Теплоснабжение квартала «В», г. Таштагол, Кемеровской области

Подогреватели должны обеспечивать заданную теплопроизводительность при любых температурных режимах сетевой воды. Наиболее неблагоприятный режим соответствует точке излома температурного графика, поэтому расчет водоподогревателей проводят именно в этом режиме.
Задачей теплового расчета водоподогревателей является определение расчетной поверхности нагрева при выбранном типоразмере.
Расчетная тепловая производительность водоподогревателей для систем горячего водоснабжения при отсутствии баков-аккумуляторов нагреваемой воды у потребителей определяется по формуле:
(59)
По температурному графику берутся температуры в подающей и обратной магистрали в точке излома: = 70ºС; = 30,1ºC.
Максимальный расход нагреваемой воды, проходящей через I и II ступени водоподогревателя:
(60)
где th – температура нагреваемой воды на выходе из водонагревателя II ступени. Принимаем th равное 65ºC.

Распределение расчетной тепловой нагрузки между I и II ступенью водоподогревателей, МВт:
I ступень:
(61)
где − максимальный расход нагреваемой воды, т/ч;
− температура нагреваемой воды на выходе из I ступени водонагревателя:
(62)


II ступень:
(63)

Расход греющей воды при отсутствии вентиляционной нагрузки принимается одинаковым для I и II ступеней водоподогревателя. При регулировании отпуска теплоты по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения расход греющей воды определяется как максимальный из величин, рассчитанных по формулам:
(64)
(65)


Таким образом, расход греющей воды принимается равным 176,85 т/ч.
Температуры нагреваемой воды:
на входе в I ступень: tс = 5ºС;
на выходе из I ступени и входе во II ступень: ;
на выходе из II ступени: th = 65ºС.
Температуры греющей воды:
на выходе из водоподогревателя II ступени и входе в водоподогреватель I ступени:
(66)

греющая вода на входе в водоподогреватель II ступени:
греющая вода на выходе их водоподогревателя I ступени:
(67)

Расчет ступеней водоподогревателей выполняется в следующей последовательности.
Определяется расчетная разность температур между греющей и нагреваемой водой по формуле:

(68)
где Δtб , Δtм – соответственно большая и меньшая разности температур между греющей и нагреваемой средой на входе или на выходе из водоподогревателя. При двухступенчатой схеме подключения водоподогревателей расчитывается по формулам:
I ступень:
(69)
(70)
II ступень:
(71)
(72)
Принимается предварительная скорость воды в трубках ω равной 1 м/с и определяется площадь живого сечения трубок при плотности воды ρ равной 1000 кг/м3:
(73)
По полученному значению fтр подбирается водоподогреватель с помощью [12, приложение 7, таблица 1]. К установке в ЦТП принимается двухпоточная компоновка каждой ступени водоподогревателя.
Определяется скорость воды в межтрубном пространстве теплообменника:
(74)
где fмтр − площадь сечения межтрубного пространства. Принимается по техническим характеристикам выбранного водоподогревателя.
Рассчитывается коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки, Вт/(м2×°С):
(75)
где dэкв − эквивалентный диаметр межтрубного пространства. Принимается по техническим характеристикам выбранного водоподогревателя;
tсргр − средняя температура греющей воды, °С:
(76)
Определяется скорость воды в трубках теплообменника, м/с:
(77)
где fтр − площадь сечения всех трубок в одном ходу водоподогревателя. Принимается по техническим выбранного водоподогревателя.
Рассчитывается коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к нагреваемой воде, Вт/(м2×°С):
(78)
где dвн − внутренний диаметр трубок. Принимается по техническим характеристикам выбранного водоподогревателя;
tсрн − средняя температура нагреваемой воды, °С:
(79)
Рассчитывается коэффициент теплопередачи водоподогревателя:
(80)
где β − коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб в зависимости от химических свойств воды, принимается β равным 0,95;
δст − толщина стенки трубки (по техническим характеристикам выбранного водоподогревателя);
λст − теплопроводность материала стенки трубок, для латуни принимается λст равной 104,4 Вт/(м×°С);
δнак − толщина слоя накипи. Принимается на основании эксплутационных данных для конкретного района с учетом качества воды. При отсутствии данных допускается принимать равной 0,0005 м;
λнак − теплопроводность накипи. Принимается равной 2,3 Вт/(м×°С).
Рассчитывается поверхность нагрева водоподогревателя, м2:
(81)
Число секций водоподогревателя в одном потоке N, шт, исходя из двухпоточной компоновки определяется по формуле:
(82)
где fсек – поверхность нагрева одной секции водоподогревателя. Принимается по техническим характеристикам выбранного типа.
Расчет I ступени




Принимаем водоподогреватель по ГОСТ 27590.
Наружный диаметр корпуса секции Dн = 273 мм.
Число трубок в секции n = 109 шт.
Площадь сечения межтрубного пространства fмтр = 0,03077 м2.
Площадь сечения трубок fтр = 0,01679 м2.
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв = 0,0191 м2.
Поверхность нагрева одной секции fсек = 20,5 м2 при l = 4 м.
Тепловая производительность секции длиной 4 м гладких труб 475 кВт.









Принимаем N = 2 шт.
Расчет II ступени




Принимаем водоподогреватель по ГОСТ 27590.
Наружный диаметр корпуса секции Dн = 273 мм.
Число трубок в секции n = 109 шт.
Площадь сечения межтрубного пространства fмтр = 0,03077 м2.
Площадь сечения трубок fтр = 0,01679 м2.
Эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэкв = 0,0191 м2.
Поверхность нагрева одной секции fсек = 20,5 м2 при l = 4 м.
Тепловая производительность секции длиной 4 м гладких труб 475 кВт.









Принимаем N = 5 шт.
Потери давления ΔР, кПа, в водоподогревателях определяются по формулам:
Для нагреваемой воды, проходящей в гладких трубках при длине секций 4 м:
(83)
где φ − коэффициент, учитывающий накипеобразование. Принимается по опытным данным, при их отсутствии следует принимать φ равным 2;
Ghmax − максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение, л/с.
Для греющей воды, проходящей в межтрубном пространстве:
(84)
где В − коэффициент, принимаемый по [12, приложение 7, таблица 3] в зависимости от длины секции и наружного диаметра корпуса воздухонагревателя. При Dн равным 273 мм и длине секции 4 м коэффициент B равен 20.
I ступень


II ступень


3.3 Подбор и расчет водомера
Подбор водомера производится по [13]. Диаметр условного прохода счетчика воды следует выбирать исходя из среднечасового расхода воды в средние сутки, который не должен превышать эксплуатационный, принимаемый по [13, таблица 4], и проверять согласно указаниям [13, пункт 11.3].
Счетчик с принятым диаметром условного прохода надлежит проверять на пропуск максимального секундного расхода воды, при этом потери напора в счетчиках воды не должны превышать 5,0 м − для крыльчатых и 2,5 м − для турбинных счетчиков.
Потери напора в счетчике, м, определяются по формуле:
(85)
где S − гидравлическое сопротивление счетчика, м/(л/с)2, принимаемое согласно [13, таблица 4];
q − максимальный секундный расход воды на горячее водоснабжение, л/с.

Принимаем водомер диаметром 100 мм, гидравлическое сопротивление которого равно 76,6×10-5 м/(л/с)2.

3.4 Подбор теплосчетчика
Для измерения и коммерческого учета количества тепловой энергии, объема и параметров теплоносителя в проектируемой системе теплоснабжения применяем к установке теплосчетчик Sonometr 2000.
В состав данного теплосчетчика входят следующие элементы:
3 расходомера SONO 1500CT;
вычислитель тепловой энергии СПТ 943.1 (085B09431);
1 комплект термопреобразователей КТПТР;
По техническим характеристикам потери напора в расходомере равны 0,0085 МПа или 0,8668 метров водяного столба.
3.5 Расчет и выбор регуляторов
Выбор регуляторов осуществляется по коэффициенту пропускной способности, который определяется по формуле:
(86)
где G – максимальный расход воды через клапан, т/ч;
ΔР – перепад давления на клапане, МПа.
1) Регулятор ограничения максимального расхода воды на ввод (РР):

Предварительно принимаем

По каталогу ООО «Данфосс» принимаем автоматический регулятор постоянства расхода VFQ2 диаметром 250 мм с условной пропускной способностью:
kvs = 400 м3/ч.
Таким образом, на клапане РР будет погашен следующий перепад давления:

2) Регулятор подачи теплоты на горячее водоснабжение (РТ):

Предварительно принимаем

По каталогу ООО «Данфосс» принимаем клапан регулирующий седельный VFG2 проходной нормально открытый, разгруженный по давлению с металлическим уплотнением затвора диаметром 200 мм с условной пропускной способностью kvs 320 м3/ч.
Таким образом, на клапане РТ будет погашен следующий перепад давления:

3) Регулятор подачи теплоты на отопление (РО):

Предварительно принимаем

По каталогу ООО «Данфосс» принимаем клапан регулирующий седельный проходной VFM2 диаметром 150 мм с условной пропускной способностью kvs 400 м3/ч.
Таким образом, на клапане РО будет погашен следующий перепад давления:

4) Регулятор перепада давлений (РПД):

Предварительно принимаем

Принимаем регулятор перепада давления VFG2 диаметром 250 мм с условной пропускной способностью kvs 400 м3/ч.
Таким образом, на регуляторе РПД будет погашен следующий перепад давления:

Регулятор перепада давления VFG2 используется в системах централизованного теплоснабжения. При повышении регулируемого перепада давлений клапан регулятора закрывается. Регулятор состоит из регулирующего фланцевого клапана, регулирующего блока с диафрагмой и пружиной для настройки перепада давлений.
3.6 Выбор насосов
Корректирующий насос
Устанавливается на перемычке между трубопроводами Т1 и Т2 при располагаемом напоре перед узлом смешения, достаточном для преодоления гидравлического сопротивления тепловых сетей после ЦТП и системы отопления конечного абонента.
Согласно [12, пункт 4.13] корректирующие насосы подбираются по требуемому расчетному расходу воды в системе отопления и вентиляции и требуемому располагаемому напору в месте установки насоса (по пьезометру) плюс 5 м.вод.ст (на сопротивление перемычки):


Для установки принимаем насос фирмы Grundfos типа NK 65-160/157.
Технические характеристики насоса: напор 29,6 м.вод.ст., мощность 9 кВт, КПД 82%. Устанавливаем 2 насоса по 50% производительности каждый.
Повысительно-циркуляционный насос
Устанавливается после водоподогревателя II ступени на линии горячего водоснабжения (трубопровод Т3). Подбирается по требуемому расчетному расходу нагреваемой воды в системе горячего водоснабжения и требуемому напору в месте установки насоса (по пьезометру):

Для установки принимаем насос фирмы Grundfos типа NB 40-125/127.
Технические характеристики насоса: напор 21 м.вод.ст., мощность 2,5 кВт, КПД 73%. Устанавливаем 2 насоса: один рабочий и один резервный.
3.7 Расчет диафрагмы перед регулятором температуры
На трубопроводе перед регулятором РТ установлена диафрагма для снижения напора перед второй ступенью водоподогревателей согласно пьезометрическому графику. Диаметр отверстия диафрагмы, мм, определяется по формуле [12, п. 4.17]:
(87)
где G – расчетный расход воды через диафрагму, равный 176,85 т/ч;
ΔН – перепад напора на диафрагме, равный 18,62 м.вод.ст.

Заключение
Выполнен проект системы теплоснабжения района В г.Таштагол Кемеровской области. Определены расчетные расходы воды, диаметры распределительных трубопроводов.
На основании гидравлического расчета построен пьезометрический график по которому можно определить давление в любой точке сети.
Подобрано основное механическое оборудование тепловой сети.
Произведен расчет тепловой сети на компенсацию температурных удлинений, рассчитана и подобрана неподвижная опора. Выполнен тепловой расчет и выбор оптимальной толщины тепловой изоляции.
В специальной части разработан центральный тепловой пункт и подобрано его оборудование.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. – М. : Госстрой, 2004.
СНиП 23.01-99. Строительная климатология и геофизика. – М. : Госстрой, 2000. – 136 с.
Манюк В. И. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей / В. И. Манюк, Э. Х. Хиж – М. : Стройиздат, 1988. − 432 с.
Ионин А. А. Теплоснабжение : учебник для ВУЗов / А. А. Ионин, Б. М. Хлыбов.– М. : Стройиздат, 1982. – 336 с.
Саргин Ю. Н. Внутренние санитарно-технические устройства : в 3 ч. : ч. 2. Водопровод и канализация / Ю. Н. Саргин, Л. И. Друскин. Под ред. И. Г. Староверова, Ю. И. Шиллера. – М. : Стройиздат, 1990. – 227 с.
Переверзев В. А. Справочник мастера тепловых сетей / В. А. Переверзев, В. В. Шумов. – Л. : Энергоатомиздат, 1987.
Громов Н. К. Водяные тепловые сети : справочное пособие / Н. К. Громов, И. В. Беляйкина. – М. : Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.
Николаев А. А. Проектирование тепловых сетей : справочник проектировщика / А. А. Николаев – М. : Стройиздат, 1965. – 359 с.
Апарцев М. М. Наладка водяных систем ценрализованного теплоснабжения : справочно-методическое пособие / М. М. Апарцев. − М. : Энергоатомиздат, 1983. − 204 с.
Серия 5.903-13. Изделия и детали трубопроводов для тепловых сетей : выпуск 7-95. Опоры трубопроводов неподвижные: АООТ «СевЗапЭнергомонтажпроект».
СНиП 2.04.14-88. Тепловая изоляция оборудования и теплопроводов / Госстрой России − М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1998 − 28 с.
СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. – М. : Минстрой России, ГУП ЦП, 1996.
СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий. – М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 56 с.

Приложение А
Таблица А.1 − Таблица расчета расходов сетевой воды
Наименование
потребителя Расходы, кг/ч Отопление Вентиляция ГВС средн ГВС макс 23 Средняя школа 6353 0 2118 5084 На квартал Б 34440 10 7350 17640 25 Детский сад 1494 1 1657 3977 25б Хозблок 131 0 0 0 27 Столовая 1281 6 2549 6117 11/1 Секция жилого дома 2590 0 853 2047 11/2 Секция жилого дома 2043 0 559 1341 11/3 Секция жилого дома 1909 0 559 1341 На квартал Г 27364 0 8063 19350 10/1 Секция жилого дома 1909 0 559 1341 10/2 Секция жилого дома 2110 0 559 1341 10/3 Секция жилого дома 2110 0 559 1341 10/4 Секция жилого дома 1909 0 559 1341 10/5 Секция жилого дома 1909 0 559 1341 Итого: 85643 0 25943 62264

Приложение Б
Таблица Б.1 − Таблица гидравлического расчета подающего трубопровода Т1 системы теплоснабжения
Номер участка Gр l, м Расчет при Rлопт От станции ΣΔН, м т/ч кг/с Rлопт, Па/м Rл, Па/м dн×S, мм V, м/с l×(1+α), м ΔР=Rл×l×(1+α), Па ΔН=ΔР/(ρg), м Магистраль 0-1 87,420 0,0243 87,420 72,5 36,0 219х7 0,773 139,872 5033 0,503 0,503 1-2 81,067 0,0225 81,067 31,1 219х7 0,717 129,707 4030 0,403 0,906 2-3 46,627 0,0130 46,627 52,8 159х4,5 0,770 74,603 3937 0,394 1,300 3-4 45,133 0,0125 45,133 49,5 159х4,5 0,746 72,213 3577 0,358 1,658 4-5 43,853 0,0122 43,853 46,8 159х4,5 0,724 70,165 3286 0,329 1,986 5-6 9,947 0,0028 9,947 62,2 89х4 0,564 15,915 989 0,099 2,085 6-7 8,038 0,0022 8,038 93,5 76х3,5 0,628 12,861 1203 0,120 2,205 7-8 5,928 0,0016 5,928 52,0 76х3,5 0,463 9,485 493 0,049 2,255 8-9 3,818 0,0011 3,818 22,4 76х3,5 0,298 6,109 137 0,014 2,268 9-10 1,909 0,0005 1,909 94,6 45х2,5 0,443 3,054 289 0,029 2,297 Ответление 1 16-17 1,909 0,0005 36,100 80 94,6 45х2,5 0,443 57,760 5466 0,547 0,547 15-16 3,952 0,0011 43,500 111,3 57х3,0 0,565 69,600 7746 0,775 1,321 5-15 6,542 0,0018 30,830 62,8 76х3,5 0,511 49,328 3099 0,310 1,631 Ответление 2 5-кв.Г 27,364 0,0076 52,5 80 47,8 133х4,0 0,651 84 4014 0,401 0,4 Ответление 3 4-20 1,280 0,0004 38,74 80 116,9 38х2,5 0,437 61,984 7248 0,725 0,725 Ответление 4 2-кв.Б 34,44 0,0096 36,300 80 29,3 159х4,5 0,569 58,08 1702 0,17 0,17 Ответление 5 3-23 1,494 0,0004 88,670 80 17,4 57х3,0 0,214 141,87 2471 0,247 0,247 23-22 0,132 0,0000 10,000 80 47,5 20х1,6 0,174 16 760 0,076 0,323 Ответвление 6 1-21 6,353 0,0018 93,020 80 59,4 76х3,5 0,496 148,82 8835 0,884 0,884

Приложение В
Таблица В.1 − Таблица гидравлического расчета подающего трубопровода Т3 системы горячего водоснабжения
Номер участка Gр l, м Расчет при Rлопт От станции ΣΔН, м т/ч кг/с Rлопт, Па/м Rл, Па/м dн×S, мм V, м/с l×(1+α), м ΔР=Rл×l×(1+α), Па ΔН=ΔР/(ρg), м Магистраль 0-1 63,600 0,0177 87,420 72,5 19,4 219х7,0 0,563 139,872 2714 0,271 0,271 1-2 58,518 0,0163 81,067 16,5 219х7,0 0,518 129,707 2143 0,214 0,486 2-3 40,878 0,0114 46,627 40,9 159х4,5 0,675 74,603 3048 0,305 0,791 3-4 36,901 0,0103 45,133 33,5 159х4,5 0,610 72,213 2419 0,242 1,032 4-5 30,784 0,0086 43,853 23,6 159х4,5 0,509 70,165 1656 0,166 1,198 5-6 6,705 0,0019 9,947 29,1 89х4,0 0,380 15,915 463 0,046 1,244 6-7 5,364 0,0015 8,038 201,4 57х3,0 0,767 12,861 2590 0,259 1,503 7-8 4,023 0,0011 5,928 115,2 57х3,0 0,575 9,485 1093 0,109 1,613 8-9 2,682 0,0007 3,818 182,4 45х2,5 0,623 6,109 1114 0,111 1,724 9-10 1,341 0,0004 1,909 48,2 45х2,5 0,312 3,054 147 0,015 1,739 Ответление 1 16-17 1,341 0,0004 36,100 80 127,9 38х2,5 0,458 57,760 7386 0,739 0,739 15-16 2,682 0,0007 43,500 182,4 45х2,5 0,623 69,600 12694 1,269 2,008 5-15 4,729 0,0013 30,830 157,6 57х3,0 0,676 49,328 7774 0,777 2,785 Ответление 2 5-кв.Г 19,35 0,0054 52,5 80 76,7 108х4,0 0,719 84,000 6440 0,644 0,644 Ответление 3 4-20 6,117 0,0017 38,74 80 260,2 57х3,0 0,874 61,984 16125 1,613 1,613 Ответление 4 2-кв.Б 3,977 0,0011 36,300 80 112,7 57х3,0 0,568 58,08 6544 0,654 0,654 Ответление 5 3-23 17,64 0,0049 88,67 80 64,1 108х4,0 0,656 141,872 9087 0,909 0,909 Ответвление 6 1-21 5,084 0,0014 93,02 80 181,4 57х3,0 0,727 148,832 27000 2,7 2,7


Рисунок В – 1. Пьезометрический график теплосети











3