуха на выходе из калориферов.
     Второй диапазон – от точки излома отопительного графика -15,90С до температуры наружного воздуха, соответствующей расчетной для проектирования вентиляции -290С. В этом диапазоне имеют место перемешанный расход теплоты на вентиляцию и переменная температура воды в подающем трубопроводе. Количество воздуха, поступающего в калориферы, постоянно, однако, в этом диапазоне тепловая нагрузка растет пропорционально росту температуры воды в тепловой сети. На этом диапазоне температура воды в обратном трубопроводе после системы вентиляции совпадает с температурой воды в обратном трубопроводе после системы отопления.
     Третий диапазон – от температуры наружного воздуха, соответствующей расчетной вентиляционной -290С, до расчетной отопительной -460С. В третьем диапазоне температура воды в подающем трубопроводе переменна, а расход теплоты на вентиляцию постоянный. поддержание постоянного количества теплоты при понижении температуры наружного воздуха осуществляется за счет включения и изменения рециркуляции воздуха.
     
     
     
     
     
     
1.5 Определение расходов сетевой воды
     При качественном регулировании отпуска теплоты расчетные расходы сетевой воды на отопление и вентиляцию, т/ч, определяются по следующим выражениям:

(23)
     

(24)
     
где

-
расчетные температуры сетевой воды соответственно в подающей и обратной магистрали при to, ?С;



максимальные тепловые потоки на отопление и вентиляцию, кВт;

с
-
удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К).
     
     Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение (при 2-х ступенчатой схеме присоединения подогревателей):
     среднечасовой

(25)
     
     максимальный

(26)
     
где

-
температура воды соответственно в подающей и обратной магистрали в точке излома графика, ?С.
     
     Суммарный расчетный расход сетевой воды в двухтрубных тепловых сетях при центральном качественном регулировании отпуска тепла (повышенный температурный график), определяется по формуле:
     

(27)
     
     Расчетный расход воды, в межотопительный период определяют по выражению:

(28)
     
где

-
коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в межотопительный период по отношению к отопительному, принимается равным – 0,8;


-
максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение, т/ч.
     

(29)
     
где

-
температура воды после подогревателя, принимается равной 30?С.
     
     Определим расходы сетевой воды жилого дома №1
     на отопление


     
     Максимальный на горячее водоснабжение


     
     Среднечасовой на горячее водоснабжение
     


     
     Расчеты для остальных зданий выполняются аналогично. Результаты расчеты сведены в таблицу 7.
     Таблица 7 – Расчетные расходы сетевой воды
№
Наименование
Расчетные расходы сетевой воды, т/ч


Gomax
Gvmax
G3h max
G3hm
Gd
Gsd
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Жилой дом 5-эт.
3,938
 -
0,730
0,648
3,938
0,165
2
Жилой дом 5-эт.
3,938
 -
0,730
0,648
3,938
0,165
3
Жилой дом 5-эт.
3,938
 -
0,730
0,648
3,938
0,165
4
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
5
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
8
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
9
Жилой дом 5-эт.
3,938
 -
0,730
0,648
3,938
0,165
10
Жилой дом 5-эт.
3,151
 -
0,584
0,518
3,151
0,132
11
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
11/1
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
12
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
13
Жилой дом 9-эт.
9,512
 -
1,760
1,562
9,512
0,399
13/1
Жилой дом 9-эт.
3,805
 -
0,704
0,625
3,805
0,159
14
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
15
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
16
Жилой дом 5-эт.
3,151
 -
0,584
0,518
3,151
0,132
17
Жилой дом 5-эт.
3,058
 -
0,567
0,503
3,058
0,128
18
Жилой дом 9-эт.
4,756
 -
0,876
0,777
4,756
0,198
19
Жилой дом 9-эт.
4,756
 -
0,876
0,777
4,756
0,198
 
МБДОУ "Белоснежка", 3 эт.
5,504
0,661
- 
- 
6,165
-
Продолжение таблицы 7 
1
2
3
4
5
6
7
8
 
ДШИ, 2 эт.
4,448
0,534
 
 
4,982
1,245
 
Магазин, 2 эт.
7,228
0,867
 -
 -
8,095
-
 
Итого
86,529
2,062
12,836
11,389
88,591
2,906
     
     
     
     
Рисунок 5 – Расчетная схема тепловой сети
1.6 Гидравлический расчет тепловых сетей
     Целью гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов и потерь давления на участках.
     Потери давления складываются из линейных потери и потерь в местных сопротивлениях:
     

(30)
     
     Потери давления по длине,  Па, определяются по выражению:
     

(31)
     
где

-
удельное падение давления в трубопроводе, Па/м;


-
длина участка трубопровода, м.
     
     Значение удельных потерь давления для магистральных трубопроводов следует принимать в интервале 30-80 Па/м, так как располагаемый перепад давления в тепловой сети не известен.
     Потери давления на местные сопротивления заменяем эквивалентным гидравлическим сопротивлением по длине. 

(32)
     
     Линейные потери напора на участке определяются по формуле:

(33)
     
     Выполним расчет для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от РК (участки 1,2,3,4,5, ДШИ). По таблицам гидравлического расчета, приведенным в в прил.6 учебного пособия, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3, 4, 5, ДШИ диаметры трубопроводов dнxS, мм, фактические удельные потери давления R, Па/м и скорости воды V, м/с.
     По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений ?? и их эквивалентные длины Lэ. 
     Таблица 8 – Местный сопротивления 
№ уч.
dy, мм
Местное сопротивление
КМС
Эквивалентная длина, м





1
2
3
4
5
1
175
задвижка
0,5
3,65
2
150
тройник при делении потока
2



отвод 90?
1



Итого
3
17,1
3
125
тройник при делении потока
2
9,04
4
100
отвод 90? (2 шт.)
2
6,84
5
100
тройник при делении потока
2



отвод 90? (3 шт.)
3



Итого
5
28,5
УТ6-ж.д.12
80
задвижка
0,5



тройник при делении потока
2



Итого
2,5
6,575
ж.д12-ДШИ

отвод 90?
1
2,19
     
     Невязка между потерями давления в ответвлениях и располагаемым давлением должна быть не более 10%. 
     Диаметр диафрагмы определяется по формуле:
      


     
где

-
расчетный расход воды в трубопроводе, т/ч;


-
напор, гасимый дроссельной диафрагмой, м.
     
     Минимальный диаметр отверстия дроссельной диафрагмы должен приниматься равным 3 мм [2].
     Результаты гидравлического расчета сведены в таблицу 8.
     Таблица 8 – Гидравлический расчет основной магистрали
№ участка
Gd, кг/с
dy, мм
dхs, мм
R, Па/м
v, м/с
l,м
lе, м
l*=l+lе,м
?P=R·l*, Па
?H=?P/?·g, м
??H, м












1
 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Основная магистраль
1
24,6
175
194х5
59,3
1
6
3,65
10
572
0,06
0,06
2
14,6
150
159х4,5
71,94
0,86
71
17,1
88
6338
0,65
0,70
3
7,4
125
133х4
43,3
0,63
17
9,04
26
1128
0,11
0,82
4
5,6
100
108х4
81,08
0,75
26
6,84
33
2663
0,27
1,09
5
3,9
100
108х4
39,1
0,52
55
17,1
72
2819
0,29
1,38
УТ6-
ж/д.12
2,2
80
89х4
35,6
0,37
32
6,58
39
1373
0,14
1,52
ж/д12-ДШИ
1,4
65
76х3,5
33,4
0,35
16
2,19
18
608
0,06
1,58












УТ6-
ж/д.11
0,8
50
57х3
59
0,42
9
3,675
13
748
0,08
0,08












УТ6-ж/д.11/1
0,8
50
57х3
59
0,42
9
3,675
13
748
0,08
0,08












УТ5-Белоснеж-ка
1,7
40
45х2,5
268
0,38
6
2,725
9
2338
0,24
0,24
     
     Располагаемый напор УТ6-ж/д 11 и ж/д 11/1
     


     
     Невязка


     
     Т.к. невязка на участке УТ6-ж/д 11 и ж/д 11/1 больше 10%, излишний напор на ответвлении должен быть погашен дроссельной диафрагмой.
     Диаметр диафрагмы на участке УТ6-ж/д 11 и ж/д 11/1:
      


     
     Располагаемый напор УТ5-  д/с «Белоснежка»
     


     
     Невязка


     
     Диаметр диафрагмы на участке УТ6-ж/д 11 и ж/д 11/1:
      


     
     
     
     
     
     
     Рисунок 6 – Пьезометрический график основной магистрали
     1.6.1 Подбор сетевых и подпиточных насосов
     Требуемый напор сетевых насосов в отопительный период определяется по формуле:
     

(34)
     
где

-
потери напора на источнике теплоснабжения, составляют 15-30 м;


-
потери напора в подающем и обратно трубопроводе от источника теплоты до наиболее удаленного потребителя, м;


-
потери напора на ЦТП или у абонента, м.
     


     
     Подача сетевого насоса должна обеспечивать расчетный расход:
     


     
     По технической характеристике принимаем к установке  насосов (в т.ч. 1 резервный), марки 4К6[1], которые включены в сеть параллельно. Данный насос при подаче 95 м?/ч обеспечивает напор 91 м, частота вращения колеса 2900 об/мин, Nрек = 40 кВт, Dк = 250 мм.
     Требуемый напор сетевого насоса в летний период определяется по выражению:

(35)
     
     По технической характеристике принимаем к установке  насоса (в т.ч. 1 резервный), марки 1К-6. 
     Для подбора подпиточных насосов необходимо определить объем воды в системе теплоснабжения:
     

(36)
     
где

-
мощность системы теплоснабжения, МВт;


-
удельный объем воды в тепловых сетях, принимается равным 40 м?/МВт [2, с. 183];


-
удельный объем воды в системах отопления гражданских зданий, принимается равным 26 м?/МВт [2, с. 183].
     


     
     Подача подпиточных насосов составляет:
     

(37)
     
     Требуемый напор подпиточных насосов:
     

(38)
     
где

-
статический напор в системе, м;


-
уровень воды в подпиточных баках, относительно оси насоса, м;


-
потери напора в подпиточной линии, м.
     
     1.6.2 Определение толщены изоляции на участке тепловой сети
     Для определения эффективности тепловой изоляции двухтрубной тепловой сети, с диаметром трубопроводов dн = 159х4 мм, необходимо выполнить расчет в следующей последовательности.
     Определить коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции:
     

(39)
     
     Средняя температура определяется для подающего и обратного трубопровода:
     


     


     


     


     
     Определяем норму плотности теплового потока для теплопроводов диаметром 159 мм [3, табл.4.16, с.386] при среднегодовой температуре теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах.
     
 

     
     Термическое сопротивление трубопроводов равно:
     

(40)
     


     
     Приняв предварительно толщину слоя изоляции для подающего трубопровода ?к1 = 0,05 м и для обратного трубопровода ?к2 = 0,03 м, определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя для подающего Rп.с1 и обратного Rп.с2 теплопроводов при коэффициенте теплоотдачи ? =11 Вт/(м?·?С)
     

(41)
     


     
     Термическое сопротивление покровного слоя для обеих труб:
     

(42)
     
     Определим требуемые термосопротивления слоев изоляции для подающего Rк1 и обратного Rк2 теплопроводов:
     

(43)
     

(44)
     
     
     Определим величину В для подающего и обратного теплопроводов:  
     

(45)
     

(46)
     
     Определим требуемую толщину слоев изоляции для подающего ?к1 и обратного ?к2 теплопроводов:
     

(47)
     

(48)
     
     Принимаем толщину основного слоя изоляции одинаковой для подающего и обратного трубопроводов и равной 120  мм.
     1.6.3 Определение изгибающих напряжений от термических деформаций в трубопроводе 
     Определим без учета гибкости отвода изгибающее напряжение от термических деформаций в трубопроводе диаметром dн = 159 мм у неподвижной опоры А при расчетной температуре теплоносителя ? = 115 °С и температуре окружающей среды tо = – 46 °С. Модуль продольной упругости стали Е = 2 · 105 МПа, коэффициент линейного расширения ? = 1,25 · 10-5 1/ °С. Сравнить с допускаемым напряжением ? доп = 80 МПа.  
     
     
     
     
     Рисунок 7 -  Схема расчетного участка
     

(49)
     
     При ? = 0? и n = l1/l2 = 3 находим изгибающее напряжение у опоры А
     

(50)
     
     Полученное изгибающее напряжение превышает допускаемое  [?доп] = 80 МПа. Следовательно, данный угол поворота может быть использован для самокомпенсации.
     
     
     
     
     
     
     
2.2 Расчет теплообменника

     Предварительно выбираем теплообменник водо-водяной выпускаемый по техническим условиям ТУ 400-28-429-82Е, вместо ранее выпускаемых подогревателей по ОСТ 34588-68 [3, с. 48]. Данные подогреватели рассчитаны на рабочее давление теплоносителя до 1 МПа и максимальную температуру 150°С.
     Теплообменники производят с длиной труб 2 и 4 м, диаметр латунных труб 16х1 мм. Четные номера подогревателей имеют длину труб – 2 м, а нечетные – 4м. Для определения номера подогревателя производится расчет площади сечения труб и межтрубного пространства, далее подбирается подогреватель с подобными площадями сечений либо ближайшими большими.
     Таблица 2.1- Исходные данные
Наименование
Значение
Теплоноситель
вода
температура греющей воды на входе t1/, °С
115
температура греющей воды на выходе t1//, °С
70
температура нагреваемой воды на входе t2/, °С
5
температура нагреваемой воды на выходе t2//, °С
60
расход нагреваемой воды, кг/с
3,57
     
     Определим среднеарифметические значения температур по формуле:
     

(53)
      
где

-
температура теплоносителя на входе в подогреватель, ?С;


-
температура теплоносителя на выходе из подогревателя, ?С.
     
     Для греющей воды:




     Для нагреваемой воды:
     


     
     В соответствии со средними температурами выпишем в таблицу 2 физические свойства теплоносителей [3, с. 468]:
     Таблица 2.2- Физические свойства воды
Наименование
Значения
Средняя температура, °С
92,5
32,5
Плотность, кг/м3
963,9
994,83
Теплоемкость, кДж/(кг·°С)
4,21
4,174
Теплопроводность, Вт/(м·°С)
0,68
0,622
Кинематическая вязкость,10-6 с
0,32
0,769
Критерий Прандтля для среды 
1,91
5,14
      
     При противотоке, среднелогарифмический температурный напор между теплоносителями, определяется по формуле:
     

(54)
     
     В соответствии с уравнением теплового баланса:
     

(55)
     
     Зная, расход нагреваемой воды, найдем расход греющей воды из уравнения теплового баланса:
     


     
     Количество теплоты равно:
     


     
     Задаемся коэффициент теплопередачи в интервале 2000—4000 Вт/(м2·К) и определяем оценочное значение площади поверхности теплообмена, по уравнению теплопередачи:
     

(56)
     
     6 Определим число трубок, по которым движется нагреваемая вода:
     

(57)
     
     Принимаем скорость движения воды в трубках равной 2 м/с, а внутренний диаметр трубок равным 14 мм.
     Принимаем к установке теплообменник 05ОСТ 24588-68 76х4000-Р ПВ-z-04, DH = 89 мм, DВ = 82 мм, число трубок z =12, F =1,11м?, fтр = 0,00185 м?, fмтр = 0,00287 м?.
     Зная, площадь межтрубного пространства, определим скорость движения греющего теплоносителя:
     

(58)
     
     Полученное значение скорости находится в интервале допустимых скоростей (0,5-3 м/с). 
     Определим требуемое число секции теплообменника
     

(59)
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
Заключение
     В настоящей работе выполнен проект теплоснабжения микрорайона Приозёрный, расположенного в г. Новый Уренгой. Источником теплоснабжения является Уренгойская ГРЭС, с параметрами теплоносителя 115/70?С. 
     В ходе выполнения работы были определены:
     - тепловые нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические нужды;
     - построен часовой и годовой график расхода теплоты;
     - график регулирования отпуска теплоты;
     - определены расходы сетевой воды;
     - выполнен гидравлический расчет тепловых сетей.
     Для приготовления воды на нужды системы горячего водоснабжения на ЦТП предусмотрен теплообменник 05ОСТ 24588-68 76х4000-Р ПВ-z-04, DH = 89 мм, DВ = 82 мм, число трубок z =12, F =1,11м?, fтр = 0,00185 м?, fмтр = 0,00287 м?. Расчетное число секций, необходимое для  покрытия нагрузки равно пяти.
     Технические решения, принятые при проектировании, а также требования, предъявляемые к ним при сооружении и эксплуатации, соответствуют строительным нормам и правилам, правилам техники безопасности, утвержденным Госгортехнадзором для подконтрольных ему предприятий и объектов.
     
     
     
     
     
     
Список литературы

      1 СП 124.13330.2012. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003. – М.: Минрегион России, 2012. – 73 с.
     4. Исаченко В.П. Теплопередача [Текст]/  В.А.Осипова, А.С. Сукомел. - Изд. 3- е перераб. и доп. - М. - Л.: Энергия, 1975. - 486 с
     5 Манюк, В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей.: Справочник / В. И. Манюк, Я. И. Каплинский, Э. Б. Хиж и др. - изд., 3-е переработ. и доп.- М.: Стройиздат, 1988. - 432 с. 
     6. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник / С.Л. Ривкин, А.А. Александров. -  2 - е изд., перераб.и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984 – 80 с.
     7. Справочник по теплоснабжению и вентиляции, Книга 1-я/ Р.В. Щекин, С.М. Кореневский, Г.Е.Бем и др. – изд., 4-е переработ.- Киев, «Будiвельник», 1976. – 416 с.
     8.Тепловой расчет котельных агрегатов средней паропроизводительности. Учебное пособие./С.В. Приходько, В.М. Лебедев – М.: «Лань», 2017. – 212 с.
     9 Теплоснабжение. Учебное пособие для вузов/ В.Е. Козин, Т.А. Левина, А.П. Марков и др. – М.: Высшая школа, 1980. – 408 с.
     10 Теплоснабжение и вентиляция. Курсовое и дипломное проектирование. / Под ред.проф Б.М. Хрусталева - изд., 2-е исправ.и допол. – М.: Изд-во АСВ, 2005. – 576 .




5








1



.......................