Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 45 из 101

Рис. 6.23. Схема трехкольцевой сети

вой водяной сети, состоящей из магистра­лей 1-11-111 и 1V-V-V1, питаемых от общего коллектора 0-0. Сопротивление коллектора можно принять равным нулю (s₀ = 0), так как он выполняется обычно из труб боль­шого диаметра и имеет малую длину.

В узлах 1—б от тепловой сети отходят ответвления с заданными расходами воды —Г₆, поддерживаемыми постоянными с помощью регуляторов расхода, устанавли­ваемых на ГТП или МТП. Узлы 1 н 4, 2 и 5, 3 и 6 соединены между собой перемычка­ми VII—IX, образующими совместно с ма­гистральными участками сети три кольца: Q-1-V1I-1V, V1I-1I-V11I-V, V1I1-1I1-IX-V1. Зада­ны сопротивления всех участков магистра­ли j|—j_V) и перемычек —5_[Х. Требует­

ся рассчитать потокораспределение в теп­ловой сети. Расчет проводят следующим

образом:

1. 
   распределяют предварительно расхо­ды воды по участкам каждого кольца на ос­нове первого уравнения Кирхгофа (6.44);
   
2. 
   последовательно от первого кольца (ближайшего к станции) до последнего уточняют расходы воды на основе второго уравнения Кирхгофа (6.45), (6.47) и (6.59). Уточнение выполняется, как правило, несколько раз методом постепенного при­ближения.
   

Расчет считается законченным, когда предварительно принятые расходы воды на участках сети отличаются от полученных при окончательном расчете на значение, равное или меньшее допустимой ошибки, в качестве которой обычно принимают 3— 5 % наименьшего из заданных расходов 238

в ответвлениях от магистрали тепловой се­ти. Для расчета потокораспределения е многокольцевых сетях широко используют ЭВМ, благодаря чему существенно сокра­щается время и повышается точность расче­та [39, 70, 138].

Расчет потокораспределения в сети, пи­таемой от нескольких источников. В крупных городах тепловые сети иногда питаются тепло­той от нескольких ТЭЦ, работающих параллель­но. В магистральных линиях таких сетей возни­кают точки водораздела, представляющие собой точки встречи потоков воды, поступающих в се­ти от разных станций. Положением этих точек водораздела определяется распределение расхо­дов воды, а следовательно, и распределение теп­ловой нагрузки между отдельными ТЭЦ.

Положение точки водораздела зависит от со­противления тепловой сети, распределения на­грузки вдоль магистрали сети, а также от распо­лагаемых напоров на коллекторах параллельно работающих ТЭЦ.

Соответствующим регулированием распола­гаемых напоров на коллекторах ТЭЦ можно пе­ремещать точку водораздела вдоль тепловой се­ти и таким образом получать требуемое распре­деление тепловой нагрузки, удовлетворяющее условиям экономичности работы или распола­гаемой тепловой мощности отдельных ТЭЦ. Суммарный расход воды в таких сетях является, как правило, заданным. Этот расход определяет­ся значением и видом тепловой нагрузки абонен­тов и поддерживается на требуемом уровне с по­мощью авторегуляторов, установленных на ГТП и на МТП или абонентских вводах. При переме­щении точки водораздела изменяется только распределение расхода воды между станциями.

На рис. 6.24 показана тепловая сеть, питае­мая от двух источников теплоты. Если точка 1 является точкой водораздела, то абоненты, при­соединенные на учааке А-1, от станции А, аабо- ненты, присоединенные на участке В-1, — от станции В.

На рис. 6.25 приведены схема и пьезометри­ческий график тепловой сети, питаемой от двух параллельно работающих станций. Точка водо­раздела в таких тепловых сетях находится сле­дующим образом. Задаются произвольными рас­ходами воды на участках магистральной сети ис­ходя из первого закона Кирхгофа. Условно счи-



ТЭЦ

А и В -— источники теплоты; М — магистральная
сеть; Р — распределительные сети; 1 — точка водо-
раздела

I II К III IV

'A <|>2 |з ф В



Рис. 6.25. Схема двухтрубной водяной тепловой сети, питаемой от двух параллельно включенных станций (я) н ее пьезометрический график (б)

при предварительном распределении расхода

воды; после учета увязочного расхода

тают поток воды, поступающий в тепловую сеть от одной станции, например от станции А, поло­жительным, а от другой станции, например от станции В, отрицательным.

Если при предварительно выбранном распре­делении расхода воды в сети водораздел принят в точке К, то располагаемый перепад давлений в точке К в положительном потоке воды

ЬРк ^=наР8^'²1 -^sli^rIP

Располагаемый перепад давлений в отрица­тельном потоке воды в этой точке тепловой сети

&Рк ⁼ -sui^HI-

Невязка перепада давлений в точке К

8р = \р_к - Ьр_к = Д/Zgp - +

+ i_ln( |,| + iiv^iV’ (6.50)

где Д// = Н₄ - //_д — разность располагаемых на­поров на станциях.

Невязка располагаемых напоров в точке К &// = 8р/ pg.

Пьезометрический график тепловой сети при предварительном распределении расходов воды показан на рис. 6.25, б штриховой линией.

Увязочный расход определяется по формуле (6.49). После введения поправки и уточнения предварительно выбранного распределения рас­ходов воды в магистрали пьезометрический гра­фик принимает вид, показанный на рис. 6.25, 6 сплошной линией.

Расчет потокораспределения в коль­цевой магистральной сети от одной стан­ции. Магистральная кольцевая сеть может рассматриваться как частный случай тепло­вой сети, питаемой от двух параллельных источников с одинаковыми располагаемы­ми напорами на коллекторах станции. Схе­ма такой тепловой сети приведена на рис. 6.26, а. Схема этой сети в развернутом виде и ее пьезометрический график представле­ны на рис. 6.26, бив. При этом направление подачи теплоты по часовой стрелке условно считается от коллектора А, а против часо­вой стрелки — от коллектора В.

В данном случае Н_А = Н_в и \Н = 0.

Метод расчета потокораспределения та­кой же, как и для сети с двумя источниками питания. В том случае, когда сопротивления



Рис. 6.26. Схема двухтрубной кольцевой сети и ее пьезометрический график

а — схема сети; б — развернутая схема; в — пьезо­метрический график; = 5’_п; - < 5_П

тков подающей и обратной линий теп­ловой сети неодинаковы, например, когда они сооружены из труб разных диаметров, а также при установке на отдельных участ­ках подающей или обратной магистрали те­пловой сети насосных подстанций точки во­дораздела на подающей и обратной линиях могут находиться на различных участках.

Для иллюстрации на рис. 6.26, в штрихо­вой линией показан пьезометрический гра­фик для случаев, когда на участках /—III со­противления обратной линии сети меньше сопротивления подающей линии.

При разных сопротивлениях подающей и обратной линий расчет потокораспределе- ний проводится с помощью уравнений Кирхгофа по тем же формулам (6.44) и (6.45) раздельно для подающей и обратной линий.

При установке насосов на каком-либо участке магистральной сети развиваемые ими напоры суммируют с напором станци­онной насосной установки по направлению движения теплоносителя, что приводит к перемещению точки водораздела в этом же направлении.

Например, при установке на подающей магистрали кольцевой сети (см. рис. 6.26) на участке II или III насоса, подающего во­ду по направлению движения теплоносите­ля, точка водораздела переместится по на­правлению часовой стрелки, т.е. приблизит­ся к точке В. Пьезометрический график по­дающей линии для такого случая показан на рис. 6.26, в штрихпунктиром.

При увеличении напора этого насоса точ­ка водораздела на подающей линии пере­местится дальше в направлении к станции В.

Предельным положением точки водо­раздела в подающей линии рассматривае­мой тепловой сети является точка В. В этом случае весь поток воды в подающей линии будет перемещаться только в одном направ­лении — от точки А к точке В по часовой стрелке. При этом весь расход воды, пода­ваемый станционным насосом, равный сум­ме расходов воды у всех присоединенных

абонентов, будет поступать в сеть только через коллектор А. При дальнейшем увели­чении напора насосных подстанций на по­дающей магистрали, действующих в том же направлении, в ней возникнет так называе­мый паразитный ток, т.е. часть расхода во­ды будет бесполезно циркулировать в подающей магистрали, не поступая к абонентам.

Расчет потокораспределення в кольцевой сети без регуляторов расхода. Расчет сводится к определению точки водораздела в кольцевой сети, удовлетворяющей второму уравнению Кирхгофа (6.45). Первое уравнение Кирхгофа не может быть использовано при решении этой задачи, так как заранее не известны расходы во­ды у абонентов. Задача решается методом после­довательного приближения (см. рис. 6.21). Зада­ются предварительно точкой водораздела в кольцевой сети, например точкой 3, а также до­лей (р расхода воды, поступающей в ответвление 3 из участка кольца III, от полного расхода в этом ответвлении. Доля расхода воды, посту­пающей в ответвление 3 из участка кольца IV, со­ответственно равна 1 - (р.

Сопротивления систем s⁺ = Sq-i-ii-iii-з ^и ■S = io-iv-з определяют по правилу сложения со­противлений и проводимостей по уравнениям (6.7) и (6.8) как сопротивления радиальных сетей с ответвлениями. Индексы плюс и минус соот­ветствуют движению воды в кольцевой сети по и против часовой стрелки.

Поскольку в ответвление 3 поступают одно­временно два потока воды из двух магистраль­ных участков /// и IV, то в соответствии с урав­нением (6.12) сопротивление потоку из магист­рального участка III s = S3 /ф², а сопро­тивление потоку из магистрального участка IV s_n3 ⁼ⁱ3 /(1 - ф) , где s₃ — сопротивление от­ветвления 3.

Расходы воды в кольцевой сети

V⁺ = ,]др₀/Л И* = JZp^/7,

где Д р₀ — располагаемый перепад давлений в точке 0 кольцевой сети.

Расходы воды на всех участках кольцевой магистрали определяют с помощью (6.21). Затем проверяют выполнимость условия (6.45)

^+sni^,/iii ^{= ,}iv^iv-

При положительной невязке напора, т.е. при

^JI^I ^+,Н^Н ^{+ ,}тИп ^>’^yIV^IV

уменьшают долю расхода воды ф, поступающей в ответвление 3 из участка III, или же смещают точку водораздела в узел 2.

При отрицательной невязке напора соответ­ственно увеличивают долю расхода ф и вновь повторяют расчет до тех пор, пока не будет вы­полняться условие (6.45).

8. 
   ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР В ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ
   

Гидравлическим ударом называется вол­новой процесс, возникающий в капельной жидкости при быстром изменении ее ско­рости.

В трубопроводах этот процесс сопровож­дается мгновенными местными повышения­ми и понижениями давления, которые могут значительно выходить за пределы, имеющие место при стабильном режиме.

В современных водяных тепловых сетях вероятность возникновения гидравличе­ских ударов в последние годы существенно возросла в связи с увеличением единичной тепловой мощности теплоисточников (ТЭЦ и районных котельных), вводом в работу длинных теплопроводов большого диамет­ра и мощных насосных подстанций с боль­шим количеством регулирующих прибо­ров, клапанов и задвижек, а также включе­нием в систему теплоснабжения пиковых водогрейных котлов.

При отказе какого-либо элемента такой системы, например при внезапной останов­ке насосов на станции или подстанциях, мо­жет произойти резкое изменение скорости воды в сети, сопровождающееся гидравли­ческим ударом.

Опасность возникновения гидравличе­ского удара возрастает при включении

в систему водогрейных котлов. В этом слу­чае внезапное изменение расхода воды че­рез котел может привести к резкому повы­шению температуры воды в котле, а затем к ее вскипанию в сети и последующей кон­денсации образовавшихся паровых пузы­рей в потоке воды более низкой температу­ры, сопровождающейся гидравлическим ударом.

Гидравлический удар может также воз­никнуть при быстром закрытии регулирую­щих клапанов на насосных и дроссельных подстанциях, вызвавшем резкое изменение скорости воды в сети.

Волны гидравлического удара распро­страняются по системе со скоростью звука в воде около 1000 м/с и могут многократно повторяться, пока энергия удара не израс­ходуется на работу сил трения и деформа­цию трубопроводов или не будет погашена в специальных устройствах, ограничиваю­щих распространение гидравлического уда­ра (воздушные колпаки, резервуары и дру­гие устройства). Наибольшую амплитуду изменения давления имеет обычно первая волна удара, которая поэтому является наи­более опасной [98, 137].

Рассмотрим процесс изменения давле­ния в тепловой сети при закрытии регули­рующего органа на магистрали.

На рис. 6.27, а показана схема двухтруб­ной водяной тепловой сети: /—сетевой на­сос, //— обратный клапан или затвор на на­гнетательном патрубке насоса, /II — регу­лирующий клапан на подающей линии ма­гистрали. Сетевая вода после регулирую­щего клапана III распределяется по много­численным теплопотребляющим установ­кам абонентов, которые на схеме показаны условно в виде одного потребителя П.

Для упрощения рассматриваемого про­цесса и исключения из него явлений, не свя­занных непосредственно с гидравлическим ударом, условно примем, что напор, разви­ваемый насосом /, не зависит от расхода и полные напоры на всасывающем и нагне-

241

11