Теплофикация и тепловые сети. И тепловые
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
автоматического программного регулирования отпуска теплоты на отопление по наружной температуре I — регулятор температуры горячего водоснабжения; 2 — регулятор давления «после себя»; 3 — датчик инерционного расходомера; 4 — измерительный блок индукционною расходомера: 5 — инерционный термометр сопротивления; б — усилитель; 7 — нелинейный преобразователь; 8 — релейный регулирующий прибор; 9 — блок управления; 10 — исполнительный механизм; II — регулирующий клапан любой наружной температуре при заданной относительной нагрузке горячего водоснабжения. Эти расходы воды закладываются в программу группового или местного количественного регулирования, осуществляемого по импульсу наружной температуры, измеренной с помощью инерционного датчика температур. Такая система автоматического регулирования разработана ВТИ совместно с Мосжилнии проектом [39]. На рис. 8.25 показана принципиальная схема такой системы автоматического регулирования отпуска теплоты на отопление, выполненной в групповой тепловой подстанции с независимым присоединением нагрузки отопления и двухступенчатой по- О ч с " м etS о „ go- а § * £ «g В1 о О Е- к° и Ч <У £ Рис. 8.26. Результаты испытания на групповой подстанции системы программного регулирования по наружной температуре а — расход сетевой воды; б — расход теплоты на отопление; в — температура сетевой воды; следовательной схемой присоединения нагрузки горячего водоснабжения. Измерение температуры наружного воздуха производится инерционным термометром сопротивления 5, показания которого преобразуются в унифицированный сигнал с помощью измерительного усилителя 6. Измерение расхода сетевой воды производится датчиком расходомера 3. Оба сигнала вводятся в измерительный блок релейного регулирующего прибора 8, из которого выходные команды через блок ручного управления 9 воздействуют на исполнительный механизм, перемещающий регулирующий клапан II. Вся эта аппаратура выпускается промышленностью серийно. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения tv, поддерживается на заданном уровне регулятором температуры I, воздействующим на расход сетевой воды, проходящей через подогреватель верхней ступени горячего водоснабжения. Регулятор поддерживает постоянным расход сетевой воды через подогреватель отопления независимо от характера суточного графика нагрузки горячего водоснабжения. В зависимости от температуры наружного воздуха система производит автоматическую перенастройку регулирующего клапана II. На рис. 8.26 приведены результаты испытания указанной системы на ГТП с Рф > рт. Сплошными линиями показаны расчетные кривые; кружками и треугольниками — опытные результаты. Испытания показали достаточную точность поддержания заданной зависимости расхода сетевой воды от наружной температуры. Отклонения опытных значений отпуска теплоты на отопление от расчетных значений вызваны тем, что при наружных температурах /н < 2,5 °C фактические температуры воды в подающем трубопроводе тепловой сети были ниже расчетных. Применение системы автоматического программного регулирования отопления позволяет осуществлять дальнейшее совершенствование режима отопления, например, снижать температуру воздуха в жилых зданиях в ночное время или снижать отпуск теплоты на отопление промышленных и административных зданий в нерабочее время, что обеспечивает дополнительную экономию теплоты и создание комфортных условий. Для этой цели в схему электронного устройства вводится дополнительное реле времени, которое в определенное время снижает на определенное значение расход сетевой воды на отопление. На рис. 8.27 показана разработанная в МЭИ схема регулирования отопительной нагрузки по внутренней температуре устройства, моделирующего тепловой режим здания. Преимущества модели по сравнению с непосредственным измерением внутренней температуры отапливаемых помещений заключаются в следующем [117]: а) устраняется влияние на авторегулирование случайных явлений, не зависящих от режима отопления; б) эксплуатация модели не связана с необходимостью контроля датчиков температур, установленных в жилых помещениях; в) обеспечивается простота перенастройки модели путем изменения степени заполнения ее жидкостью. МЭИ также разработана система регулирования отопительной нагрузки методом математического моделирования. В качестве математической модели использовано (8.62), описывающее нестационарный тепловой режим здания. При математическом моделировании внутренняя температура /в не измеряется, а вычисляется. Входящая в (8.62) Qo вычисляется через относительную отопительную нагрузку Qo, которая определяется по уравнению (11.10) по измеренным значениям температур теплоносителя перед отопительной установкой то1 и после отопительной установки то2 и по значению наружной температуры г . 301 Рнс. 8.28. Схема установки для регулирования отпуска теплоты на отопление с помощью модели- рующего устройства а — принципиальная схема установки; 6 — электрическая схема; 1 — регулятор расхода; 2 — электро гидрав- лическое реле, 3 — нагревательный элемент ЭГР, 4 — мнкронознпнонер, 5 — датчик температуры; б и 7 — нагревательные элементы модели, 8 и 9 — подгоночные резисторы; 10 — сигнальная лампа Проведенные испытания показали достаточно высокую точность и надежность системы [119]. На базе использования моделирующего устройства МЭИ разработана упрощенная схема установки для двухиози- ционного автоматического регулирования отпуска теплоты на отопление в осенневесенний период, т.е. в диапазоне излома температурного графика, когда температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети поддерживается постоянной и равной обычно 70 °C [109]. Принципиальная схема установки и ее электрическое устройство показаны на рис. 8.28. В схеме использовано следующее основное оборудование: жидкостная модель здания с двумя электронагревателями и подгоночными резисторами; биметаллическое термореле (датчик температуры), размещенное в полой камере модели; щиток управления с трансформатором 120—220/12 В; электрогидравлическое реле 2 с S-образными биметаллическими элементами, на которых размещена обмотка электронагревателя 3, и клапанковым устройством конструкции Теплосети Мосэнерго; микропозиционер 4, сблокированный с ходом штока электрогидравлического реле 2; регулятор расхода типа РР-40 с ограничителем. Эта схема обеспечивает двухпозиционное регулирование подачи сетевой воды на отопление (полностью открыто — частично открыто). Сопротивление электронагревателей модели должно быть выбрано с таким расчетом, чтобы температура воздуха внутри модели /в м была равна расчетной внутренней температуре помещения при температуре наружного воздуха /н и, соответствующей точке излома температурного графика (для Москвы /н и = 2,5 °C). При повышении температуры наружного воздуха сверх той, которой соответствует точка излома температурного графика (т.е. при tn > /н м), температура внутри модели повышается, что при заданной f™8* приводит к замыканию термореле (датчика температур) и включению обмотки электрогидравлического реле. В результате регулирующий клапан регулятора расхода частично прикрывается и регулятор сокращает расход воды до заданного минимума. Одновременно с помощью микропозиционера 4 размыкается цепь одного нагревательного элемента модели и сокращается подвод теплоты в модель пропорционально отпуску теплоты на отопление здания. При этих условиях температура в помещениях здания и температура внутри модели снижается на одно и то же значение. Когда температура внутри модели достигает минимально допустимого значения, термореле размыкается и расход воды восстанавливает- ся до нормального. Одновременно с помощью микропозициоиера 4 замыкается цепь ранее выключенного нагревательного элемента модели и подвод теплоты в модель восстанавливается до нормального. На рис. 8.29 показана характеристика работы этого регулятора в теплый период отопительного сезона, полученная в результате экспериментального исследования одного из отапливаемых зданий. Результаты испытания подтверждают возможность использования модели здания для количественного регулирования отпуска теплоты на отопление в диапазоне излома температурного графика. Для автоматизации тепловых пунктов (подстанций) применяются как гидравлические, так и электронные автоматические регуляторы. В последние годы началось внедрение электронных авторегуляторов на крупных тепловых подстанциях. Основные их преимущества: универсальность и достаточно высокая надежность. Однако электронная автоматика нуждается в квалифицированном обслуживании. Поэтому в настоящее время наряду с электронными регуляторами применяются также гидравлические авторегуляторы прямого и непрямого действия. В качестве энергоносителя в этих регуляторах в большинстве случаев используется сетевая вода. Конкретные схемы автоматизации на базе гидравлических регуляторов приведены в [101]. Контрольные вопросы и задания Укажите основное назначение тепловых подстанций. Приведите для иллюстрации принципиальную схему групповой тепловой подстанции жилого района и объясните, как она работает. Каково основное условие возможности параллельной работы конденсатных насосов нескольких абонентов на общий конденсато- провод? В чем заключается метод определения расчетного расхода сетевой воды на групповой тепловой подстанции при параллельной и двухступенчатой последовательной схемах присоединения установок горячего водоснабжения и отопительных установок? Как осуществляется выбор типоразмеров секционного теплообменника? Как определить суммарную длину секций теплообменника? Почему тепловая нагрузка секционного теплообменника не зависит от его диамет- pa, а зависит только от его суммарной длины? Из какого уравнения следует этот вывод? Как осуществляется выбор типоразмера пластинчатого теплообменника? На основе каких уравнений определяется число ступеней подогрева и количество каналов пластинчатого теплообменника? Какими параметрами ограничивается возможная максимальная скорость воды в каналах пластинчатого подогревателя, а значит, и возможное количество параллельно включенных каналов? Приведите уравнение характеристики водоструйного элеватора и объясните значения и размерности входящих в нега величин. Почему в водоструйном элеваторе с заданным диаметром камеры смешения при увеличении гидравлического сопротивления отопительной установки необходимо уменьшить диаметр сопла? Из какого уравнения следует такая зависимость? Почему при возникновении кавитации в сопле элеватора снижается расход сетевой воды? Как определяется расход сетевой воды при кавитации? Что такое коэффициент тепловой аккумуляции здания? Каково физическое значение этого коэффициента и его размерность? Приведите расчетную формулу для определения внутренней температуры в отапливаемых помещениях при нарушении стационарного теплового режима. Что представляет собой в этом уравнении л/3? Как влияют на изменение внутренней температуры в отапливаемых помещениях изменения наружной температуры, температуры в подающем трубопроводе тепловой сети, расхода сетевой воды? Какими уравнениями описываются эти зависимости? Укажите основные способы защиты от внутренней коррозии местных установок горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения. Какие импульсы используются обычно для группового или местного регулирования отопительной нагрузки? Какова общая характеристика этих импульсов? Изобразите принципиальную схему автоматического регулирования отопительной нагрузки с помощью устройства, моделирующего внутренний тепловой режим здания. Какова особенность этой схемы по сравнению с другими методами регулирования отопительной нагрузки? ГЛАВА ДЕВЯТАЯ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ ТРАССА И ПРОФИЛЬ ТЕПЛОПРОВОДОВ Тепловая сеть — это система прочно и плотно соединенных между собой участков теплопроводов, по которым теплота с помощью теплоносителя (пара или горячей воды) транспортируется от источников к тепловым потребителям. Направление теплопроводов (трасса) выбирается по тепловой карте района с учетом материалов геодезической съемки, плана существующих и намечаемых надземных и подземных сооружений, данных о характеристике грунтов, высоте стояния грунтовых вод и т.п. Следует стремиться к прокладке магистральной трассы в районе наиболее плотной тепловой нагрузки, к наименьшей длине теплопроводов и минимальному объему работ по сооружению сети. Для предупреждения коррозии не рекомендуется прокладывать подземные тепловые сети в одном проезде параллельно с трамвайными путями и отсасывающими кабелями постоянного тока, а также на территориях бывших свалок, участков, подвергающихся затоплению загрязненными жидкостями, в заболоченных местах. Вопрос о выборе типа теплопровода (надземный или подземный) решается с учетом местных условий и технико-экономических обоснований. При высоком уровне грунтовых и внешних вод, большой густоте существующих подземных сооружений на трассе проектируемого теплопровода, сильно пересеченной оврагами местности и пересечении многоколейных железнодорожных путей в большинстве случаев отдается предпочтение надземным теплопроводам. Они обычно также применяются на территориях промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов на общих эстакадах или высоких опорах. В жилых районах из архитектурных соображений обычно применяется подземная прокладка тепловых сетей. Однако опыт показывает, что надземные теплопроводы долговечнее и более ремонтнопригодны по сравнению с подземными. Поэтому желательно изыскивать возможность хотя бы частичного применения в городах надземных теплопроводов на низких отдельно стоящих опорах, в первую очередь на окраинах городов, в промышленных зонах, в районах, не подлежащих застройке, и др. В особо тяжелых грунтовых условиях (вечномерзлые грунты, просаживающиеся и заболоченные участки) должны, как правило, применяться надземные теплопроводы. При выборе трассы теплопровода следует руководствоваться в первую очередь условиями надежности теплоснабжения, безопасности работы обслуживающего персонала и населения, возможностью быстрой ликвидации неполадок и аварий. По условиям безопасности работы тепловых сетей и надежности теплоснабжения не допускается прокладка в общих каналах теплопроводов совместно с кислоро допроводами, газопроводами, трубопроводами сжатого воздуха давлением выше 1,6 МПа, трубопроводами легковоспламеняющихся и ядовитых жидкостей и газов, трубопроводами фекальной и ливневой канализации. При проектировании подземных теплопроводов по условиям снижения начальных затрат следует выбирать минимальное количество камер, сооружая их только в пунктах установки арматуры и приборов, нуждающихся в обслуживании. Количество требующихся камер сокращается при применении сильфонных или линзовых компенсаторов, а также осевых компенсаторов с большим ходом (сдвоенных компенсаторов), естественной компенсации температурных деформаций. Согласно СНиП 2.04.07-86 [130] заглубление тепловых сетей от поверхности земли или дорожного покрытия должно быть до верха перекрытия каналов и туннелей 0,5 м, до верха перекрытия камер 0,3 м, до верха оболочки бесканальной прокладки 0,7 м. На непроезжей части допускаются выступающие на поверхность земли перекрытия камер и вентиляционных шахт на высоту 0,4 м. Для облегчения опорожнения (дренажа) теплопроводов их прокладывают с уклоном к горизонту. Минимальный уклон водяных сетей принимается равным 0,002. Направление уклона безразлично. В паровых сетях минимальный уклон принимается равным 0,002 при направлении уклона по ходу пара и 0,01 против хода пара. Для защиты паропровода от попадания конденсата из конденсатопровода в период остановки паропровода или падения давления пара после конденсатоотводчиков должны устанавливаться обратные клапаны или затворы. Выбранное направление трассы тепловых сетей с учетом норм приближения к сооружениям и смежным коммуникациям наносится на план геодезической съемки с привязкой оси трассы к существующим зданиям или другим сооружениям По трассе тепловых сетей строится продольный профиль, на который наносят планировочные (красные) и существующие (черные) отметки земли, уровень стояния грунтовых вод, существующие и проектируемые подземные коммуникации и другие сооружения, пересекаемые теплопроводом, с указанием вертикальных отметок этих сооружений. На рис. 9.1 приведены для иллюстрации трасса и профиль участка подземного теплопровода в непроходном канале. КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОПРОВОДОВ В общем случае теплопровод состоит из трех основных элементов: рабочего трубопровода, по которому транспортируется теплоноситель и который в современных условиях обычно выполняется из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки; изоляционной конструкции, предназначенной для защиты наружной поверхности стального трубопровода от коррозии и теплопровода в целом от тепловых потерь; несущей конструкции, воспринимающей весовую нагрузку теплопровода и другие усилия, возникающие при его работе, а также разгружающей стальной трубопровод и его изоляционную конструкцию от нагрузки окружающей среды (веса грунта, движущегося наземного транспорта, ветра и т.д.). Конструктивное выполнение указанных элементов зависит от типа теплопровода и используемых материалов. В некоторых типах теплопроводов, например в беска- нальном теплопроводе с монолитной изоляцией, функции изоляционной и несущей конструкции совмещены в одном общем элементе. В зависимости от используемых материалов изоляционная конструкция теплопровода может выполняться как в виде одного элемента, так и в виде нескольких последовательно соединенных элементов, например нескольких наложенных друг на друга слоев изоляции, каждый из которых выполняет отдельную задачу (антикоррозионную защиту, тепловую защиту, защиту изоляции от влаги) [19, 50, 77]. Современные теплопроводы должны удовлетворять следующим основным требованиям: надежная прочность и герметичность трубопроводов и установленной на них арматуры при ожидаемых в эксплуатационных условиях давлениях и температурах теплоносителя; высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло- и электросопротивление, а также низкие воздухопроницаемость и водопоглощение изоляционной конструкции; индустриальность и сборность; возможность изготовления в заводских условиях всех основных элементов теплопровода, укрупненных до пределов, определяемых типом имощностью подъемно-транспортных средств; сборка теплопроводов на трассе из готовых элементов; возможность механизации всех трудоемких процессов cmpoumeibcmea и монтажа; ремонтопригодность, т.е. возможность быстрого обнаружения причин возникновения отказов или повреждений и устранение их и их последствий путем проведения ремонта в заданное время; экономичность при строительстве и эксплуатации. Требования пп. 1, 3—6 очевидны и не нуждаются в комментариях; что же касается требования п. 2,то здесь необходимо привести дополнительные пояснения. Все подземные теплопроводы, и в первую очередь теплопроводы бесканальные и в непроходных каналах, работают, как правило, в условиях высокой влажности и повышенной температуры окружающей среды, т.е. в условиях, весьма благоприятных для коррозии металлических сооружений. Поэтому важнейшим элементом является изоляционная конструкция, назначение которой не только защита теплопровода от тепловых потерь, но, что еще более важно, защита трубопровода от наружной коррозии. От успешного решения этой задачи непосредственно зависит долговечность теплопровода [59]. Рассмотрим более подробно требования к изоляционной конструкции, изложенные в п. 2. Высокое тепловое сопротивление изоляционной конструкции, что практически означает низкий коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, необходимо для снижения тепловых потерь теплопровода. Требование низкого влагопоглощения также связано с задачей снижения тепловых потерь, так как при увлажнении изоляционного слоя повышается его теплопроводность и возрастают тепловые потери. Однако этим не исчерпывается роль низкого влагопоглощения изоляционной конструкции. От влагопоглощения изоляционной конструкции, так же как и от ее воздухопроницаемости и электросопротивления, существенно зависит долговечность подземных теплопроводов. Наружная поверхность стальных подземных трубопроводов подвержена воздействию часто взаимосвязанных процессов электрохимической и электрической коррозии. Основным агентом, вызывающим коррозию подземных теплопроводов, является кислород, растворенный во влаге, поступающей из окружающего грунта через изоляцию к поверхности трубы. Процесс коррозии интенсифицируется при наличии во влаге, поступающей из грунта, или в изоляционном слое, через который проходит влага, агрессивных веществ: диоксида углерода (СО2), сульфатов (SO4) или хлоридов (С1). Другим источником поступления кислорода к наружной поверхности стального трубопровода является воздух. Обогащая влагу кислородом, воздух интенсифицирует коррозию. Поэтому для защиты наружной поверхности стальных трубопроводов от электрохимической коррозии необходимо обеспечить не только низкое водопогло- щение, но и низкую воздухопроницаемость изоляционной конструкции. В том случае, когда изоляционный слой выполнен из пористого материала, например минеральной ваты, пенобетона, биту- моперлита и др., необходимо защитить его от внешней влаги и воздуха наружным покрытием из материала с низким водопогло- щением и низкой воздухопроницаемостью, например из полиэтилена или изола. Основной метод защиты подземных теплопроводов от электрохимической коррозии заключается в выполнении изоляционного слоя из материала с высоким влаго- и электросопротивлением. Другое возможное решение этой задачи заключается в электрической изоляции металла от электролита путем наложения на наружную поверхность стальных трубопроводов антикоррозионного покрытия, имеющего большое электрическое сопротивление, например путем эмалирования наружной поверхности или нанесения двухслойного покрытия температуроустойчивым изолом или трехслойного покрытия органосиликатной краской АС-8а. Из современных антикоррозионных покрытий наиболее надежным и долговечным при температуре теплоносителя до 200 °C является стеклоэмалевое покрытие, выполняемое из рекомендованных Всероссийским научно-исследовательским институтом строительства трубопроводов (ВНИИСТ) силикатных эмалей 105Т и 64/64, накладываемых на предварительно очищенную поверхность стальных труб, разогретых электроиндукци- онным или печным методом [94]. Возможным решением может быть также металлизационное алюминиевое покрытие, предложенное Академией коммунального хозяйства имени К.Д. Памфилова [94]. Это покрытие наносится с помощью электродуговых или газопламенных аппаратов, в которых расплавляется проволока из технически чистого алюминия, и струей сжатого воздуха напыляется на наружную поверхность стального трубопровода, заранее очищенную от продуктов коррозии и загрязнений. Алюминиевое покрытие не защищает трубопровод от блуждающих токов Поэтому в зоне опасного влияния блуждающих токов должна осуществляться дополнительная защита этих трубопроводов от электрокоррозии.  Анодная Катодная зона зона |