Теплоснабжение района города Хабаровск

 

5. Построение пьезометрического графика

 

Пьезометрический график построен на основе результатов гидравлического расчета (отопительный период), для расчетной линии от источника теплоты до наиболее удаленного ЦТП. При построении учтены основные требования к гидравлическим режимам, изложенные в СНиП 41-02-2003, наиболее существенными из которых являются:

• напор в обратном трубопроводе при зависимом присоединении местных систем отопления не должен превышать допустимое значение, соответствующее максимальному допускаемому давлению для элементов местных систем минус 0,1 МПа, что, при обычно принимаемом значении давления в местных системах 0,6 МПа, соответствует напору в обратном трубопроводе 50 м водяного столба, т.е:

Hобр ≤ 50м;  

• напор в обратном трубопроводе при зависимом присоединении местных систем отопления должен быть не менее статического напора , ( ) необходимого для заполнения местных систем отопления плюс 5 м. Это значение приближенно может быть оценено следующим образом.

Hст = Nэ∙3 + 5 = 9∙3 + 5 = 32 м

где - этажность основных зданий района.

• напор в подающем трубопроводе не должен превышать допустимое значение, которое в курсовом проекте принимается равным 120 м, т.е:
• Hпод ≤ 120 м;  
• напор в подающем трубопроводе должен обеспечить условие невскипания сетевой воды, которое может быть выражено следующим образом:

где = 0,4760 МПа – давление насыщенных паров воды, соответствующее температуре сетевой воды в подающей магистрали = 150°С;

Hпод = 0,476∙100 - 10 = 37,6м

 

• напор на входе в сетевые насосы должен быть не менее, чем 5 м водяного столба.

Кроме того, необходимо учесть, что потери напора в ЦТП обычно составляют 12...17 м, потери напора в оборудовании источника теплоты, в напорной его части – 20...27 м, в приемной части (перед сетевыми насосами) – 5...8 м.

Таким образом, линия статического напора построена из условий заполнения водой отопительных установок всех потребителей и создания в их верхних точках избыточного давления 5 м. Линия невскипания воды проведена параллельно профилю местности с ординатой в каждой точке, равной давлению вскипания воды при расчетной температуре в подающей магистрали. Линии потерь давления построены по данным гидравлического расчета.

 

В случае невозможности одновременного выполнения всех требований необходимо предусмотреть дополнительные проектные решения – переход на независимые местные системы отопления, установку подкачивающих насосов, регулирующей арматуры и т.п.

                                  6.  Расчет толщины тепловой изоляции

 

Расчет выполняется по нормированной линейной плотности теплового потока, значения которой принимаются по СНиП 41-03-2003 в зависимости от  среднегодовой температуры теплоносителя, которая определяется также по СНиП 41-03-2003 и равна для подающего трубопровода и = 50°С – для обратного трубопровода.

Величина tв1 зависит от расчетной температуры сетевой воды в подающем трубопроводе, как показано в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Значения температур tв1

 

	950С	1500С	1800С
tв1	650С	900С	1100С

 

При = 150°С  температура = 90°С. Определение плотности теплового потока производится по СНиП 41-03-2003.

Указанным СниП нормируется суммарная линейная плотность теплового потока подающего и обратного трубопроводов q, Вт/м. Это значение распределяем по подающему и обратному трубопроводам следующим образом:

, Вт/м – для подающего трубопровода,

, Вт/м – для обратного трубопровода,

где = = 5°С – средняя температура окружающей среды, по СНиП 41-03-2003 она принимается равной температуре грунта, которая принята равной 5°С.

 Плотности теплового потока откорректированы с учетом района строительства тепловых сетей:

;   ,

Здесь и - откорректированные значения нормированной линейной плотности теплового потока, Вт/м;

К = 0,92 – поправочный коэффициент, принимаемый по СНиП 41-03-2003 в зависимости от расчетного района строительства (Крайний Север) и способа прокладки трубопровода (в непроходных каналах).

Теплоизоляционное покрытие принимается однослойным, термическое сопротивление покровного слоя не учитывается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Бесканальная прокладка.

Толщины изоляции подающего и обратного трубопроводов определяются по формулам:

где , - наружные диаметры подающего и обратного трубопровода, м

, - теплопроводность изоляции подающего и обратного трубопроводов, Вт/м/К, принимается по СП 41-103-2000 с учетом температуры теплоносителя;

- термическое сопротивление грунта, м 0С/Вт. Для его определения наружный диаметр изолированных трубопроводов dиз принимается по ГОСТ 30732, после чего производится расчет:

Здесь Н - расстояние от поверхности грунта до оси трубопровода, м, определяется с учетом расстояния от верха трубы до поверхности земли, которое не должно быть менее 0,7 м;

R0 – термическое сопротивление, обусловленное взаимодействием двух труб:

- расстояние между осями труб, м, которое можно определить, используя данные о минимальном расстоянии между поверхностями двух труб в непроходных каналах по СНиП 41-02-2003.

Результаты расчета представляются в табличной форме (табл. 6.3)

 

 

 

Таблица 6.3 - Результаты расчета толщины изоляции

 

№ уч.	dН *S, мм	H, м	, м	dиз, м	Rо, м∙°С/Вт	Rгр, м∙°С/Вт	B1	B2	δиз 1, мм	δиз 2, мм	Принятая толщина изоляции	q'1,Вт/м	q'2,Вт/м
2	450*7	465	0,84	0,57	0,311	0,672	0,16	0.12	0,046	0,0338	62,96	98,982	53,298
5	400*7	420	0,80	0,51	0,310	0,672	0.16	0.12	0,042	0,0306	57,5	90,428	48,692
7	350*7	360	0,72	0,46	0,309	0,668	0.43	0.32	0,129	0,0905	56,2	82,485	44,415
10	250*7	300	0,61	0,36	0,308	0,673	0.57	0.43	0,184	0,1289	50,6	64,766	34,874
1	500*7	505	0,88	0,65	0,312	0,667	0.57	0.43	0,164	0,1144	72,9	107,536	57,904
3	450*7	465	0,84	0,57	0,311	0,672	0.48	0.34	0,131	0,0863	62,96	98,982	53,298
4	450*7	465	0,84	0,57	0,311	0,672	0.25	0.17	0,054	0,0349	62,96	98,982	53,298
6	400*7	420	0,80	0,51	0,310	0,672	0.36	0.25	0,082	0,0535	57,5	90,428	48,692
8	350*7	360	0,72	0,46	0,309	0,668	0.48	0.34	0,116	0,0763	56,2	82,485	44,415
9	350*7	360	0,72	0,46	0,309	0,668	0.57	0.43	0,105	0,0733	56,2	82,485	44,415
23	125*6	200	0,51	0,21	0,303	0,684	0.57	0.43	0,051	0,0357	39,46	40,326	21,714

 

 

 

3. Расчет на прочность

1. Расчет толщин стенок труб с учетом внутреннего давления

 

Толщина стенки трубы, мм, должна быть не менее определенной по формуле:

где dн – наружный диаметр трубы, мм;

pи = 1,5 pp – внутреннее давление, в расчете толщины стенки трубы принимается равным давлению гидравлических испытаний; расчетное давление pp, МПа, принимается (по пьезометрическому графику) равным давлению в подающей магистрали на выходе из источника теплоты:

pp = 0,01∙Hpаб = 0,01∙145,6 = 1,456МПа;

тогда  pмах = 1,5∙1,456= 2,2 МПа ≥ 1,6 МПа.

 φ = 0,8 – коэффициент прочности сварных швов (для электросварных труб);

σadm = 146 МПа – допускаемые нормальные напряжения, принимаются по СП 41-105-2002.

Расчет толщин выполнен для участков магистрального трубопровода, полученные значения не превышают фактические толщины δ (см. табл. 7.1).

 

2. Проверка прочности по нормальным напряжениям

 

В первую очередь определяется вес 1 метра теплопровода, Н/м:

здесь dн, δ, δиз – в метрах; ρст = 7800 кг/м3– плотность стали; ρв = 1000 кг/м3– плотность воды; ρиз = 100 кг/м3 – плотность изоляции, принимается по СП 41-103-2000; = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Проверка прочности по  продольным напряжениям σ, МПа, выполняется по условию:

где N – продольное усилие, H;

Атр = π(dн – δ)∙δ – площадь поперечного сечения трубопровода, м2;

М – изгибающий момент, Н/м;

W – осевой момент сопротивления сечения трубы.

Коэффициент а1=1 при прокладке в каналах.

Продольное усилие определяется по формуле:

Коэффициент a2 = 1 для прокладки в каналах с П-образными компенсаторами, а также при наличии на рассматриваемом участке запорной арматуры или отводов (канальная и бесканальная прокладка); a2 = 0 для канальной и бесканальной прокладке с сильфонными или сальниковыми компенсаторами при отсутствии отводов и запорной арматуры.

fтр – сила трения на 1 м длины трубопровода, Н/м, при бесканальной прокладке, равна:

где μгр = 0,5

lmax – максимальное расстояние от неподвижной опоры до компенсатора, м (определяется по монтажной схеме).

Коэффициент a3 = 1 при наличии компенсатора, и a3 = 0 при отсутствии компенсатора (участок с отводами).

Fк – осевая реакция компенсатора, Н, для ее определения вычисляется температурное удлинение участка Δlmax, м:

где αt – коэффициент линейного температурного расширения, принимается равным 1,2∙10-5 К-1;

= 145°С – расчетная температура сетевой воды в подающей магистрали;

tно = –32°С – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления.

Для П-образных компенсаторов осевая реакция на единицу удлинения трубопровода Fк определяется по паспортным данным компенсатора, которая затем умножается на Δlmax.

Изгибающий момент определяется по формуле:

lпо – расстояние между подвижными опорами, м, которое зависит от диаметра трубы.

Момент сопротивления, м3:

Расчеты толщин и напряжений приведены в таблице 8.1. Полученные продольные напряжения σ не превышают допускаемого значения σadm = 146 МПа.

 

3. Расчет осевых усилий на неподвижные опоры

 

Осевое усилие на неподвижную опору Nно, Н, рассчитывается по формуле:

здесь - площадь внутреннего сечения трубопровода, м2, на котором находится запорная арматура либо отвод;

dвн1 – внутренний диаметр трубопровода слева от неподвижной опоры, м;

dвн2 – внутренний диаметр трубопровода справа от неподвижной опоры, м;

где , , , - соответственно силы трения и расстояния до компенсаторов по одну и другую сторону неподвижной опоры (из табл. 7.1).

Величины Δ(fтрlр) приняты не меньше, чем 0,3 меньшего произведения силы трения и длины.

,

где Fк1 и Fк2 – осевые реакции компенсаторов по одну и другую сторону неподвижной опоры. Величины ΔFк приняты не меньше, чем 0,3 меньшего значения осевой реакции компенсатора.

Найденные осевые усилия на неподвижную опору не превышают допускаемые значения:  Nmax = P∙104, где P – максимальное осевое усилие на опору, тс (зависит от DN).

Результаты расчета представлены в таблице7.2.

 

 

 

Таблица 7.1 - Расчет толщин стенок труб и проверка прочности по продольным напряжениям

№ участка	dн, м	Δ, м	δиз, м	δр, м	a2	a3	a4	qв, Н/м	fтр, Н/м	lmax, м	Δlmax, м	Fж, Н	Fp,Н	Fk,Н	N,Н	σ, МПа
1	530	7	0,57	0,024	-1	1	-1	3347,5	3350	81.8	0,174	86872	64736,23	148104	472658	28,51
2	480	7	0,51	0,022	-1	1	0	2745,6	2747	81.8	0,174	86872	64736,27	141768	407974	26,52
3	480	7	0,46	0,022	-1	1	0	2745,4	2747	81.8	0,174	86872	47829,44	131197	397403	22,65
4	480	7	0,36	0,022	-1	1	-1	2749,7	2751	81.8	0,174	86872	35451,41	123707	389914	18,20
5	426	7	0,65	0,020	-1	1	0	2202,5	2205	72,7	0,154	77207	22146,44	109290	323049	16,87
6	426	7	0,57	0,020	-1	1	-1	2193,7	2196	72,7	0,154	77207	16344,23	100390	314147	13,23
7	377	7	0,57	0,018	-1	1	0	1721,4	1723	72,7	0,154	77207	9845,55	98952	265870	11,54
8	377	7	0,51	0,018	-1	1	0	1715,5	1717	72,7	0,154	77207	4980,53	96536	263453	15,98
9	377	7	0,46	0,018	-1	1	-1	1712,3	1714	72,7	0,154	77207	2658,12	94587	261504	16,52
10	273	7	0,46	0,014	-1	1	0	887,1	888	72,7	0,154	77207	996,56	93120	177257	17,65
23	133	6	0,21	0,008	-1	1	0	206,9	207	45,5	0,097	48321	625,74	89631	109105	19,32