Теплоснабжение промышленного района
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект по дисциплине «Системы теплоснабжения промышленных
предприятий»
Тема проекта:
Теплоснабжение промышленного района
Исходные данные к проекту:
1. Географический район расположения
объектов теплоснабжения: г. Томска
2. Генплан (схема) района
теплоснабжения.
А B C
-
источник теплоснабжения
-
рабочий район
-
промпредприятие
-
микрорайон
1. Тип системы теплоснабжения: Закрытая.
2. Вид и параметры теплоносителя: вода, t1=150°С, t2=70°С.
3. Число жителей на объектах
теплоснабжения:
в микрорайоне…………35000
в рабочем поселке……..7500
4. Тепловые нагрузки на промпредприятии:
на технологические нужды, Qт =
44 МВт
на отопление, Qо = 26 МВт
на вентиляцию, Qв =
49 МВт
на ГВС ,Qгв = 14 МВт
5. Длины участков, L, м:
АВ = 1800
ВС = 1700
ВР = 1800
СМ = 2300
СП = 3100
6. Высоты зданий, h, м:
в микрорайоне……………18
в рабочем поселке…….….14
на промпредприятии……..31
7. Направление и величина уклона
местности, i, м/км
на участках: АВ i =
1,2
ВС i = 1,6
ВР i = 2,4
CM i = 2,3
СП i =2
. Климатические данные для г Томска:
tмин =
-55 °С
tро =
-40 °С
tрв =
-24 °С
tср =
-8,4 °С
uвет = 5,6 м/с
ВВЕДЕНИЕ
Теплоснабжение является одной из основных подсистем энергетики. Основными
направлениями совершенствования этой подсистемы являются концентрация и
комбинирование производства теплоты и электрической энергии (теплофикация) и
централизация теплоснабжения.
Являясь одной из основных подсистем энергетики, должно обеспечить
бесперебойную и качественную подачу тепловой энергии на промпредприятие и в
жилищно-коммунальный сектор для нормального функционирования систем отопления,
вентиляции и технологических процессов. В целом системы теплоснабжения
обеспечивают комфортные условия в производственных и бытовых помещениях и
способствуют снижению вредных выбросов в атмосферу.
Задачей данного курсового проекта является расчёт системы теплоснабжения
трёх объектов (промышленного предприятия, рабочего посёлка и микрорайона)
расположенных в городе Томск.
Расчёт будем проводить в следующем порядке: расчёт теплового потребления
жилых районов и промышленного предприятия (расчётные, средние и годовые
нагрузки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение). Расчёт и построение
графика расхода воды. Гидравлический и тепловой расчёт сети. Расчёт
трубопроводов на прочность и компенсацию температурных расширений. А также
экономический расчёт транспорта теплоты.
1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ
1.1 Теплопотребление жилых районов городов и
других населенных пунктов
Максимальный тепловой поток, МВт, на отопление жилых и общественных
зданий определяется по зависимости
где
qо - укрупненный показатель максимального теплового
потока на отопление жилых зданий м2 общей площади, принимаемый по
рекомендуемому приложению 2 [1], Вт.
А
- общая площадь жилых зданий, м2
k1 -
коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий,
принимаем равным 0,25
где
f - норма общей жилой площади на 1 человека, принимаем f = 9
м2/чел.
Для
микрорайона
Для рабочего
поселка
Максимальный тепловой поток, МВт, на вентиляцию общественных зданий
определяется по формуле.
где
h2 - коэффициент, учитывающий тепловой поток на
вентиляцию общественных зданий, принимаем 0,6.
Для
микрорайона
Для
рабочего поселка
Средний температурный поток, МВт, на горячее водоснабжение жилых и
общественных зданий.
где
m - число жителей
a - норма
расхода воды на горячее водоснабжение, при температуре 55ОС на одного человека
в сутки.
b - норма
расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях.
tX - температура
холодной воды.
с
- удельная теплоемкость воды, с=4,19 кДж/кгОС.
Для
микрорайона
Для рабочего
поселка
Максимальный
тепловой поток, МВт, на ГВС жилых и общественных зданий:
МВт
Для
микрорайона
МВт
Для
рабочего поселка
МВт
Средний
тепловой поток на отопление, МВт, следует определять по формуле:
где
tв - средняя температура внутреннего воздуха
отапливаемых зданий, для жилых зданий 20 °С, для
производственных 16 °С;
t0ср - средняя
температура наружного воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха
8 °С и менее, °С;
tро - расчетная
температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С.
Для
микрорайона
МВт
Для
рабочего поселка
МВт
Для
промпредприятия
МВт
Средний
тепловой поток на вентиляцию, МВт, следует определять по формуле
,
Для
микрорайона
МВт
Для
рабочего поселка
МВт
Для
промпредприятия
МВт
Средний тепловой поток, МВт, на горячее водоснабжение в неотопительный
период.
МВт
где
t
- температура холодной воды в неотопительный период.
b - коэффициент, учитывающий изменения среднего расхода на горячее
водоснабжение в неотопительный период.
Для
микрорайона
МВт
Для
рабочего поселка
МВт
Для
промышленного предприятия
МВт
Результаты
расчета сводим в таблицу 1
Таблица 1
|
Вид тепловой нагрузки
|
Отопление QO/,MBт
|
Вентиляция QВ//,MBт
|
Горячее водоснабжение, МВт
|
Технологическая нагрузка Qт, МВт
|
Суммарный расход теплоты,
МВт
|
|
|
|
QГВСЗ
|
QГВСЛ
|
|
SQЗ
|
SQЛ
|
|
Микро-район
|
37,4
|
6
|
13,24
|
8,4
|
-
|
56,64
|
8,4
|
|
Рабочий поселок
|
12,26
|
1,47
|
2,83
|
1,81
|
-
|
16,56
|
1,81
|
|
Промышленное предприятие
|
26
|
49
|
14
|
11,2
|
44
|
89
|
11,2
|
|
SQ
|
75,66
|
57,8
|
30,1
|
-
|
44
|
163,56
|
-
|
|
SQЛ
|
-
|
-
|
-
|
21,4
|
44
|
-
|
65,4
|
1.2 Годовые расходы теплоты
Годовые расходы теплоты для жилых и общественных зданий, МВт∙ч, на
отопление.
где
n0 - продолжительность отопительного периода.
Для
микрорайона
Для
рабочего поселка
Годовые
расходы теплоты для жилых и общественных зданий, МВтч, на вентиляцию.
трубопровод теплосеть населенный график
где
- усредненное за отопительный период число часов
работы вентиляции в течение суток.
Для
микрорайона
Для
рабочего поселка
Годовые расходы теплоты для жилых и общественных зданий, МВт∙ч, на
горячее водоснабжение.
где
nГВ - длительность работы системы ГВС, 350 дней.
Для
микрорайона
Для рабочего
поселка
Годовые
расходы теплоты для промышленного предприятия на отопление.
где
tву - температура внутреннего воздуха при работе
дежурного отопления, О С.
длительность
работы дежурного отопления ч/год.
где
- число часов работы основного отопления за
отопительный период.
ч
час/год
Годовые расходы теплоты для промышленного предприятия на вентиляцию.
МВт∙ч
Годовые расходы теплоты для промышленного предприятия на технологические
нужды.
где
число часов работы предприятия в году.
Результаты
расчета приводим в таблице
Таблица 2
|
Вид тепловой нагрузки
|
Отопление QOГОД,MBт
|
Вентиляция QВГОД,MBт
|
Горячее водоснабжение, МВт
|
Технологическая нагрузка QТ, МВт
|
Суммарный расход теплоты,
МВт
|
|
|
|
QГВСЗ
|
QГВСЛ
|
|
SQЗ
|
SQЛ
|
|
Микро-район
|
100252,8
|
10723,8
|
97973,7
|
-
|
-
|
208950,3
|
-
|
|
Рабочий поселок
|
32851,2
|
2643,2
|
20981,3
|
-
|
-
|
56475,7
|
-
|
|
Промышленное предприятие
|
39914,52
|
86746,62
|
-
|
-
|
183524
|
310185,14
|
183524
|
|
SQ
|
173018,52
|
100113,6
|
118955
|
-
|
-
|
392087,12
|
-
|
|
SQЛ
|
-
|
-
|
-
|
-
|
183524
|
-
|
183524
|
По данным расчета теплового потребления строим график тепловых нагрузок в
зависимости от температур наружного воздуха, (рис. 1).
2. Регулирование тепловой нагрузки
.1 Построение графиков температур при
центральном регулировании систем теплоснабжения по отопительной нагрузке
Расчетная разность температур сетевой воды:
где
t01/ - температура в подающем трубопроводе, ОС;
t02/ - температура в
обратном трубопроводе, ОС;
Расчетный
температурный напор в нагреваемом приборе, ОС:
где
t03/ - температура воды после смесительного устройства,
ОС;
Расчетный
перепад температур в отопительной системе, ОС.
Определяем часовые расходы тепла суммарных тепловых нагрузок
при различных теплоносителях.
Исходя из формул составляем таблицу расчётных расходов
тепла при разлиных режимах таботы системы теплоснабжения.
Таблица 3
|
Виды
теплопотребленя
|
Расчётные
расходы тепла при температу наружного воздуха
|
|
-40
|
-35
|
-30
|
-25
|
-24
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
0
|
5
|
8
|
|
 , МВт75,6669,36356,755,550,444,137,831,525,218,915,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 , МВт56,556,556,556,556,551,3344,938,532,125,6619,2515,4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 , МВт52,652,652,652,652,652,652,652,652,652,652,652,6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 , МВт444444444444444444444444
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ МВт228,7222,3216209,7208,5198,3185,6172,9160,2147,4134,7127,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температуры воды в подающем и обратном трубопроводах определяются по
уравнениям:
Относительная
нагрузка
Исходя из формул составляем таблицу относительный расход тепла на
отопление и температура теплоносителя
Таблица 4
|
Параметры
|
Текущие температуры
|
|
-40
|
-35
|
-30
|
-25
|
-20
|
-15
|
-10
|
-5
|
0
|
5
|
8
|
|
 10,9160,830,750,660,580,50,4160,3330,250,2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 ºС150141129,9120,3109,499,689,679,168,457,550,7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 ºС7066,863,560,356,653,249,645,841,837,534,74
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По данным строим отопительно-бытовой график (рис 2).
2.2 Расчет «повышенного» температурного графика
Определяем балансовую нагрузку на Г.В.С.
МВт
МВт
Определяем
суммарный перепад температур сетевой воды, в верхней и нижней ступенях
подогревателя
ºС
Диапазон 1: Для рассмотрения диапазона значения температур сетевой воды в
подающем и обратном трубопроводах определяется в точке излома, т.е. при
температуре наружного воздуха.
Определяем температуру водопроводной воды на выходе из подогревателя
нижней ступени:
где
t02/// - температура в обратном трубопроводе при
температуре излома;
Δtn///-
величена недогрева, ОС
tn///=5 ОС
Перепад температур сетевой воды в подогревателях определяем по формулам:
Для нижней ступени 1:
где tX - температура холодной воды, в
отопительный период, ОС;
=19,3 ОС
Для верхней ступени 2:
Диапазон 2: расчетный режим
Перепад температур сетевой воды в подогревателях определяем по формулам.
Для нижней ступени 1
Для верхней
ступени 2
Определяем температуру в подающем и обратном трубопроводах
Отопительно-бытовой
и повышенный температурный графики представлены на (рис. 2).
.3 Расчет и построение графиков температур на
вентиляцию
Диапазон
3: Температуру обратной воды определяем методом подбора из уравнения
где
t1//=118 ОС - температура воды в подающем трубопроводе
при расчетной температуре на вентиляцию, ОС;
t2В//=60 ОС -
температура сетевой воды после калорифера в расчетный режим для вентиляции;
Температурный напор в калорифере:
Задаемся
температурой обратной воды в пределе (30-45)ОС
Расход сетевой воды в расчетный режим на отопление, кг/с:
Диапазон 2:
Определяем относительный расход тепла на вентиляцию:
где
tИЗЛ - температура в точке излома, из
отопительно-бытового графика, ОС
tИЗЛ = - 1 ОС
Определяем
температуру воды после калорифера t2В///.
где
t1// - температура в подающем трубопроводе при
температуре вентиляции, ОС
Расчетный
расход на вентиляцию
Диапазон 1:
Определяем температуру обратной воды после калориферов t2В, ОС, при tН=1.63 ОС методом подбора из уравнения.
Определяем первую часть уравнения.
Задаемся температурой обратной сетевой воды после калорифера t2В, ОС.
t2В=17,2 ОС:
Температурный напор определяем по формулам:
где
t1/// - температура воды в подающем трубопроводе при tH=8
ОС;
t1// - температура
воды в подающем трубопроводе при tРВ;
Вторая часть уравнения:
Первая
и вторая часть уравнения равны, следовательно, температура обратной сетевой
воды после калорифера принимаем t2В=17,2 ОС.
Количество теплоты на вентиляцию и отопление принимаем по формуле:
где
QB// - суммарный максимальный поток теплоты на
вентиляцию, МВт.
Расход
сетевой воды при tH=8 ОС.
где
t1 - температура воды в подающем трубопроводе при tH=8 OC;
t2B - температура
обратной воды после калорифера, ОС;
2.4 Расчет и построение графиков суммарного
расхода воды
Определяем расчетный расход воды, GO/, кг/с на отопление по формуле
При tH = tPO = - 40 OC
где
t1/ - температура воды в подающем трубопроводе, OC
находим из «повышенного» графика.
t2/ - температура
воды в обратном трубопроводе, OC, находим из «повышенного» графика.
QO/ - количество
теплоты на отопление, МВт.
При
tH=8 OC.
где
QO - относительная нагрузка,
Расход
воды, GT, кг/с на технологические нагрузки определяем по
формуле.
где
t1/ - температура воды в подающем трубопроводе, OC
находим из «повышенного» графика, в зависимости от диапазона;
t2/ - температура
воды в обратном трубопроводе, OC, находим из «повышенного» графика, в
зависимости от диапазона;
при
tH=8 OC
при
tИЗЛ=-8 OC
при
tРВ=-24 OC
при
tРО= -40 OC
Данные
для построения графиков расхода воды приведены в таблице 5
Таблица 5
|
tн
|
G0
|
Gв
|
Gт
|
SG
|
|
8
|
130
|
69,6
|
377,7
|
577,3
|
|
-1
|
225,7
|
232,3
|
377,7
|
835,7
|
|
-24
|
225,7
|
232,3
|
178
|
636
|
|
-40
|
225,7
|
127,1
|
131,3
|
484,1
|
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ
Для проведения гидравлического расчета составляется расчетная схема
тепловой сети, на которой указывается длины отдельных участков и расход
теплоносителя на них. Последнее определяется по отдельным видам
теплопотребления и затем суммируется при наружной температуре в точке “излома”.
Гидравлический расчет производится в две стадии: сначала предварительный
тепловой расчет затем окончательный.
3.1 Предварительный тепловой расчет водяной тепловой
сети
Целью данного расчета является определение диаметров трубопроводов на
отдельных участках тепловой сети.
3.1.1. Определяем расходы теплоносителя на
отдельных участках тепловой сети
Расходы на отопление
где
с - теплоемкость теплоносителя 4,19 кДж/кг;
-
температура воды в подающем трубопроводе при температуре воды расчетной на
отопление, из отопительно-бытового графика 150 
;
-
температура в обратном трубопроводе;
-
нагрузка на отопление на соответствующем участке, МВт;
Расходы на
вентиляцию
где
- температура воды в подающем трубопроводе при
температуре воды расчетной на вентиляцию, из отопительно-бытового графика 118 ;
-
температура воды в обратке при температуре наружного воздуха расчетной на
отопление , 60 ;
-
нагрузка на вентиляцию на соответствующем участке, МВт;
Расход на
технологию
где
- нагрузка на технологию, МВт;
3.1.2.
Определяем расходы теплоносителя на участках сети
По
данным Gi и Rлi по номограмме рис. 5.2. [3] определяем стандартные
диаметры труб и фактические сопротивления участков.
Таблица
6
|
№ участка
|
G, кг/с
|
Rл
|
dтр
|
Rлф
|
w, м/с
|
|
1
|
637,13
|
80
|
612
|
73
|
2,4
|
|
2
|
593,2
|
80
|
612
|
63
|
2,2
|
|
3
|
140,8
|
120
|
302
|
145
|
1,8
|
|
4
|
43,9
|
120
|
197
|
133
|
1,42
|
|
5
|
452,4
|
120
|
530
|
147
|
2,3
|
Параметры выбранных труб Таблица 7
|
№ участка
|
Dусл, мм
|
dнар, мм
|
dвн, мм
|
 dст, мм
|
|
1
|
600
|
630
|
612
|
9
|
|
2
|
600
|
630
|
612
|
9
|
|
3
|
300
|
325
|
309
|
8
|
|
4
|
200
|
219
|
207
|
7
|
|
5
|
500
|
530
|
514
|
8
|
3.1.3 Определяем число компенсаторов
Исходя из рассчитанных диаметров определяем число компенсаторов:
, шт;
где
- длина рассматриваемого участка, м;
-
максимальное расстояние на котором должен быть установлен компенсатор, м;
Выбираем
П-образный компенсатор.
3.1.4. Определяем число задвижек на каждом
участке
Опираясь на полученные диаметры и длины трубопроводов определяем число
задвижек z на каждом из участков сети:
3.1.5. Определяем эквивалентные длины местных
сопротивлений
Эквивалентные длины местных сопротивлений на участках складываются из
эквивалентных длин местных сопротивлений задвижек, компенсаторов, поворотов и
тройников.
Исходя
из отношений 
и 
выбираем
тройники при разделении на проход
Участок
AB:
где
- эквивалентные длины местных сопротивлений
соответственно задвижек, компенсаторов и тройников;
Участок
BC:
Участок
СМ:
Участок
ВР:
Участок
СП:
3.2. Монтажная схема тепловой сети
По количеству определенных компенсаторов, задвижек и тройников
разрабатывается монтажная схема сети.
На нее наносятся: номера (обозначения) участков, расходы на участках, их
диаметры, длины с учетом эквивалентных, обозначается подающий трубопровод и
трубопровод обратной сетевой воды. Обозначаются потребители тепловой энергии.
3.3 Окончательный гидравлический расчет
трубопроводов теплосети
Производится по общепринятой методике с учетом местных сопротивлений,
указанных в монтажной схеме теплосети, то есть с учетом действительных потерь
давления на местные сопротивления.
Общие потери давления определяются для каждого участка по формуле
, Па;
Потери
напора определяются из уравнения:
, м;
где
плотность воды, 1000 кг/м3;
g ускорение
свободного падения, 9,8 м/с2;
AB:
BC:
CM:
BP:
СП:
Результаты
гидравлического расчёта Таблица 8
|
Окончательный расчёт
|
|
№
|
lэ, м
|
l+lэ, м
|
DP,
Па
|
DH,
м
|
|
1
|
472,74
|
2272,7
|
165910,02
|
17
|
|
2
|
435,14
|
2135,14
|
134513,8
|
13,7
|
|
3
|
571,62
|
2371,62
|
343884,9
|
35
|
|
4
|
465,22
|
3565,22
|
474174,3
|
48,4
|
|
5
|
561,82
|
2861,82
|
420687,5
|
43
|
4. ВЫБОР СТРОИТЕЛЬНЫХ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МАГИСТРАЛИ
ТЕПЛОВОЙ СЕТИ.
1. Способ прокладки тепловых сетей
По условию задано, AB -
надземный способ прокладки, BC, CM, BP, СП - подземная канальная прокладка.
Средняя плотность материала r=100 кг/м3. Расчетная теплопроводность конструкции 0.043 +
0.00019×tk
2. При диаметре 40 ¸ 1000 мм и температуре теплоносителя 150 0С по ГОСТ 22546-77
принимаем изоляцию из пенопласта ФРП-1 и резопена группы 100 (полуцилиндры,
сегменты), для всех участков.
3. Задаемся предварительной толщиной теплоизоляционных конструкций.
При этом выбранная толщина не должна превышать предельной.
Таблица 9
|
Диаметр наружный
|
Выбранная толщина изоляции
|
Предельная толщина изоляции
|
|
Прямой
|
Обратный
|
|
|
AB: 0,63
м
|
0,08
|
0,08
|
120 мм
|
|
BC: 0,63
м
|
0,04
|
0,03
|
120 мм
|
|
BP: 0,219 м
|
0,04
|
0,03
|
100 мм
|
|
CM: 0,325
|
0,04
|
0,03
|
100 мм
|
|
СП: 0,53 м
|
0,04
|
0,03
|
100 мм
|
4. В соответствии с основными требованиями к размещению
трубопроводов при их прокладке предварительно определяем основные размеры
канала и вычерчиваем их.
Далее выполняется тепловой расчет.
Тепловой расчет Выполняется для всех участков сети, для надземного и всех
подземных, но так как участки BC и CП, и ВР и СМ имеют одинаковые
диаметры и способ прокладки, то для участков BC и CП
выполняется один расчет и для участков ВР и СМ также выполняется один общий
расчет.
4.1 Тепловой расчет надземного участка сети AB
Определяем удельные потери для подающего и обратного трубопроводов для
рассчитываемого участка.
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
где 
температура
теплоносителя соответственно в подающем и обратном трубопроводе при температуре наружного воздуха за отопительный
период, соответствующий суммарной нагрузке, 86,3 и 48,4 0С;
- средняя
температура наружного воздуха для рассматриваемого города, -8,4 0С;
полные
термические сопротивления подающего и обратного трубопроводов, определяемые по
формулам:
,
где
термическое сопротивление слоя изоляции:
где
- коэффициент теплопроводности слоя, Вт/(м×0С);
наружный
и внутренний диаметры слоя, м;
;
;
Вт/(м×0С);
Вт/(м×0С);
термическое
сопротивление теплопроводности воздуха, м×0С/Вт и
определяется:
;
где
a - коэффициент теплоотдачи от поверхности Вт/м2×0С;
Вт/м2×0С;
где
скорость ветра в январе, м/с;
м×0С/Вт;
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
температуру поверхности изоляции:
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
эффективность изоляции:
На
этом тепловой расчет надземного участка завершен.
4.2 Тепловой расчет двухтрубного теплопровода
канальной прокладки участки BC
Наружные
диаметры трубопроводов на этих участках 0.63 м.
Определяем внутренние и наружные диаметры изоляции:
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
предварительные размеры канала и вычерчиваем схему
Рис.
5
Далее
выбираем стандартный размер канала:
A = 2100 мм;
H = 1200 мм;
Определяем
коэффициенты теплопроводности изоляции:
- для подающего
трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
полные термические сопротивления подающего и обратного трубопроводов:
- для
подающего трубопровода;
;
где
a - коэффициент теплоотдачи, 8, при канальной
прокладке;
- для
обратного трубопровода;
;
;
;
Определяем
суммарное термическое сопротивление теплоотдачи 
от
воздуха в каналах к внутренней поверхности стенок канала 
, теплопроводности стенок канала 
, теплопроводности грунта 
.
;
;
где
- эквивалентный диаметр внутреннего контура канала,
м;
-
эквивалентный диаметр наружного контура канала, м;
-
коэффициент теплопроводности стенок канала, 2.04, 
;
-
коэффициент теплопроводности грунта, 1.7 -для средневлажных грунтов, ;
h -
действительная глубина заложения, м;
где
- внутренняя и наружная площадь сечения канала,
соответственно 
;
-
периметр внутреннего и наружного контура канала, соответственно м;
;
;
Определяем
температуру воздуха в канале:
где
- температура грунта, 
Определяем потери теплоты:
Полученные
значения потерь сравниваются с нормативными 
для
данного диаметра:
Определяем эффективность изоляции:
Расчет теплоизоляции для участков ВС завершен.
4.3 Тепловой расчет двухтрубного теплопровода
канальной прокладки участки BР и СМ
Наружные
диаметры трубопроводов на этих участках 0,219 м и 0,325 м.
Определяем внутренние и наружные диаметры изоляции:
Для: ВР
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Для:
СМ
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
предварительные размеры канала и вычерчиваем схему
Рис. 6
Для
ВР
Для
СМ
Далее
выбираем стандартный размер канала:
Для
ВР
A = 1200 мм;
H = 600 мм;
Для
СМ
A = 1200 мм;
H = 900 мм;
Определяем
коэффициенты теплопроводности изоляции
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
полные термические сопротивления подающего и обратного трубопроводов:
Для
ВР
- для
подающего трубопровода;
;
где
a - коэффициент теплоотдачи, 8 - при канальной
прокладке;
- для
обратного трубопровода;
;
Для
СМ
- для
подающего трубопровода;
;
где
a - коэффициент теплоотдачи, 8 - при канальной
прокладке;
- для
обратного трубопровода;
;
;
Определяем
суммарное термическое сопротивление теплоотдачи от
воздуха в каналах к внутренней поверхности стенок канала , теплопроводности стенок канала , теплопроводности грунта .
;
;
где
- эквивалентный диаметр внутреннего контура канала,
м;
-
эквивалентный диаметр наружного контура канала, м;
-
коэффициент теплопроводности стенок канала, 2.04, ;
-
коэффициент теплопроводности грунта, 1.7 -для средневлажных грунтов, ;
h -
действительная глубина заложения, м;
где
- внутренняя и наружная площадь сечения канала,
соответственно ;
-
периметр внутреннего и наружного контура канала, соответственно м;
Для
ВР
;
;
Определяем
температуру воздуха в канале:
где
- температура грунта,
Определяем потери теплоты:
Полученные
значения потерь сравниваются с нормативными 
для
данного диаметра:
Определяем
эффективность слоя изоляции:
Расчет теплоизоляции для участка ВР завершен.
Для СМ
;
;
Определяем
температуру воздуха в канале:
где
- температура грунта,
Определяем потери теплоты:
Полученные
значения потерь сравниваются с нормативными для
данного диаметра:
Определяем
эффективность слоя изоляции:
Расчет теплоизоляции для участка СМ завершен.
.4 Тепловой расчет двухтрубного теплопровода
канальной прокладки участки CП
Наружные диаметры
трубопроводов на этих участках 0,53 м.
Определяем внутренние и наружные диаметры изоляции:
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
предварительные размеры канала и вычерчиваем схему
Рис.
7
Далее
выбираем стандартный размер канала:
A = 1800 мм;
H = 900 мм;
Определяем
коэффициенты теплопроводности изоляции:
- для
подающего трубопровода;
- для
обратного трубопровода;
Определяем
полные термические сопротивления подающего и обратного трубопроводов:
- для
подающего трубопровода;
;
где
a - коэффициент теплоотдачи, 8, при канальной
прокладке;
- для
обратного трубопровода;
;
;
;
Определяем
суммарное термическое сопротивление теплоотдачи от
воздуха в каналах к внутренней поверхности стенок канала , теплопроводности стенок канала , теплопроводности грунта .
;
;
где
- эквивалентный диаметр внутреннего контура канала,
м;
-
эквивалентный диаметр наружного контура канала, м;
-
коэффициент теплопроводности стенок канала, 2.04, ;
-
коэффициент теплопроводности грунта, 1.7 -для средневлажных грунтов, ;
h -
действительная глубина заложения, м;
где
- внутренняя и наружная площадь сечения канала,
соответственно ;
- периметр
внутреннего и наружного контура канала, соответственно м;
;
;
Определяем
температуру воздуха в канале:
где
- температура грунта,
Определяем потери теплоты:
Полученные
значения потерь сравниваются с нормативными для
данного диаметра:
Определяем эффективность изоляции:
Расчет теплоизоляции для участков СП завершен.
Результаты тепловых расчетов всех участков сводится в следующую таблицу
Таблица 10
Участок 
Толщина изоляции, м
м×0С Вт
м×0С Вт
м×0С Вт
Вт/м
|
Вт/м Тип Прокладки
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прям
|
Обр.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AB
|
0,63
|
0,08
|
0,08
|
0,7173
|
0,7703
|
|
-7,3
|
132,02
|
73,74
|
|
Надземная
|
|
BC
|
0,63
|
0,04
|
0,03
|
0,402
|
0,339
|
0,1962
|
32,86
|
132,9
|
45,84
|
1,035
|
Подземная канальная
|
|
CM
|
0,325
|
0,04
|
0,03
|
0,735
|
0,626
|
0,245
|
26,4
|
81,5
|
65
|
0,832
|
Подземная канальная
|
|
BP
|
0,219
|
0,04
|
0,03
|
1,033
|
0,891
|
0,285
|
23,3
|
61
|
28,2
|
0,78
|
Подземная канальная
|
|
СП
|
0,53
|
0,04
|
0,03
|
0,471
|
0,376
|
0,217
|
32,8
|
113,6
|
41,5
|
0,985
|
Подземная канальная
|
5.
РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ И КОМПЕНСАЦИЮ ТЕМПЕРАТУРНЫХ
РАСШИРЕНИЙ
5.1 Прочностной расчет опор
Опоры являются ответственными деталями теплопровода. Они воспринимают
усилия и передают их на несущие конструкции или грунт. При сооружении
теплопроводов применяют опоры двух видов: свободные и неподвижные.
Свободные опоры воспринимают вес трубопровода и обеспечивают свободное
перемещение при температурных деформациях.
Неподвижные опоры фиксируют положение трубопровода в определённых точках
и воспринимают усилия, возникающие в местах фиксации под действием
температурных деформаций и внутреннего давления.
На первом участке тепловой сети AB, проложенном надземным способом действуют следующие нагрузки:
·
ветровые;
·
внутреннее
давление теплоносителя;
·
весовые;
Приведем схематичный рисунок расстановки опор и прогиба трубопровода:
Рис. 8
Произведём расчет подвижных теплопроводов на расчетных участках.
Условный диаметр трубы:
1 участок:
dу
=0,6 м
участок:
dу
=0,6 м
участок:
dу
=0,3 м
участок:
dу
=0,2 м
участок:
dу
=0,5 м
Аэродинамический коэффициент для расчета 1 участка (надземная прокладка)
k = 1,5.
Плотность воздуха p = 1 кг/м3
Так как dу на 2 участке равен dу на 5 участке и оба трубопровода
находятся под землёй расчет будет идентичным.
Определяем максимальный изгибающий момент над опорами:
где
расстояние между опорами, м;
удельная
нагрузка на единицу длины трубопровода, Н/м;
где
- вертикальная удельная нагрузка, Н/м;
-
горизонтальная удельная нагрузка, Н/м
где
- скорость воздуха, м/с, 5,6;
-
плотность воздуха, кг/м3;
-
наружный диаметр изоляции трубопровода, м;
k -
аэродинамический коэффициент, 1.4¸1.6, берем
1.5;
суммарная
масса теплоносителя, трубы, изоляции, кг, 
;
g - ускорение
свободного падения, 9,8 м/с2;
Горизонтальная тепловая нагрузка
1 участок:
Для
всех остальных участков = 0 Н/м
Определяем
вертикальную удельную нагрузку
1 участок:
труба
изоляция
2 участок
труба
изоляция
3 участок:
труба
изоляция
4 участок:
труба
изоляция
участок:
изоляция
Удельная нагрузка
1 участок:
4559,1 
участок:
4466,9
3 участок:
1581,2
участок:
861
5 участок:
Определяем напряжение от изгиба:
МПа,
где b=0,4.
[s]=112,6
МПа - допускаемое напряжение.
j=0,8.
=0,4×0,8×112,6=36,032 МПа
Экваториальный
момент сопротивления:
участок:
W = 2740×10-6 м3,
участок:
W = 2740×10-6 м3,
участок:
W = 645×10-6 м3,
участок:
W = 210×10-6 м3.
участок:
W = 1730×10-6 м3.
Определяем расстояние между опорами
1 участок:
2 участок:
3 участок:
4 участок:
5
участок:
Определяем
изгибающий момент на опоре:
1 участок:
2
участок:
3 участок:
4 участок:
5 участок:
Определяем
изгибающий момент на прогиб трубы:
участок:
2 участок:
3 участок:
4 участок:
участок:
Экваториальный момент инерции:
участок:= 80000×10-8 м4,
участок:= 80000×10-8 м4,
участок:= 10500×10-8 м4,
участок:= 2300×10-8 м4.
5 участок:
J = 46000×10-8 м4.
Определяем стрелу прогиба трубопровода:
где
модуль продольной упругости, 19,6×1010 Па;
участок:
следовательно,
условие соблюдается.
2 участок:
следовательно,
условие соблюдается.
участок:
следовательно,
условие соблюдается.
участок:
условие
не соблюдается, стела прогиба превышает допустимую величину, принимаем меры по
уменьшению расстояния между подвижными опорами. Принимаем l =
9,7 м. 
участок:
следовательно,
условие соблюдается.
5.2 Расчет компенсаторов
Рис.
9
Произведем расчет для каждого участка трубопровода.
Условный диаметр трубы:
1 участок:
dу
=600 мм
участок:
dу
=600 мм
участок:
dу
=300 мм
участок:
dу
=200 мм
участок:
dу
=500 мм
(так как dу на 1 и 2
участке равны расчеты будут такими же)
Длина трубопроводов между неподвижными опорами:
участок:
L =
160 м
участок:
L =
150 м
участок:
L =
120 м
участок:
L =
160 м
Рассчитываем тепловое удлинение трубопроводов Dl мм между неподвижными опорами.
где
L - длина трубопровода между неподвижными опорами, L=160
м;
t - температура
теплоносителя, ОС;
tО - температура
окружающей среды, ОС;
a - коэффициент
линейного удлинения стальных труб (a=0,012 мм/(м×°С)).
1 участок:
3 участок:
4 участок:
5 участок:
Расчетное
тепловое удлинение с учетом предварительной растяжки компенсатора.
1 участок:
3
участок:
участок:
участок:
Основные
размеры компенсаторов. По таблице из 
:
участок:
В
= 5,6 м
Н
= 12 м
участок:
В
= 6,8 м
Н
= 7,2 м
участок:
В
=4,6 м
Н
=4,8 м
5 участок:
В =11 м
Н =10 м
Вычисляем координаты упругого центра xS и yS.
Вследствие симметричности упругий центр S лежит на оси y,
поэтому xS=0.
,
где
Lпр - предварительная длина оси компенсатора, м:
где k - коэффициент Кармана,
R -
радиус изгиба отвода, м,
n, m, р - безразмерные величины.
Определим следующие параметры:
участок:
м,
m = (Н-2×R)/R = (12-2×1,26)/1,26 = 7,524= (L-B-2×R)/(2×R) = (160-5,6-2×1,26)/(2×1,26) = 60,27
р =
(B-2×R)/R = (5,6-2×1,26)/1,26 = 2,44
3 участок:
м
m = (7,2-2×0,65)/0,65 = 9,077
n = (150-6,8-2×0,65)/(2×0,65) = 109
P =
(6,8-2×0,65)/0,65 = 8,46
участок:
м
m =
(4,8-2×0,438)/0,438 = 8,96
n =
(120-4,6-2×0,438)/(2×0,438) = 130,7
р = (4,6-2×0,438)/0,438 = 8,5
участок:
м
m =
(10-2×1,06)/1,06 = 7,43
n =
(160-11-2×1,06)/(2×1,06) = 69,3
р = (11-2×1,06)/1,06 = 8,4
Далее определим для сварных и короткозагнутых штампованных отводов
коэффициент Кармана:
,
где
; 
; Rэ -
эквивалентный радиус сварного отвода, м,
tср - радиус поперечного сечения трубы, м.
Для сварных отводов под углом 90°, составленных из двух секторов, a = 15°, а для отводов трех и четырех секторов a = 11°. Принимаем a = 15°.
Следовательно, определим радиус поперечного сечения:
участок:
tср. = (dН+dВ)/4 = (0,63+0,612)/4=0,3105 м,
участок:
tср. = (0,325+0,309)/4=0,1585 м,
участок:
tср. = (0,219+0,207)/4=0,1065 м.
участок:
tср. = (0,53+0,514)/4=0,261 м.
участок:
м,
участок:
м,
участок:
м.
участок:
участок:
участок:
участок:
участок:
Коэффициент
Кармана
1
участок:
участок:
участок:
5
участок:
Приведенная
длина оси компенсатора
участок:
,
участок:
,
участок:
,
участок:
Координаты
упругого центра Ys
участок:
участок:
участок:
5
участок:
Вычисляем момент инерции упругой линии оси компенсатора относительно оси xS.
.
1 участок:
3 участок:
Сила упругого отпора компенсатора определяется по формуле:
где
Е - модуль упругости стали с учетом температуры;
J - момент
инерции поперечного сечения трубы, которой изготавливается компенсатор.
Приведем данные, взятые из приложения 11 в виде таблицы по участкам.
Таблица 11
|
№ участка
|
J, м4.
|
Е, Н/м2.
|
W, м3.
|
|
1
|
80000∙10-8
|
19,6 ∙1010
|
2740∙10-6
|
|
3
|
10500∙10-8
|
19,6 ∙1010
|
645∙10-6
|
|
4
|
46000∙10-8
|
19,6 ∙1010
|
1730∙10-6
|
участок:
3 участок:
4
участок:
участок:
Максимальный изгибающий момент определяется по формуле:
где
Н - вылет компенсатора;
1 участок:
,
3 участок:
,
4 участок:
.
5 участок:
Напряжение изгиба на изогнутых участках определяем по формуле:
,
где
W - экваториальный момент сопротивления, м3,
m1 -
коррекционный коэффициент,
,
участок:
участок:
участок:
участок:
участок:
3 участок:
,
4 участок:
.
5 участок:
Допустимое напряжение для сталей 10,20,Ст2сл sкмах = 120 МПа.
Для компенсаторов из труб Dу ≤
500 мм σк может быть увеличена на 10%, т.е. sкмах = 132 МПа. Сравнивая полученные
напряжения с допустимым убеждаемся что расчет выполнен верно на всех участках
теплопровода.
6. ВЫБОР НАСОСОВ
6.1 Выбираем сетевые насосы
Определим расход (подачу) сетевого насоса:
, кг/с;
где:
к3 =0 - при регулировании по совмещенной нагрузке,
,
,
м3/ч.
Напор
основных сетевых насосов принимается равный сумме потерь давления на источнике,
подающем и обратном трубопроводах главной магистрали и потерь в центральном или
индивидуальном тепловом пункте. И того из пьезометрического графика определяем 
, по номограмме определяем тип насоса СЭ - 800 - 55,
выбираем 4 насоса включенных параллельно и 1 в резерв.
6.2 Выбираем подкачивающие насосы
На
обратке:
; 
Выбираем
насосы СЭ-1250-45 в количестве 3 штук включённых параллельно, 1 в резерв.
На
подаче:
, 
Выбираем
насосы СЭ-1250-45 в количестве 3 штуки включенных параллельно, 1 резерв.
6.3 Выбираем подпиточные насосы
Определим
объем системы теплоснабжения 
м3/МВт,
м3/МВт,
м3/МВт,
м3/МВт,
Выбираем
насос СЭ-160-60 в количестве 2 штук, включённых параллельно, 1 в резерв.
На
этом выбор насосов закончен.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе расчета тепловой сети с пятью участками и тремя потребителями,
исходные данные, на расчет которой были приведены в задании на курсовой проект,
были определен объемы отпуска тепла на каждого потребителя - расчетные, средние
и годовые, расходы на каждом участке, диаметры трубопроводов, тепловой расчет
трубопроводов, и прочностной расчет, расчет компенсаторов.
Также были построены графики: график зависимости температуры воды в
подающем и обратном трубопроводах от температуры наружного воздуха, график
продолжительности отопительного сезона, температур на вентиляцию, суммарных
расходов, повышенные график - для закрытой системы теплоснабжения и
пьезометрический график.
На этом расчет курсового проекта можно считать законченным.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Учебное
пособие для курсового проектирования. Г.В.Пак, Л.В.Сорокина.-Братск,1993 г. -
58с.
. Соколов
Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергия, 1975.
. Громов Н.В.
Абонентские устройства водяных тепловых сетей. М.: Энергия 1985.
. Водяные
тепловые сети. Справочное пособие по проектированию. Под. Ред Н.К. Громова,
Е.П. Шубина. М.: Энергоатомиздат, 1988.
СНиП 2.04.07
- 86. Тепловые сети. М.: Стройиздат, 1988.