Инновационный Евразийский университет Кафедра «Теплоэнергетика и металлургия» Слайд -лекции по дисциплине «Теплоэнергетические системы и энергоиспользование» Для студентов специальности «Теплоэнергетика» Разработал: ст.преподаватель Харченко С.П.

Оглавление Лекция 1 – Тепловое потребление Лекция 2 – Системы теплоснабжения Лекция 3 – Водяные тепловые сети Лекция 4 – Паровые тепловые сети Лекция 5 – Оборудование тепловых сетей

Глоссарий Вентиляция – один из видов теплового потребления, предназначенный для снижения уровня загрязнения воздуха внутри помещения. Горячее водоснабжение - один из видов теплового потребления, предназначенный для удовлетворения бытовых нужд населения. График нагрузки - графическое изображение изменения нагрузки ТЭС во времени. Кондиционирование – создание и автоматическое поддержание в закрытых помещениях температуры, относительной влажности, чистоты, состава, скорости движения воздуха. Система теплоснабжения – совокупность устройств, являющихся источниками теплоты, тепловых сетей, систем распределения и использования (абонентских вводов и потребителей теплоты). Отопление – искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры.

Глоссарий Тепловое потребление – использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей. Теплоснабжение промышленных предприятий – снабжение теплотой с помощью теплоносителя систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения промышленных зданий и технологических потребителей. Теплофикация – централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и теплоты на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Теплоэлектроцентраль(ТЭЦ) – электростанция с комбинированным производством электрической и тепловой энергии. Теплоэнергетические установки – это специальные энергетические установки, работающие на органическом или ядерном топливе.

Лекция 1 –Тепловое потребление 1.1 Классификация тепловых нагрузок 1.2 Отопление 1.3 Вентиляция 1.4 Технологическая нагрузка 1.5 Горячее водоснабжение 1.6 Графики тепловых нагрузок Содержание

Тепловое потребление Тепловое потребление – это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические теплоиспользующие установки и т.д.). Назначение системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты с необходимыми параметрами. Обеспечение потребителей теплоты происходит при осуществлении трёх следующих операций: подготовка теплоносителя; транспорт теплоносителя; использование теплоносителя. Подготовка теплоносителя производится в теплоподготовительных установках на ТЭЦ или котельных.Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям. Используется теплоноситель в теплоприёмниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения.

Классификация тепловых нагрузок ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ СЕЗОННЫЕ КРУГЛОГОДИЧНЫЕ отопление вентиляция кондиционирование технологические горячее водоснабжение

Сезонные потребители используют теплоту не круглый год, а только в течение какой-то его части. Сезонные нагрузки зависят от климатических условий: температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т.п. Основную роль играет наружная температура воздуха. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки. Круглогодичные потребители используют теплоту в течение всего года. Технологическая нагрузка и горячее водоснабжение в отличие от сезонной нагрузки весьма слабо зависят от температуры наружного воздуха. Эти нагрузки имеют переменный суточный график. Годовые графики в определённой мере зависят от времени года. Классификация тепловых нагрузок

Отопление Основная задача отопления заключается в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне. Уравнение теплового баланса здания Q – суммарные тепловые потери здания, Вт; Q т – теплопотери теплопередачей через наружные ограждения, Вт; Q и – теплопотери инфильтрацией из-за поступления в помещение через неплотности наружных ограждений холодного воздуха, Вт; Q о – подвод теплоты к зданию через отопительную систему, Вт; Q тв – внутренние тепловыделения, Вт.

Источником внутренних тепловыделений Qтв в жилых зданиях являются люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические плиты), осветительные приборы. Источником внутренних тепловыделений Qтв, Вт, в промышленных зданиях являются технологические и силовые агрегаты (печи, сушила, двигатели и т.д.), трубопроводы, транспортирующие высокотемпературные вещества, металлические отливки и т.д. Инфильтрация – проникновение холодного воздуха через неплотности ограждающих конструкций. В жилых и общественных зданий расход тепла на инфильтрацию не превышает от пяти до десяти процентов от расхода теплоты на отопление [1]. В производственных зданиях при наличии большого количества окон и фонарей, а также часто открываемых дверей и ворот расход теплоты на нагревание врывающегося в здание холодного воздуха достигает до тридцати процентов от расхода теплоты на отопление. Отопление

Теплопотери теплопередачей через наружные ограждения Qт, Дж/с или Вт, F – площадь наружного ограждения, м 2 ; k 0 =1/R 0 – коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м 2 ּК); t вн – внутренняя температура помещения, ˚С; t н – наружная температура, ˚С [4]; n – поправочный коэффициент на расчетную разность температур; R 0 – термическое сопротивление ограждающих конструкций, (м 2 ּК)/Вт. Отопление

Назначение зданияВнутренняя температура воздуха tвн, ˚С Жилые и административные здания, гостиницы, общежития 18 Учебные заведения, школы, лаборатории, клубы, дома культуры, предприятия общественного питания 16 Театры, магазины, прачечные, пожарное депо15 Кинотеатры14 Детские сады, поликлиники, больницы20 Бани25

Отопление Потери тепла через наружные ограждения максимальны при минимальной наружной температуре воздуха для данной климатической зоны. При определении расчетного расхода тепла на отопление для данной местности исходят не из минимального значения наружной температуры, а из расчетного значения наружной температуры для отопления tно. Расчетная наружная температура воздуха tно при определении потерь тепла помещениями принимается равной средней температуре воздуха наиболее холодных пятидневок в данном населённом пункте из восьми зим за пятидесятилетний период. Расчетная температура наружного воздуха для г. Павлодара, согласно СНиП РК [4], принимается равной минус 35˚С, тогда как абсолютная минимальная температура достигает минус 47˚С.35˚С

Отопление Расход тепла на отопление по укрупненным показателям Vн – наружный строительный объём здания, м 3 ; q о – удельная отопительная характеристика здания, Вт/(м 3 ּК) /1/; tв – температура воздуха внутри помещений, ˚С; tно – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,˚С /4/; μ - коэффициент инфильтрации. b – постоянная инфильтрации, с/м; L – свободная высота здания, м; ω в – скорость ветра, м/с.

Назначение здания Строительный объем здания, тыс. м 3 Удельная характеристика, Дж/(см 3 град) для отопления для вентиляции Сталелитейные цехи ,35 – 0,211,12 – 0,80 Чугунолитейные цехи ,35 – 0,211,28 – 0,95 Кузнечные цехи ,47 – 0,180,80 – 0,35 Механосборочные, механические цехи ,65 – 0,420,47 – 0,10 Склады моделей ,95 – 0,53- Деревообрабатывающие цехи ,69 – 0,47 Ремонтные цехи ,69 – 0,530,23 – 0,12 Склады химикатов, красок0,5 – 51,00 – 0,670,70 – 0,53 Бытовые и административные помещения 0, ,70 – 0,290,14 – 0,11 Отопительные и вентиляционные удельные характеристики здания /1/

Для ориентировочных расчетов постоянная инфильтрации b принимается b, с/м для отдельно стоящих промышленных зданий(35-40)ּ10 -3 для жилых и общественных зданий(8-10)ּ10 -3 Продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температурой плюс 8 ˚С и ниже. Эта наружная температура считается началом и концом отопительного периода. Скорость ветра принимается из СНиП РК Для г. Павлодара средняя скорость ветра в январе месяце составляет 6,7 м/с [4]. Отопление

Пользуясь графиком, можно по заданной температуре наружного воздуха определить необходимый часовой расход теплоты на отопление. Часовой график отопительной нагрузки На графике представлена зависимость расхода тепла на отопление от температуры наружного воздуха. Расход теплоты на отопление зависит только от температуры наружного воздуха,т.е. Q о =f(t н ). Зависимость Q о =f(t н ) построена по двум точкам: t н =t вн, Q о =0; t н =t но, Отопление

Вентиляция Основная задача вентиляции – создать в помещении воздухообмен, при котором загрязнённый вредными выделениями воздух удаляется и заменяется чистым, свежим, что обеспечивает необходимые гигиенические условия. Расход теплоты на вентиляцию обусловлен необходимостью подогрева приточного воздуха в холодный период года, а также для устройства различных завес. Для жилых зданий расход теплоты на вентиляцию невелик и составляет не более десяти процентов от расхода теплоты на отопление. Поэтому для жилых зданий расход теплоты на вентиляцию не рассчитывается, а эта величина учитывается в значении удельной отопительной характеристики здания qо. Для производственных помещений расход теплоты на вентиляцию больше, чем расход теплоты на отопление.

Вентиляция V – наружный объём здания по внешнему обмеру, м 3 ; q в – удельная вентиляционная характеристика здания, кДж/(с·м 3 ·ºС) t н – температура наружного воздуха, о С; t нв – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, о С. Расход теплоты на вентиляцию Q в, Вт m – кратность воздухообмена, 1/с, показывает сколько раз за определённый промежуток времени происходит обмен воздуха в помещении; V в – вентилируемый объём помещения, м3; c в – объёмная теплоёмкость воздуха, кДж/(м3·˚С). Расход тепла на вентиляцию по укрупненным показателям

Величина удельной вентиляционной характеристики здания q в зависит от назначения помещения.q в Максимальный расход теплоты на вентиляцию определяется при температуре наружного воздуха t н равной расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции tнв. Сравнение расчетных температур для проектирования отопления t но и вентиляции t нв показывает, что для одного и того же города вторая значительно выше первой. Это сделано с целью снижения расхода теплоты на вентиляцию в холодное время и уменьшения поверхности нагрева, а следовательно, и стоимости калорифера. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции tнв принимается как средняя температура наиболее холодного периода года, составляющего пятнадцать процентов от длительности отопительного сезона. При температурах наружного воздуха t н ниже расчетной t нв расход теплоты на вентиляцию остаётся постоянным и равным расчетному. Вентиляция

График вентиляционной нагрузки Часовой график расхода теплоты на вентиляцию строится по точкам: tн =tвн, Qв=0; По мере понижения наружной температуры расход теплоты на вентиляцию увеличивается и достигает максимального значения при t н = t нв, а затем остается постоянным за счет рециркуляции части воздуха. Характер суточного графика расхода теплоты на вентиляцию зависит от режима работы вентилируемого помещения. tн =tнв,

Технологические нагрузки Для производственного теплоснабжения применяются пар и горячая вода. Параметры и расход пара или горячей воды на технологические нужды зависит от характера технологического процесса, от типа оборудования, от общей организации работ. Наибольшие расходы теплоты на технологию наблюдаются в отраслях: нефтеперерабатывающая промышленность, нефтехимическая, химическая, бумажно-целлюлозная, пищевая и т.д. Цветная металлургия является крупным потребителем теплоты. Основные тепловые потребители – автоклавные и выпарные установки. Характерным видом производства такого типа является глинозёмное производство. В производстве строительных материалов теплота используется в виде пара низких параметров, в основном при пропаривании железобетонных изделий – с целью ускорения затвердевания. Давление пара, применяемого для различных производственных процессов, колеблется в пределах от 0,2 до 4,0 МПа. Горячая вода на промышленных предприятиях используется для выпаривания, сушки, нагревания и отмывки материалов. Температура горячей воды для различных производственных процессов составляет от 30 до 200 о С. Теплопотребление на технологические нужды носит круглогодовой характер. Однако в летний период имеет место снижение расхода теплоты предприятиями за счет уменьшения теплопотерь, снижение расхода теплоты на различные обогревы, повышение температуры сырья и др.

Суточные графики расхода теплоты промышленными объектами зависят от характера технологического процесса, сменности работы предприятия, масштабов производства и др. Точные данные для составления графиков могут быть получены технологами на основании расчетов или в результате испытаний оборудования на действующих предприятиях. При отсутствии данных о теплопотреблении предприятия пользуются удельными расходами теплоты (в паре и горячей воде) на технологические цели. Удельные расходы теплоты зависят от совершенства технологического процесса, который со временем непрерывно изменяется и улучшается. Меняются также теплоносители и их параметры. Поэтому удельные расходы теплоты могут быть использованы только для ориентировочной оценки теплопотребления и как контрольные данные для проверки проектных расчетов расхода теплоты на технологические нужды. Зависимость между теплотой, затрачиваемой на производственные цели Q пр, и количеством выпускаемой продукции выражается следующим уравнением Технологические нагрузки

Горячее водоснабжение Горячее водоснабжение предназначено для удовлетворения бытовых нужд промышленных и жилых районов. Суточный график нагрузки горячего водоснабжения зависит от благоустройства жилых и общественных зданий, от состава населения и распорядка его рабочего дня, от режима работы коммунальных служб и т.д. График имеет неравномерный суточный характер. В жилых зданиях расход горячей воды обычно резко возрастает в вечерние часы, а на промышленных предприятиях – в конце рабочих смен. Суточный график нагрузки горячего водоснабжения жилого здания

Горячее водоснабжение а – норма расхода горячей воды в литрах (кг) при температуре 65 ºС на единицу измерения (1 обед, 1 кг сухого белья, 1 посетитель); m – количество единиц измерения (м 2 жилой площади, количество людей); с – теплоёмкость воды, Дж/(кгּК); t г, t х – температуры горячей и холодной воды, ºС; n с – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут. Средний за неделю расход теплоты бытового горячего водоснабжения, Дж/с,

Температура холодной водопроводной воды принимается для отопительного периода плюс 5 ºС, для летнего периода плюс 15 ºС. Температура горячей воды в местах водоразбора должна поддерживаться в открытых системах от 60 до 75 ºС, в закрытых системах от 50 до 75 ºС [1]. Для жилых зданий, интернатов, школ, общежитий длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение принимают nс = с/сут = 24 ч/сут. При отсутствии данных о типе застройки можно определить средненедельный расход теплоты по следующей формуле m – число жителей; k – коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды Горячее водоснабжение

850–5–10–15–20 t н, °С Q, % , 2 – отопительная нагрузка соответсвенно жилых и промышленных помещений; 3 – вентиляционная нагрузка; 4 – нагрузка горячего водоснабжения; 5 – тепловые потери; 6 – суммарная нагрузка Графики тепловых нагрузок

Наименование города Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, °С Расчетная температура воздуха для отопления, °С –35 –40 –30 –35 –25 –30 –20 –25 –15 –20 –10 –15 –50+8 Алматы –21 Актау Астана Караганда Костанай Павлодар Петропавловск Талды-Корган Тараз Усть-Каменогорск Шымкент , ,8472,874,4 *

М2М2 N2N2 +18 М +8 М1М1 N N1N1 A B

Контрольные вопросы 1.Как подсчитывают потери теплоты через ограждающие конструкции зданий? 2.Запишите уравнение для определения теплопотерь зданиям по укрупненным показателям? 3.От каких величин зависит удельная отопительная характеристика здания? 4.Как строит часовой график отопительной нагрузки? 5.На что дополнительно в отопительный период расходуется теплота в производственных помещениях? 6.Назовите, какие поступления теплоты извне и тепловыделения имеют место в производственных помещениях? 7.Запишите уравнение теплового баланса производственного помещения. 8.Объясните, почему при температурах наружного воздуха ниже tнв, расход тепла на вентиляцию остается постоянным. 9. Постройте суточный график потребления теплоты на горячее водоснабжение жилого дома? 10.Как графическим методом определить годовую выработку тепла на ТЭЦ?

Литература 1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательство МЭИ, С 35 – Сериков Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном теплотехническом производстве: учеб.пособие для вузов. - Алматы: Эверо, с. 3. Харченко С.П. Теплоснабжение промышленного района: Учебное пособие. – Павлодар: Инновац. Евраз. ун-т, С Строительные нормы и правила. СНиП РК Строительная климатология. – Астана: Комитет по делам строительство МИ и ТРК, – 85 с.

Лекция 2 –Системы теплоснабжения Содержание 2.1 Классификация систем теплоснабжения 2.2 Тепловые схемы источников теплоты

Системы теплоснабжения Системы теплоснабжения предназначены для обеспечения потребителей необходимым количеством теплоты. По типу источника теплоты различают три вида теплоснабжения: централизованное теплоснабжение от ТЭЦ, называемое теплофикацией; централизованное теплоснабжение от районных или промышленных котельных; децентрализованное теплоснабжение от местных котельных или индивидуальных отопительных агрегатов. Для крупных промышленных комплексов, теплоснабжение которых измеряется 2000 ГДж/ч и выше, наиболее экономичным является теплоснабжение от ТЭЦ. В тех случаях, когда потребность в теплоте не превышает 400 ГДж/ч, сооружение ТЭЦ, как правило, экономически неоправдано. В качестве источника теплоснабжения сооружаются котельные.

Системы теплоснабжения МощностьИсточник теплаВид теплоносителя Дальность передачи тепла Число потребителей Централизованные Индивидуальные Районное теплоснабжение Теплофикация Водяные Паровые Классификация систем теплоснабжения

КУ ТУ ПВК ТП СН2 ВСП НСП СН1 КП КСН ППН ДПП ХВО t ВС t НС t КП t ОС t ПС GСGС Схема сетевой подогревательной установки

ХВО ППН СН РД К О П О П Гр Э Б IIIIII ЦН Водяная сеть I – система горячего водоснабжения; II – система отопления (зависимое присоединение); III – система отопления (независимое присоединение); Э – элеватор; Б – бойлер; ЦН – циркуляционный насос. Схема районного теплоснабжения от водогрейной котельной

Водяная сеть ГВ ХВО ППН СНГр КБ ПН К СП ЦН Б Б Паровая сеть IIIIII ГВ – городской водопровод; 1 – пар; 2 – конденсат; 3 – подающий трубопровод; 4 – обратный трубопровод. Схема районного теплоснабжения от паровой котельной

ХВО К Р КН Т Г Кд IIIIII Б К – паровой котел; Т – турбина; Г – электрогенератор; Кд – конденсатор; КН – конденсатный насос; Р – регенеративный подогрев. Схема теплофикационной системы с теплоносителем - паром

ХВО К Р КН Т Г Кд КН СП Гр СН РД ППН Э Б IIIIII К – паровой котел; Т – турбина; Г – электрогенератор; Кд – конденсатор; КН – конденсатный насос; Р – регенеративный подогрев. Схема водяной теплофикационной системы

Контрольные вопросы 1.Назначение систем теплоснабжения? 2.Назовите три звена системы теплоснабжения? 3.По каким признакам классифицируются системы теплоснабжения? 4.Какие теплоносители используются для транспорта теплоты на большие расстояния? 5.Какой теплоноситель используется для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения?

Литература 1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательство МЭИ, С 51 – Сериков Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном теплотехническом производстве: учеб.пособие для вузов. - Алматы: Эверо, с. 3.Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Тишкин С.Г. Тепловые и атомные электростанции. - М.: Издательство МЭИ, – 395 с. 4.Производственные и отопительные котельные. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Берзиньш Е.Я. – М.: Энергоатомиздат, Харченко С.П. Теплоснабжение промышленного района: Учебное пособие. – Павлодар: Инновац. Евраз. ун-т, С. 32 – 45.

3.1 Классификация водяных тепловых сетей 3.2 Закрытые тепловые сети 3.3 Открытые тепловые сети Лекция 3 – Водяные тепловые сети

Водяные тепловые сети по способу подачи воды на горячее водоснабжение по числу трубопроводов закрытые открытые однотрубные двухтрубные трехтрубные многотрубные Классификация водяных тепловых сетей

Однотрубные системы теплоснабжения являются наиболее простыми и перспективными для транспорта тепла на большие расстояния. Применяют, в том случае, когда обеспечивается равенство расходов сетевой воды, требующихся для удовлетворения отопительно-вентиляционной нагрузки и для горячего водоснабжения абонентов данного района. Двухтрубные системы теплоснабжения состоят из двух линий – подающей и обратной. Применяются двухтрубные системы теплоснабжения преимущественно в городах, где всем потребителям требуется теплота примерно одинакового потенциала. По сравнению с многотрубными системами теплоснабжения двухтрубные требуют меньших начальных капиталовложений и дешевле в эксплуатации. Трёхтрубные системы теплоснабжения имеют две подающие линии и одну обратную. Обычно используются в промышленных районах. К каждой подающей линии присоединяются однородные по потенциалу и режиму тепловые нагрузки.

Классификация водяных тепловых сетей По способу подачи воды на горячее водоснабжение водяные системы делятся на закрытые и открытые. В закрытых системах вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не разбирается. В местные установки горячего водоснабжения поступает вода из питьевого водопровода, нагретая в водо-водяных подогревателях (бойлерах) за счет теплоты сетевой воды. В открытых системах циркулирующая сетевая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения.

Схемы присоединения абонентских установок Закрытые водяные тепловые сети

При независимой схеме присоединения вода из тепловой сети поступает в теплообменник, в котором нагревает вторичный теплоноситель, используемый в абонентской установке. В этом случае сетевая вода и вода, поступающая в приборы местных систем, разделены поверхностью нагрева, т.е. тепловая сеть и местная система гидравлически изолированы. При зависимой схеме вода из тепловой сети поступает непосредственно в приборы абонентской установки, и давление в местных системах определяется режимом давлений в тепловой сети.

По условиям надёжности работы систем теплоснабжения городов независимая схема является более предпочтительной. Закрытые водяные тепловые сети Преимущества оборудование абонентсконго ввода проще и дешевле; может быть получен больший перепад температур сетевой воды в абонентской установке Недостатки жёсткая гидравлическая связь тепловой сети с нагревательными приборами абонентских установок Преимущества и недостатки зависимой схемы присоединения абонентских установок

Зависимая схема присоединения отопительной установки без смешения Схема применяется в системах теплоснабжения промышленных предприятий, а также жилых и общественных зданий, если максимальная температура сетевой воды в подающей линии сети не превышает 95˚С. В таких схемах сетевая вода из подающей линии поступает в отопительные установки, а остывшая вода из отопительных приборов возвращается в обратную линию тепловой сети. 1 – воздушный кран; 2 – нагревательный прибор; 3 – регулятор расхода, 4 – обратный клапан; 5 – дроссельная шайба Схемы присоединения отопительных установок

Зависимая схема присоединения отопительной установки со струйным смешением 1 – воздушный кран; 2 – нагревательный прибор; 3– регулятор расхода; 4 – элеватор; 5 - обратный клапан В элеваторе к сетевой воде, поступающей из подающей линии сети, подмешивается охлажденная вода, возвращающаяся из местной системы отопления. В результате в отопительные приборы подается сетевая вода с пониженной температурой. Преимуществом элеватора является простота и надёжность работы, а также не требуется постоянное обслуживание. Недостатком схемы является отсутствие автономной циркуляции воды в местной отопительной установке. Схемы присоединения отопительных установок

Зависимая схема присоединения отопительной установки со струйным смешением 1 – воздушный кран; 2 – нагревательный прибор; 3– регулятор расхода; 4 – дроссельная шайба; 5 - обратный клапан; 6 - насос В нормальных условиях насос подаёт охлаждённую воду на смешение с горячей водой. При аварийном отключении тепловой сети насос осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке в течение относительно длительного времени. Схемы присоединения отопительных установок

Независимая схема присоединения отопительной установки 1 – воздушный кран; 2 – нагревательный прибор; 3– регулятор температуры; 4 – расширительный резервуар; 5 – насос; 6 - обратный клапан Сетевая вода из подающей линии тепловой сети поступает в водо-водяной подогреватель и отдаёт тепло вторичному теплоносителю. Циркуляция в местной отопительной установке осуществляется насосом. Расширительный резервуар предназначен для компенсации изменения объёма воды в местной системе при изменении её температуры и утечках.

Схемы присоединения установок горячего водоснабжения к закрытой тепловой сети 5 – насос; 7- обратный клапан; 9 аккумулятор горячего водоснабжения; 10 - краны горячего водоснабжения; 11 - регулятор температуры; 12 – водо-водяной подогреватель горячего водоснабжения; 13 – регулятор давления «после себя» Основные задачи аккумуляторов: - выравнивание графика тепловой нагрузки; - создание запаса горячей воды на случай внезапного перерыва в работе тепловой сети. Схема присоединения установок горячего водоснабжения с верхним аккумулятором

Схемы присоединения установок горячего водоснабжения к закрытой тепловой сети Схема присоединения установок горячего водоснабжения с нижним аккумулятором 5 – насос; 7 - обратный клапан; 9 - аккумулятор горячего водоснабжения; 10 - краны горячего водоснабжения; 11 - регулятор температуры; 12 – водо-водяной подогреватель Зарядка аккумулятора производится насосом. При малом водоразборе под действием насоса происходит циркуляция по двум контурам: через аккумулятор; через подогреватель – местную систему – обратный клапан – насос. При большом водоразборе изменяется направление движения воды через аккумулятор.

Схемы одновременного присоединения установок отопительных и горячего водоснабжения Параллельная схема присоединения отопительных установок и установок горячего водоснабжения к закрытой двухтрубной тепловой сети Недостатки схемы: расчетный расход сетевой воды определяется по максимальному расходу на горячее водоснабжение при параллельном присоединении установок горячего водоснабжения и отопления сетевая вода на абонентском вводе используется нерационально

Схемы одновременного присоединения установок отопительных и горячего водоснабжения Смешанная схема присоединения отопительных установок и установок горячего водоснабжения к закрытой двухтрубной тепловой сети Особенностью схемы является двухступенчатый подогрев воды для горячего водоснабжения. В нижней ступени подогрева холодная вода предварительно подогревается за счет тепла воды, возвращаемой из абонентской установки. Тепло обратной воды используется более рационально, однако расход сетевой воды на горячее водоснабжение рассчитывается по максимальной нагрузке.

В выше приведенной схеме расход сетевой воды на горячее водоснабжение рассчитывается по максимальной нагрузке. Одним из методов выравнивания тепловой нагрузки жилых зданий без установки аккумуляторов является применение связанного регулирования. Суть связанного регулирования заключается в том, что с помощью регулятора расхода поддерживается постоянный средний расход сетевой воды. В период повышенной нагрузки горячего водоснабжения уменьшается отдача тепла на отопление. Недоданное тепло компенсируется в период малых нагрузок горячего водоснабжения. В качестве теплового аккумулятора используется строительная конструкция здания. Схемы одновременного присоединения установок отопительных и горячего водоснабжения

Сетевая вода из ПЛ разделяется на два потока, один идёт через регулятор расхода 3, другой через подогреватель 15. При малом водоразборе на горячее водоснабжение, температура водопроводной воды на выходе из подогревателя увеличивается. Регулятор температуры закрывается: температура воды на входе в элеватор повышается. При большом водоразборе количество теплоты, отдаваемое в систему отопления, уменьшается. Расход сетевой воды через абонентскую установку будет постоянным. Двухступенчатая последовательная схема присоединения установки горячего водоснабжения и отопительной установки со связанным регулированием

Схемы одновременного присоединения установок отопительных и горячего водоснабжения Двухступенчатая последовательная схема присоединения установок горячего водоснабжения и отопления по зависимой схеме со струйным и насосным смешением Импульсом регулирования расхода сетевой воды является внутренняя температура отапливаемых помещений. Насос 16 предназначен для поддержания постоянного расхода в отопительной системе при снижении расхода регулятором отопления.

Схемы одновременного присоединения установок отопительных и горячего водоснабжения Двухступенчатая последовательная схема присоединения установок горячего водоснабжения и отопления по независимой схеме Регулирование расхода сетевой воды осуществляется по внутренней температуре отапливаемых помещений с помощью регулятора отопления. Циркуляционный контур отопительной установки изолирован от контура сетевой воды. Циркуляция осуществляется насосом.

Схемы одновременного присоединения установок отопительных и горячего водоснабжения Двухступенчатая последовательная схема присоединения установок горячего водоснабжения и отопления с постоянным сопротивлением 2 – воздушный кран; 3 – водоразборный кран; 4 – нагревательный прибор; 7,8 – подогреватели горячего водоснабжения нижней и верхней ступени;13 – регулятор температуры; 15 – элеватор; 20 – постоянное сопротивление

Преимущества и недостатки закрытых тепловых сетей Достоинства: - стабильное качество горячей воды, поступающей в абонентские установки горячего водоснабжения; -- упрощенный санитарный контроль местных установок горячего водоснабжения; -- простота контроля герметичности системы; -- гидравлическая изолированность водопроводной воды от воды, циркулирующей в системе Недостатки: - усложнение оборудования и эксплуатации абонентских вводов; - выпадение накипи в подогревателях и трубопроводах установок горячего водоснабжения; -- коррозия местных установок горячего водоснабжения. Закрытые двухтрубные водяные сети

Открытая тепловая сеть В открытых системах теплоснабжения циркулирующая сетевая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения. Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система теплоснабжения. Горячая сетевая вода поступает со станции к абонентам по подающей линии, охлажденная вода возвращается на станцию по обратной линии тепловой сети. В том случае, если имеет место только отопительная нагрузка, то установки отопления присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах Схемы присоединения установок горячего водоснабжения принципиально отличны от рассмотренных выше, т.к. горячее водоснабжение абонентов производится водой непосредственно из тепловой сети, а не из водопровода.

Схемы присоединения установок горячего водоснабжения к открытой тепловой сети 1 – воздушник; 3 – регулятор расхода; 5 – насос; 7 – обратный клапан; 9 – аккумулятор горячего водоснабжения; 10 – краны горячего водоснабжения;16 – смеситель; 17 – пусковое устройство; 18 – постоянное сопротивление Схема присоединения установки горячего водоснабжения с верхним аккумулятором Вода из подающей линии тепловой сети поступает через клапан регулятора температуры в смеситель С. Сюда же может поступать вода из обратной линии сети через обратный клапан. В смесителе поддерживает постоянная температура воды. Из смесителя горячая вода поступает к водоразборным кранам. Аккумулятор предназначен для выравнивания графика нагрузки горячего водоснабжения.

Схемы присоединения установок горячего водоснабжения к открытой тепловой сети 1 – воздушник; 3 – регулятор расхода ; 5 – насос; 7 – обратный клапан; 9 – аккумулятор горячего водоснабжения; 10 – краны горячего водоснабжения; 11 – регулятор температуры; 16 – смеситель; 17 – пусковое устройство; 18 – постоянное сопротивление Схема присоединения установки горячего водоснабжения с нижним аккумулятором Зарядка аккумулятора производится через клапан регулятора расхода. Когда водоразбор уменьшается, то уменьшается перепад давления на шайбе, клапан регулятора расхода открывается и часть воды отводится в аккумулятор. При больших водоразборах регулятор расхода закрыт полностью и с помощью пускового устройства включается насос и вода из аккумулятора подаётся в систему горячего водоснабжения.

Схемы присоединения абонентских установок к открытой двухтрубной водяной тепловой сети Схема присоединения установок горячего водоснабжения и отопления при несвязанном регулировании Расход сетевой воды в системе отопления поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение изменяется от максимума в часы наибольшего водоразбора до нуля в период отсутствия водоразбора. Температура воды на горячее водоснабжение регулируется с помощью регулятора температуры. Расчетный расход в подающей линии принимается по максимальному, что приводит к увеличению диаметров трубопроводов, а следовательно растут капитальные и эксплуатационные затраты.

Схема присоединения установок горячего водоснабжения и отопления при связанном регулировании В этой схеме регулятор расхода установлен на общей подающей линии абонентского ввода и поддерживает постоянный расход воды из подающей линии на абонентский ввод. В период большого водоразбора на горячее водоснабжение снижается расход воды на отопление. В период малого водоразбора почти вся или вся сетевая вода поступает в отопительную систему и компенсирует недоданное тепло. В качестве теплового аккумулятора выступает строительная конструкция здания. Такая схема позволяет выровнять суточный график тепловой нагрузки абонентской установки, что позволяет снизить расчетный расход сетевой воды. Схемы присоединения абонентских установок к открытой двухтрубной водяной тепловой сети

Схемы присоединения абонентских установок к открытой двухтрубной тепловой сети Схема присоединения установок горячего водоснабжения и отопления с постоянным гидравлическим сопротивлением При повышенной гидравлической устойчивости и наличии нагрузки горячего водоснабжения у большинства абонентов, что характерно для новых жилых районов, часто регулятор расхода не устанавливают. Роль регулятора расхода в данном случае выполняют постоянные гидравлические сопротивления, устанавливаемые на абонентских вводах при начальной регулировке системы. 1 – вентиль; 2 – нагревательный прибор; 4 – элеватор; 7 – обратный клапан; 10 – водоразборный кран; 11 – регулятор температуры; 18 – постоянное сопротивление

В однотрубных системах теплоснабжения вся сетевая вода после отопительной установки должна использоваться для горячего водоснабжения. Это возможно, когда расход сетевой воды на покрытие нагрузки горячего водоснабжения примерно равен расходу воды на отопление. Возможность применения однотрубных систем в современных городах весьма ограничена, т.к. обычно потребность в горячей воде для бытовых нужд примерно в два раза ниже расчетного расхода сетевой воды на отопление. Сливать же неиспользованную воду в канализацию неэкономично. Условия равенства расходов могут иметь место в некоторых южных городах с большой концентрацией курортов, санаториев, лечебных учреждений. Более целесообразно использование однотрубной сети только для транзита транспорта тепла. Например, передача тепла от ТЭЦ к району теплопотребления на значительное расстояние, при этом внутри района сохраняется двухтрубная система теплоснабжения. Однотрубные системы теплоснабжения позволяют существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Однотрубная водяная тепловая сеть

Схемы присоединения абонентских установок к открытой однотрубной тепловой сети Основная идея однотрубного теплоснабжения заключается в том, что вся сетевая вода после отопительной установки должна использоваться для горячего водоснабжения. Это возможно, когда расход сетевой воды на покрытие нагрузки горячего водоснабжения примерно равен расходу воды на отопление. Однотрубные системы теплоснабжения позволяют существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Схема присоединения отопительных установок по зависимой схеме, а также присоединение установок горячего водоснабжения.

Схемы присоединения абонентских установок к открытой однотрубной тепловой сети Схема присоединения отопительных установок по независимой схеме, а также присоединение установок горячего водоснабжения. Система отопления присоединена через подогреватель. Охлаждённая сетевая вода после отопительных приборов направляется в смеситель системы горячего водоснабжения, сюда же поступает через регулятор температуры вода непосредственно из тепловой сети. Ввод от водопровода предназначен на тот случай, если из тепловой сети будет поступать недостаточно воды, это возможно при высокой температуре сетевой воды. Аккумулятор предназначен для выравнивания суточного графика горячего водоснабжения.

Схемы присоединения абонентских установок к открытой однотрубной тепловой сети 1 – верхний аккумулятор; 5 – обратный клапан; 13 –регулятор температуры; 24 - смеситель Схема присоединения установки горячего водоснабжения с верхним аккумулятором

Преимущества и недостатки открытых тепловых сетей Достоинства: - возможность использования для горячего водоснабжения охлаждающей воды с температурой от 15 до 40 ˚С, -- долговечность; -- возможность использования однотрубных системы для транзитного транспорта теплоты. Недостатки: - усложнение и удорожание станционной водоподготовки; -- усложнение и увеличение объёма санитарного контроля системы теплоснабжения; -- нестабильность воды по санитарным показателям; -- усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения. Открытые водяные сети

Контрольные вопросы 1.Перечислите преимущества зависимой схемы присоединения абонентских установок? 2.Нарисуйте и объясните принцип работы основных схем присоединения отопительных установок к водяным тепловым сетям. 3.Нарисуйте и объясните основные схемы присоединений установок горячего водоснабжения к тепловым сетям при закрытой системе теплоснабжения. 4.Объясните принцип работы схем присоединений установок горячего водоснабжения к тепловым сетям при открытой системе теплоснабжения. 5.Назначение регулятора расхода? 6.Перечислите преимущества и недостатки закрытых водяных систем теплоснабжения? 7.Объясните преимущества и недостатки открытых водяных систем теплоснабжения? 8.Что является импульсом для регулятора отопления?

Литература 1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательство МЭИ, С Сериков Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном теплотехническом производстве: учеб.пособие для вузов. - Алматы: Эверо, с. 3. Харченко С.П. Теплоснабжение промышленного района: Учебное пособие. – Павлодар: Инновац. Евраз. ун-т, С. 32 – 45.

Лекция 4 – Паровые системы теплоснабжения Содержание 4.1 Классификация паровых систем теплоснабжения 4.2 Паровые системы теплоснабжения с возвратом конденсата 4.3 Паровые системы теплоснабжения без возврата конденсата 4.4 Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения

Паровые сети по способу подачипо числу трубопроводов с возвратом конденсата без возврата конденсата однотрубные двухтрубные многотрубные Классификация паровых систем 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. Если промышленным предприятиям требуется пар разных давлений (низкого и повышенного) применяются двухтрубные и многотрубные паровые системы теплоснабжения. Станция может удовлетворить потребность в паре низкого давления из отборов турбин и потребность в паре повышенного давления непосредственно из котлов. Двухтрубные паровые системы применяют при различных расходах пара у абонентов в разные сезоны (зимой и летом). В периоды больших расходов пара включаются в работу оба паропровода, а в периоды малых расходов – один. В некоторых случаях двухтрубные паровые системы применяются по условиям резервирования.

Паровые системы теплоснабжения с возвратом конденсата В паровых системах теплоснабжения с возвратом конденсата регулирование расхода пара на отопление зданий допускается осуществлять вручную путем открытия или прикрытия регулировочного крана. Конденсат отводится конденсатоотводчиком в сборный резервуар, откуда он забирается насосом и перекачивается по конденсатопроводу тепловой сети обратно на станцию. Для защиты установок от поступления в них конденсата из конденсаторопровода тепловой сети после насоса установлен обратный клапан. Технологические аппараты промышленных предприятий присоединяются обычно к паровой сети непосредственно или через РОУ. Возвращается конденсат от потребителя по единому конденсатопроводу, диаметр которого от тех до пяти раз меньше диаметра подводящего паропровода. Если давление конденсата недостаточно для возвращения на ТЭЦ, то после конденсатосборников организуется откачка насосами. Такие конденсатопроводы называются напорными.

Пар из отбора турбины поступает в однотрубную сеть I и транспортируется по ней к тепловым потребителям. Конденсат возвращается на станцию по конденсатопроводу II. Схемы присоединения абонентских установок к паровой сети зависят от характера абонентских установок. Если пар может быть пущен непосредственно в установку абонента, то присоединение производится по зависимой схеме. Схема присоединения паровой отопительной установки по зависимой схеме I – паропровод; II – конденсатопровод; 1 –нагревательный прибор; 2 – конденсатоотводчик; 3 – конденсатосборник; 4 - насос Паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

Схема присоединения водяной отопительной установки по независимой схеме Конденсат отводится конденсатоотводчиком в сборный резервуар, откуда он забирается насосом и перекачивается по конденсатопроводу тепловой сети обратно на станцию. Для защиты установок от поступления в них конденсата из конденсаторопровода тепловой сети после насоса установлен обратный клапан. 1 – нагревательный прибор; 2 – конденсатоотводчик; 3 – конденсатосборник; 4 – насос; 5 – обратный клапан; 6 –расширительный резервуар; 7 – насос; 8 - подогреватель Паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

2 – конденсатоотводчик; 3 – конденсатосборник; 4 – насос; 5 – обратный клапан; 7 – насос; 8 – подогреватель; 9 – водоразборные краны; 10 – аккумулятор горячей воды; III - водопровод Схема присоединения установки горячего водоснабжения Паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

Схемы присоединения технологических аппаратов Паровая система теплоснабжения с возвратом конденсата

Сбор и возврат конденсата от теплопотребляющих установок и возврат его к источнику теплоты имеет важное значение для надежности работы котельных установок, для экономии теплоты, а также общей экономичности системы теплоснабжения в целом. Возврат конденсата особо важен для ТЭЦ с высокими и закритическими начальными параметрами (13 МПа и выше). Сооружение обессоливающих установок на таких ТЭЦ очень дорого. Невозврат конденсата вызывает необходимость увеличения мощности водоподготовительных установок, дополнительного расхода реагентов, приводит к дополнительным тепловым потерям. Основные пути совершенствования систем сбора и возврата конденсата заключаются в замене в технологических аппаратах смешивающего подогрева поверхностным, защите конденсата от загрязнений путем улучшения герметичности поверхностных теплообменников, защите конденсатопроводов от внутренней коррозии, содержании в работоспособном состоянии конденсатоотводчиков.

Паровая система теплоснабжения без возврата конденсата 1 – водоразборный кран; 2 – паровой инжектор; 3 – расширительный резервуар; 4 – обратный клапан Схема присоединения водяной отопительной установки и установки горячего водоснабжения

1 – водоразборный кран; 5 – аккумулятор горячего водоснабжения; 7 – конденсатоотводчик; 8 – нагревательный прибор Паровые системы теплоснабжения без возврата конденсата Схема присоединения паровой отопительной установки и установки горячего водоснабжения

Паровые системы теплоснабжения без возврата конденсата Схема присоединения установки горячего водоснабжения 1 –водоразборный кран; 5 – аккумулятор горячего водоснабжения; 6 струйный подогреватель I – паропровод; II - вода из водопровода

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения зависит от характера теплового источника, вида тепловой нагрузки и технико-экономических показателей. Рекомендуется максимально упрощать систему теплоснабжения, чем она проще, тем она дешевле в сооружении и надежнее в эксплуатации. Если в районе есть только нагрузка отопления, вентиляции, горячего водоснабжения – то обычно применяют двухтрубную водяную систему теплоснабжения. Если кроме этого имеется технологическая нагрузка – то применяется трёхтрубная водяная система теплоснабжения. Если же основная нагрузка района – технологическая, то применяется паровая система теплоснабжения. При выборе системы теплоснабжения необходимо учитывать все параметры системы: станция, сети, абонентские установки. Энергетически вода выгоднее пара. Применение многоступенчатого подогрева воды на станции позволяет повысить удельную комбинированную выработку электрической энергии. При использовании паровых систем вся тепловая нагрузка покрывается обычно отработавшим паром более высокого давления, поэтому удельная комбинированнаят выработка электрической энергии снижается. Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения

Преимущества и недостатки воды как теплоносителя Преимущества большая удельная комбинированная выработка электроэнергии на базе теплового потребления; сохранение конденсата на станции; более высокий КПД системы теплоснабжения вследствие отсутствия в абонентских установках потерь конденсата и пара, имеющих место в паровых системах; повышенная аккумулирующая способность водяной системы. Недостатки больший расход электроэнергии на перекачку по сравнению с расходом электроэнергии на перекачку конденсата в паровых системах; большая чувствительность к авариям; большая удельная плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между всеми точками системы.

Контрольные вопросы 1.Назовите преимущества и недостатки воды как теплоносителя? 2.Объясните основные схемы присоединения теплоиспользующих установок в паровых системах с возвратом конденсата. 3.Какие факторы влияют на выбор системы теплоснабжения? 4.Чем руководствуются при выборе систем теплоснабжения? 5.В каком случае предпочтение отдается двухтрубной водяной системе? 6.В чем отличие схем присоединения абонентских установок в паровых сетях без возврата конденсата от схем с возвратом конденсата?

Литература 1.Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательство МЭИ, С Сериков Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном теплотехническом производстве: учеб.пособие для вузов. - Алматы: Эверо, с. 3.Харченко С.П. Теплоснабжение промышленного района: Учебное пособие. – Павлодар: Инновац. Евраз. ун-т, С

Лекция 5 – Оборудование тепловых сетей Содержание 5.1Типы прокладок тепловых сетей 5.2 Конструкции теплопроводов 5.3 Подземная прокладка теплопроводов 5.4 Надземная прокладка теплопроводов 5.5. Опоры 5.6 Компенсаторы

Типы прокладок тепловых сетей Тепловая сеть - это система прочно и плотно соединенных между собой участков теплопроводов, по которым теплота с помощью теплоносителя (пара или горячей воды) транспортируется от источника к тепловым потребителям. быстрая ликвидация возможных неполадок и аварий надежность теплоснабжения безопасность работы обслуживающего персонала

Типы прокладок тепловых сетей Направление трассы теплопроводов на территории города выбирается по районам наиболее плотной тепловой нагрузки с учетом существующих подземных и надземных сооружений, данных о составе грунтов и высоте стояния грунтовых вод. Следует выбирать такое расположение теплотрассы, которое обеспечивало бы наименьшую протяженность и меньший объем работ по прокладке. Для возможности опорожнения и дренажа трубопроводы прокладываются с уклоном. Минимальный уклон для водяных сетей принимается 0,002. Для паровых сетей минимальный уклон равен 0,002 при направлении уклона по ходу пара и 0,01 – против хода пара. Дренаж воды из водяных сетей и конденсатопроводов осуществляется через дренажные спуски, устанавливаемые в нижних точках трубопроводов. В верхних точках трубопроводов предусматриваются устройства для выпуска воздуха (воздушники). Секционирование водяных сетей уменьшает потери воды при авариях. Секционирование паровых сетей не предусматривается.

Типы прокладок тепловых сетей надземноподземно

Недостатком подземных прокладок является опасность увлажнения теплопроводов с последующим разрушением тепловой изоляции и возникновением наружной коррозии стальных труб. Подземные теплопроводы должны иметь: надежную антикоррозионную защиту наружной поверхности стальных труб; обладать высоким тепло- и влагосопротивлением изоляционной конструкции. Конструкции теплопроводов должны: обеспечивать индустриальность и сборность, т.е. возможность изготовления в заводских условиях всех основных элементов теплопровода. Для предупреждения коррозии не рекомендуется прокладывать подземные тепловые сети: в одном проезде параллельно с трамвайными путями, на территориях бывших свалок, участков, подвергающихся затоплению, заболоченных местах. Типы прокладок тепловых сетей

Надземным теплопроводам отдается предпочтение при: высоком уровне грунтовых вод; сильно пересеченной оврагами местности; большой густоте существующих подземных сооружений; на территориях промышленных предприятий. По условиям безопасности работы обслуживающего персонала и надежности теплоснабжения не допускается прокладка в общих каналах теплопроводов совместно с: кислородопроводами; газопроводами сжиженного газа; трубопроводами сжатого воздуха давлением свыше 1,6 МПа; трубопроводами легковоспламеняющихся и ядовитых жидкостей и газов; фекальной и ливневой канализации.

Теплопровод состоит из трех основных элементов: 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 надземного транспорта, ветра и т. д.). Конструктивное выполнение указанных элементов зависит от типа теплопровода и используемых материалов. В некоторых типах теплопроводов, например в бесканальном теплопроводе с монолитной изоляцией, функции изоляционной и несущей конструкции совмещены в одном общем элементе. Конструкции теплопроводов

Конструкции подземных теплопроводов канальные бесканальные в проходных каналах в непроходных каналах в полупроходных каналах

Подземные теплопроводы Способы прокладки тепловых сетей канальныйбесканальный бестраншейный

Подземные теплопроводы В канальных трубопроводах изоляционная конструкция разгружена от внешних нагрузок грунта стенками канала. В бесканальных теплопроводах изоляционная конструкция испытывает нагрузку грунта Каналы сооружаются проходными и непроходными из сборных железобетонных элементов Сборка этих элементов на трассе производится при помощи транспортно- подъемных механизмов. Устройство в грунте траншей для сооружения подземных теплопроводов производится экскаваторами. Это позволяет значительно ускорить строительство тепловых сетей и снизить их стоимость. Подземные теплопроводы в проходных каналах наиболее надежны, но и наиболее дороги.

Прокладка теплопроводов в проходных каналах Каналы для теплопроводов сооружаются из сборных железобетонных элементов. Сборка этих элементов на трассе производится при помощитранспотно-подъемных механизмов. Основное преимущество проходных каналов - доступ к трубопроводам. Проходные каналы позволяют: заменять и добавлять трубопроводы; проводить ревизию, ремонт и ликвидацию аварий без разрушения дорожных покрытий и мостовых. Проходные каналы (коллекторы) сооружаются обычно при наличии большого числа трубопроводов. Совместно с трубопроводами в походных каналах размещают и другие подземные коммуникации, например электрокабели, телефонные кабели, водопровод, газопровод.

Городской коллектор из объемных элементов 1, 2 – обратный и подающий трубопроводы; 3 – водопровод; 4 – кабели связи; 5 – силовые кабели; 6 – железобетонный объемный элемент. Проходные каналы оборудованы естественной вентиляцией, электрическим освещением низкого напряжения (до 30 В), устройством для быстрого отвода воды из канала. Габариты проходных каналов выбирают из условия обеспечения свободного прохода для обслуживающего персонала и доступа ко всем элементам оборудования, требующим постоянного обслуживания (задвижки, сальниковые компенсаторы, дренажные устройства). Прокладка теплопроводов в проходных каналах

Проходные каналы применяют обычно на выводах от теплоэлектроцентралей и на основных магистралях промплощадок крупных предприятий. В последнем случае в общем проходном канале прокладываются все трубопроводы производственного назначения (паропроводы, водоводы, трубопроводы сжатого воздуха). В крупных городах целесообразно сооружать проходные каналы (коллекторы) под основными проездами до устройства на этих проездах усовершенствованных дорожных одежд. В таких коллекторах прокладывается большинство подземных городских коммуникаций теплопроводы, водопроводы, силовые и осветительные кабели, кабели связи и др. Требования к изоляционной конструкции теплопровода: защита с помощью покровного слоя из гидрофобного рулонного материала теплоизоляционной оболочки на трубопроводе от капельной влаги, установка на подвижных и неподвижных опорах прокладок из материалов, обладающих диэлектрическими свойствами для электрической изоляции металлического трубопровода от несущей конструкции канала и окружающего грунта. Прокладка теплопроводов в проходных каналах

Полупроходные каналы применяются при прокладке небольшого числа труб (от двух до четырех) в тех местах, где по условиям эксплуатации недопустимо вскрытие грунта, и при прокладке трубопроводов больших диаметров (от 800 до 1400 мм). Габариты полупроходных каналов выбирают из условия прохода в нем человека в полусогнутом состоянии. Высота в свету полупроходных каналов выбирается не менее 1400 мм. По удобству обслуживания полупроходные каналы значительно уступают проходным. В полупроходных каналах можно проводить осмотр и мелкий ремонт тепловой изоляции при выключенной тепловой сети. Проводить серьезный ремонт, связанный со слесарными и сварочными работами, в полупроходных каналах практически невозможно Прокладка теплопроводов в полупроходных каналах

Сборный полупроходной канал из железобетонных блоков 1 – ребристый блок перекрытия; 2 - стеновой блок 3 - блок днища; 4 - бетонная подготовка; 5 - щебенчатая подготовка; 6 - опорная плита.

Прокладка теплопроводов в непроходных каналах Непроходные каналы имеют наибольшее распространение в сравнении с другими типами каналов. Непроходные каналы изготавливают по типовым проектам из унифицированных железобетонных элементов. При прокладке трубопровода в слабых и влажных грунтах непроходные каналы сооружают из железобетонного корытообразного лотка с перекрытием из сборных железобетонных плит. Наружная поверхность и дно лотка покрываются гидроизоляцией, состоящей из двух слоев рубероида на битумной мастике. Прокладка теплопроводов в непроходных каналах Во всех типах непроходных каналов между стенками канала и изоляцией трубопровода предусматривается воздушный зазор, создающий условия для высыхания изоляции и уменьшающий наружную коррозию и тепловые потери

В непроходных каналах изоляционный слой может выполняться в виде подвесной и монолитной конструкции. Трубопровод в непроходном канале с воздушным зазором 1 – труба; 2 – антикоррозионное покрытие; 3 – теплоизоляционный слой; 4 – защитно-механическое покрытие Прокладка теплопроводов в непроходных каналах

Разработаны унифицированные коробчатые железобетонные элементы разных размеров, шириной от 600 до 2100 мм высотой от 300 до 1200 мм, из которых собираются непроходные каналы для теплопроводов с воздушным зазором. Основное преимущество теплопровода с воздушным зазором по сравнению с бесканальным заключается в создании благоприятных условий для высыхания тепловой изоляции, а сухая тепловая изоляция, не только уменьшает тепловые потери, но и уменьшает опасность химической и электрохимической наружной коррозии подземного теплопровода. Прокладка теплопроводов в непроходных каналах

щитовая проходка (для прокладки коллекторов и тоннелей) прокол продавливание горизонтальное бурение Бестраншейная прокладка теплопроводов

Схема работы установки направленного прокалывания Прокол лучше применять для прокладки труб малых и средних диаметров (не более мм) в глинистых и суглинистых (связных) грунтах. Ограничение диаметра прокалываемых труб обусловлено тем, что при этом способе массив грунта прокалывают трубой, оснащенной наконечником, без удаления грунта из скважины, вследствие чего для прокола требуются значительные усилия. В связи с этим и длина прокола труб не превышает 6080 м. Бестраншейная прокладка теплопроводов

Установка направленного прокалывания Бестраншейная прокладка теплопроводов

Установка направленного прокалывания в реальных условиях работы Бестраншейная прокладка теплопроводов

Продавливание применяют при устройстве переходов из труб диаметром до 1020 мм. К машине через систему специальных насадок закрепляется стальная труба, которая забивается в грунт. После того как труба или её часть уже забита, машина отсоединяется, к уже забитой части футляра приваривается новая секция, и машина вновь прикрепляется уже к наращенной трубе, и все повторяется, Продавливание трубы-футляра Бестраншейная прокладка теплопроводов

Устройство для продавливания труб Бестраншейная прокладка теплопроводов

Щитовой именуется таковая подземная (бестраншейная) проходка, при которой разработка грунта и устройство стен тоннеля осуществляются под защитой оболочки щита. Проходку осуществляют с помощью железных щитов круглого сечения поперечниками 2, 2,5 и 3,6 м. Бестраншейная прокладка теплопроводов

Горизонтальное Направленное Бурение (ГНБ) - это метод бестраншейной прокладки трубопроводов на различной глубине под естественными и искусственными препятствиями без нарушения режима их обычного функционирования. Горизонтальное бурение предусматривает опережающую разработку грунта в забое с устройством скважины в грунте большого диаметра, чем прокладываемая труба. Этим способом можно устраивать подземные переходы трубопроводов диаметром до 1720 мм на длину м. Устройство для горизонтально направленного бурения Бестраншейная прокладка теплопроводов

В практике находят также применение бесканальные теплопроводы, которые по начальной стоимости и трудозатратам на сооружение экономичнее теплопроводов в непроходных каналах, обладая примерно одинаковой эксплуатационной надежностью и долговечностью. Требования к изоляционной конструкции бесканальных теплопроводов такие же, как и к изоляционной конструкции теплопроводов в каналах, а именно высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло-, влаго-, воздухо- и электросопротивление. Максимальный диаметр трубопроводов бесканальных тепловых сетей не превышает обычно мм из-за опасности сильного размыва грунта над теплопроводом при возникшей в условиях эксплуатации неплотности трубопровода, например вследствие наружной коррозии, нарушения прочности стыкового соединения и др. Бесканальная прокладка теплопроводов

Бесканальные теплопроводы в монолитных оболочках в самоспекающемся асфальтоизоле в литом пенобетонном массиве Бесканальная прокладка теплопроводов

На стальной трубопровод наложена в заводских условиях оболочка, совмещающая изоляционную и несущую конструкции. Звенья таких элементов теплопровода длиной от 6 до 12 м доставляются с завода на место строительства, где производятся их укладка в подготовленную траншею или в канал, стыковая сварка отдельных звеньев между собой и накладка изоляционного слоя на стыковое соединение. Теплопроводы с монолитной изоляцией могут применяться не только при бесканальных прокладках, но и при прокладках в каналах. Двухтрубный бесканальный теплопровод в монолитных оболочках 1 – подающий трубопровод; 2 – обратный трубопровод; 3 – гравийный фильтр; 4 – песчанный фильтр; 5 – дренажная труба; 6 – бетонное основание

Бесканальная прокладка теплопроводов Широкое применение получили трубопроводы в монолитных оболочках с армопенобетонной изоляцией. Благодаря прочному сцеплению оболочки с поверхностью трубы исключается появление зазора между ними и связанной с этим возможности коррозии наружной поверхности трубы. Недостатком бесканальных трубопроводов с монолитными оболочками является необходимость изоляции стыков, которая выполняется непосредственно при строительстве из сборных конструкций. Конструкция монолитной армопено- Бетонной изоляционной оболочки 1 труба, 2 автоклавный пенобетон, 3 арматура 4 гидрозащитное трехслойное покрытие из бризола на битумно резиновой мастике 5 стальная тканая сетка; б слой асбоцементной штукатурки; 7 деталь спирали.

Бесканальная прокладка теплопроводов Бесканальные засыпные трубопроводы имеют преимущество в сравнении с трубопроводами с монолитными оболочками, заключающиеся в простоте изготовления изоляционного слоя. В качестве засыпного порошка используется природный битум-асфальтит и искусственный битум-продукт заводов нефтепереработки. Изготовление изоляционного слоя производится на трассе смонтированного трубопровода и состоит из засыпки труб в траншее порошкообразным асфальтоизолом, нагрева трубопровода до температуры С и выдерживания при этой температуре в течение от 30 до 40 ч. В результате на поверхности трубы образуется плотный слой из расплавленного асфальтоизола, который является защитой от увлажнения и коррозии. Бесканальный теплопровод в самоспекающемся асфальтоизоле 1 – плотный слой; 2 – пористый слой; 3- порошкообразный слой

Бесканальная прокладка теплопроводов Литые конструкции бесканальных трубопроводов просты в изготовлении и достаточно дешевы. В качестве материала для их изготовления используются пенобетон и перлитобетон. Смонтированные в траншее трубопроводы, предварительно покрытые защитным антикоррозионным слоем, например асфальтовой мастикой, заливаются жидкой пенобетонной массой. После затвердения пенобетонная масса засыпается грунтом. Иногда в литых прокладках вместо съемной опалубки применяют опалубку из пенобетонных плит, которые после затвердевания пенобетонной массы образуют прочную оболочку. Бесканальный теплопровод в литом пенобетонном массиве

Надземная прокладка теплопроводов Надземные теплопроводы обычно прокладываются на отдельно стоящих опорах (низких или высоких), на вантовых конструкциях подвешенных к пилонам мачт, на эстакадах. Разработаны типовые конструкции надземных теплопроводов на отдельно стоящих высоких и низких железобетонных опорах. При прокладке теплопроводов на низких опорах расстояние между нижней образующей изоляционной оболочки трубопровода и поверхностью земли принимается не менее 0,35 м при ширине группы труб до 1,5 м и не менее 0,5 м при ширине группы труб более 1,5 м. Высокие отдельно стоящие опоры могут выполняться жесткими, гибкими и качающимися

Надземные теплопроводы, проходящие через пути автомобильного и железнодорожного транспорта прокладываются на отдельно стоящих опорах: мачтах, эстакадах Схема теплопровода подвесной конструкции на мачтах Прокладка теплопровода на эстакаде Надземная прокладка теплопроводов

Опоры Опоры являются ответственными деталями трубопровода. Они воспринимают усилия от трубопроводов и передают их на несущие конструкции или грунт. При сооружении тепловых сетей применяются опоры двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры воспринимают вес трубопровода и обеспечивают его свободное перемещение при температурных деформациях. Неподвижные опоры фиксируют положение трубопровода в определенных точках (в местах ответвлений, установки задвижек, сальниковых компенсаторов, грязевиков) и воспринимают усилия, возникающие в местах фиксации под действием температурных деформаций и внутреннего давления. Свободные опоры устанавливаются при канальной и надземной прокладке тепловых сетей. При бесканальной прокладке обычно отказываются от установки свободных опор во избежание неравномерных просадок. В этих теплопроводах трубы укладываются на нетронутый грунт или тщательно утрамбованный слой песка.

Опоры По принципу свободного перемещения различают опоры скольжения, качения и подвесные. Скользящие опоры свободно опираются на несущие строительные конструкции. Опоры скольжения применяют при всех способах прокладки трубопроводов различных диаметров. Скользящая опора 1 – тепловая изоляция; 2 – опорный полуцилиндр; 3 – стальная скоба; 4 – бетонный камень; 5 – цементно- песчанный раствор.

Опоры Роликовая опора Катковые опоры надежно работают на прямолинейных участках сети. На поворотах трассы трубопроводы перемещаются не только в продольном, но и в поперечном направлении. Поэтому установка катковых опор на криволинейных участках трубопроводов не рекомендуется.

Катковая опора Роликовые опоры надежно работают на прямолинейных участках сети. Опоры

Неподвижные опоры служат для разделения теплопроводов на участки, независимые друг от друга в восприятии усилий от температурных деформаций и внутреннего давления. Размещают неподвижные опоры между компенсаторами и участками трубопроводов с естественной компенсацией температурных удлинений. Неподвижное закрепление трубопроводов выполняют различными конструкциями в зависимости от способа прокладки сетей. Лобовые опоры применяют главным образом в камерах, проходных и полупроходных каналах. Щитовые опоры используют для неподвижного защемления труб в камерах, непроходных каналах и при бесканальной прокладках. Осевая нагрузка трубопроводов через щитовые опоры передается на дно и стенки канала. Дренажное отверстие в стенке делают на уровне дна канала для пропуска дренируемой воды. Щитовая неподвижная опора Опоры

Компенсаторы Компенсация температурных деформаций стальных трубопроводов производится специальными устройствами, называемыми компенсаторами. Неподвижное закрепление трубопроводов производят для предупреждения самопроизвольного его смещения при удлинениях. Но при отсутствии устройств, воспринимающих удлинения трубопроводов между неподвижными закреплениями, возникают большие напряжения, способные деформировать и разрушать трубы. Компенсация удлинений труб производится различными устройствами, принцип действия которых можно разделить на две группы: радиальные или гибкие устройства, воспринимающие удлинения трубопроводов изгибом криволинейных участков труб; осевые устройства скользящего и упругого типов, в которых удлинения воспринимаются телескопическим перемещением труб.

Компенсаторы радиальныеосевые П-образные S-образные лирообразные омегообразные сальниковые линзовые сильфонные

Радиальные компенсаторы Компенсаторы Радиальная компенсация может быть использована при любой конфигурации трубопровода. Радиальная компенсация широко применяется на теплопроводах, прокладываемых на территориях промышленных предприятий, а при небольших диаметрах теплопроводов (до 200 мм) - также и в городских тепловых сетях. На теплопроводах большого диаметра, прокладываемыми под городскими проездами, устанавливаются главным образом осевые компенсаторы. При радиальной компенсации термическая деформация трубопровода воспринимается за счет изгиба специальных эластичных вставок или отдельных участков самого трубопровода. Последний метод компенсации термических деформаций, широко используемый в практике, называется естественной компенсацией.

Схемы П-образного компенсатора Схема S-образного компенсатора Схема угловой компенсации Схема омегообразного компенсатора Компенсаторы

П-образные компенсаторы (естественные) применяются, когда по условиям местности невозможно применить естественную компенсацию, а другой вид компенсации менее целесообразен. П-образные компенсаторы имеют преимущественное применение для труб диаметром до 200 мм. Это объясняется тем, что на трубах малого диаметра вследствие большой гибкости осевые компенсаторы работают неудовлетворительно. Радиальные компенсаторы Компенсаторы

Недостатки: громоздкость; при подземной прокладке требуется сооружение специальных камер; большие гидравлические сопротивления, требуется установка специальных опор, что влечет удорожание стоимости. Преимущества: простоту устройства; надежность; отсутствие необходимости в надзоре и уходе. Радиальные компенсаторы Компенсаторы

Вертикальная установка П-образного компенсатора Компенсаторы

Свойства Сильфон компенсатора обеспечивает нейтрализацию сильных осевых движений. В тоже время механизм предотвращает перекручивания, перенагрузки, что увеличивает срок эксплуатации компенсатора. Преимущества · используется механизм предотвращающий перекручивание ; · абсорбирует осевые движения; · устанавливается при помощи автоматической сварки; · применяется в заранее изолированных трубопроводах. Сильфонные компенсаторы Осевые компенсаторы Компенсаторы

Сильфонные компенсаторы

Линзовый компенсатор Применяется для компенсации всех видов перемещений (осевых, сдвиговых, угловых) в паропроводах, газопроводах, воздухопроводах. По способу монтажа прямоугольные линзовые компенсаторы разделяются на приварные и фланцевые. Приварной линзовый компенсатор применяться для надежной фиксации компенсатора к трубопроводу, или приваркой самой линзы к трубопроводу; Фланцевый линзовый компенсатор применяется при необходимости монтажа компенсатора к ответному фланцу трубопровода. Осевые компенсаторы Компенсаторы

Осевые компенсаторы Компенсаторы

Сальниковый компенсатор изготавливается из стандартных труб и состоит из корпуса, стакана и уплотнения. При удлинении трубопровода стакан вдвигается в полость корпуса. Герметичность скользящего соединения корпуса и стакана создается сальниковой набивкой, которая выполняется из прографиченного асбестового шнура, пропитанного маслом. Со временем набивка истирается и теряет упругость, поэтому требуется периодическая подтяжка сальника и замена набивки. Односторонний сальниковый компенсатор 1 – стакан; 2 – корпус; 3 – сальниковое уплотнение; 4 – упорное кольцо; 5 – гранд-букса Компенсаторы

Сальниковые компенсаторы работают строго вдоль оси теплопровода; какое- либо смещение их продольной оси по отношению к оси трубы компенсирующего участка недопустимо. Преимущества: малые габариты и незначительное гидравлическое сопротивление. Недостатки: необходимость регулярного надзора за сальниками во избежание парения или утечки теплофикационной воды. Кроме того, необходимо периодически отключать теплопроводы для подбивки сальников компенсаторов, что связано с перерывам в теплоснабжении потребителей. Сальниковый компенсатор Компенсаторы

Контрольные вопросы 1.В каких случаях применяются надземную прокладку теплопроводов? 2.В каких случаях применяются проходные каналы (туннели)? 3.В каких целях выполняется секционирование теплопроводов? 4.Почему секционирование конденсатопроводов не выполняют? 5.Как выполняется пенобетонная изоляция? 6.Укажите типы стальных труб, применяемых в тепловых сетях. 7.Опишите типы опор теплопроводов и схемы их устройства. 8.Охарактеризуйте конструкции компенсаторов и укажите их достоинства и недостатки. 9.Какие методы соединений стальных труб применяются в тепловых сетях?

Литература 1.Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Издательство МЭИ, С 245 – Сериков Теплоэнергетические системы и энергоиспользование в промышленном теплотехническом производстве: учеб.пособие для вузов. - Алматы: Эверо, с. 3.Харченко С.П. Теплоснабжение промышленного района: Учебное пособие. – Павлодар: Инновац. Евраз. ун-т, С. 80 – Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник/ В.И. Манюков, В.Я. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. – М.: Стройиздат, – 432 с. 5.Лямин А.А., Скворцов А.А. Проектирование и расчет конструкций тепловых сетей. – М.: Стройиздат, – 296 с.