Эксплуатация, тепловой расчет и выбор систем отопления теплоснабжения

В соответствие с задание на территории микрорайона  г.Новосибирска для прокладки тепловых сетей приняты непроходные каналы типа KЛ 60-45 (рис. 1) и КЛ 90-45, обеспечивающие свободный доступ к трубопроводам при производстве сварочных, изолировочных и других видов работ.

 При канальной прокладке в непроходном канале трубопроводы прокладываются на подвижные и неподвижные опоры, при этом обеспечивается организованное тепловое удлинение.

Данная прокладка трубопровода применяется для прокладки труб диаметром до 700 мм независимо от числа труб (в данном проекте идёт двухтрубное исчисление), конструкция канала зависит от влажности грунта.

Непроходные каналы марки КЛ собираются из лотковых элементов, перекрываемых съемными плоскими плитами.

 

а – ширина канала, б, г – расстояние от стенки канала до оси трубы, в – расстояние между осями труб, h –  расстояние от пола канала до труб, H – высота канала; 1 - плита перекрытия, 2 – стеновой блок, 3 –  песок крупнозернистый, 4 – дренажная труба,  5 – гидроизоляция, 6 – цемент.

Рисунок 1 – Непроходной одноячейковый канал типа КЛ 60-45 
7 Подбор оборудования тепловой сети

 

 

 

Схему тепловых сетей принимаем тупиковыми, без резервирования. Для трубопроводов тепловых сетей, работающих при давлениях до 2,5 МПа и температурах теплоносителя до 200 °С, следует предусматривать стальные электросварные трубы.

Арматуру в тепловых сетях следует применять стальную. Допускается применять арматуру из высокопрочного чугуна в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования систем отопления tн выше -40 °С; из ковкого чугуна с tн выше -30 °С; из серого чугуна с tн выше -10 °С. Так как согласно задания максимальная tн =-39 0С, принимаем к расчету арматуру из высокопрочного чугуна.

На выводах тепловых сетей от источника теплоты, на вводах в здания с суммарной тепловой нагрузкой на отопление и вентиляцию 0,2 МВт и более должна предусматриваться стальная запорная арматура.

Запорную арматуру в тепловых сетях следует предусматривать:

а) на трубопроводах выводов тепловых сетей от источников теплоты;

б) на трубопроводах водяных тепловых сетей Dy ≥ 100 мм на расстоянии не более 1 000 м друг от друга (секционирующие задвижки);

в) в узлах на трубопроводах ответвлений Dy > 100 мм, а также в узлах на трубопроводах ответвлений к отдельным зданиям независимо от диаметров трубопроводов.

При длине ответвлений к отдельным зданиям до 30 м и при Dy < 50 мм допускается запорную арматуру на этих ответвлениях не устанавливать, при этом следует предусматривать запорную арматуру, обеспечивающую отключение группы зданий с суммарной тепловой нагрузкой, не превышающей 0,6 МВт.

В нижних точках трубопроводов тепловых сетей необходимо предусматривать штуцера с запорной арматурой для спуска воды (спускные устройства). Спускные устройства должны обеспечить продолжительность опорожнения участка для трубопроводов Dy≤300 мм - не более 2 ч. Диаметры спускных устройств должны определяться по табл. 5.1 [Л9 стр.62].

В высших точках трубопроводов тепловых сетей должны предусматриваться штуцера с запорной арматурой для выпуска воздуха (воздушники), условный проход которых приведен в табл. 5.2 [Л9 стр.62]. При проектировании следует отдавать предпочтение малогабаритной запорной арматуре (шаровым кранам, затворам).

Для фиксации отдельных точек трубопроводов должны быть расставлены неподвижные опоры, воспринимающие горизонтальные усилия вдоль оси теплопроводов. Неподвижные опоры

 

 

 

в первую очередь устанавливают в местах размещения ответвлений, секционирующих задвижек,

на участках самокомпенсации с углами поворота 90-1300, промежуточные неподвижные опоры устанавливаются на протяженных прямолинейных участках. На прямом участке трубы расстояние между опорами не должно превышать рекомендуемого значения lрек., согласно таблицы 3.7 [Л9 стр.36]. Рекомендуемое расстояние зависит от теплоносителя, его параметров и выбранного типа компенсаторов. Рекомендуемую длину нельзя превышать более чем на 1м.

Различают щитовые, лобовые, хомутовые,  усиленные и весьма усиленные опоры.

В непроходных каналах применяют щитовые и лобовые опоры.

Применим неподвижные лобовые опоры (рис. 2). На трубы с толщиной стенки от2,5 мм до 5 мм на трубопровод одевается хомут, к нему привариваются ребра жесткости. Далее конструкция укладывается в бетонный лоток.

1 – несущая конструкция, 2 –  приварные упоры с двумя ребрами жесткости, 3 – ребра жесткости.

Рисунок 2 – Лобовая неподвижная опора

 

Для восприятия вертикальных нагрузок от теплопроводов следует предусматривать подвижные опоры. Подвижные опоры используются при всех способах прокладки, кроме безканальной.

Расстояние между опорами определяется расчетом на прочность.

На расстоянии не превышающем lрек. Между теплофикационными камерами на любом участке трубы по заданному диаметру.

Количество подвижных опор рассчитывают по условию, округлив до целого, четного числа

 

 

n= lуч./ lрек.,                                                                                                        (23)

 

 

где lрек. берется из таблицы 3.2 [Л9 стр. 29].

 

 

 

По принципу свободного перемещения различают опоры скольжения, качения и подвесные.

Скользящие опоры принимают не зависимо от направления горизонтальных перемещений трубопровода при всех способах прокладки и для всех диаметров труб (рис. 3).

При установке подвижных опор необходимо предусмотреть сохранность тепловой изоляции трубопровода во время его перемещений при температурных расширениях.

Установка опор в каналах и лотках не должна препятствовать свободному стоку воды.

1 – лапа; 2 – опорная  плита; 3 – основание; 4 – ребро; 5 – ребро боковое;

6 – подушка; 7 – монтажное  положение опоры; 8 – каток; 9 –  ролик;

10 – кронштейн; 11 – отверстия. 

Рисунок 3 – Типовая скользящая опора

 

Компенсация температурных деформаций в теплопроводе обеспечивается П-образными (радиальными) компенсаторами, а также самокомпенсацией - использованием участков поворотов теплотрассы.

Радиальные компенсаторы могут применяться для любых диаметров, они не требуют обслуживания.

Все компенсирующие устройства перед монтажом теплотрассы должны быть предварительно растянуты. Величина предварительной растяжки или сжатия компенсирующего элемента должна быть указана в проектной документации и в паспорте на трубопровод. Величина растяжки должна производиться с учетом температуры монтажа.

Для обеспечения нормального растяжения компенсатор устанавливают как минимум на трех подвижных опорах. Две из них должны находиться на прямом участке теплопровода, примыкающего к компенсатору (при этом опора должна находиться на расстоянии не менее чем на 500 мм от сварного стыка), третью опора устанавливается под спинку компенсатора. После сборки и сварки стыка и закрепления участка теплотрассы на неподвижной опоре грузоподъемные вспомогательные средства отсоединяются от компенсатора. После чего трубопровод   подводится  к  

 

 

стыку  и после его сварки с компенсатором закрепляется в неподвижной опоре. В последнюю очередь с компенсатора снимают растяжку.

Устанавливаются П-образные компенсаторы вылетом направо по ходу движения теплоносителя. Плечи компенсатора должны быть равны. При подземной прокладке трубопровода компенсатор укладывается компенсаторной нише.

Правильный монтаж П-образных компенсаторов позволит не только сохранить работоспособность трубопровода долгие годы, но и сделать его эксплуатацию максимально эффективной.

При решении вопросов компенсации температурных деформаций в тепловых сетях в первую очередь необходимо использовать для самокомпенсации естественные углы поворота трассы, и уже затем применять специальные компенсирующие устройства.

Для размещения запорной арматуры, спускных и воздушных устройств и другого оборудования, требующего постоянного доступа и обслуживания, на каждом ответвлении устраиваются тепловые камеры. Размеры камеры принимаются из условий нормального обслуживания размещаемого в камере оборудования. Строительная часть камер выполняется из сборного железобетона или кирпича. Прокладка трубопроводов через стенки камер в гильзах, внутри камеры устанавливаем подвижные опоры, при выходе трубопровода из камеры через 2 м с одной из сторон неподвижная опора. Это необходимо, чтобы при тепловом удлинении не повредить капитальную конструкцию стены камеры или жилого дома.

Высоту камеры принимаем 2 м, для осмотра предусматриваем 2 люка, так как система двухтрубная. Размер люка 630 мм, 1 м, расположение по диагонали, крышки люков чугунные, заглубление которых не более 0,3 м или заподлицо. Под люками должны быть устроены лестницы или скобы. Днище камеры выполняется с уклоном не менее 0,02 в сторону водосборного приямка.

В камере дренаж, проходы между трубопроводами не менее 600 мм.

Разработаем узел присоединения трубопроводов в камере УТ2 (Лист 1 КП).

 

 

1 – стальная труба-футляр, 2 –  попутный дренаж, 3 – скобы, 4 –  лобовая опора, 5 – сальниковый компенсатор, 6 – люк, 7 – переход диаметров, 8 – воздушник, 9– тепловая изоляция, 10 – дренажный приямок, 11 – упорная конструкция из швеллеров.

Рисунок 3 – Теплофикационная камера с двумя ответвлениями.

 

 

 

8 Расчет теплового удлинения

 

 

 

Тепловое удлинение – это изменение линейных размеров трубопровода под действием температур (рис. 4).

Расчет производится по формуле

 

 

L=lуч∙α∙(T1-tокр),                                                                           (24)

 

 

где lуч – расстояние между камерами или между неподвижными опорами, м;

α=0,0125 мм/м∙0С – коэффициент теплового расширения стали для трубопроводов, определяется экспериментально для температур не более 4000С;

 tокр – температура окружающей среды, 0С,  tокр= tн, если прокладка надземная, tокр=50С, если прокладка в канале, tокр= tгрунта, если прокладка в траншее или прокол.

 

Расчетное тепловое удлинение определяется по формуле

 

 

ΔХ= L∙ ℰ,                                                                                            (25)

 

 

где ℰ =0,5 – коэффициент релаксации (расслабления).

 

Производим расчет теплового удлинения для каждого П–образного компенсатора.

Для К1, расположенном на участке 1:

L=42∙0,0125∙(130-5),

L=65,625 мм,

ΔХ=65,625∙0,5,

ΔХ=33 мм.

 

Для К3, расположенном на участке 1:

L=80∙0,0125∙(130-5),

L=125 мм,

ΔХ=125∙0,5,

ΔХ=62,5мм.

 

Для К5, расположенном на участке 1:

L=36∙0,0125∙(130-5),

L=56,25 мм,

ΔХ=56,25∙0,5,

ΔХ=28,125 мм.

 

Для К6, расположенном на участке 2:

L=51∙0,0125∙(130-5),

L=79,688 мм,

ΔХ=79,688∙0,5,

ΔХ=39,844 мм.

 

Для К7, расположенном на участке 3:

L=53∙0,0125∙(130-5),

L=82,813 мм,

ΔХ=82,813∙0,5,

ΔХ=41,406 мм.

 

1 – ось компенсатора, 2 – монтажное  положение, 3 – рабочее положение,

ΔХ – тепловое удлинение, l – плечо компенсатора.

Рисунок 4 – Схема теплового удлинения П-образного компенсатора

 

 

 

9 Обоснование  построения монтажных схем и  планов каналов тепловой сети

 

 

 

На основании гидравлического расчета строится монтажная схема в двухтрубном исполнении в масштабе, с расстановкой компенсаторов и неподвижных опор по правилам, общей протяженностью 415 м (в двухтрубном исчислении). Диаметры принимаем равными от Dн=57x3,5 до Dн=33x4 в зависимости от часового расхода воды.

Неподвижные опоры устанавливаются за 2 м от капитальной конструкции и не ближе 6 м от углов поворота. В результате вычерчивания монтажной схемы на тепловой сети установлены неподвижные опоры трубопроводов.

Между неподвижными опорами на равном расстоянии устанавливаются компенсаторы, так чтобы плечи компенсатора работали в равных условиях. Всего в ходе проектирования были установлены 6 П-образных компенсаторов.

Также тепловая сеть оснащена подвижными опорами, которые устанавливаются в зависимости от диаметра трубопровода.

Рассмотрим участок 1.

Неподвижные опоры  Н1 установлены за 2 м от котельной. До угла поворота УП1 остается 48 м. Закрепляем УП с плечами по 6 м согласно правилу. Оставшееся расстояние 42 м, делим на две равные части по 21 м, устанавливаем П-образный компенсатор К1. Проверяем по диаметру, lрек= 90 м (сравниваем). Установлено правильно.