Пьезометрический график представляет собой графическое изображение напоров в тепловой сети относительно местности, на которой она проложена.

При построении графика на горизонтальной оси откладывают длину сети, а на вертикальной оси напоры. За начало координат в магистральных сетях принимается местоположение источника теплоты. В принятых масштабах строятся профиль трассы и высоты присоединенных потребителей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М г 1:10000; вертикальный М в 1:1000.

При сравнительно спокойном профиле трассы построение пьезометрического графика начинают обычно с нейтральной точки 0. Нейтральная точка 0 у всасывающего патрубка сетевого насоса принимается таким образом, чтобы обратная линия тепловой сети располагалась выше на 3-5 м. наиболее высоко расположенных зданий.

Далее, используя результаты гидравлического расчета, строится линия потерь напора обратной магистрали. Линия давлений в обратной магистрали должна быть достаточно высокой (что свидетельствует о наполнении местных систем), не пересекать здания на графике (условие бесперебойности) и в то же время быть минимальной (чтобы не повредились приборы отопления – условие безопасности).

Затем строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения для расчетного квартала, величина которого может быть принята 40-50 м.в.ст.

Затем откладывается величина потерь напора в коммуникациях источника теплоты, при отсутствии данных принимается равной 25-30 м.в.ст.

Затем строится линия статического давления, которая должна

превышать на 3-5 м наиболее высоко расположенные здания.

ПРИМЕР 6. По данным гидравлического расчета (пример 5) построить пьезометрический график. Расчетные температуры сетевой воды 150-70 о С. Этажность зданий принять 16 этажей. Высота этажа здания составляет 3 м.

Решение:

Начальную точку 0 принимаем в нейтральной точке у всасывающего патрубка сетевого насоса такой, чтобы обратная линия располагалась на 3-5 м выше наиболее высоко расположенных зданий. Оптимальное значение начальной точки составляет 48 м.в.ст. Для проверки выбранной начальной точки проводим линию давления в обратной магистрали по всей ее длине. Отметка линии напора в конце магистрали составляет 48 м.в.ст. плюс потери напора 6, 83 м.в.ст, т.е 54,83 м.в.ст. Полученная линия давления располагается на 4,83 м выше наиболее высоко расположенных зданий, высота которых составляет 50 м. Исходя из этого можно считать принятую отметку нейтральной точки 48 выбранной правильно.

Строим линию располагаемого напора для системы теплоснабжения квартала 2. Располагаемый напор в данном примере принят равным 40 м.в.ст.

Затем строим линию потерь напора подающего трубопровода. Превышение точки С по отношению к точке D будет равно потерям напора в подающей магистрали, которые принимаются равными потерям напора в обратной магистрали и составляют в данном

примере 6,83 м.

Рисунок 6. Пьезометрический график тепловой сети

Ордината H сум, замыкающая подающую и обратную в начале магистрали(у источника тепла), изображает суммарное падение давления подающей и обратной магистрали и концевого ввода (напор у вывода из котельной). Н п – потребный напор подпиточного насоса при динамическом режиме. Н сн – напор сетевого насоса. H ит – потери напора в коммуникациях источника теплоты.

При проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей широко используется пьезометрический график, на котором нанесены рельеф местности и высота присоединенных зданий, напор в сети в любой точке сети и абонентских системах. На рис.10 приведен пьезометрический график двухтрубной водяной системы теплоснабжения.

Построение пьезометрического графика производится следующим образом (рис.10).

Рис. 10. Пьезометрический график двухтрубной водяной тепловой сети (а) и схемы присоединения отопительных установок к тепловой сети (б):

I – зависимая с элеватором; II – зависимая с элеватором и регулятором давления на обратной линии; III – зависимая со смесительным насосом (насосом на перемычке); IV – независимая; 1 – воздушный кран; 2 – расширитель; 3 –нагревательный прибор; 4-РДДС – регулятор давления «до себя»; 5 – водо-водяной подогреватель; 6 – насос; 7 – элеватор

1. Строят систему координат, где по оси ОХ откладывают длину магистрального участка, а по оси ОУ – падение напора (100.. .120 м).

2. За начало координат принимают ось сетевых насосов. Наносят профиль местности вдоль магистрали.

3. На профиле наносят в масштабе высоты присоединенных зданий.

4. Проводят линию статического напора выше самого высокого здания на 5 м. (линия S–S).

5. Предварительно давление на всасывающей стороне сетевых насосов принимают 10–15 м и наносят горизонтальную линию А–0.

6. От т.А откладывают по оси абсцисс длины расчетных участков с нарастающим итогом, а по оси ординат потери напора по данным гидравлического расчета (ΔН ).

7. Полученная линия А–Б является пьезометрической линией обратной магистрали.

8. От т. Б вверх откладывают потери давления на элеватор в абонентских установках последнего потребителя: ΔН э =15м, согласно СНиП Тепловые сети; получают т. Б 1 . Если присоединение производится без элеватора, то есть температура воды в подающей магистрали 95 °С, тогда вверх откладывают 4 м для получения т.Б 1 4м – это потери напора в местной системе отопления с учетом необходимого запаса (обычно потери напора в местной системе отопления равны 1–2 м вод.ст или 10–20 кПа);

9. Строят пьезометрическую линию падающей магистрали, которая является зеркальным отображением пьезометрической линии обратной магистрали. Получают линию А 1 –Б 1 .

10. От точки А 1 откладывают вверх потери давления в бойлерной ТЭЦ или котельной, НБ = 10–20 м.

11. Ответвления наносят на профиле местности. Присоединение потребителей, расположенных на ответвлениях, к тепловым сетям показывают в месте подключения к магистрали.

12. Построенный таким образом пьезометрический график позволяет легко установить давление в любой точке подающего и обратного трубопроводов.

Давление в любой точке трубопроводов тепловой сети определяется величиной отрезка между данной точкой и линией давления (в подающем или обратном трубопроводе).

Располагаемый напор в каждой точке равен разности давлений в
прямой и обратной магистрали.

Необходимо отметить, что при непосредственном присоединении местных систем обратный трубопровод тепловой сети гидравлически соединен с местной системой. Поэтому давление в обратном трубопроводе целиком передается местной системе и наоборот.

При первоначальном построении пьезометрического графика давление на всасывающей стороне сетевых насосов было принято произвольно.

Перемещение пьезометрического графика параллельно себе позволяет принять любые давления на всасывающей стороне сетевых насосов и соответственно в местных системах.

При выборе положения пьезометрического графика необходимо учитывать следующее:

1 .Максимальный напор в подающих трубопроводах ограничивается прочностью водоподогревательных установок. Предельно допустимые напоры для стальных водогрейных котлов 250 м, чугунных – 60 м, подогревателей –100 м, калориферов – 80 м.

2. Давление в любой точке обратной магистрали не должно быть выше допускаемого рабочего давления в местных системах: 60 м.

При определении схемы присоединения потребителей к тепловым сетям проверяют:

1. Линия подающей магистрали должна быть выше здания и не больше, чем 60–100 м и не ниже 10–40 м по условию невскипания.

2. Линия обратной магистрали должна быть выше здания на 5–10 м и не больше 60 м.

3. Статический напор был меньше 60 м.

4. Располагаемый напор был больше или равен 1,5 м для присоединения элеватора.

Если эти условия выполняются, то потребитель может быть присоединен по зависимой непосредственной схеме к тепловой сети с использованием элеватора.

Если 1 условие не выполняется, то используется схема присоединения независимая, через теплообменник.

Если условие 2 не выполняется:

– гидродинамический пьезометрический напор в обратной магистрали меньше высоты здания – необходимо установить регулятор давления «до себя»;

– напор в обратной магистрали более 60 м – используется независимая схема присоединения.

Если условие 3 не выполняется, то есть статический напор более 60 м – используется независимая схема присоединения.

Если условие 4 не выполняется, то есть располагаемый напор в сети менее 15 м для использования элеватора – можно применять зависимую схему присоединения с насосом на перемычке.

3. Давление в обратном трубопроводе должно обеспечивать залив верхних приборов систем отопления, то есть линия давления в обратной магистрали должна быть выше зданий.

4. Давление в обратной магистрали во избежание образования вакуума не должно быть ниже 5–10 мм вод.ст.

5. Давление на всасывающей стороне сетевого насоса не должно быть ниже линии 5 м вод ст.

6. Из условия невскипания воды при ее расчетной температуре минимально допустимый пьезометрический напор в подающей линии тепловой сети должен составлять для 150 0 С – 40 м, 130 0 С –20 м, 120 0 С –10 м.

7. Располагаемый напор в конечной точке сети должен быть равен или больше расчетной потери напора, а абонентском вводе при расчетном пропуске теплоносителя.

8. Статическое давление не должно превышать 60 м вод.ст. из условия прочности чугунных радиаторов. Понижение статического давления в тепловых схемах может быть осуществлено путем автоматического отключения сети от высоких зданий.

9. Пьезометрические напоры на абонентских вводах, то есть в подающей магистрали, должны превышать высоту абонентских установок горячего водоснабжения.

После построения пьезометрического графика необходимо определить:

1. потери напора сетевых насосов;

2. способ подключения потребителей к тепловым сетям.

Для анализа работы тепловых сетей, выбора сетевого оборудования, схем подключения абонентов к тепловым сетям необходимо разрабатывать гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики). Они показывают изменение давления по длине трубопроводов и в элементах тепловых сетей. Гидравлические режимы следует разрабатывать для отопительных и неотопительных периодов, а также для аварийных режимов.

Пьезометрический график строят для двух режимов работы: статического, когда сетевой насос не работает, и динамического при работающем сетевом насосе. При статическом режиме циркуляция воды отсутствует, а давление ее во всех точках трубопроводов одинаково. Величина этого давления должна быть достаточной для заполнения местных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в случае останова сетевого насоса. На практике статическое давление поддерживается работой подпиточного насоса, подключаемого к всасывающему патрубку сетевого насоса. Соответственно, давление, развиваемое подпиточным насосом, должно быть равно давлению перед сетевым насосом.

При расчете пьезометрического графика необходимо соблюдать следующие условия:

1. Статическое давление в системах теплоснабжения при теплоносителе воде не должно превышать допускаемое давление в оборудовании источника теплоты, в трубопроводах водяных тепловых сетей, в оборудовании тепловых пунктов и в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей, непосредственно присоединенных к тепловым сетям.

2. Статическое давление должно обеспечивать заполнение водой систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей, непосредственно присоединенных к тепловым сетям, в случае останова сетевого насоса.

3. Давление воды в подающих трубопроводах водяных тепловых сетей при работе сетевых насосов должно приниматься исходя из условий невскипания воды при ее максимальной температуре в любой точке подающего трубопровода, в оборудовании источника теплоты и в приборах систем потребителей, непосредственно присоединенных к тепловым сетям.

4. Давление воды в обратных трубопроводах водяных тепловых сетей при работе сетевых насосов должно быть избыточным (не менее 0,05 МПа), не превышать допускаемого давления в системах потребителей и обеспечивать заполнение местных систем (превышать давление, создаваемое столбом воды в системах отопления многоэтажных зданий).

5. Давление и температура воды во всасывающих патрубках сетевых, подпиточных, подкачивающих и смесительных насосов не должны превышать допускаемых по условиям прочности конструкций насосов.

6. Перепад давлений на вводе двухтрубных водяных тепловых сетей в здания при определении напора сетевых насосов (при элеваторном присоединении систем отопления) следует принимать равным расчетным потерям давления на вводе и в местной системе с коэффициентом 1,5, но не менее 0,15 МПа.

По пьезометрическому графику видно что:

1.Напор во всасывающем патрубке сетевого насоса выше 5м во избежание ковитации.

Н вс. = 10м > 5м

2.Линия давления в обратной магистрали расположена выше всех зданий, что обеспечивает заполнение водой всех абонентских систем отопления. Условие выполняется.

3.Напор обратной магистрали не превышает по прочности допустимого

Н доп. = 60 м;

Н обр. = 45,8м;

Н обр. < Н доп.

Условие выполняется.

4.Напор в подающей магистрали Н Г не превышает допустимого давления по прочности труб.

Н доп. тр. = 100 м;

Н под тр. . = 66,7 м;

Н под тр. . < Н доп. тр.

Условие выполняется.

5.Напор в обратной магистрали в статическом и динамическом режимах не превышает по прочности допускаемое давление в элементах систем теплопотребления:

Н обр. = 45,8 м;

Н доп. = 60 м;

Н обр. < Н доп.

Условие выполняется.

6.Давление в подающей магистрали превышает давление насыщения, т.е. условие невскипания для данной температуры теплоносителя равной 150°С соблюдается.

Выбор насосов

Для подбора любого насоса необходимо знать его производительность (подачу) и развиваемое давление (напор). При этом следует учитывать, что требуемые режимы работы (производительность и давление) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики. По требуемой подаче и напору на сводном графике полей предварительно выбирают насос нужного типоразмера, а затем по графической характеристике уточняют правильность выбора и определяют все остальные показатели (коэффициент полезного действия, мощность на валу электродвигателя, число оборотов, диаметр рабочего колеса).

Производительность сетевого насоса равна суммарному расходу теплоносителя в тепловой сети на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Давление сетевого насоса, МПа расходуется на преодоление сопротивления системы теплоснабжения

где - потеря давления в сетевом оборудовании котельной, МПа;

Потеря давления в подающей магистрали, МПа;

Потеря давления в обратной магистрали, МПа;

Потеря давления у абонента, МПа.

Потери давления определяем по пьезометрическому графику.

В двухтрубных системах теплоснабжения при наличии круглогодовой нагрузки горячего водоснабжения целесообразна установка не менее двух сетевых насосов с разными характеристиками: один для работы в холодный период с максимальной производительностью, другой – для перекачки воды в системе горячего водоснабжения в теплое время года. Производительность второго насоса:

.

Кроме этого обязательна установка резервного насоса.

Для компенсации утечек воды и поддержания необходимого уровня пьезометрического давления, как при статическом, так и при динамическом режиме, необходима установка подпиточного насоса.

Развиваемое им давление принимается равным давлению во всасывающем патрубке сетевого насоса и определяется положением пьезометрической линии в обратной магистрали. Расход подпиточного насоса, м 3 /ч в зависимости от вида системы теплоснабжения определяется по формулам:

Для подпитки закрытой тепловой сети

;

Для подпитки открытой тепловой сети

,

где V – объем воды в системе теплоснабжения, м 3 ;

Максимальный расход воды на горячее водоснабжение, м 3 /ч.

Объем воды в системе теплоснабжения может быть определен по фактическим размерам труб (длине и диаметру) или по удельным показателям, определяющим объем воды, приходящийся на единицу тепловой мощности. Объем воды определяется для всех элементов системы теплоснабжения: котельной, наружных трубопроводов, местных абонентских систем. Удельные объемы воды, м 3 /МВт можно принять равными:

Для котельной ;

Для наружных трубопроводов ;

Для систем отопления ;

Для систем вентиляции ;

Для систем горячего водоснабжения ;

, , , ;

С учетом изложенного объем воды может быть определен по формуле

где - суммарный расчетный расход теплоты в системе теплоснабжения, МВт;

, , – расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, соответственно, МВт.

Минимальное число рабочих подпиточных насосов принимается равным: в закрытых системах – один, в открытых – два. В обоих случаях предусматривается один резервный насос той же производительности.

В системах теплоснабжения в качестве сетевых циркуляционных и подпиточных насосов могут использоваться насосы следующих типов:

1. СЭ –горизонтальные спирального типа с рабочими колесами двойного входа одноступенчатые. Насосы типа СЭ используют в качестве сетевых в крупных системах теплоснабжения и устанавливают на подающих трубопроводах тепловых сетей для перекачивания перегретой воды с температурой до 180°С и с рабочим давлением на входе насосов от 0,4 до 2,5 МПа.

2. Д –горизонтальные одноступенчатые с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу. Предназначены для воды с температурой не выше 85°С и максимальным подпором 20 м вод.ст.

3. К – Центробежные насосы консольного типа.

Характеристики насосов для тепловых сетей приведены в справочной литературе .

Расчет сетевого насоса:

Объем перекачиваемой воды для зимних условий:

Объем перекачиваемой воды для летних условий:

, (т/час);

Выбираем два сетевых насоса:

Для зимнего периода два насоса марки Д630-90 с параметрами: диаметр рабочего колеса – 450, номинальная подача – 630 м³/час, полный напор – 63 м, КПД – 75%, Мощность на валу насоса – 365 кВт.

Для летнего периода Д200-95 с параметрами: диаметр рабочего колеса – 240, номинальная подача – 200 м³/час, полный напор – 64 м, КПД – 85%, Мощность на валу насоса – 70 кВт.

Также предусматривается один резервный насос марки Д630-90 и один резервный марки Д200-95.

Расчет подпиточного насоса:

, (МПа);

Объем перекачиваемой воды:

, (м³), , (м³),

, (м³), , (м³);

, (т/ч);

Выбираем подпиточный насос К20/30 с параметрами: диаметр рабочего колеса – 162, номинальная подача – 20 м³/час, полный напор – 30 м, КПД – 64%, Мощность на валу насоса – 2,7 кВт.

Предусматривается резервный насос такой же марки.

По результатам гидравлического расчета строится пьезометрический график для главной магистрали и ответвления.

По известным горизонталям на генплане на график наносится профиль местности для магистрали и ответвления. На профиле в при­нятом масштабе наносят высоты зданий и линию статического давления на 3–5 м выше высоты зданий. Построение пьезометров подающей и обратной магистралей производится на основании полученных потерь напоров на участках (см. табл. П. 7).

Напор у наиболее удаленного потребителя принимать не менее 200 Па (20 м в. ст.). Потеря напора в подогревателях и пиковых кот­лах ТЭЦ принимается равной 300–400 Па (30–40 м в. ст.). На гра­фике наносятся линия статики и линия "невскипания".

Построенный пьезометрический график должен удовлетворять следующим техническим условиям:

а) давление в местных системах отопления зданий не должно быть более 0,6 МПа (60 м в. ст.).

Если в некоторых зданиях это давление превышает 60 м, то их местные системы присоединяются по независимой схеме;

б) давление на всасе сетевых насосов должно быть не менее 5 м, во избежание кавитации насосов (вскипание горячей воды из-за низ­кого давления);

в) давление в обратной магистрали как в статическом, так и в динамическом (при работе сетевых насосов) режимах не должно быть ниже статической высоты зданий.

Если для некоторых зданий этого достигнуть не удается, то после системы отопления зданий необходимо установить регулятор «подпора»;

г) пьезометрическое давление в обратной магистрали должно быть не менее 5 м для предупреждения подсоса воздуха в систему;

д) давление в любой точке подающей магистрали должно быть выше давления насыщения при данной температуре теплоносителя (условие «невскипания»), т.е. пьезометр подающей магистрали должен располагаться выше линии «невскипания». Например, при температуре воды в сети 150° С подающий пьезометр должен отстоять от уровня земли на расстоянии не менее 38 м;

е) полный напор за сетевыми насосами должен быть ниже давления, допускаемого по условиям прочности трубок сетевых подогревателей типа БО - 140М и ПСВ-230М. При теплоснабжении от водогрейных котельных эта величина может доходить до 250 м.

Пьезометрические графики ответвлений необходимо построить, исходя из условия, чтобы потери напора от источника тепла до ко­нечных потребителей главной магистрали и ответвлений были бы при­мерно равны. Это может потребовать некоторой корректировки полученных ранее диаметров труб ответвлений. Пьезометрический график определяет полный (отсчитанный от одного общего горизонтального уровня) или пьезометрический (отсчитанный от уровня прокладки сети трубопровода) напор, а также располагаемый напор в отдельных точках тепловой сети и абонентских систем.

Рис. 4. Пьезометрический график водяной тепловой сети

Теплофикационное оборудование ТЭЦ.

В проекте необходимо определить теплопроизводительность основных сетевых подогревателей и пиковых водогрейных котлов, необходимую производительность деаэраторов подпиточной воды и емкость баков-аккумуляторов горячей воды (для открытой системы), подобрать сетевые и подпиточные насосы.

При проектировании и эксплуатации разветвленных тепловых сетей, для учета взаимного влияния профиля района, высот присоединяемых зданий, потерь давления в тепловой сети и абонентских установках, используется график. По пьезометрическому графику легко определяется давление и располагаемый перепад давлений в любой точке тепловой сети.

На основании пьезометрического графика выбирается схема присоединения абонентских установок, подбираются повысительные насосы, подпиточные насосы и автоматические устройства.

График давления разрабатывается для состояний покоя системы (гидростатический режим) и динамического режима.

Динамический режим характеризуется линией потерь напора в подающем и обратном трубопроводе, на основании гидравлического расчета сети, и определяется работой сетевых насосов.

Гидростатический режим поддерживается подпиточными насосами в период отключения сетевых насосов.

К водяным тепловым сетям присоединены абоненты, имеющие различные тепловые нагрузки. Они могут быть расположены на различных геодезических отметках и иметь различную высоту. Системы отопления абонентов могут быть рассчитаны на работу с различными температурами воды. В этих случаях необходимо заранее определять давления или напоры в любой точке тепловой сети.

Для этого строится пьезометрический график или график напоров тепловой сети, на котором в определенном масштабе нанесены рельеф местности, высота присоединенных зданий, напор в тепловой сети; по нему легко определить напор (давление) и располагаемый напор (перепад давлений) в любой точке сети и абонентских системах.

Кроме определения напоров в любой точке сети и по пьезометрическому графику можно проверить соответствие предельных давлений в тепловой сети прочности элементов систем теплоснабжения. По графику напоров выбираются схемы присоединения потребителей к тепловой сети и подбирается оборудование тепловых сетей (сетевые и подпиточныенасосы, автоматические регуляторы давления и т. п.). График стоится при двух режимах работы тепловых сетей -- статическом и динамическом.

Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах. Циркуляция воды в сети отсутствует. При этом подпиточные насосы должны развивать напор, обеспечивающий невскипаемость воды в тепловой сети.

Динамический режим характеризуется давлениями, возникающими в тепловой сети и в системах потребителей теплоты при работающих сетевых насосах, обеспечивающих циркуляцию воды в системе.

Пьезометрический график разрабатывается для основной магистрали теплосети и протяженных ответвлений. Он может быть построен только после выполнения гидравлического расчета трубопроводов - по рассчитанным падениям давления на участках тепловой сети.

График строится по двум осям - вертикальной и горизонтальной. На вертикальной оси откладывают напоры в любой точке сети, напоры насосов, профиль сети, высоты отопительных систем в метрах, на горизонтальной -длины участков тепловой сети.

При построении условно принимают, что ось трубопроводов и геодезические отметки установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в отопительных системах совпадает с верхней отметкой здания.

Полный напор в нагнетательном патрубке сетевого насоса соответствует отрезку Н н. Полный напор на обратном коллекторе источника теплоснабжения соответствует отрезку Н o .

Напор, развиваемый сетевым насосом, соответствует вертикальному отрезку Н С =Н H -Н 0 , потери напора в теплоподготовительной установке источника теплоснабжения (в сетевых подогревателях или водогрейных котлах) соответствуют вертикальному отрезку Н Т. Таким образом, напор на подающем коллекторе источника теплоснабжения соответствует вертикальному отрезку Н ит =Н с -.

Методика построения графика:

• 1) Строится магистраль, условно ее отметка совпадает с отметкой земли;
• 2) На профиле трассы в принятом масштабе вычерчиваются высоты присоединения зданий;
• 3) Строится линия статического напора, из условий заполнения водой отопительных установок и создания в их верхних точках избыточного давления (запас напора 5 м выше самого высокого здания);
• 4) Пьезометрическое давление в обратном трубопроводе тепловой сети не должно быть меньше 5 м в. ст. во избежание образования вакуума и подсоса воздуха.

График выполняется на миллиметровке формата 297 х 420. Для построения применять следующие масштабы:

Горизонтальный - 1:1000, 1:500; вертикальный - 1см - 5м.

Определить располагаемый напор для каждой УТ (тепловой камеры):

Нрасп. = Нподающ.тр. - Нобратн.тр.