Пьезометрический график. 
Разработка системы теплоснабжения

На пьезометрическом графике в определенном масштабе наносится рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в сети.

Для предупреждения ошибочных решений следует до проведения гидравлического расчета водяной тепловой сети наметить уровень статических напоров, а также линии предельно допустимых максимальных и минимальных гидродинамических напоров в системе, Ориентируясь по ним, выбрать характер пьезометрического графика из условия, чтобы при любом ожидаемом режиме работы напоры в любой точке системы теплоснабжения не выходили за допустимые пределы.

При любом режиме работы системы теплоснабжения должны соблюдаться условия надежности, которые сводятся к следующему.

• 1. Действительные давления не должны превышать допустимых давления в оборудовании источника теплоснабжения, тепловой сети и абонентских установок.
• 2. Во всех элементах системы теплоснабжения должно поддерживается избыточное давление (сверх атмосферного) для предупреждения кавитации насосов и защиты системы от подсоса воздуха. Минимальная величина избыточного давления принимается 0,05 Мпа (5 м.вод.ст.)
• 3. При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения (т. е. при циркуляции воды) для обеспечения невскипания воды во всех точках системы должно поддерживаться давление. Превышающее давление насыщения водяного пара при температуре воды в системе. Давление насыщения определяется по Приложению 10.

Последнее условие не учитывается при рассмотрении гидростатического режима, так как температура воды может быть снижена до 100 °C и ниже путем выключения подогрева сетевой воды на станции, при этом не требуется обеспечивать избыточного давления, так как температура насыщения водяного пара при давлении 0,1МПа равна 100 °C.

Разработка пьезометрического графика начинается с гидростатического режима, то есть когда циркуляция воды в тепловой сети отсутствует и система заполнена водой с температурой до 100 °C, при этом все потребители тепла присоединяются по зависимой схеме. Намечается уровень полного статического напора в системе и проверяется возможность установления общей статической зоны для всей системы теплоснабжения, а так же выявляются причины, препятствующие такому решению.

Установление общей статической зоны для всей системы теплоснабжения упрощает эксплуатацию и повышает надежность теплоснабжения, поэтому такое решение является предпочтительным.

При зависимой схеме присоединения отопительных установок к тепловой сети, полный статический напор определяется из условия обеспечения в верхних точках наиболее высоко расположенных отопительных установок избыточного давления не менее 0,05 МПа (5м.вод.ст.), по выражению:

где — геодезическая отметка, на которой расположено здание, м.

L — высота здания, м.

Под полным статическим напором находятся все элементы системы теплоснабжения, однако пьезометрический статический напор неодинаков для различных элементов системы теплоснабжения. Для каждого элемента системы пьезометрический статический напор можно определить по выражению:

где — геодезическая отметка каждого элемента системы.

По величине пьезометрического статического напора проверяются условия механической прочности всех элементов системы теплоснабжения с учетом допустимых величин, значения которых приведены в Приложении 12. Наименьший допустимый напор, как правило, имеют местные системы отопления зданий, на которые и ориентируются при анализе графика для статического режима.

В том случае, если напор выше 60 м.вод.ст. получается только у отдельных зданий, то их местные системы следует присоединить по независимой схеме с использованием теплообменников. Если такой завышенный напор отмечается для целого района, то тепловую сеть разделяют на отдельные зоны.

На рис. 5 приведен пример графика напоров для статического режима системы теплоснабжения. Условно принимается, что отметка прокладки трубопроводов, установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадает с отметкой земли, а источник теплоснабжения расположен на отметке 0. Здания промышленного предприятия имеют высоту 20 м и расположены на геодезической отметке 15 м. Жилые здания имеют высоту 33 м и расположены на геодезической отметке 12 м. Наиболее высокой точкой системы будет верхний этаж жилых зданий. Тогда полный статический напор в системе будет равен:

Пьезометрические напоры соответственно в оборудовании источника теплоснабжения, в низших этажах жилых и промышленных зданий будут равны:

Следовательно, для данной системы теплоснабжения возможно присоединение отопительных установок абонентов по зависимой схеме и устанавливается общая статическая зона для всей системы. При этом пьезометрические напоры не будут превышать допустимых значений.

При гидродинамическом режиме системы теплоснабжения график напоров разрабатывается для условий установившегося движения воды в трубопроводах при расчетных расходах и максимальной расчетной температуре воды. Напоры в любой точке системы так же должны удовлетворять указанным выше условиям надежности.

На график наносят уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линяй системы.

При построении линий допустимых напоров для оборудования, имеющего существенные вертикальные габариты (например, пиковые водогрейные котлы имеют высоту 10−15 м), величина допустимого максимального пьезометрического напора отсчитывается от нижней точки, а величина допустимого минимального пьезометрического напора — от верхней точки оборудования. Кроме этого, в связи с возможным локальным нагревам вода в отдельных трубках водогрейного котла выше расчетной температуры, для выходного коллектора величина минимально допустимого пьезометрического напора определяется по температуре, превышающей расчетную на 30 °C.

Величина максимально допустимого гидродинамического пьезометрического напора обычно определятся:

ѕ для подающей линии, из условия механической прочности оборудования тепловой сети (трубы, арматура) и источника теплоснабжения (пароводяные подогреватели, водогрейные котлы);

ѕ для обратной линии, при зависимой схеме присоединения абонентов, из условия механической прочности отопительных и вентиляционных приборов абонентских установок; при независимой схеме присоединения абонентов из условия механической прочности водоводяных подогревателей.

Величина минимального допустимого гидродинамического напора обычно определяется:

ѕ для подающей линии из условия защиты от вскипания воды;

ѕ для обратной линии из условия предупреждения вакуума в системе, а также предупреждения кавитации на всасывающей стороне насосов.

На рис. 6 показано построение графика гидродинамических напоров системы теплоснабжения рассмотренной выше. Расчетная температура воды в подающей линии задана 145С. Полный статический напор принят 50 м. Отопительные установки (чугунные радиаторы) абонентов присоединены по зависимой схеме. У источника тепла установлен стальной водогрейный котел, имеющий высоту 10 м и подогреватель сетевой воды.

Линия П_б показывает допустимые напоры в подающей линии коллектора на станции до абонентских вводов. Она определяется условиями прочности стального водогрейного котла с учетом гидравлических потерь (220 м), трубопровода и арматуры подающей линии (160 м).

Линия П_м показывает минимальные допустимые напоры в подающей линии системы. Она определяется условиями обеспечения невскипания воды в верхней точке котла при температуре 175С (10+93=103 м) и в подающей линии при температуре 145С (45 м).

Линия О_б показывает максимально допустимые напоры в обратной линии системы от абонентских вводов до входного коллектора теплофикационного подогревателя. Она определяется условиями механической прочности подогревателя (140 м) и чугунных радиаторов отопления, присоединенных по зависимой схеме (60м.).

Линия О_м показывает максимально допустимые пьезометрические напоры в обратной линии системы. Она определяется условиями обеспечения избыточного давления в обратной линии и на всасывающей линии насосов для предупреждения подсоса воздуха и кавитации (5м.вод.ст.).

Для построения графика действительных напоров в тепловой сети задаются значениями располагаемых напоров на коллекторах станции и у абонентов. Значение требуемого располагаемого напора на абонентском вводе или центральном тепловом пункте зависит от характера местной теплопотребляющей установки и схемы её присоединения к тепловой сети.

При размещении узлов присоединения непосредственно на абонентском вводе можно принимать значения, приведенные в табл. 3.

Таблица 3.

Располагаемые напоры у абонентов.

Полный напор на обратном коллекторе станций Н_о должен быть не менее 5 м.вод.ст. из условия обеспечения избыточного давления в обратной линии. В расчетах рекомендуется принимать Н_о = 10…20 м.

Величина полного напора на подающем коллекторе станции будет равна:

где — напор развиваемый сетевым насосем, м.

Отсюда следует, что величина должна предварительно задаваться по двум условиям:

ѕ величина не должна выходить за пределы ограниченными линиями П_б и П_м (см. рис. 6), с учетом возможного увеличения Н_п на 25% при испытаниях системы;

ѕ величина зависит от, следовательно, необходимо ориентироваться на напоры развиваемые существующими насосами, с учетом производительности этих насосов (характеристики сетевых насосов приведены в Приложении 41).

Тогда располагаемый напор на коллекторах станции будет равен:

где — потеря напора сетевой воды в теплоподогревательной установке станции, пиковой котельной и станционных коммуникациях (обычно 20−25 м).

Задавшись располагаемым напором на коллекторах станции и располагаемым напором у абонентов можно определить располагаемую потерю напора на трение в трубопроводах тепловой сети.

В двухтрубной закрытой системе теплоснабжения эта потеря напора распределяется поровну между подающей и обратной линиями тепловой сети:

где и — соответственно потеря напора в подающей и обратной линиях тепловой сети, м.

Наличие в закрытых системах насосных, насосно-смесительных или дросселирующих подстанций, в особенности открытых систем, особенности рельефа местности накладывают свои особенности на пьезометрический график, которые необходимо учитывать.

Для построения графика действительных напоров в тепловой сети предварительно задаются характером падения напора в расчетной магистрали. Если нет каких-либо ограничений по условиям профиля, высотности зданий или другим соображениям, то линию падения напора (пьезометрический график) выбирают прямолинейной.

Желательно, чтобы при зависимой схеме присоединения линия действительных полных гидродинамических напоров подающей линии не пересекала линию статических напоров. В этом случае в узлах присоединения отопительных установок к тепловой сети не требуется сооружения повысительных насосных подстанций, что упрощает систему и повышает надежность её работы. Линия действительных полных гидродинамических напоров в обратной линий, как правило, пересекает линию статических напоров.

Линии действительных гидродинамических напоров наносят на график. На рис. 6 линия П показывает действительные напоры в подающей линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями П_б и П_м. Линия 0 показывает действительные напоры в обратной линии тепловой сети, она не выходит за пределы напоров, ограниченные линиями О_б и О_м.