Проектирование тепловой сети жилого района

Росжелдор

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Ростовский государственный университет путей сообщения"

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

Кафедра: ТЭЖТ

Дисциплина: Источники систем теплоснабжения

Курсовой проект

Проектирование тепловой сети жилого района

Выполнил:

студент группы ЭПБ-4-200

Тищенко В.А.

Проверил:

ст. преподаватель

Елманов А.М.

Ростов-на-Дону

г.

Реферат

В данном курсовом проекте производится расчёт системы теплоснабжения.

Проект включает в себя 49 страниц пояснительной записки формата А4, 13 таблиц, 1 чертеж формата А1, 1 чертеж формата А3, 1 чертеж формата А4,7 использованных источника, 3 рисунка

Расход, пьезометричсекий график, элеватор, тепловые потери, тепловая изоляция, опора, компенсатор, неподвижная опора, подпиточный насос, эквивалентная длина.

Содержание

Введение

. Определение отпуска теплоты для жилого района

.1 Расчёт расхода сетевой воды для отпуска теплоты

.2 Расчет расхода воды для горячего водоснабжения

. Гидравлический расчет

.1 Определение потерь напора в тепловых сетях

.2 Пьезометрический график

.3 Определение недорасхода напора в ответвлении

.4 Температурный график

. Выбор насосного оборудования

.1 Выбор сетевых насосов

.2 Выбор подпиточных насосов

.3 Выбор баков аккумуляторов

. Выбор элеватора

5. Выбор конструктивных элементов тепловой сети

5.1 Выбор опор трубопровода

.2 Выбор задвижек

.3 Выбор каналов для прокладки трубопроводов

.4 Выбор компенсаторов

.5 Выбор камер

.Тепловой расчет сети

.1 Тепловые потери изолированными теплопроводами

.2 Расчет толщины тепловой изоляции

. Годовой расход теплоты жилым районом

.1 Определение средней тепловой нагрузки на отопление

.2 Определение средней тепловой нагрузки на вентиляцию

.3 Определение тепловой нагрузки на горячее водоснабжение

.4 Определение расхода топлива

Заключение

Список использованных источников

Введение

Общие сведения о компенсаторах

Все трубопроводы при изменении температуры транспортируемого продукта и окружающей среды подвержены температурным деформациям.

Вследствие теплового удлинения в трубопроводе возникают значительные продольные усилия, которые оказывают давление на конечные закрепленные точки (опоры), стремясь сдвинуть их с места. Эти усилия настолько значительны, что могут разрушить опоры, вызвать продольный изгиб трубопровода или привести к нарушению фланцевых и сварных соединений.

Для защиты трубопровода от дополнительных нагрузок, возникающих при изменении температуры, его проектируют и конструктивно выполняют так, чтобы он имел возможность свободно удлиняться при нагревании и укорачиваться при охлаждении без перенапряжения материала и соединений труб. Способность трубопровода к деформации под действием тепловых удлинений в пределах допускаемых напряжений в материале труб называется компенсацией тепловых удлинений. Способность трубопровода компенсировать тепловые удлинения за счет эластичности конструкции участка линии и упругих свойств металла, без специальных устройств, встраиваемых в трубопровод, называется самокомпенсацией.

Самокомпенсация осуществляется благодаря тому, что в линии трубопровода, кроме прямых участков, между неподвижными опорами имеются повороты или изгибы (отводы). Расположенный между двумя прямыми участками поворот или отвод обеспечивает компенсацию значительной части удлинения благодаря эластичности конструкции, а остальная часть компенсируется за счет упругих свойств металла прямого участка трубопровода.

Когда при проектировании и монтаже нельзя использовать самокомпенсацию трубопроводов или ее недостаточно для защиты трубопровода от усилий, возникающих под действием тепловых удлинении, устанавливают специальные устройства, называемые компенсаторами.

В зависимости от конструкции, принципа работы компенсаторы делятся на четыре основные группы: П-образные, линзовые, волнистые и сальниковые.

П-образные компенсаторы обладают большой компенсационной способностью (до 600-700 мм) и применяются в трубопроводах для широкого диапазона давлений и температур. П-образные компенсаторы получили наибольшее применение в технологических трубопроводах ввиду сравнительной простоты их изготовления в эксплуатации. Их недостатки - большой расход труб, большие габаритные размеры и необходимость сооружения специальных опорных конструкций.

П-образные компенсаторы особенно неэкономичны для трубопроводов больших диаметров, так как значительно удорожают стоимость строительства и увеличивают расход труб.

П-образные компенсаторы изготовляют полностью гнутыми из одной трубы или сварными с применением гнутых, крутоизогнутых или сварных отводов. Компенсаторы гнутые и сварные с крутоизогнутыми отводами можно устанавливать на трубопроводов для любых давлений и температур. При этом компенсационная способность трубопроводов с крутоизогнутыми отводами выше, чем гнутых, за счёт более длинных прямых участков.

П-образные компенсаторы из сварных отводов используют для трубопроводов условным диаметром не более 500 мм. Для трубопроводов пара и горячей воды такие компенсаторы можно применять на трубопроводах III и IV категорий на условное давление до 64 кгс/см².

П-образные компенсаторы, как правило, устанавливают в горизонтальном положении, соблюдая необходимый уклон газопровода. При ограниченной площади компенсаторы можно устанавливать в вертикальном и наклонном положении петлей вверх или вниз, при этом они должны быть снабжены дренажными устройствами и воздушниками.

Для трубопроводов, требующих разборки для очистки, П-образные компенсаторы изготовляют с присоединительными концами на фланцах.

Конструкция П-образных компенсаторов и их размеры должны быть указаны в проекте.

Линзовые компенсаторы состоят из ряда последовательно включённых в трубопровод линз. Линза сварной конструкции состоит из двух тонкостенных стальных штампованных полулинз, и благодаря своей форме легко сжимается. Компенсирующая способность каждой линзы сравнительно небольшая (10-16 мм). Число линз компенсатора выбирают в зависимости от необходимой компенсирующей способности. Для уменьшения сопротивления движению продукта внутри компенсатора устанавливают стаканы. Для спуска конденсата в нижних точках каждой линзы вварены дренажные штуцера. Линзовые компенсаторы применяют на уcловное давление до 6кгс/см² при температуре до +450^оС. Устанавливают их на газопроводах и паропроводах диаметром от 100 до 1600 мм.

Преимущество линзовых компенсаторов по сравнению с П-образными это небольшие размеры и масса; недостатки - небольшие допускаемые давления, малая компенсирующая способность и большие продольные усилия, передаваемые на неподвижные опоры.

Волнистые компенсаторы - наиболее совершенные компенсаторные устройства. Они имеют большую компенсационную способность, небольшие габариты и могут применяться при сравнительно высоких давлениях и температурах.

Отличительной особенностью волнистых компенсаторов по сравнению с линзовыми является то, что гибкий элемент представляет собой тонкостенную стальную гофрированную высокопрочную и эластичную оболочку. Профиль волны имеет омегообразную или U-образную форму, благодаря чему гибкий элемент может сокращаться или увеличиваться в длину, а также изгибаться при приложении нагрузки. В основу технологии изготовления гибкого элемента компенсатора положен принцип гидравлической вытяжки (формовки) волн в цилиндрической обечайке с осадкой её по высоте (для этой цели применяют специальные гидравлические прессы).

Волнистые осевые компенсаторы КВО-2 устанавливают на прямых участках трубопроводов и на повороте.

Волнистые универсальные шарнирные компенсаторы КВУ-2 и КВУ-3 устанавливают в П-образных, Z-образных и угловых шарнирных системах трубопроводов по 2-3 в каждой системе.

Шарнирные сдвоенные компенсаторы КВШ устанавливают в угловых, Z-образных и П-образных системах и на ответвлениях.

Компенсаторы КВУ и КВШ устанавливают на участках трубопроводов при значительных температурных перепадах или при больших расстояниях между жёсткими опорами, на которые передаются сравнительно небольшие усилия.

Волнистые компенсаторы предназначены для работы при температуре от -40 до +450^оС.

Сальниковый компенсатор представляет собой два патрубка, вставленных один в другой. В зазоре между патрубками установлено сальниковое уплотнение с грундбуксой.

Сальниковые компенсаторы имеют высокую компенсирующую способность, небольшие габариты, но из-за трудности герметизации сальниковых уплотнений в технологических трубопроводах применяются редко, а для трубопрводов горючих, токсичных и сжиженных газов их применять нельзя.

Основные недостатки сальниковых компенсаторов следующие: необходимость систематического наблюдения и ухода за ними в процессе эксплуатации, сравнительно быстрый износ сальниковой набивки и, как следствие, отсутствие надёжной герметичности.

Сальниковые компенсаторы утсанавливают на водо-, паро- и теплопроводах, а также на трубопроводах, транспортирующих негорючие жидкости. Вследствие малых габаритов они легко размещаются в камерах и проходных туннелях. Стальные сальниковые компенсаторы применяют на условное давление до 16 кгс/см², а чугунные (из серого чугуна марки не ниже Сч 15-32) - до 13 кгс/см² при температуре не выше 300^оС. По конструкции сальниковые компенсаторы делятся на односторонние и двухсторонние, разгруженные (не создающие большого осевого усилия на неподвижные опоры) и неразгруженные. Компенсаторы соединяют с трубопроводом сваркой или на фланцах.

1. Определение отпуска теплоты для жилого района

На карте района города, снабжаемого теплом, указываем для каждого квартала расчётную нагрузку на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с учётом тепловых потерь в сетях.

Расчёт отпуска теплоты  определим по формуле:

,

где  расчётный отпуск теплоты на отопление, МВт;

 расчётный отпуск теплоты на вентиляцию, МВт;

 расчётный отпуск теплоты на горячее водоснабжение, МВт.

Нагрузки по расходу теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для каждого квартала сведём в таблицу 1.

Таблица 1 - Нагрузки по расходу теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС

1.1 Расчёт расхода сетевой воды для отпуска теплоты

Принимаем центральное температурное регулирование отпуска теплоты по отопительной нагрузке. При таком способе регулирования расход воды на отопление  ,т/ч, и вентиляцию  т/ч, определим по формулам:

где расчётные температуры в прямом и обратном трубопроводах.

1.2 Расчётный расход воды для горячего водоснабжения

Так как имеем открытую систему горячего водоснабжения, то средний расход воды на ГВС  т/ч, определим по формуле:

где температура горячей воды в местной системе ГВС;

температура холодной водопроводной воды.

Общий расход сетевой воды на участке Gd, т/ч:

где коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды на ГВС.

Принимаем , т.к. система открытая и тепловая нагрузка меньше 100 МВт./1/

Данные по расходам сетевой воды сведём в таблицу 2.

Таблица 2 - Расчет расхода сетевой воды на отопление, вентиляцию, ГВС

2. Гидравлический расчет

Основная задача гидравлического расчета состоит в определении диаметров труб по заданным расходам теплоносителя и располагаемым перепадам давлений во всей сети или в отдельных ее участках.

Внутренний диаметр выбирается с учетом того, что значения удельных падений давления на одном метре длины в магистральной линии ограничены R=20…80 Па/м, а в ответвлениях R могут принимать значения от 180 до 280 Па/м.

Результаты гидравлического расчета используются для построения пьезометрических графиков, выбора схемы присоединения абонентов, подбора насосного оборудования, определения стоимости тепловой сети и других целей.

2.1 Определение потерь напора в тепловых сетях

Определяем на участках потери давления в трубопроводах на трение и местных сопротивлениях ∆H, Па, по формуле:

где R - удельные потери давления на трение, Па/м;

 приведенная длина трубопровода, м.

где  коэффициент гидравлического трения, определяется по формуле:

где  шероховатость труб, Кэ=0,5 мм;

 внутренний диаметр труб, мм;

сетевой расход воды на участке трубопровода, принимается по таблице 2, т/ч;

 плотность воды, ./1/

Приведенная длина трубопровода , м, равна:

,

где длина участка трубопровода по плану, м;

доля потерь давления в местных сопротивлениях,  (для вновь проектируемых тепловых сетей).

Скорость теплоносителя в трубопроводах ,м/с, определяется по формуле:

где сечение трубопровода, м², определяется по формуле:

Узловые напоры на участках трубопровода p, м в. ст., определяются по формуле:

Все расчеты сведены в таблицы 3 и 4 с учетом того, что требуемый располагаемый напор на индивидуальный тепловой пункт составляет 20 м в. ст.

Таблица 3 - Гидравлический расчет главной магистрали

Таблица 4 - Гидравлический расчет обратной магистрали

2.2 Пьезометрический график

Распределение давлений в тепловых сетях удобно изображать в виде пьезометрического графика, который дает наглядное представление о давлении или напоре в любой точке тепловой сети и поэтому обеспечивает большие возможности учета многочисленных факторов (рельеф местности, высота зданий, особенности абонентских систем и т.д.) при выборе оптимального гидравлического режима.

При построении пьезометрического графика принимаем (см. приложения):

∆Нит = 20 м в. ст. - гидравлическое сопротивление у источника теплоты (гидравлическое сопротивление водогрейного котла);

∆Нэл= 20 м в. ст. - располагаемый напор перед водоструйным элеватором;

∆Нпод=16 м в. ст. - потеря напора в подающей магистрали;

Но1=

Но - напор создаваемый подпиточными насосами при останове сетевых насосов, Но=36 м в. ст. (должен превышать на 5 м геометрические отметки верхнего этажа самого высокого здания потребителей теплоты).

На графике используются следующие обозначения:

∆Нсн - напор создаваемый сетевыми насосами;

∆Нпод - потеря напора в подающей магистрали;

∆Ноб - потеря напора в обратном трубопроводе.

В результате анализа построенного пьезометрического графика в таблице 5 заносим значения давлений в узловых точках:

Нсн - статический напор в нижней точке здания потребителя теплоты;

Ндн - динамический напор в нижней точке здания потребителя теплоты;

Нсв - статический напор в верхней точке здания потребителя теплоты;

Ндв - динамический напор в верхней точке здания потребителя теплоты;

Нрас- располагаемый напор в узловой точке у потребителя теплоты.

Таблица 5 - Давления в узловых точках теплосети

Из таблицы 5 можно сделать следующие выводы:

) Динамический и статический напоры превышают на 5 м в. ст. геометрические отметки верхних этажей зданий;

) Динамический и статический напоры в нижних этажах зданий не превышают 60 м в. ст. (предельно-допустимое давление для отопительных приборов);

) Располагаемый напор во всех зданиях превышает или равен 20 м в. ст.;

) Линии вскипания проходят выше геометрических отметок жилых зданий.

На основании проведенного анализа пьезометрического графика принято осуществить присоединение абонентов по зависимой схеме со смешением, т.е. присоединение системы отопления абонентов к тепловой сети осуществляется через водоструйный элеватор.

2.3 Определение недорасхода напора в ответвлении

Определяем недорасход напора в ответвлении ∆Нд:

Ответвление B-M:

∆Hд=52,14-38,30=13,84 м в. ст.

Если не погасить эти избыточные напоры, то потребители получат больше воды, чем им полагается, а последующие потребители по магистральной линии недополучат расчетного количества воды. Поэтому погасим избыточные напоры при помощи диафрагм, устанавливаемых на участке присоединения ответвления к магистрали.

Диаметр отверстия диафрагмы dд, мм, определяется по формуле:

где G - расход воды на участке, т/ч;

∆Hд - недорасход напор, м в. ст.

Ответвление B - M (условный диаметр трубопровода 400 мм)

 мм

.4 Температурный график

Качественное регулирование - это изменение температуры при постоянном расходе. Это самый распространенный вид центрального регулирования тепловых сетей.

При центральном качественном регулировании отпуска теплоты по отопительной нагрузке в тепловой сети.

Температуры определяются по следующим формулам:

где  - относительная отопительная нагрузка, кВт;

 - падение температуры воды на отопительных приборах, ;

 - изменение температуры на источнике, ;

 - расчетный температурный напор нагревательного прибора, ;

 - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, принимаемая для жилых и общественных зданий равной 18°С;

 - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха °С;

 - температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха °С;

 - температура воды в трубопроводе после смешения в водоструйном элеваторе при расчетной температуре наружного воздуха, °С.

Произведен расчет и сведен в таблицу 6.

Таблица 6 - Температурный график

На основании вышеизложенных формул, построен температурный график регулирования отпуска теплоты.

Рисунок 1 - Температурный график

3. Выбор насосного оборудования

3.1 Выбор сетевых насосов

Требуемый расход сетевой воды Gсв=975,84 т/ч.

Требуемый напор согласно пьезометрическому графику с учетом гидравлического сопротивления источника теплоты (в проекте приняли ∆Нист= 20 м.в.ст. - это гидравлическое сопротивление водогрейного котла) − Нсн =72 м. в.ст.

Выбираем 2 сетевых насоса с параллельным подключением (1 - рабочий, 1 - резервный, рисунок 1) марки СЭ 1250-70-11 /4/:

подача 1250 м³/ч;

напор 70 м;

мощность 315 кВт.

Рисунок 2 - Насос СЭ 1250-70-11

3.2 Выбор подпиточных насосов

Расчетный расход воды, м³/ч, для подпитки тепловых сетей следует принимать в открытых системах теплоснабжения - равным расчетному среднему расходу воды на горячее водоснабжение с коэффициентом 1,2 плюс 0,75% фактического объема воды в трубопроводах тепловых сетей и присоединенных к ним системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий.

Определяем расход воды на подпитку  т/ч, по формуле:

где Vут - расход воды на утечки, т/ч;- расход воды на ГВС, т/ч.

где Vm.c. - расход воды в тепловой сети, т/ч;c-мы - расход воды в системе, т.

где Qобщ - общая тепловая нагрузка, МВт.

Требуемый напор согласно пьезометрического графика Нд = 42 м в. ст.

Выбираем 3 подпиточных насоса (2 - рабочих, 1 - резервный) марки

НКУ - 250-32 /3/: производительность 250 м³/ч; напор 32 м.; мощность электродвигателя 45 кВт.

3.3 Выбор баков аккумуляторов

гидравлический трубопровод жилой водоснабжение