ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В ВОДЯНЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Эффективность водяных систем теплоснабжения во многом является схемой присоединения абонентского ввода, который определяется связующим звеном между наружными тепловыми сетями и местными потребителями тепла. Схемы присоединения местных систем отопления по признаку гидравлической связи с тепловыми сетями различаются на зависимые и независимые. В зависимых схемах присоединения теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредственно из тепловых сетей. Таким азом, один и тот же теплоноситель циркулирует как в тепловой сети,так и в отопительной системе. Вследствие этого давление местных системах отопления определяется режимом давления и наружных тепловых сетях. В независимых схемах присоединения теплоноситель из теплосети поступает в подогреватель, в котором его тепло используется для нагревания воды, заполняющей местную систему отопления, При этом сетевая вода и вода в местной системе отопления разделены поверхностью нагрева и таким образом сеть и система отопления полностью гидравлически изолированы друг от друга. Гидравлическая изоляция теплоносителей на абонентском вводе используется для защиты местных установок от завышенной заниженного давлений в тепловых сетях, при которых возможно разрушение нагревательных приборов или опорожнении местных систем отопления. На рис. II.3 зависимое присоединение отопительных приборов показано на схемах а, б, в. При зависимом присоединении местных установок на абонентском вводе применяют наиболее простое и дешевое оборудование. Кроме того, в отопительных приборах полезное использование перепада температур сетевой воды достигает наибольшего значения, благодаря чему может быть уменьшен расход теплоносителя на вводе и сокращена стоимость тепловых сетей за счет уменьшения диаметров труб.

Основной недостаток зависимого присоединения потребителей состоит в том, что давление теплоносителя в тепловых сетях поре дается на приборы местных систем. Поэтому зависимые местным системы отопления используются в условиях, когда давление и тепловых сетях не превышает прочности отопительных приборов, Отопительные чугунные радиаторы выпускаются на избыточное давление до 0,6 МПа, а стальные конвекторы до 1,0 МПа. Зависимое присоединение отопительных установок по схеме рис. II.3, а применяют в системах теплоснабжения промышленных предприятий, а если температура сетевой воды в подающем трубопроводе не превышает 95105°С, то и для отопления жилых и общественных зданий. В таких схемах сетевая вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает в нагревательные приборы. Остывшая вода из нагревательных приборов возвращается в o6-ратный трубопровод тепловой сети. Если температура сетевой воды в подающем трубопроводе больше 95105°С и разность давлений в подающем и обратном трубопроводах достаточна (0,080,15 МПа) для нормальной работы элеватора, то отопительные системы присоединяются по схеме б. Необходимая температура воды, поступающей в нагревательные приборы, поддерживается элеваторным подмешиванием остывшей обратной воды из системы отопления к высокотемпературной сетевой воде из подающего трубопровода. Эту схему применяют для отопления жилых и общественных зданий. Схема в используется вместо схемы б при разности давлений в подающем и обратном трубопроводах на абонентском вводе, недостаточной для нормальной работы элеватора. Замена элеваторного смешения на насосное является прогрессивным решением отопительной техники. По данным лаборатории отопления и вентиляции ЦНИИЭП, применение насосных смесителей на 10 % сокращает потребность сетевой воды и позволяет использовать при монтаже местных систем отопления трубы небольшого диаметра (до 10 мм). Отопительные системы с высоким гидравлическим со­противлением необходимы для повышения гидравлической устой­чивости тепловых сетей, гарантирующей надежное теплоснабжение при резких колебаниях расходов сетевой воды. Недостаток насосного смешения шумная работа. Однако с 1975 г. начато серий­ное производство шести типоразмеров малогабаритных малошум­ных насосов с производительностью 2,525 т/ч и напором 29,2 м.

Рис Схемы присоединения местных систем отопления и горячего водоснабжения в двухтрубных водяных системах. Зависимые схемы отопительных систем: а без смешения; б с элеваторным смешением; в с насосным смешением; а независимая схема отопительной системы; схемы систем горячею водоснабжения; д с верхним баком-аккумулятором; е с нижним баком-аккумулято­ром; в воздушный кран; О -- отопительный прибор; Р расширительный бак; Л аккумулятор; К водоразборный кран; Д измеритель­ная диафрагма; Э элеватор; Н циркуляционный насос местной системы; С смеситель; ПК, пиковый котел; ТП теплофикацион­ный подогреватель; СН, ПН сетевой и подпиточный насосы; PП, РР, РТ регуляторы подпитки, расхода и температуры; ОК обратный клапан; ПУ пусковое устройство насоса; t1 t2 подающий и обратный трубопроводы

За время отопительного сезона температура сетевой воды в подающем трубопроводе изменяется от 60 до 150°С, а в обратном от 30 до н70°С. В водоразборные приборы вода должна подаваться с температурой е более 60°С. Это достигается смешением в смесителе воды из подающего и обратного трубопроводов. Когда водоразбор на горячее водоснабжение становится меньше расчетного, вода (схема д) насосом подается к смесителю и далее смешиваясь с горячей водой из тепловой сети, идет на зарядку верхнего аккумулятора. По такой схеме аккумулятор заряжается под напором воды в обратном трубопроводе тепловой сети. Насос предназначен для восполнения потерь напора в местной системе горячего водоснабжения. В установке горячего водоснабжения с нижним аккумулятором схеме е зарядка аккумулятора производится непосредственно на тепловой сети. Управление зарядкой и разрядкой аккумулятора производится с помощью регулятора расхода, дроссельной шайбы и пускового устройства для включения насоса. При. снижении водоразбора перепад давления в дроссельной шайбе уменьшается, вследствие чего давление перед шайбой увеличивается, что приводит к открытию клапана регулятора. При этом часть воды на стояка местной системы сливается в аккумулятор. С возобновлением расчетного расхода горячей воды давление перед дроссельной шайбой уменьшается, и регулятор расхода закрывается, прекращая зарядку аккумулятора. В период максимальных водоразборов аккумулятор автоматически переключается на разрядку, Импульсом разрядки аккумулятора служит падение давления перед дроссельной шайбой, в результате которого пусковое устройство включает насос. С включением насоса недостающее количество горячей воды в местной системе пополняется из аккумулятоpa. В закрытых системах теплоснабжения местные системы горя­чо водоснабжения гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей (рис. II.4). Гидравлическая изоляция сетевой и местной водопроводной воды гарантирует защиту местных систем горячего водоснабжения от выноса шлама из отопительных установок, который существенно ухудшает качество воды в водоразборных приборах при непосредственном водоразборе из тепловых сетей.

Рис Схемы присоединения местных систем горячего водоснабжения в двухтрубных водяных системах: А в закрытых системах: а параллельное присоединение подогревателя; б двухступенчатое последовательное присоединение подогревателя; в - двухступенчатой смешанное присоединение подогревателя; В в открытых системах; г непосредственное с несвязанным регулированием расходов тепла на отопление и горячее водоснабжение; д со связанным регулированием расходов тепла на отопление и го­рячее водоснабжение; К водоразборный кран; В воздушный кран; О- отопительный прибор; Э элеватор; П - подогреватель; С смеситель; ВВ водопроводная вода; РР, РТ регуляторы расхода и температуры; П1, П2первая и вторая ступени подогревателя

При параллельном присоединении подогревателя горячего водоснабжения (схема а) расход греющей сетевой воды через подогреватель регулируется регулятором температуры РТ в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения и независимо от нагрузки на отопление. Одноступенчатый подогреватель не обеспечивает глубокого охлаждения сетевой воды. Кроме того, по такой схеме не используется тепло обратной воды после отопления, имеющей на продолжении отопительного сезона достаточно высокую температуру (4070°С), которой вполне достаточно для покрытия значительной части нагрузки горячего водоснабжения и нагрева водопроводной воды вплоть до 60°С. Из-за неполного использования теплосодержания теплоносителя на абонентском вводе наблюдается завышенный расход сетевой воды, складывающийся из расчетного расхода воды на отопление и расхода на горячее водоснабжение при максимальной нагрузке. Большой расход сетевой воды требует увеличения диаметров труб, что удорожает тепловые сети. Но независимое регулирование тепла на горячее водоснабжение исключает снижение расхода тепла на отопление' при максимальных водоразборах. Поэтому параллельные присоединения подогревателей применяются при значительной доле тепловой нагрузки на горячее водоснабжение Q r MАKC /Qo >1,2, а Также в зданиях с небольшим суммарным расходом тепла (до 230 кВт), когда простота приготовления горячей воды и затраты па оборудование экономически выгоднее перерасхода теплоноси­теля. По предвключенной схеме подогреватель горячего водоснаб­жения подключается только к подающему трубопроводу перед отопительной системой, что приводит к значительному снижению расхода тепла на отопление при максимальных нагрузках горячего водоснабжения. Для уменьшения влияния горячего водоснаб­жения на отопление предвключенные подогреватели рекомендует­ся применять в жилых и общественных зданиях при небольших соотношениях нагрузок Q r MАKC /Qo

В схеме б с двухступенчатым последовательным присоединением подогревателя вторая ступень П2 подключается к подающему трубопроводу по предвключенной схеме, а первая ступень П1 к обратному трубопроводу по завключенной схеме. Сетевая вода из подающей трубы разветвляется ко второй ступени через регулятор температуры РТ и к регулятору расхода PP. За регулятором расхода сетевая вода из ступени П2 смешивается с потоком воды, движущимся к элеватору. После отопительной установки теплоноситель еще раз направляется в ступень П1 для нагревания водопроводной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. Водопроводная вода предварительно нагревается в ступени /, окончательно догревается до нормы (60°С) в ступени // подогревателя. При максимальной температуре обратной воды из системы отопления (70°С) и средней нагрузке горячего водоснабжения водопроводная вода практически нагревается до нормы в ступе-пи /; дополнительного подогрева в ступени // не требуется. В этих случаях ступень // полностью разгружается, с закрытием регулятора температуры РТ вся сетевая вода поступает через регулятор расхода РР и систему отопления, вследствие чего отопительная система получает тепла больше расчетного значения. Когда обратная вода после отопления имеет температуру мно­го ниже максимальной (3040°С), предварительный нагрев водо­проводной воды в ступени / становится недостаточным, для окон­ чательного ее нагревания включается ступень // подогревателя, через которую поступает лишь дополнительный расход сетевой воды на горячее водоснабжение. Другой особенностью схемы б является принцип связанного регулирования. Сущность его заключается в настройке регуля­тора расхода РР на поддержание постоянного расхода сетевой воды на абонентском вводе независимо от нагрузки горячего во­доснабжения и состояния регулятора температуры РТ. Поэтому с увеличением нагрузки горячего водоснабжения регулятор РТ открывается и пропускает через ступень // подогревателя необходимое количество сетевой воды, на эту величину уменьшается расход воды через регулятор PP. Таким образом, связанное регулирование применяют для выравнивания суточной неравномерности тепловой нагрузки.

Ввиду связанности регуляторов при максимальной нагрузке горячего водоснабжения большая часть сетевой воды циркулирует через подогреватель ступени // и с более низкой, чем в тепловой сети, температурой поступает после регулятора РР далее в систему отопления. При таких режимах теплоотдача в отопительных приборах уменьшается, а отопительная система получает тепла меньше расчетного значения. Небаланс тепла на отопление в часы максимального горячего водоразбора компенсируется аккумулирующей способностью строительных ограждений здания и повышенным расходом тепла при снижении нагрузки горячего водоснабжения. Следовательно, при всех соотношениях тепловых нагрузок потребителей предварительный подогрев водопроводной воды в ступени / подогревателя происходит за счет тепла обратной воды, в результате чего уменьшается тепловая нагрузка ступени II подогревателя и потребность дополнительного расхода сетевой воды на горячее водоснабжение через эту ступень. Снижение суммарного расхода сетевой воды на всех абонентских вводах позволяет, с одной стороны, уменьшить диаметры трубопроводов и соответствующие расходы на сооружение тепловых сетей и их обслуживание, с другой многоступенчатое исполь­зование теплоносителя по схеме б обеспечивает глубокое охлаждение обратной сетевой воды по сравнению с другими схемами присоединения подогревателей. Возврат сетевой воды с пониженной температурой улучшает эффект теплофикации, так как для ее подогрева достаточны отборы пара пониженных давлений, и увеличивается возможность использования других низкопотенциальных тепловых ресурсов на ТЭЦ. В этом состоит главное пре­ имущество схемы включения подогревателя. Двухступенчатые последовательные подогреватели применяются в жилых, общественных и промышленных зданиях при соотношении нагрузок Qrмакс/Qo < 0.6 так как при большей нагрузке горячего водоснаб­жения небаланс отопительной нагрузки компенсируется труднее. Достоинством двухступенчатой, смешанной схемы в является независимый расход тепла на отопление от потребности тепла на горячее водоснабжение, обеспечиваемый установкой регуляторов расхода и температуры по принципу несвязанного регулирования.

ВОДЯНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Необходимость четкого разделения водяных систем теплоснабжении на закрытые и открытые возникла в 1938 г. после первого Опыта внедрения в г. Иваново практики массового водоразбора горячей воды непосредственно из тепловых сетей. Водяные системы, в которых местные системы горячего водоснабжения присоединяются с помощью водоводяных подогревателей, стали называть закрытыми. Вследствие отсутствия непосредственного водоразбора и незначительной утечки теплоносителя через неплотности соединений труб и оборудования закрытые системы отличаются высоким постоянством количества и качества циркулируемой в ней сетевой воды. Другой особенностью закрытых систем является то, что они бывают только многотрубными: двух-, трех- и четырехтрубные. Двухтрубные закрытые системы состоят из подающего и обрат­ного трубопроводов. По подающему трубопроводу нагретая сетевая вода с температурой t1 транспортируется от источника тепловой энергии к потребителю. По обратному трубопроводу охлажденная сетевая вода с температурой t2 возвращается от потребителя к источнику для повторного подогрева. Двухтрубные системы проще и дешевле многотрубных. Такие системы применяют преимущественно для совместной подачи тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Присоединение технологических установок допускается при применении мер, предупреждающих попадание в тепловые сети вредных примесей. В промышленных районах, где имеется большая технологическая тепловая нагрузка повышенных параметров и возможно использование собственных вторичных энергоресурсов или качествo воды в тепловых сетях не отвечает требованиям производственных процессов, рекомендуются трех и четырехтрубные тепловые сети. В четырехтрубных тепловых сетях одна пара труб используется для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Температура сетевой воды в подающем трубопроводе этой пары под­ держивается в соответствии с графиком регулирования отпуска тепла на отопительнобытовые нужды. По второй паре труб сетевая вода подается на производственные нужды предприятий. Температура сетевой воды в подающем трубопроводе второй пары сетей круглый год поддерживается постоянной. Отдельные тепловые сети позволяют принимать в них высокий нагрев сетевой воды, который помимо снижения расходов воды и уменьшения диаметров труб дает возможность получать на местах потребления пар путем испарения сетевой воды.

Рис Схема трехтрубной закрытой системы теплоснабжения: ПК пиковый котел; ТП теплофикационный подогреватель; СИ сете вой насос; ВВ водопроводная вода Колебания нагрузки горячего водоснабжения при несвязанном регулировании нарушают равномерность суточного графика тёпловой нагрузки. В результате этого суммарный расход сетевой воды на вводе по сравнению со схемой б несколько увеличивается, но он.значительно ниже, чем при параллельной схеме а, поскольку Имеется частичное использование тепла воды после отопления в ступени 1. Схему в применяют при соотношении нагрузок Qrмакс/Q= 0,6-1,2, так как большие нагрузки горячего водоснабжения практически не влияют на работу отопительной системы.

Четырехтрубные системы распространяются также в сельских районах и рабочих поселках, где нагрузка горячего водоснабжения невелика и сосредоточена в небольшом количестве общественных зданий (бани, столовые, гостиницы, школы, спортивные и детские учреждения) или в сельскохозяйственных комплексах. Полная гидравлическая изоляция разнородных потребителей в четырехтрубных системах упрощает раздельную подачу тепла и центральное регулирование сезонных и круглогодовых нагрузок. Одновременно с этим отпадает надобность дорогостоящих местных и центральных тепловых пунктов. Раздельное центральное регулирование способствует росту культуры и повышению надежности теплоснабжения. В трехтрубных системах по одному подающему трубопроводу подается тепло на отопительно- бытовые цели, по другому на технологические нужды. Или по одному подающему трубопроводу обеспечивается нагрузка отопления, по другому горячее водоснабжение (рис. II.5). Режимы регулирования тепловой нагрузки в этих трубопроводах устанавливаются те же, что и в четырехтрубных системах, но вместо двух обратных трубопроводов сооружается только один. Соответственно изменяется схема теплоприготовительной установки источника тепла: вместо отдельных подогревателей и сетевых насосов устанавливаются общие. По сравнению с четырехтрубной системой трехтрубная не дает значительной экономии материальных затрат. В то же время зависимый гидравлический режим в обратной трубе вызывает колебания давлений у элеваторов, которые при отсутствии регуляторов расхода приводят к разрегулировки подачи тепла на отопление. По этим соображениям трехтрубная система применяется редко.

Открытые водяные системы отличаются более простым оборудованием для смешения сетевой воды, используемой в местной системе горячего водоснабжения. Но значительный расход сетевой воды на горячее водоснабжение существенно увеличивает подпитку тепловых сетей. Открытые системы сооружаются как однотрубными, так и многотрубными. Основным типом открытых систем, как и в закрытых системах, являются двухтрубные водяные системы. Трех и четырехтрубные открытые тепловые сети применяют с той же целью, что и закрытые многотрубные системы. Открытые четырехтрубные системы теплоснабжения особенно рационально применять в небольших поселках, в сельской местности, где вторая пара трубопроводов специально предназначена для горячего водоснабжения. В больших городах самостоятельные тепловые сети горячего водоснабжения сооружаются при условии обеспечения источников тепла подпиткой тепловых сетей из хозяйственно- питьевого водопровода. Преимущество изолированных сетей горячего водоснабжения состоит в том, что водоразборные приборы могут присоединиться к тепловым сетям без установки на абонентских вводах дорогостоящих смесительных клапанов и регуляторов температуры. Четырехтрубные тепловые сети удобны для организации непрерывного горячего водоснабжения в летний период. Затраты на прокладку дополнительных сетей обычно небольшого диаметра и часто на короткие расстояния оказываются выгоднее тех сложностей регулирования, которые возникают и двухтрубных сетях в теплое время отопительного сезона, когда Применяется местное регулирование пропусками. В открытых двухтрубных системах теплоснабжения разнородных потребителей при независимых схемах присоединения отопления улучшается качество воды, используемой на горячее водоснабжение. Сетевая вода, поступающая к точкам водоразборов, не загрязняется продуктами коррозии и шламом, содержащимся в изолированном отопительном контуре. Как показали исследования. Скопления шлама в застойных зонах радиаторов являются источниками загрязнения воды и развития анаэробных бактерий, выделяющих сероводород, придающий воде неприятный запах.

Рис. II.6. Схемы присоединения местных систем отопления и горячего водоснабжения в однотрубных водяных системах: а - зависимая система отопления и установка горячего водоснабжения с нижним баком аккумулятором; б независимая система отопления и установка горячего водоснабжения с верхний баком-аккумулятором; В установка горячего водоснабжения с верхом I баком-аккумулятором; ПК пиковый котел; ТП теплофикационный подогреватель ПН подпиточный насос; РД регулятор давления; Н насос; А аккумулятор Р расширитель; пусковое устройство (остальные обозначения см. по предыдущим рисункам)

Рис. II.7. Схема однотрубной транзитной магистрали и двухтрубной распределительной сети: I транзитная магистраль; 2 распределительные сети; ПКТ, ПК.Р пиковые котельные ТЭЦ и района; ТП теплофикационный подогреватель; ЦН и ПН1 ПН2 циркуляционный и подпиточный насосы; РП, РР, PC регуляторы подпитки, расхода и слива; А аккумулятор

При совместной подаче тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в однотрубных тепловых сетях необходимо, чтобы вся сетевая вода разбиралась в точках потребления. Поэтому однотрубные водяные тепловые сети обязательно должны быть открытыми. Присоединение потребителей к однотрубным тепловым сетям показано на рис. II.6. По схеме а вода на горячее водоснабжение поступает из отопительной системы. Постоянная ее температура поддерживается регулятором РТ за счет подмешивания части воды непосредственно из тепловой сети. На вводе расход сетевой воды регулятором РР поддерживается постоянным, поэтому при малом водоразборе или его отсутствии давление в системе горячего водоснабжения повышается, приводя к открытию регулятора давления РД и сливу избытка воды в аккумулятор. С увеличением горячего водоразбора до максимального значения давление в местной системе падает, при этом регулятор давления РД закрывается и с помощью пускового устройства включается насос для подачи недостающего количества воды из аккумулятора. По схеме б сетевая вода на горячее водоснабжение поступает из отопительного подогревателя и частично через регулятор РТ непосредственно из тепловой сети. Недостатки воды при максимальном водоразборе восполняются из водопровода автоматически, так как с падением давления в системе на линии водопровода открывается обратный клапан. В схеме в необходимая температура в системе регулируется регулятором РТ путем подмешивания к сетевой воде холодной воды из водопровода. Однотрубные системы целесообразны в курортных и южных районах страны с высоким потреблением горячей воды. В большинстве случаев потребность горячего водоснабжения не превышает 3040% от всех видов теплового потребления. По этим причинам возможности применения дешевых однотрубных сетей ограничены.

По ряду экономических соображений и санитарных требований охраны среды строительство крупных ТЭЦ на городских территориях запрещается. Вынос ТЭЦ далеко за черту города ближе к источникам водоснабжения и к месту добычи топлива требует больших капитальных вложений в тепловые сети. Однотрубные тепловые сети в этом отношении наиболее перспективны, так как позволяют значительно сократить эти расходы. Советскими учеными разработано несколько видов однотрубных систем дальнего теплоснабжения. Проф. В. Б. Пакшвером предложена однотрубная система транспорта тепла от ТЭЦ до пикового источника, расположенного вблизи города, с прокладкой в районе теплового потребления обычных двухтрубных распределительных сетей (рис. II.7). Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей предназначена для транзитной передачи тепла и подпитки городских тепловых сетей. Подпитка распределительных сетей идет непрерывно и регулируется регулятором расхода РР, установленным в пиковой котельной района ПКР. Неравномерное потребление горячей воды из распределительных сетей регулируется установкой аккумуляторов для слива и них избытков воды. Давление в распределительной сети поддерживается регуляторами РП и PC. При падении величины водоразбора давление в распределительных сетях повышается. Импульс повышенного давления приводит к открытию клапана PC и сливу избытка воды в аккумулятор. С возобновлением максимального водоразбора, превышающего величину подпитки по транзитному теплопроводу, давление в распределительных сетях падает. В результате происходит открытие клапана РП и включение подпиточного насоса. Для обеспечения работы такой системы с минимальным сливом горячей воды подпитка с ТЭЦ должна рассчитываться по средне­часовому расходу воды на горячее водоснабжение за неделю. Поэтому однотрубные системы предназначены для транспорта только той части тепла, при которой слив зоды из распределительных систем отсутствует. Остальная часть тепловой нагрузки вырабатывается в пиковой котельной района.

Транзитный транспорт тепла с подпиточным расходом воды экономически выгоден при большой температуре теплоносителя. В однотрубных системах с радиусом действия более 25 км температура сетевой воды может достигать °С, так как высоко­температурный теплоноситель способствует сокращению расходов дорогостоящей сетевой воды и металла на изготовление трубопровода меньшего диаметра. Но при температуре воды выше °С в связи со значительным ростом давления усложняется транспорт тепла и требуется реконструкция действующих тепловых сетей, трубопроводы и арматура которых не рассчитаны на высокое давление. Таким образом, однотрубные магистрали и распределительные сети работают с различными температурами и гидравлическими режимами. Температурный режим в распределительных сетях регулируется в ПКР путем смешения подпиточной воды из однотрубной сети и сетевой воды, подогретой в ПКР. ПКР с дешевыми водогрейными котлами большой теплопроизводительности отводится ведущая роль в решении современной проблемы теплоснабжения, возникшей в результате отставания строительства ТЭЦ от сроков ввода в эксплуатацию объектов и жилых зданий. Использование ПКР в качестве временных базовых источников тепла дает выигрыш в сроках строительства источников тепла и в очередности капиталовложений, позволяя с минимальными затратами централизовать теплоснабжение в районах, где ввод в эксплуатацию потребителей тепла значительно опережает сроки сооружения ТЭЦ. После сооружения ТЭЦ и тепловых сетей от них ПКР включаются в общую систему теплоснабжения и переводятся на пиковый режим работы. Однотрубная система, разработанная Н. Н. Аграчевым, Л. А. Мелентьевым и С. Ф. Копьевым, предназначается для транс­портирования тепла от ТЭЦ до центральных смесительно-аккумуляторных пунктов ЦСП, расположенных в районе теплового потребления. От ЦСП распределительные сети выполняются двухтрубными с непосредственным водоразбором на горячее водоснабжение. В этой системе в районе потребления теплоносителя дополнительные источники тепла не предусматриваются.

Температурный режим в распределительных сетях регулируется подмешиванием обратной воды к высокотемпературной воде из однотрубной сети. Для смешения воды используются элеваторы или смесительные насосы. В период минимальных водоразборов избыток воды собирается в аккумуляторах. При водоразборах, превышающих транзитную подпитку из однотрубной сети, горячая вода из аккумуляторов подается в элеваторы или к насосам смешения ЦСП. Однотрубные системы с ЦСП могут быть использованы без реконструкции распределительных сетей, по их применение целесообразно в районах с высокой расчетной температурой воздуха для проектирования отопления, где велика нагрузка горячего водоснабжения. Третий вид однотрубных систем, предложенный Л. К. Якимовым, предусмотрен для транспорта тепла от источника до каждого потребителя. В прямоточных системах аккумулирование тепла отсутствует, поэтому при отсутствии водоразборов для них характерен слив значительного количества сетевой воды. Для уменьшения сброса тепла должно применяться центральное количественное регулирование с постоянной температурой сетевой воды до 200°С. Прямоточные однотрубные тепловые сети дают большую экономию капиталовложений на строительство сетей, но требуют высокий автоматизации абонентских вводов. По этим причинам прямоточные системы целесообразны в курортных районах страны В большой нагрузкой горячего водоснабжения. Высокая температура сетевой воды в однотрубных системах уменьшает выработку электроэнергии на базе теплового потребления за счет отбора пара повышенных давлений. Но более использование на ТЭЦ многочисленных источников тепла с температурой 1530°С для нагрева больших расходов подпиточной воды и значительное удешевление однотрубной сети большой Протяженности в ряде случаев перекрывают затраты, связанные с недоработкой электроэнергии по комбинированному циклу.

ПАРОВЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Паровые системы теплоснабжения бывают однотрубными и многотрубными, высокого и низкого давления, с возвратом и без возврата конденсата. Отопительные установки присоединяются к паропроводам как по зависимым, так и по независимым схемам; установки горячего водоснабжения присоединяются главным образом по независимой схеме, т. е. через подогреватели поверхностного и смешивающего типов. В системах с возвратом конденсата (рис. II.8) регулирование расхода пара на отопление жилых, общественных и промышленных зданий допускается осуществлять вручную путем открытия или прикрытия регулировочного крана. Расход пара на вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические аппараты регулируются автоматически регуляторами типа РТ или PP. Конденсатоотводчики, конденсатосборники и конденсатные насосы после отопительных систем и горячего водоснабжения устанавливаются перед отводом конденсата из абонентского узла ввода. На венти­ляционных и технологических агрегатах конденсатоотводчики устанавливаются либо после каждой установки, либо после группы установок. Возвращается конденсат по единому конденсатопроводу, диаметр которого в 35 раз меньше диаметра подводящего паропровода. Если давление конденсата недостаточно для возвращения на тепловую станцию, то после конденсатосборников организуется откачка насосами. Такие конденсатопроводы называются напорными.

Рис. П.8. Однотрубная паровая система с возвратом конденсата. Схемы присоединений: а отопления но зависимой схеме; б отопления по независимой схеме; в горячего водоснабжения; г технологических аппаратов: 1 паропровод; 2 конденсатопровод; РК регулировочный кран; КО конденсатоотводчик; КС конденсатосборник; П подогреватель; А аккумулятор; Р расширительный бак; ТА технологический аппарат

Рис. II.9. Однотрубная паровая система без возврата конденсата. Схемы присоединений: а водяного отопления и горячего водоснабжения; б парового отопления и горячего водоснабжения; в горячего водоснабжения; Р расширитель; А -аккумулятор; СП струйный подогреватель; ВВ водопроводная вода

Системы без возврата конденсата (рис. II.9) в отопительно-вентиляционной технике и горячем водоснабжении жилых домов Промышленных предприятиях применяются редко. Потребители тепла в таких системах присоединяются непосредственно по зависимой схеме. Образующийся конденсат из отопительных приборов (рис. II.9, а и б) охлаждается до необходимой температуры хозяйственно- питьевой водой и целиком используется на горячее водоснабжение. Для быстрого приготовления горячей воды в душевых помещениях применяется непосредственное смешение холодной воды с паром в аккумуляторных емкостях или в струйных подогревателях (рис. II.9, в) и инжекторах. Использование конденсата на горячее водоснабжение предприятий экономически оправдывается при теплоснабжении от теплоцентралей низкого и среднего давлений. Теплоснабжение без возврата конденсата допускается на небольших предприятиях, когда сбор и возврат конденсата нецелесообразен из-за большой разветвленности сборных конденсатопроводов или сложности очистки загрязненного конденсата. Количество трубопроводов в паровых системах теплоснабжения зависит от характера работы предприятия, его мощности и назначения На предприятиях по переработке сельскохозяйственной продукции, сушки древесины, пропарки бетона и других с резко выраженным сезонным изменением. тепловых нагрузок допускается применять многотрубные паропроводы. Тогда одни паропроводы рассчитываются на средние расходы пара, другие, резервные паропроводы, на дополнительную подачу пара при максимальных нагрузках предприятия. В таких случаях резервные паропроводы включаются при переходе предприятия, например, с летнего режима работы на зимний. Многотрубные паропроводы часто используются для раздельной подачи больших расходов пара различных параметров и для безаварийного теплоснабжения производств, не допускающих перерывов в работе. Возврат конденсата оказывает большое влияние на экономику и организацию непрерывного теплоснабжения, так как перебои возвращаемого конденсата вынуждают иногда сокращать отпуск тепла с ТЭЦ. Возвращаемый конденсат не должен содержать механических примесей, масла и других загрязнений от технологических процессов.

Сбор и возврат конденсата производится по открытой и закрытой схемам. В открытых схемах сбора конденсат от потребителей за счет избыточного давления за конденсатоотводчиком поступает на сборный пункт, где сливается в бак, сообщающийся с атмосферой. Конденсат отводится к сборному пункту по единому сборному конденсатопроводу или по отдельным конденсатопроводам от каждого потребителя. При недостаточном избыточном давлении и температуре конденсата 100°С и более движение конденсата может создаваться за счет изменения уровней трубопровода. Такое самотечное движение конденсата чаще всего сопровождается испарением, приводящим к частичному опорожнению конденсатопровода вследствие перемещения пара в верхнем сечении трубопровода. Работа конденсатопровода неполным сечением облегчает аэрацию конденсата, что является основной при­чиной повышенной коррозии «сухих» самотечных конденсатопроводов по сравнению с «мокрыми» конденсатопроводами, работаю­щими полным сечением. На открытой поверхности конденсата в баке и особенно при струйном сливе конденсата над уровнем в баке происходит интенсивное поглощение кислорода воздуха и испарение. Для уменьшения потерь тепла от испарения и конден­сата в виде выпара конденсат рекомендуется охлаждать до 95 98°С. Ввиду больших потерь тепла и конденсата и значительной коррозии открытые схемы сбора и возврата конденсата применяются при количестве возвращаемого конденсата не более Ют/ч и расстоянии до источника тепла до 500 м. В закрытых схемах сбора конденсат на всех участках от по­требителей до баков и от них до источника тепла должен нахо­диться под избыточным давлением не менее 0,005 МПа. В конденсатосборниках над уровнем конденсата вследствие избыточного давления образуется паровая подушка, препятствующая присосу воздуха. Если избыточного давления за конденсатоотводчиком недостаточно для подачи конденсата в баки под необходимым давлением, то откачка конденсата от потребителей должна выполняться насосами. При откачке конденсата на сборный пункт и из него к источнику между уровнем конденсата в баке и осью насоса необходимо обеспечивать высоту, достаточную для предупреждения вскипания конденсата во всасывающем патрубке.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Основным преимуществом открытых систем теплоснабжения является высокая эффективность теплофикации благодаря максимальному использованию низкопотенциальных источников тепла на ТЭЦ для нагревания большого количества подпиточной воды. В закрытых системах подпитка сетей не превышает 0,5%, от объема сетевой воды, содержащейся в системе, поэтому возможности утилизации тепла сбросной воды и продувки на ТЭЦ значительно ниже открытых систем. Но для подготовки подпиточной воды в открытых системах требуется более мощное оборудование химводоочистки и деаэрации. Тепловые пункты открытых систем теплоснабжения проще и дешевле теплопунктов закрытых систем, так как на абонентских вводах вместо подогревателей устанавливаются только смесители горячего водоснабжения. Трудности эксплуатации водонагревателей с дефицитными латунными трубками часто являются определяющими причинами широкого распространения открытых систем. На горячее водоснабжение в открытых системах расходуется деаэрированная сетевая вода, вследствие чего местные установки менее подвержены коррозии. В закрытых системах для уменьшения коррозии местных установок горячего водоснабжения требуется дополнительная затрата на оборудование для обработки водопроводной воды. Открытые системы отличаются высокой нестабильностью гидравлических режимов, для повышения надежности теплоснабжения необходима установка аккумулирующих емкостей у источника тепла или на абонентских вводах.

В ряде городов с открытым водоснабжением качество сетевой воды не всегда отвечает санитарным нормам. Требования к качеству воды по цветности и запаху нарушаются из-за недостаточной промывки систем отопления после ремонта, из-за неполной деаэрации подпиточной воды, особенно в РК. Сочетание открытой системы с независимой схемой присоединения отопительных установок этот недостаток устраняет, поскольку сетевая вода проходит только через подогреватель отопительной системы, не соприкасаясь с самой системой. Таким образом, выбор между открытой и закрытой системами может быть сделан исходя из норм качества холодной и горячей воды и затрат на теплоприготовительное оборудование источника тепла и абонентских вводов. Зависимая схема присоединения отопительных систем не требует установки теплообменников, что обеспечивает ей широкое распространение, особенно при централизованном теплоснабжении от РК. Однако зависимая схема имеет многие недостатки. При недостаточном давлении, не обеспечивающем невскипание воды, и высокой температуре теплоносителя в элеваторах происходит интенсивное вскипание воды, сопровождаемое стуком и сотрясением труб. В случае повреждений тепловых сетей происходит опорожнение не только сетей, но а отопительных систем. При этом из-за опорожнения систем отопление прекращается во всех зданиях. Подобная аварийная уязвимость местных отопительных систем, присоединенных в МТП и ЦТП по независимой схеме, полностью устраняется. При авариях на магистральных участках сети квартальные сети и местные отопительные системы остаются заполненными водой, что сокращает срок ликвидации аварии. Многолетняя практика теплоснабжения свидетельствует о многочисленности преимуществ водяного теплоносителя перед паровым в покрытии любых тепловых нагрузок, в том числе и некоторых технологических.

Водяной теплоноситель повышает эффективность теплофикации и централизованного теплоснабжения за счет лучшего использования низкопотенциального тепла на ТЭЦ, отсутствия потерь конденсата и сохранения его на ТЭЦ или в котельной. Меньшие потери тепловой энергии в сетях позволяют транспортировать сетевую воду на значительно большие по сравнению с паром расстояния. Высокая теплоаккумулирующая способность воды и простота зависимого присоединения потребителей обеспечили водяным сетям широкое распространение в бытовом теплоснабжении. Недостатки водяного теплоносителя объясняются: высокой плотностью, требующей дополнительных затрат электроэнергии на перекачку сетевой воды и создание больших давлений для запол­нения нагревательных приборов, повышенной чувствительностью тепловых сетей к утечкам воды и авариям, малой скоростью перемещения по трубам. Эти недостатки в паровых системах теплоснабжения отсутствуют. Благодаря высокой скорости движения, небольшой плотности пара и меньших утечек теплоносителя паровые сети в аварийных условиях длительное время могут работать без нарушения режимов теплоснабжения. При выборе теплоносителя необходимо исходить из соотношения отопительнобытовых и технологических нагрузок и назначения теплоносителя. В системах с преобладающей технологической нагрузкой, для покрытия которой требуется теплоноситель со среднегодовой температурой более 110°С, допускается использовать пар в качестве общего теплоносителя. Если среднегодовая температура потребного теплоносителя менее 110°С, то теплоснабжение должно обеспечиваться перегретой водой. В некоторых технологических процессах (нагрев насыпных материалов, пропарка древесины и др. пар не может быть заменен водой, тогда необходимо учитывать местные возможности получения пара из сетевой воды. Преимущества и недостатки однотрубных и многотрубных тепловых сетей зависят от климатического пояса, водных и грунтовых условий и многих других конкретных особенностей района, которые должны быть внимательно изучены при оценке экономических показателей избранной системы.

СХЕМЫ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ Схемы транспорта тепла от источника до потребителей зависят от вида теплоносителя, взаимного размещения источника тепла и потребителей и характера изменения тепловой нагрузки. На проектирование тепловых сетей большое влияние оказывает тепловая мощность источника и перспективы развития района теплоснабжения на ближайшие годы. Выбранная схема тепловых сетей вместе с высокой экономичностью затрат на исполнение должна отвечать современным требованиям срока службы и надежности эксплуатации. Паровые сети проектируют в основном на площадках промышленных предприятий, где тепловая нагрузка сосредоточена на сравнительно небольших территориях, требующих прокладки паропроводов с несколькими ответвлениями к производственным цехам. Если технологические процессы допускают кратковременные перерывы потребления тепла, достаточные для ликвидации аварии тепловых сетей, то на территории таких предприятий рекомендуется прокладка радиальных однотрубных паропроводов (рис ). Прокладка конденсатопровода для возврата конденсата к источнику тепла решается исходя из местных условий и особенностей технологического процесса.

Когда прекращения подачи тепла на технологические цели недопустимы, для резервирования теплоснабжения на аварийном участке могут быть использованы радиально-кольцевые сети, которые отличаются от радиальных устройством перемычек 2 между радиальными магистралями 1. Резервирование по перемычкам в большинстве случаев оказывается малоэффективным из-за недостаточной пропускной способности перемычки, выполненной из трубы меньшего диаметра d3

Рис Схема двухступенчатой тепловой сети с КРП: 1 магистральная сеть; 2 распределительная сеть; 3 квартальная сеть; 5 ЦТП; 6 головная задвижка распределительных сетей; 7 секционная задвижка; 8 блокировочная перемычка

Современные масштабы развития теплофикации крупных про­мышленных центров требуют выноса источников тепла далеко за черту города. Транспорт тепла от загородных ТЭЦ по тепловым сетям большого радиуса действия нуждается в значительном повышении давления теплоносителя. Присоединение отопительнобытовых потребителей к таким крупным системам по зависимой схеме становится недопустимым из-за непосредственной гидравлической связи тепловых сетей с отопительными приборами, имеющими невысокую механическую прочность. Для повышения надежности централизованного теплоснабжения систем большой протяженности Н. К. Громовым предложено разделять магистральные сети от распределительных включением контрольно- распределительных пунктов (КРП). Маневренный резерв тепла в таких сетях создается равномерным размещением КРП и блокировочных перемычек между магистралями через 1- 3 км (рис ) Секционирующие задвижки применяют для удобства двустороннего отключения участков сети с целью уменьшения аварийных утечек воды и сокращения времени наполнения труб сетевой водой после ликвидации аварии. Секционирование магистралей и устройство блокировочных перемычек позволяет производить аварийные работы на отключенном участке без прекращения теплоснабжения на других участках. В разветвленных сетях длина секционируемой магистрали должна быть не менее 1 км. На магистральных направлениях с диаметром трубы более 600 мм допускается увеличение расстоя­ния между секционирующими задвижками до 3 км, если ТЭЦ располагает мощной водоподогревательной станцией, способной наполнить секционный участок подпиточной водой за время не более 5 ч. Диаметры блокировочных перемычек рассчитывают на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого не менее 70% от расчетного. Перемычки используют для аварийной и резервной передачи избытков тепла между магистралями. По ним производится также переброс теплоносителя от резервных источников тепла, например пиковых котельных района.

Блокировочная перемычка может быть однотрубной и использоваться попеременно как подающая, так и обратная линия. Для этого в КРП производят соответствующее присоединение перемычки к магистральным трубам. Практика показала, что продолжительность ликвидации последствий аварий в водяных сетях диаметром до 700 мм не превышает установленной для большинства районов страны нормы 24 ч. Поэтому при диаметрах магистралей до 700 мм блокировочные перемычки можно не устанавливать. Тогда на время непродолжительных аварий допускается отключение потребителей с использованием аккумулирующей способности отапливаемых зданий. В КРП распределительные сети присоединяются к магистраль­ным сетям с обеих сторон секционирующей задвижки, благодаря двустороннему питанию непрерывное теплоснабжение обеспечива­ется при повреждении любого участка магистрали. При необходимости в КРП могут размещаться насосные подкачивающие или смесительные установки, а также водоподогреватели. На подкачивающие насосы возлагается задача поддержания непрерывной циркуляции теплоносителя в распределительных сетях при авариях. Наличие насосов и регуляторов давления и температуры позво­ ляет установить в распределительных сетях такие гидравлические и тепловые режимы, которые необходимы для потребителей тепла в районе. Местное регулирование тепловых и гидравличе­ских режимов для большой группы потребителей, осуществляемое квалифицированным персоналом, открывает широкую пер­спективу более полного учета местных климатических условий района, этажности застроек и других факторов, определяющих экономику и надежность теплоснабжения. Разработка многоступенчатых систем теплоснабжения является крупным достижением советских специалистов по пути дальнейшего совершенствования методов управления с привлечением средств автоматики и электронной вычислительной техники. При­менение таких систем снижает опасность возникновения аварий, позволяет сократить сроки их ликвидации и предупредить возможность их возникновения. Внедрение этих достижений является логичным воплощением политики социалистического планирования в области развития централизованных систем теплоснабжения.