Расчет тепломагистрали

Содержание

Введение

Исходные данные

Гидравлический расчет тепломагистрали №2

Анализ результатов расчетов

Разработка мероприятий по снижению потерь давления в тепломагистрали №2

5. Расчет экономической эффективности

Заключение

Список использованных источников

Введение

Тепловые сети, являясь составной частью системы централизованного теплоснабжения современных городов, представляют собой сложные инженерные сооружения, предназначенные для транспортировки тепловой энергии от источников тепла к потребителям. Общая протяженность теплосетей в Российской Федерации составляет более 257000 км. Срок эксплуатации источников тепла и объектов, к которым оно подается, составляет 50-100 лет. Поэтому и теплосети, являющиеся связующим звеном между ними, должны надежно работать в течение этого же периода времени (за исключением случаев его морального старения, например, при необходимости увеличения его пропускной способности).

Основными элементами систем централизованного теплоснабжения являются тепловые сети надземной и подземной (бесканальной и канальной) прокладки. Более 85% общей протяженности составляют теплосети подземной прокладки в непроходных и проходных каналах.

Различают магистральные и распределительные тепловые сети; потребители подсоединяются к распределительным тепловым сетям через ответвления. По способу прокладки тепловые сети подразделяют на подземные и надземные (воздушные). В городах и посёлках наиболее распространены подземная прокладка труб в каналах и коллекторах (совместно с другими коммуникациями) и так называемая бесканальная прокладка — непосредственно в грунте. Надземная прокладка (на эстакадах или специальных опорах) обычно осуществляется на территориях промышленных предприятий и вне черты города. Для сооружения тепловых сетей применяют главным образом стальные трубы диаметром от 50 мм (подводка к отдельным зданиям) до 1400 мм (магистральные тепловые сети).

Целью данной выпускной контрольной работы является анализ гидравлического режима работы тепловых сетей поселка Инской на примере тепломагистрали №2. Для решения поставленной задачи необходимо:

составить расчетную схему теплосети;

определить наличие и характер местных гидравлических сопротивлений;

произвести инструментальные измерения параметров теплоносителя в контрольных точках;

произвести проверочный гидравлический расчет теплосети;

провести сравнительный анализ результатов расчета и результатов измерений;

по результатам анализа разработать комплекс мероприятий по решению обнаруженных проблем (при их обнаружении).

1. Исходные данные

Рисунок 1.1. Схема тепловой сети.

Источник: - расход прямой сетевой воды Gпр = 628,9 т/ч,

(БелГРЭС) - давление прямой сетевой воды Рпр = 0,69 МПа,

- температура прямой сетевой воды tпр = 130оС,

- расход обратной сетевой воды Gобр = 459,0 т/ч,

- давление обратной сетевой воды Робр = 0,23 МПа,

- температура обратной сетевой воды tобр = 69оС,

Потребитель №1 - расход прямой сетевой воды Gпр1 = 93,0 т/ч,

(Теплица) - расход обратной сетевой воды Gобр1 = 91,2 т/ч,

Потребитель №2 - расход прямой сетевой воды Gпр2 = 14,6 т/ч,

(Проф-рий БПК) - расход обратной сетевой воды Gобр2 = 10,2 т/ч,

Потребитель №3 - расход прямой сетевой воды Gпр3 = 521,3 т/ч,

(ПНС-23) - давление прямой сетевой воды Рпр3 = 0,49 МПа,

- расход обратной сетевой воды Gобр3 = 363,4 т/ч,

- давление обратной сетевой воды Робр3 = 0,32 МПа,

Трубопроводы - прямой сетевой воды 377Ч9 сталь 20,

- обратной сетевой воды 325Ч8 сталь 20.

Характеристика участков трубопроводов:

0-1 - длина трубопровода с учетом компенсаторов l1 = 470 м,

- 4 П-образных компенсатора,

- 1 задвижка,

- 2 поворота на 90о.

1-2 - длина трубопровода с учетом компенсаторов l2 = 103 м,

- 1 П-образный компенсатор,

- 1 тройник с разветвлением потока.

2-3 - длина трубопровода с учетом компенсаторов l3 = 726 м,

- 6 П-образных компенсаторов,

- 1 задвижка,

- 1 тройник с разветвлением потока.

Высота над уровнем моря: - точка 0 195 м,

- точка 1 191 м,

- точка 2 191 м,

- точка 3 207 м.

Длины участков трубопроводов теплосети, характеристики местных сопротивлений и геодезические высоты контрольных точек трубопровода взяты по плану тепломагистрали №2 тепловых сетей поселка Инской. Характеристики труб тепломагистрали взяты по ее эксплуатационному паспорту. Параметры теплоносителя на источнике теплоснабжения (Беловской ГРЭС) взяты по показаниям установленного на тепломагистрали №2 теплосчетчика ТСРВ «ВЗЛЕТ». Расходы теплоносителя на участках трубопроводов и на ответвлениях потребителей измерены при помощи расходомера-счётчика «ВЗЛЕТ ПР». Величины давлений теплоносителя у потребителя №3 ( на входе в подмешивающую насосную станцию ПНС-23) взяты по показаниям манометров, установленных на ПНС-23.

Рисунок 1.2. План тепломагистрали № 2.

2. Гидравлический расчет тепломагистрали №2

Гидравлический расчет – один из важнейших разделов проектирования и эксплуатации тепловой сети. Задачами гидравлического расчета в данной работе являются:

Определение падения давления (напора);

Определение давлений (напоров) в различных точках сети.

Исходной зависимостью для определения удельного линейного падения давления в трубопроводе является уравнение Дарси

,[Па/м]

где λ – коэффициент гидравлического трения,

ω – скорость среды, [м/с],

ρ – плотность среды, [кг/м3],

d – внутренний диаметр трубопровода, [м],

G – массовый расход, [кг/с].

Коэффициент гидравлического трения λ зависит от состояния стенки трубы (гладкая или шероховатая) и режима движения жидкости (ламинарное или турбулентное).

Согласно рекомендациям [1], определение области движения теплоносителя, в которой работает трубопровод, следует производить только при расчете участков с малой нагрузкой (абонентские ответвления с малым расходом теплоносителя). При расчете магистральных линий (которые и рассматриваются в данной работе) и основных ответвлений проверку расчетной области можно не выполнять, считая, что эти сети работают в квадратичной области.

При работе трубопровода в квадратичной области:

- линейное удельное падение давления определяется по формуле из [1-5.15]

, [Па/м] (1)

где - коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости внутренней стенки трубопровода, [м3,25 кг],

G – массовый расход теплоносителя, [кг/с],

d - внутренний диаметр трубопровода, [м].

- эквивалентная длина местных сопротивлений определяется по формуле из [1-5.20]

, [м] (2)

где Al - коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости внутренней стенки трубопровода, [м -0,25],

ξ – величина, зависящая от характера сопротивления,

- суммарное падение давления в трубопроводе определяется по формуле из [1-5.25]

, [Па] (3)

где l – длина участка трубопровода, [м].

- суммарная потеря напора на участке трубопровода определяется по формуле из [1-5.4]

, [м] (4)

где γ = ρ ·g – удельный вес жидкости, [Н/м],

ρ – плотность жидкости, [кг/м3],

g – ускорение свободного падения, [м/с2].

На основе имеющихся материалов испытаний тепловых сетей и водопроводов в СНиП 2.04.07-86 для гидравлического расчета принимаю значение абсолютной эквивалентной шероховатости равное kэ= 0,5 ·10 -3 . При этом значении абсолютной эквивалентной шероховатости по [1] табл.5.1 принимаю:

= 13,62·10 -6 м3,25 кг,

= 60,7 м -0,25

Величины местных сопротивлений выбираю по [1] приложение 10, [2] приложение 8, [3], [4] приложения 4.5 ч 4.25 в зависимости от вида местного сопротивления.

Величины плотностей воды принимаю по [1] приложение 9.

Результаты расчета всех участков проведенные по формулам 1 - 4 сведены в таблицы 1 и 2.

Таблица 2.1. Результаты расчета потерь давления (напора) в прямом сетевом трубопроводе.

Номер участка	d	G	RЛ	Σ ξ	lЭ	δР	δН
	м	кг/с	Па/м	о.е.	м	Па	м
0 - 1	0,359	174,7	90,06	12,2	205,8	60863	6,6
1 - 2	0,359	148,9	65,4	3,8	83	12164	1,3
2 - 3	0,359	144,8	61,9	17,8	300,2	63522	6,9

Таблица 2.2. Результаты расчета потерь давления (напора) в обратном сетевом трубопроводе.

Номер участка	d	G	RЛ	Σ ξ	lЭ	δР	δН
	м	кг/с	Па/м	о.е.	м	Па	м
0 - 1	0,309	127,5	105,4	12,2	170,6	67519	7,0
1 - 2	0,309	102,2	67,7	4,0	55,9	10758	1,1
2 - 3	0,309	100,9	66,0	18,0	251,7	64529	6,7

Произвожу расчет давлений (напоров) в контрольных точках трубопроводов используя уравнение Бернулли для установившегося движения по трубопроводу несжимаемой жидкости.

(5)

При гидравлическом расчете тепловых сетей, как правило, не учитывают отношение w2/2g, представляющее собой скоростной напор потока в трубопроводе, так как он составляет собой сравнительно небольшую долю полного напора и изменяется по длине сети незначительно. Поэтому расчет производится по формуле

(6)

где Нп – полный напор, [м],

Z – высота расположения оси трубопровода над плоскостью отсчета,[м]

Н – пьезометрический напор, [м],

Р - давление в трубопроводе, [Па].

Подставляя полученное выражение в уравнение Бернулли получаем уравнение зависимости давлений (напоров) в различных точках трубопроводов.

(7)

Результаты расчетов, произведенных по формулам 6 и 7, с учетом результатов расчетов потерь давления (напора) из таблиц 1 и 2, сведены в таблицу 3.

Таблица 2.3. Результаты расчетов давлений (напоров) в различных точках трубопроводов.

Номер точки	Z	P	Hп
	м	МПа	м
		Прям.	Обр.	Прям.	Обр.
0	0	0,690	0,230	71,3	23,9
1	- 4	0,636	0,336	64,7	30,9
2	- 4	0,624	0,347	63,4	32
3	12	0,513	0,296	56,5	38,7

По результатам расчетов, на рисунке 2.1, построен пьезометрический график тепломагистрали №2 тепловых сетей поселка Инской.

3. Анализ результатов расчетов

В виду технической невозможности проведения контрольных замеров давления в точках подключения к магистральным трубопроводам потребителей 1 и 2, измерения давлений производилось на источнике (теплопункт Беловской ГРЭС) и у потребителя 3 (подкачивающая насосная станция ПНС-23).

Величины давлений теплоносителя на ПНС-23 полученные расчетным путем не совпадают с результатами измерений.

Таблица 3.1. Давления теплоносителя на ПНС-23

Результаты расчета	Результаты измерений
Рпр, МПа	Робр, МПа	Рпр, МПа	Робр, МПа
0,513	0,296	0,49	0,32

Фактические потери давления в прямом и обратном трубопроводах тепломагистрали №2 на участке 0 – 3 (Беловская ГРЭС – ПНС-23) превышают расчетные на 0,023 МПа на подающем трубопроводе и на 0,024 МПа на обратном (~ 14% от величины расчетных потерь). Вероятными причинами этого могут быть:

отложение загрязнений на внутренней поверхности трубопроводов;

несоответствие фактических диаметров трубопроводов проектным;

наличие неучтенных местных сопротивлений.

Для уточнения причин повышенных потерь давления были произведены дополнительные измерения.

При помощи толщиномера ультразвукового «ВЗЛЕТ УТ», зарегистрированного в Государственном реестре средств измерений РФ под № 18810-05 (сертификат об утверждении типа средств измерений RU.С.27.022.А № 20277), в нескольких точках тепломагистрали были произведены замеры толщины стенки трубы. На подающем трубопроводе толщина стенки составила мм (то есть отклонение составляет ~1%), на обратном трубопроводе толщина стенки составила мм (то есть отклонение составляет ~0,9%). Ввиду того, что толщина стенки имеет малое отклонение от паспортных характеристик трубопроводов, ее вариация не может быть основной причиной повышенных потерь давления в теплосети.

При помощи штангенциркуля с пределом измерений 500 мм и ценой деления 0,1 мм были произведены измерения диаметров трубопроводов в нескольких точках тепломагистрали. Получены следующие данные: на подающем трубопроводе мм, на обратном трубопроводе . Ввиду того, что отклонение диаметра трубопроводов не превышает 0,8%, то это не может являться основной причиной повышенных потерь давления в теплосети.

Оценка шероховатости внутренней поверхности труб, ввиду отсутствия специализированной инструментальной базы, производилась при помощи расходомера-счетчика ультразвукового портативного «ВЗЛЕТ ПР» (сертификат России об утверждении типа средств измерений RU.С29.006.А № 8881/1 и зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений РФ под № 20294-00). Расходомер-счетчик ультразвуковой портативный «ВЗЛЕТ ПР» не позволяет напрямую измерять величину шероховатости стенки трубы, но позволяет произвести ее косвенную сравнительную оценку по форме осциллограммы сигнала расходомера.

Рисунок 3.1. Эталонная осциллограмма «незашумленного» сигнала.