Схемы и конфигурации тепловых сетей. Тепловые сети и способы прокладки трубопроводов в ппу изоляции

Тепловая сеть - совокупность устройств, предназначенных для передачи и распределения теплоты (горячей воды или пара, или горячих газов) от источника к потребителям. Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети, - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов.

Направление теплопроводов (трасса) выбирается по тепловой карте района с уче­том материалов геодезической съемки, пла­на существующих и намечаемых надземных и подземных сооружений, данных о харак­теристике грунтов, высоте стояния грунто­вых вод и т.п. Следует стремиться к про­кладке магистральной трассы в районе наи­более плотной тепловой нагрузки, к наи­меньшей длине теплопроводов и минималь­ному объему работ по сооружению сети. Для предупреждения коррозии не реко­мендуется прокладывать подземные тепло­вые сети в одном проезде параллельно с трамвайными путями и отсасывающими кабелями постоянного тока и т.п. Опыт показывает, что надзем­ные теплопроводы долговечнее и более ремонтнопригодны по сравнению с подзем­ными. Поэтому желательно изыскивать возможность хотя бы частичного примене­ния в городах надземных теплопроводов на низких отдельно стоящих опорах, в первую очередь на окраинах городов, в промыш­ленных зонах, в районах, не подлежащих застройке, и др.

Надземные теплопроводы обычно укладываться на отдельно стоящих опорах (низких или высоких), на вантовых конструкциях, подвешенных к пилонам мачт, на эстакадах. При прокладке теплопроводов на низких опорах расстояние между нижней образующей изоляционной оболочки трубопровода и поверхности земли принимается не менее 0,35 м при ширине группы труб до 1,5 м и не менее 0,5 м. при ширине группы труб более 1,5 м. высокие отдельно стоящие опоры могут выполняться жесткими, гибкими и качающимися.

Компенсация температурных деформа­ций стальных трубопроводов имеет исключительно важное значение в технике транспорта теплоты.

Если в трубопроводе отсутствует ком­пенсация температурных деформаций, то при сильном нагревании в стенке трубопро­вода могут возникнуть большие разрушаю­щие напряжения.

Способы компенсации температурных удлинений, применяемые в тепловых сетях, весьма разнообразны. По своему характеру все компенсаторы могут быть разбиты на две группы: осевые и радиальные.

В качестве запорных органов в тепловых сетях применяются задвижки, шаровые краны и вентили. Применять запорную арматуру в качестве регулирующей не допускается. Установку запорной арматуры в тепловых сетях следует предусматривать:

1) на всех трубопроводах выводов тепловых сетей от источников теплоснабжения;

2) на вводах в центральные тепловые пункты (ЦТП);

3) на ответвлениях;

4) в качестве секционирующих, на расстоянии не более 1000 м друг от друга.

В нижних точках трубопроводов водяных тепловых сетей и конденсатопроводов необходимо устраивать спускные устройства с запорной арматурой для спуска воды.

Схема тепловой сети представлена в графической части на чертеже №1.

В таблицу №9 сведены результаты расчета теплосети с указанием потребителей тепла, длин и диаметров участков трубопроводов. Предварительно диаметры трубопроводов выбраны по максимальным теплофикационным нагрузкам по табл.6.5 прил.3.

Таблица № 9

Выбранная схема тепловых сетей является изолированной, т.е. привязанной к одному источнику теплоты и обслуживает конкретный промышленный район: производственное и общепроизводственные помещения.

В данном курсовом проекте схема тепловых сетей для отопления и технологии двухтрубная водяная закрытая с зависимым присоединением (СНИП 41-02-2003).

В закрытых системах сетевая вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается. Двухтрубные водяные системы – это системы, в которых тепловая сеть состоит из двух трубопроводов: подающего и обратного. По подающему трубопроводу горячая теплофикационная вода подводится от котельной к абонентам, по обратному трубопроводу охлажденная вода возвращается в котельную. Для ГВС схема тепловых сетей двухтрубная водяная закрытая с независимым присоединением через водоводянной теплообменник. Для вентиляции устанавливаются воздушные калориферы:

Тепловая сеть имеет 3 самостоятельных выводов от распределительного коллектора: на отопление, на теплообменник для ГВС и на технологию.В общем случае при проектировании тепловой сети отдается предпочтение надземным трубопроводам, так как опыт показывает, что они долговечнее и более ремонтопригодны по сравнению с подземными. На этом основании на территории предприятия для транспорта воды принимаем надземную прокладку трубопроводов на отдельно стоящих низких опорах. Для административных помещений принимаем подземную прокладку.

Соблюдено основное правило монтажа трубопроводов: по ходу теплоносителя от распределительного коллектора справа располагается подающий трубопровод, слева – обратный.

Тепловая изоляция трубопроводов тепловой сети – подвесная минераловатная с покровным слоем из оцинкованного железа. Толщина изоляционного слоя соответствует нормативной. Общая протяженность тепловых сетей: для отопления и вентиляции – 780 м, для ГВС – 620м, для технологии – 15 м.

Гидравлический расчет системы транспорта теплоты

Гидравлический расчет – один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети.

Задачами гидравлического расчета являются:

Определение диаметров трубопроводов водяной и паровой сети;

Определение падения давления или напора на участках трубопровода.

Для проведения гидравлического расчета составляется схема тепловой сети, на которой указаны размещение источника теплоты и потребителей, длины, номера участков и расчетные нагрузки.

В закрытых системах теплоснабжения расчетные расходы воды получаются одинаковыми для подающего и обратного трубопроводов. Их длины и диаметры одинаковы.

Расчет водяной сети

По данным задания составляется план района. Для этого на бумагу в масштабе наносятся промышленные предприятия. Располагают промышленную котельную. Намечается схема разводки трубопроводов тепловой сети от промышленной котельной до промышленных предприятий. По масштабу определяются длины участков по основной магистрали и ответвлений до объектов.

Составляется расчетная схема, на которой наносятся потребители тепла и их номер, длины, диаметры и номера участков, расходы воды на промышленные предприятия и по участкам тепловой сети.

По тепловой схеме задаёмся коэффициентами местных потерь ξ. Принимаем плотность воды постоянной, равной ρ = 983,24 кг/м 3 , при τ ср = 60 0 С, значение абсолютной эквивалентной шероховатости водяных сетей k э = 0,0005 м.

Гидравлический расчет выполнен с учетом максимальной тепловой нагрузки.

Диаметр трубопроводов определяем из предположения его работы в квадратичной области по формуле: ,

где R л - действительное удельное падение давления, определяется по формуле:

,

где - постоянный коэффициент, принимаем по таблице 5.1.;

Уточненный диаметр трубопровода.

Если представить прямолинейный трубопровод диаметром d, линейное падение давления в местных сопротивлениях (задвижки, колена и пр.), то длина такого участка трубопровода, называемая эквивалентной длиной местных сопротивлений, определяется по формуле:

5.

Таким образом, суммарное падение давления составляет 2,49 МПа, падение напора – 0,259м.

Гидравлический расчет водяной сети отопления и вентиляции сведен в таблицу №.10.

Задачи гидравлического расчета:

1) определение диаметров трубопроводов;

2) определение падения давления (напора);

3) определение давлений (напоров) в различных точках сети;

4) увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

В некоторых случаях может быть поставлена также задача определения пропускной способности трубопроводов при известном их диаметре и заданной потере давления.

Результаты гидравлического расчета используют для:

1) определения капиталовложений, расхода металла (труб) и основного объема работ по сооружению тепловой сети;

2) установления характеристик циркуляционных и подпиточных насосов, количества насосов и их размещения;

3) выяснения условий работы источников теплоты, тепловой сети и абонентских систем и выбора схем присоединения теплопотребляющих установок к тепловой сети;

5) разработки режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Исходными данными для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещение источников теплоты и потребителей и расчетные нагрузки.

Схемы и конфигурации тепловых сетей

Тепловая сеть является соединительным и транспортным звеном системы теплоснабжения.

Она должна обладать следующими качествами:

надежностью; они должны сохранять способность непрерывной подачи теплоносителя к потребителю в необходимом количестве в течение всего года, за исключением кратковременного перерыва для профилактического ремонта в летнее время;

управляемостью – т.е. обеспечивать необходимый режим работы, возможность совместной работы источников теплоснабжения и взаимного резервирования магистралей.

Необходимый режим работы – это быстрое и точное распределение теплоносителя по тепловым пунктам в нормальных условиях, в критических ситуациях, а также при совместной работе источников теплоты для экономии топлива.

Схема тепловой сети определяется:

размещением источников теплоты (ТЭЦ или котельных) по отношению к району теплового потребления;

характером тепловой на грузки потребителей района;

видом теплоносителя.

Основные принципы, которыми следует руководствоваться при выборе схемы тепловой сети - надежность и экономичность теплоснабжения. При выборе конфигурации тепловых сетей следует стремиться к получению наиболее простых решений и наименьшей длины теплопроводов.

Повышение надежности сети осуществляется следующими методами:

повышением надежности отдельных элементов, входящих в систему;

применением «щадящего» режима работы системы в целом или наиболее повреждаемых ее элементов путем поддержания температуры воды в подающих линиях 100С и выше, а в обратных линиях 50С и ниже;

резервированием, т.е. введением в систему дополнительных элементов, которые могут заменить полностью или частично элементы, вышедшие из строя.

По степени надежности все потребители делятся на две категории:

I – лечебные учреждения со стационарами, промышленные предприятия с постоянным потреблением теплоты на технологические нужды, группы городских потребителей с тепловой мощностью 30 МВт. Перерыв в подаче теплоты допускается только на время переключения, т.е. не более 2 часов;

II – все остальные потребители.

Пар в качестве теплоносителя используется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Основная нагрузка паровых сетей обычно концентрируется в сравнительно небольшом количестве узлов, которыми являются цехи промышленных предприятий. Поэтому удельная протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Когда по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением служит прокладка однотрубного паропровода с конденсатопроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо одного трубопровода, рассчитанного на 100 %-ую нагрузку, двух параллельных, рассчитанных на 50 %-ную нагрузку, площадь поверхности трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, т.к. их нагрузка менее концентрирована.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми из-за:

большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов подземных водяных сетей по сравнению с паропроводами;

чувствительности к авариям из-за большей плотности теплоносителя (особенно в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети).

При выборе схемы водяных тепловых сетей особое внимание уделяют вопросам надежности и резервирования систем теплоснабжения.

Водяные тепловые сети разделяться на магистральные и распределительные .

К магистральным обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой.

Режим работы магистральных тепловых сетей должен обеспечивать наибольшую экономичность при выработке и транспорте теплоты за счет совместной работы ТЭЦ и котельных.

Режим работы распределительных сетей должен обеспечивать наибольшую экономию теплоты при ее использовании за счет регулирования параметров и расхода теплоносителя в соответствии с необходимым режимом потребления, упрощения схем тепловых пунктов, снижения расчетного давления для их оборудования и уменьшения количества регуляторов отпуска теплоты для отопления.

Теплоноситель поступает из магистральных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые пункты или местные тепловые пункты к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к магистральным сетям допускается только при присоединении крупных промышленных предприятий.

Магистральные тепловые сети с помощью задвижек разделяются на секции длиной 1-З км. При раскрытии (разрыве) трубопровода место отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды и сокращается длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается из условия, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре для отопления не опускалась ниже минимального предельного значения, которое принимают обычно 12-14 °С в соответствии с договором теплоснабжения. Время, необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диаметра трубопровода, а также расстояния между секционирующими задвижками.

Рис.1. Принципиальная схема двухтрубной тепловой сети с двумя магистралями: 1 – коллектор ТЭЦ; 2 – магистральная сеть; 3 – распределительная сеть; 4 – секционирующая камера; 5 – секционирующая задвижка; 6 – насос; 7 – блокирующая связь.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть меньше при больших диаметрах трубопроводов и при более низкой расчетной наружной температуре для отопления.

Условие проведения ремонта теплопровода большого диаметра за период допустимого снижения внутренней температуры в отапливаемых зданиях трудно выполнить, так как время ремонта существенно возрастает с увеличением диаметра.

В этом случае необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети, если не выполняется вышеприведенное условие о времени ремонта. Одним из методов резервирования является блокировка смежных магистралей.

Секционирующие задвижки размещают в узлах присоединения распределительных сетей к магистральным тепловым сетям.

В этих узловых камерах кроме секционирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными котельными.

В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунктом. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебойное теплоснабжение абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабжении, должна быть предусмотрена возможность резервного теплоснабжения от газовых или электрических нагревателей или же от местных котельных на случай аварийного прекращения централизованного теплоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на отопление и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение). Для предприятий, в которых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дублированные или кольцевые схемы тепловых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответствии с режимом работы предприятий.

Радиус действия тепловой сети (рис.1) 15 км. До конечного района теплопотребления сетевая вода передается по двум двухтрубным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с ТЭЦ 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры магистральных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления сетевая вода вводится по четырем магистралям диаметром 700 мм, а затем распределяется по восьми магистралям диаметром 500 мм. Блокировочные связи между магистралями, а так же резервирующие насосные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между секционирующими задвижками (на схеме 2 км) время, необходимое для ремонта трубопровода диаметром 700 мм, меньше времени, в течение которого внутренняя температура отапливаемых зданий при отключении отопления при наружной температуре 1 снизится от 18 до 12 °С (не ниже).

Блокировочные связи и секционирующие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистрали диаметром 800 мм и более обеспечивается теплоснабжение всех абонентов, присоединенных к тепловой сети. Теплоснабжение абонентов нарушается только при авариях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается теплоснабжение абонентов, расположенных за местом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких ТЭЦ целесообразно предусмотреть взаимную блокировку ТЭЦ посредством соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая тепловая сеть с несколькими источниками питания (рис. 2). В такую же систему могут быть в ряде случаев объединены тепловые сети ТЭЦ и крупных районных или промышленных котельных.

Объединение магистральных тепловых сетей нескольких источников теплоты наряду с резервированием теплоснабжения позволяет уменьшить суммарный котельный резерв на ТЭЦ и увеличить степень использования наиболее экономичного оборудования в системе за счет оптимального распределения нагрузки между источника ми теплоты.

Блокирующие связи между магистралями большого диаметра должны иметь достаточную пропускную способность, обеспечивающую передачу резервирующих потоков воды. В необходимых случаях для увеличения пропускной способности блокирующих связей сооружаются насосные подстанции.

Независимо от блокирующих связей между магистралями целесообразно в городах с развитой нагрузкой горячего водоснабжения предусматривать перемычки сравнительно небольшого диаметра между смежными распределительными тепловыми сетями для резервирования нагрузки горячего водоснабжения.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от станции и снижения присоединенной тепловой нагрузки (рис. 3). Такая сеть наиболее дешевая по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации. Однако при аварии на магистрали радиальной сети прекращается теплоснабжение абонентов, присоединенных за местом аварии. Например, при аварии в точке «а» на радиальной магистрали 1 прекращается питание всех потребителей, расположенных по направлению трассы от ТЭЦ после точки а. Если происходит авария на магистрали вблизи станции, то прекращается теплоснабжение всех потребителей, присоединенных к магистрали. Такое решение допустимо, если время ремонта трубопроводов диаметром не менее 700 мм удовлетворяет вышесказанному условию.

Для более надежного теплоснабжения тепловые сети должны сооружаться по блочному принципу. Блоком должна являться распределительная сеть с радиусом действия 500-800 м. Каждый блок должен обеспечивать теплоснабжение жилого микрорайона примерно в 10 тыс квартир или тепловая мощность которого 30-50 МВт. Блок должен быть непосредственно присоединен к коллектору источника, или иметь двустороннее теплоснабжение от тепловых магистралей.

на тепловой карте района ориентировочно намечаются места ГТП;

после размещения ГТП намечают возможные трассы магистралей и перемычек между ними;

намечают размещение распределительных сетей.

Распределительные сети проектируются тупиковыми, секционирующие задвижки не проектируются.

Распределительные сети разрешается прокладывать по подвалам зданий

5.2. Определение схемы и конфигурации тепловых сетей.

При проектировании тепловых сетей выбор схемы является сложной технико-экономической задачей. Схема тепловой сети определяется не только размещением источников тепла по отношению к потребителям, но и видом теплоносителя, характером тепловых нагрузок и их расчетной величиной.

Основными критериями, которыми оценивается качество проектируемой тепловой сети, должны являться ее и экономическая эффективность. При выборе конфигурации тепловых сетей нужно стремиться к наиболее простым решениям и, по возможности, меньшей длине трубопроводов.

В тепловых сетях в качестве теплоносителей могут применяться как вода, так и пар. Пар в качестве теплоносителя используется главным образом для технологических нагрузок промышленных предприятий. Обычно протяженность паровых сетей на единицу расчетной тепловой нагрузки невелика. Если по характеру технологического процесса допустимы кратковременные (до 24 ч) перерывы в подаче пара, то наиболее экономичным и в то же время достаточно надежным решением служит прокладка однотрубного паропровода с опроводом.

Необходимо иметь в виду, что дублирование паровых сетей приводит к значительному возрастанию их стоимости и расхода материалов, в первую очередь стальных трубопроводов. При укладке вместо одного трубопровода, рассчитанного на полную нагрузку, двух параллельных, рассчитанных на половинную нагрузку, площадь поверхности трубопроводов возрастает на 56 %. Соответственно возрастают расход металла и начальная стоимость сети.

Более сложной задачей считается выбор схемы водяных тепловых сетей, поскольку их нагрузка, как правило, менее концентрирована. Водяные тепловые сети в современных городах обслуживают большое число потребителей, измеряемое нередко тысячами и даже десятками тысяч присоединенных зданий, расположенных на территориях, измеряемых часто многими десятками квадратных километров.

Водяные сети менее долговечны по сравнению с паровыми сетями главным образом из-за большей подверженности наружной коррозии стальных трубопроводов, проложенных в подземных каналах. Кроме того, водяные тепловые сети более чувствительны к авариям из-за большей плотности теплоносителя. Аварийная уязвимость водяных тепловых сетей особенно заметно проявляется в крупных системах при зависимом присоединении отопительных установок к тепловой сети, поэтому при выборе схемы водяных тепловых сетей вопросам надежности и резервирования теплоснабжения необходимо уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети должны четко разделяться на ные и распределительные. К ным сетям обычно относятся теплопроводы, соединяющие источники теплоты с районами теплового потребления, а также между собой.

Теплоноситель поступает из ных сетей в распределительные сети и по распределительным сетям подается через групповые тепловые подстанции или местные тепловые подстанции к теплопотребляющим установкам абонентов. Непосредственное присоединение тепловых потребителей к ным сетям не следует допускать, за исключением случаев присоединения крупных промышленных предприятий,

Ные тепловые сети с помощью задвижек разделяются на секции длиной 1 – 3 км. При раскрытии (разрыве) трубопровода место отказа или аварии локализуется секционирующими задвижками. Благодаря этому уменьшаются потери сетевой воды, и сокращается длительность ремонта вследствие уменьшения времени, необходимого для дренажа воды из трубопровода перед проведением ремонта и для заполнения участка трубопровода сетевой водой после ремонта.

Расстояние между секционирующими задвижками выбирается так, чтобы время, требуемое для проведения ремонта, было меньше времени, в течение которого внутренняя температура в отапливаемых помещениях при полном отключении отопления при расчетной наружной температуре для отопления опустится ниже 12 – 14 °С. Это минимально предельное значение, которое принимают обычно, в соответствии с договором теплоснабжения.

Расстояние между секционирующими задвижками должно быть, как правило, меньше при больших диаметрах трубопроводов и при более низкой расчетной наружной температуре для отопления . Время, необходимое для проведения ремонта, возрастает с увеличением диаметра тру бопровода и расстояния между секционирующими задвижками. Это обусловлено тем, что с увеличением диаметра существенно возрастает время ремонта.

В случае если время ремонта больше допустимого, необходимо предусматривать системное резервирование теплоснабжения при выходе из строя участка тепловой сети. Одним из методов резервирования является блокировка смежных магистралей. Секционирующие задвижки удобно размещать в узлах присоединения распределительных сетей к ным тепловым сетям. В этих узловых камерах кроме секционирующих задвижек размещаются также головные задвижки распределительных сетей, задвижки на блокирующих линиях между смежными магистралями или между магистралями и резервными источниками теплоснабжения, например районными ьными (камеры 4 на рис. 5.1). В секционировании паровых магистралей нет необходимости, так как масса пара, требующаяся для заполнения длинных паропроводов, невелика. Секционные задвижки должны быть оборудованы электро- или гидроприводом и иметь телемеханическую связь с центральным диспетчерским пунктом. Распределительные сети должны иметь присоединение к магистрали с обеих сторон секционирующих задвижек с тем, чтобы можно было обеспечить бесперебойное абонентов при авариях на любом секционированном участке магистрали.

Рис. 5.1. Принципиальная однолинейная коммуникационная схема двухтрубной водяной тепловой сети с двумя магистралями

1 - коллектор ; 2 - ная сеть; 3 - распределительная сеть; 4 - секционирующая камера; 5 - секционирующая задвижка; 6 - ; 7 - блокирующая связь

Блокировочные связи между магистралями могут выполняться однотрубными. Соответствующей схемой их присоединения к ной сети может быть предусмотрено использование блокировочной связи как для подающего, так и для обратного трубопровода.

В зданиях особой категории, которые не допускают перерывов в теплоснабжении, должна быть предусмотрена возможность резервного теплоснабжения от газовых или электрических нагревателей или же от местных ьных на случай аварийного прекращения централизованного теплоснабжения.

По СНиП 2.04.07-86 допускается уменьшение подачи теплоты в аварийных условиях до 70 % суммарного расчетного расхода (максимально-часового на и вентиляцию и среднечасового на горячее водоснабжение). Для предприятий, в которых не допускаются перерывы в подаче теплоты, должны предусматриваться дублированные или кольцевые схемы тепловых сетей. Расчетные аварийные расходы теплоты должны приниматься в соответствии с режимом работы предприятий.

На рис. 5.1 приведена принципиальная однолинейная схема двухтрубной водяной тепловой сети от электрической мощностью 500 МВт и тепловой мощностью 2000 МДж/с (1700 Гкал/ч).

Радиус действия тепловой сети 15 км. До конечного района теплопотребления передается по двум двухтрубным транзитным магистралям длиной 10 км. Диаметр магистралей на выходе с 1200 мм. По мере распределения воды в попутные ответвления диаметры ных линий уменьшаются. В конечный район теплового потребления вводится по четырем магистралям диаметром 700 мм, а затем распределяется по восьми магистралям диаметром 500 мм. Блокировочные связи между магистралями, а также резервирующие ные подстанции установлены только на линиях диаметром 800 мм и более.

Такое решение допустимо в том случае, когда при принятом расстоянии между секционирующими задвижками (на схеме – 2 км) время, необходимое для ремонта трубопровода диаметром 700 мм, меньше времени, в течение которого внутренняя температура отапливаемых зданий при отключении отопления при наружной температуре снизится от 18 до 12 ºС (не ниже).

Блокировочные связи и секционирующие задвижки распределены таким образом, что при аварии на любом участке магистрали диаметром 800 мм и более обеспечивается всех абонентов, присоединенных к тепловой сети. абонентов нарушается только при авариях на линиях диаметром 700 мм и менее.

В этом случае прекращается абонентов, расположенных за местом аварии (по ходу теплоты).

При теплоснабжении крупных городов от нескольких целесообразно предусмотреть взаимную блокировку посредством соединения их магистралей блокировочными связями. В этом случае может быть создана объединенная кольцевая

Блокирующие связи между магистралями большого диаметра должны иметь достаточную пропускную способность, обеспечивающую передачу резервирующих потоков воды. В необходимых случаях для увеличения пропускной способности блокирующих связей сооружаются ные подстанции.

Независимо от блокирующих связей между магистралями целесообразно в городах с развитой нагрузкой горячего водоснабжения предусматривать перемычки сравнительно небольшого диаметра между смежными распределительными тепловыми сетями для резервирования нагрузки горячего водоснабжения.

При диаметрах магистралей, отходящих от источника теплоты, 700 мм и менее обычно применяют радиальную (лучевую) схему тепловой сети с постепенным уменьшением диаметра по мере удаления от станции и снижения присоединенной тепловой нагрузки.

Такая сеть наиболее дешевая по начальным затратам, требует наименьшего расхода металла на сооружение и проста в эксплуатации. Однако при аварии на магистрали радиальной сети прекращается абонентов, присоединенных за местом аварии. Если происходит авария на магистрали вблизи станции, то прекращается всех потребителей, присоединенных к магистрали. Такое решение допустимо, если время ремонта трубопроводов диаметром не менее 700 мм удовлетворяет вышесказанному условию.

Вопрос о том, при каких диаметрах теплопроводов какую схему тепловых сетей (радиальную или кольцевую) следует применять в системах централизованного теплоснабжения, должен решаться исходя из конкретных условий, диктуемых ю теплоснабжения потребителей теплоты: допускают они перерыв в подаче теплоносителя или нет, каковы затраты на резервирование и т.п. Поэтому в условиях рыночной экономики указанная выше регламентация диаметров и схем тепловых сетей не может считаться единственно правильным решением.

В.З. Дмитриев, Д.В. Жуков Омский филиал ОАО «Территориальная генерирующая компания № 11»

АННОТАЦИЯ

Образование сложных систем теплоснабжения выдвинуло серьезные проблемы, связанные с вопросами надежности, резервирования, качества, экологии, экономичности, которые не удовлетворяют современным требованиям. Недостаточно внимания уделяется технической оснащенности, принципам построения и вопросам резервирования тепловых сетей. Увеличение сложности и масштабности систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) не сопровождается изменением их структуры и конфигурации, которые не отвечают требованиям надежности и экономичности теплоснабжения. Существенную сложность при исследовании и расчетах оптимальной конфигурации теплоснабжающей системы вносят тепловые сети. Рассмотрение сетевой составляющей с нелинейными гидравлическими и экономическими характеристиками элементов делает задачу оптимального синтеза СЦТ мегаполиса города Омска сложной нелинейной задачей сетевого характера.

1. ВВЕДЕНИЕ

Система централизованного теплоснабжения Омского филиала включает пять теплоисточников, три из которых работают в режиме ТЭЦ и два - в режиме котельных, протяженность магистральных тепловых сетей более 260 км при среднем диаметре 600 мм, 13 перекачивающих насосных станций (ПНС) и более 12,5 тысяч тепловых пунктов.

Омскому предприятию «Тепловые сети» около 70 лет. Исторически тепловые сети прокладывались от теплоисточников по радиальной схеме. По мере необходимости и текущей целесообразности от разных ТЭЦ сети соединялись перемычками. В настоящее время перемычками связаны четыре теплоисточника из пяти, входящих в энергокомпанию.

2. ФОРМИРОВАНИЕ КОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Сегодня тепловые сети города Омска «закольцованы», но конфигурация сетей не позволяет решать проблемы, которые для сложных систем теплоснабжения имеют принципиальное значение , это вопросы:

Надежности;

Резервирования;

Экономичности;

Системы менеджмента качества (СМК);

Системы экологического менеджмента (СЭМ);

Обеспечения подключения перспективных тепловых нагрузок растущего города и другие.

Все эти требования могла бы решить комплексная программа развития системы теплоснабжения с перспективой развития города на 20-25 лет. Но такой программы нет. На ее реализацию требуются

значительное время, силы и финансовые средства. Администрация Омска понимает необходимость разработки комплексной программы для города, но практическое решение пока остается в перспективе . В нашей компании разрабатывается концепция развития энергетических мощностей, которая звучит как «Энергетическое обследование структурных подразделений, разработка направлений дальнейшего развития и возможных мероприятий по увеличению установленной и располагаемой мощности». Но всем понятно, что решение этой проблемы сдерживает несовершенство конфигурации тепловых сетей. А между тем на сегодняшний день это самая актуальная проблема. Необходим переход на кольцевую систему СЦТ на базе научного анализа, разработка структурного формирования конфигурации СЦТ с проведением многовариантных расчетов тепловых потоков от всех теплоисточников .

Один из примеров. При интенсивной застройке левобережной части города Омска возник острый дефицит тепловых мощностей, что негативно сказалось на развитии зоны застройки. Не имея разработанной и утвержденной комплексной схемы теплоснабжения, городская администрация пошла путем строительства мелких газовых котельных мощностью 20-40 мВт. Так, в спальных районах города построены несколько котельных, внедрение которых в жилых массивах города экологически, экономически и технически не верно . О «котельнизации» России написано немало статей. Авторами многих из них являются омские энергетики.

Отсутствие перспективной комплексной схемы теплоснабжения послужило основанием для компромиссного решения: было достигнуто соглашение между администрацией города и ресурсоснабжающими организациями о распределении зон теплоснабжения на перспективной площадке между энергокомпанией и другими мелкими собственниками. Под это соглашение в Омском филиале ОАО «ТГК-11» был разработан проект инвестиционной программы по декомпозиции СЦТ на базе серьезных научных проработок с учетом требований надежности, резервирования, СМК, СЭМ и экономичности. Инвестиционный проект включает следующие разделы:

1) поэтапное строительство новой протяженной теплотрассы в районе перспективного строительства Левобережной части города по мере его застройки;

2) удовлетворение требований надежности, резервирования при работе новой теплотрассы от различных теплоисточников с учетом СМК И СЭМ;

3) реконструкция теплофикационной установки одной из ТЭЦ, находящейся на правом берегу, где в результате сокращения промышленного потребления пара выявлена возможность реализации дополнительной тепловой мощности 300 Гкал/ч, что позволяет увеличить выработку электроэнергии на ТЭЦ по теплофикационному циклу и снизить себестоимость производства электрической и тепловой энергии, увеличить финансовую прибыль;

4) перераспределение тепловых нагрузок между теплоисточниками Омского филиала в рамках существующей конфигурации тепловых сетей из условия наибольшей эффективности;

5) создание резерва располагаемой тепловой мощности для подключения дополнительных тепловых нагрузок в активно развивающейся центральной части города, что позволяет снять вопрос дефицита тепловых мощностей в ближайшие два-три года.

Реализация этого проекта решила актуальные проблемы в рамках СЦТ города только частично.

Следующий пример. Удалённая на значительное расстояние от города ТЭЦ имеет большой резерв тепловой мощности, но из-за отсутствия транзитной тепломагистрали нет возможности использовать эти мощности. Реализация «запертых» тепловых мощностей удаленной ТЭЦ позволит увеличить выработку электрической энергии по теплофикационному циклу, что значительно повысит эффективность и улучшит экономические показатели, обеспечив финансовую прибыль. «Переброска» тепла на большое расстояние через реку Иртыш имеет стратегическое значение, так как позволит отодвинуть строительство новой ТЭЦ на левом берегу на 10-12 лет, перевести левобережную районную котельную в пиковый режим работы, значительно улучшить экологическую и социальную обстановку в городе.

На нашем предприятии тепловых сетей мы ежегодно занимаемся выявлением и устранением существующих узких мест путем решения вопросов декомпозиции схемы тепловых сетей, используя научные методы анализа и синтеза, проводя глубокие исследования и многовариантные расчеты для усовершенствования СЦТ города .

Исследования и анализ многовариантных расчетов показали возможность устранения одного из узких мест в конфигурации тепловых сетей. Из множества возможных вариантов наиболее предпочтительным с точки зрения решения всего комплекса проблем был выявлен вариант реконструкции большей части существующей тепломагистрали от самой крупной ТЭЦ, пролегающей через центр города. Для этого потребовалось увеличить пропускную способность магистральных трубопроводов и выполнить реконструкцию ПНС. Общая стоимость этого проекта - около 200 млн руб., при существующих тарифах на тепловую энергию срок его окупаемости составит около трех лет.

Но как оказалось, даже на этот фрагмент изменения конфигурации СЦТ не хватило средств, и мы вынуждены проводить его поэтапно. В текущем году была освоена лишь половина. Заменено более 3 км магистральных тепловых сетей, и, не взирая на

финансовые ограничения, вопросы надежности, качества и резервирования на этом участке были успешно решены с использованием новых материалов и технологий. Но финансовую прибыль нам не удастся получить до окончания реализации этого проекта в полном объеме и реконструкции ПНС, которая запланирована лишь на следующий год.

Необходимо признать, что оптимизация конфигурации СЦТ крупного промышленного города на основе научного анализа и превращение ее из преимущественно радиальной в настоящую полномасштабную функциональную кольцевую, требует огромных интеллектуальных и капитальных затрат. Финансовая выгода при этом значительно превосходит вложенные средства при коротком сроке окупаемости. Однако финансовый кризис сдерживает темпы строительства в городе и отражается на сокращении инвестиций в развитие СЦТ .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на кризисную ситуацию, а скорее для ее быстрейшего преодоления, нужно постоянно заниматься научным анализом и синтезом, что позволит выполнить структурное формирование конфигурации СЦТ крупного города с решением всех или большинства существующих проблем. Это вытекает из определяющей роли электроэнергетики в промышленности. Для решения данного вопроса необходимы общие усилия государственной власти, ре-сурсоснабжающих организаций и инвесторов . До тех пор, пока решение этого вопроса не станет необходимостью для всех заинтересованных сторон, вышеозначенные проблемы будут решаться локально, без высокого экономического и социального результата.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Надежность систем теплоснабжения: Справочник. Том 4 / под ред. Е.В. Сенновой. Новосибирск: Наука, 2000. 350 с.

2. Кузник И.В. Централизованное теплоснабжение. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 155 с.

3. Николаев Ю.Е., В до вен ко И.А. Сравнительный анализ вариантов реконструкции городских систем теплоснабжения // Промышленная энергетика. 2009. № 11. С. 6-10.

4. Богданов А.Б. Котельнизация России - беда национального масштаба // Новости теплоснабжения. 2007. № 4, № 5. С. 28-33, 50-54.

5. Яковлев Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения // Новости теплоснабжения, 2008. 447 с.

6. Дмитриев В.З. Сети ловят тепло // Энергосбережение и энергетика в Омской области. 2006. № 2. С. 48-49.

7. Дмитриев В.З. О теплотрассах в районах жилой и общественной застройки // Российское теплоснабжение. М.: Новости теплоснабжения, 2007.

8. Лебедев В.М. Системный подход в решении проблем энергосбережения как стратегия развития // Энергосбережение и энергетика в Омской области. 2005. № 1. С. 26-32.

Схемы и конфигурации тепловых сетей

Задачи гидравлического расчета тепловых сетей

Гидравлический расчет является одним из важнейших этапов проектирования и эксплуатации тепловых сетей.

При проектировании тепловых сетей в прямую задачу гидравлического расчета входит:

1. Определœение диаметров трубопроводов;

2. Определœение потерь давления на участках;

3. Определœение давления в различных точках;

4. Увязка всœех точек системы при статическом и динамическом режимах.

В некоторых случаях (при эксплуатации тепловых сетей) может решаться обратная задача, ᴛ.ᴇ. определœение пропускной способности трубопроводов при известном диаметре или потерях давления участка.

В результате после гидравлического расчета тепловой сети бывают решены следующие задачи:

1. Определœение капитальных вложений;

2. Подбор циркуляционных и подпиточных насосов;

3. Выбор схем присоединœения абонентов;

4. Выбор регулирования абонентских вводов;

5. Разработка режима эксплуатации.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы схема и профиль тепловой сети, указаны размещения источника и потребителœей и расчетные тепловые нагрузки.

Схема тепловой сети определяется размещением источника теплоты (ТЭЦ или котельной) по отношению к району теплопотребления, характером тепловой нагрузки и видом теплоносителя (рис. 5.1 ).

Основные принципы, которыми следует руководиться при выборе схемы тепловой сети - ϶ᴛᴏ надежность и экономичность.

Экономичность тепловой сети определяется по - среднее удельное падение давления по длинœе. = f (стоимости сети, расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя, теплопотерь трубопроводов и т.д.)

Удельные потери давления на трение при гидравлических расчетах водяных тепловых сетей следует определять на основании технико-экономических расчетов.

В случае если технико-экономические расчёты не проводятся, то рекомендуется принимать:

Магистральные трубопроводы;

Ответвления.

Надежность тепловой сети - ϶ᴛᴏ способность непрерывной подачи теплоносителя к потребителю в крайне важно м количестве в течении всœего года. Требования к надежности тепловой сети возрастают с понижением расчетной температуры наружного воздуха и увеличением диаметров трубопроводов. В СНиПе для различных t нр и d тр указаны крайне важно сть резервирования подачи теплоты и допускаемое снижение подачи от расчетного значения.

Аварийная уязвимость тепловой сети особенно заметно проявляется в крупных системах теплоснабжения при зависимом присоединœении абонентов, в связи с этим при выборе схемы водяной тепловой сети вопросам надежности и резервирования теплоснабжения крайне важно уделить особое внимание.

Водяные тепловые сети разделяются на магистрали и распределительные. К магистралям относятся трубопроводы, соединяющие источник с районами теплопотребления. Из магистралей теплоноситель поступает в распределительные сети и по ним через ЦТП и ИТП к абонентам. Непосредственное присоединœение потребителœей к магистралям тепловой сети допускать не следует, кроме крупных промышленных предприятий (с Q > 4 МВт ).

Рис. 5.1.

Принципиальная

схема тепловой

СК – секционирущая камера

В местах присоединœения распределительных сетей к магистралям сооружают секционирующие камеры (СК), в которых размещают: секционирующие задвижки, задвижки распределительных сетей и т.д.

Секционирующие задвижки устанавливают на магистралях с 100 мм на 1000 м , 400 мм на 1500 м . Благодаря разделœению магистральных сетей на секции уменьшаются потери воды из тепловой сети при аварии, т.к. место аварии локализуется секционными задвижками.

Принципиально существуют две схемы: тупиковая(радиальная) и кольцевая.

Рис. 5.2 . Принципиальные схемы тепловых сетей: а, в – тупиковые;

в – кольцевая; 1 – магистраль 1; 2 – магистраль 2;

3 – резервирующая перемычка

Тупиковая схема (рис. 5.2а, в ) более дешевая по начальным затратам, требует меньше металла и проста в эксплуатации. При этом менее надежна, т.к. при аварии на магистралях прекращается теплоснабжение абонентов, присоединœенных за местом аварии.

Кольцевая схема (рис. 5.2б ) более надежна и применяется в крупных системах теплоснабжения от нескольких источников.

Для увеличения надежности работы тупиковых схем применяют резервирующие перемычки (рис. 5.2в ).

Схемы и конфигурации тепловых сетей - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Схемы и конфигурации тепловых сетей" 2017, 2018.